Проявление относительного характера приспособленности у черного коршуна. Приспособленность организмов – результат действия факторов эволюции

Виды растений и животных удивительно приспособлены к условиям среды, в которых они обитают. Известно огромное количество самых разнообразных особенностей строения, обеспечивающих высокий уровень приспособленности вида к среде. В понятие «приспособленность вида» входят не только внешние признаки, но и соответствие строения внутренних органов выполняемым ими функциям, например длинный и сложно устроенный пищеварительный тракт животных, питающихся растительной пищей (жвачные). Соответствие физиологических функций организма условиям обитания, их сложность и разнообразие также входят в понятие приспособленности.

Приспособительные особенности строения, окраски тела и поведения животных. По сути, вся структурно-функциональная организация представителей того или иного вида является приспособительной к тем условиям, в которых обитает данная группа. Наиболее демонстративны строение тела и окраска покровов.

Форма тела. У животных приспособительной к среде обитания является форма тела. Хорошо известен облик водного млекопитающего дельфина. Его движения легки и точны. Самостоятельная скорость движения в воде достигает 40 км/ч. Нередко описывают случаи, как дельфины сопровождают быстроходные морские суда, например эсминцы, движущиеся со скоростью 65 км/ч. Объясняется это тем, что дельфины пристраиваются к носу судна и используют гидродинамическую силу корабельных волн. Но это не их естественная скорость. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как дельфину удается преодолеть ее? Помимо других особенностей строения идеальной приспособленности дельфина к среде обитания и образу жизни способствует форма тела. Торпедовидная форма тела позволяет избежать образования завихрения потоков воды, обтекающих дельфина.

Обтекаемая форма тела способствует быстрому передвижению животных и в воздушной среде. Маховые и контурные перья, покрывающие тело птицы, полностью сглаживают его форму. Птицы лишены выступающих ушных раковин, в полете они обычно втягивают ноги. В результате птицы по быстроте намного превосходят всех других животных. Например, сокол-сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 км/ч. Птицы быстро двигаются даже в воде. Наблюдали антарктического пингвина, плывущего под водой со скоростью около 35 км/ч.

У животных, ведущих скрытный, затаивающийся образ жизни, полезными оказываются приспособления, придающие им сходство с предметами окружающей среды. Причудливая форма тела у рыб, обитающих в зарослях водорослей, помогает им успешно скрываться от врагов. Сходство с предметами среды обитания широко распространено у насекомых. Известны жуки, своим внешним видом напоминающие лишайники, цикады, сходные с шипами тех кустарников, среди которых они живут. Насекомые-палочники похожи на небольшую бурую или зеленую веточку (рис. 19.5), а прямокрылые насекомые имитируют лист. Плоское тело имеют рыбы, ведущие придонный образ жизни.

Рис. 19.5.

Окраска покровов тела. Средством защиты от врагов служит и покровительственная окраска. Покровительственной называют окраску покровов тела, обеспечивающую их обладателям успех в борьбе за существование. Обычно ученые различают скрывающую или, наоборот, предупреждающую окраску. Птицы, насиживающие яйца на земле, сливаются с окружающим фоном. Малозаметны и их яйца, имеющие пигментированную скорлупу, и вылупляющиеся из них птенцы (рис. 19.6). Защитный характер пигментации яиц подтверждается тем, что у видов, чьи яйца недоступны для врагов - крупных хищников, или у птиц, откладывающих яйца на скалах или закапывающих их в землю, покровительственная окраска скорлупы не развивается.

Рис. 19.6.

потомства на земле

Покровительственная окраска широко распространена среди самых различных животных. Гусеницы бабочек часто зеленые, под цвет листьев, или темные, под цвет коры или земли. Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна (скаты и камбалы). При этом камбалы способны еще менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Способность менять окраску путем перераспределения пигмента в покровах тела известна и у наземных животных (хамелеона). Животные пустынь имеют, как правило, желто-бурую или песочно-желтую окраску. Однотонная покровительственная окраска свойственна как насекомым (саранче) и мелким ящерицам, так и крупным копытным (антилопам) и хищникам (львам).

Если фон среды не остается постоянным в зависимости от сезона года, многие животные меняют окраску. Например, обитатели средних и высоких широт (песец, заяц, горностай, белая куропатка) зимой имеют белую окраску, что делает их незаметными на снегу.

Двутоновая скрывающая окраска часто наблюдается у водных животных. Так, у большинства рыб, например у сельди, спинка сильно пигментирована, а брюшная сторона тела - светлая. Если смотреть на рыбу сверху, из зоны большей освещенности, то на фоне сгущающегося мрака темная спинка практически незаметна. Напротив, при взгляде из глубины - в направлении большей освещенности - незаметно брюшко. Важна такая окраска и для хищников (дельфинов, акул и др.) и для их жертв.

Иной вариант скрывающей окраски - расчленяющая окраска. Она характеризуется чередованием на теле темных и светлых полос и пятен, соответствующим смене света и тени в привычной для вида среде обитания (рис. 19.7). Подобное совпадение делает организм незаметным благодаря нарушению представления о его форме. Например, тигр охотится в засаде на опушках, где пучки желтой травы чередуются с темной почвой. Зебра, питаясь листвой кустарников, в саванне практически незаметна на фоне многостволия. Кроме этого, расчленяющая окраска нарушает представление о контурах тела, что делает ее еще более эффективной.

Рис. 19.7.

Однако нередко у животных наблюдается не скрывающая окраска тела, а, напротив, привлекающая внимание, демаскирующая. Такая окраска свойственна ядовитым, обжигающим или жалящим насекомым: пчелам, осам, жукам-нарывникам. Божью коровку, очень заметную, птицы никогда не склевывают из-за выделяемого насекомым ядовитого секрета. Яркую предупреждающую окраску имеют несъедобные гусеницы, многие ядовитые змеи. Яркая окраска заранее предупреждает хищника о бесполезности и опасности нападения. Путем «проб и ошибок» хищники быстро приучаются избегать нападения на жертву с предупреждающей окраской.

Эффективность предостерегающей окраски явилась причиной очень интересного явления - подражания, или мимикрии (от греч. mimikos - подражательный). Мимикрией называется сходство беззащитного или съедобного вида с одним или несколькими неродственными видами, хорошо защищенными и обладающими предостерегающей окраской. С божьей коровкой размерами, формой тела и распределением пигментных пятен очень сходен один из видов тараканов. Некоторые съедобные бабочки подражают формой тела и окраской ядовитым бабочкам, мухи - осам. Возникновение мимикрии связано с накоплением под контролем естественного отбора мелких удачных мутаций у съедобных видов в условиях их совместного обитания с несъедобными.

Понятно, что подражание одних видов другим оправдано: истреблению подвергается значительно меньшая часть особей и того вида, который послужил моделью, и вида-подражателя. Необходимо, однако, чтобы численность вида-подражателя была значительно меньше численности модели. В противном случае мимикрия не приносит пользы: у хищника не будет вырабатываться стойкий условный рефлекс на форму или окраску, которую следует избегать. Каким же образом численность вида-имитатора поддерживается на низком уровне? Оказалось, что генофонд этих видов насыщен летальными мутациями. В гомозиготном состоянии эти мутации вызывают гибель насекомых, в результате чего высокий процент особей не доживает до половозрелого состояния.

Кроме защитной - покровительственной окраски у животных и растений наблюдаются и другие средства зашиты. У растений нередко образуются иглы и колючки, защищающие их от поедания травоядными животными (кактусов, шиповника, боярышника, облепихи и др.). Такую же роль играют ядовитые вещества, обжигающие волоски, например у крапивы. Кристаллы щавелевокислого кальция, накапливающиеся в шипах некоторых растений, предохраняют их от поедания гусеницами, улитками и даже грызунами. Образования в виде твердого хитинового покрова у членистоногих (жуков, крабов), раковин у моллюсков, чешуи у крокодилов, панциря у броненосцев и черепах хорошо защищают их от многих врагов. Этому же служат иглы у ежа и дикобраза. Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, т.е. преимущественного выживания лучше защищенных особей.

Поведение. Для выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеет приспособительное поведение. Защитное действие предупреждающей окраски повышается при сочетании ее с соответствующим поведением. Например, выпь гнездится в камышах. В минуты опасности она вытягивает шею, поднимает вверх голову и замирает. В такой позе ее трудно обнаружить даже на близком расстоянии. Многие другие животные, не обладающие средствами активной защиты, в случае опасности принимают позу покоя и замирают (насекомые, рыбы, амфибии, птицы). Предостерегающая окраска у животных, наоборот, сочетается с демонстративным поведением, отпугивающим хищника.

Помимо затаивания или демонстративного, отпугивающего поведения при приближении врага существует много других вариантов приспособительного поведения, обеспечивающего выживаемость взрослых особей или молоди. Сюда относится запасание корма на неблагоприятный сезон года. Особенно это относится к грызунам. Например, полевка-экономка, распространенная в таежной зоне, собирает зерна злаков, сухую траву, корешки - всего до 10 кг. Роющие грызуны (слепыши и др.) накапливают до 14 кг кусочков корней дуба, желудей, картофеля, степного горошка. Большая песчанка, живущая в пустынях Средней Азии, в начале лета срезает траву и затаскивает ее в норы или оставляет на поверхности в виде стожков. Корм этот используется во второй половине лета, осенью и зимой. Речной бобр собирает обрубки деревьев, веток и пр., которые складывает в воду возле своего жилища. Склады эти могут достигать объема 20 м 3 . Запасы кормов делают и хищные животные. Норка, некоторые хорьки и псовые запасают лягушек, ужей, мелких зверьков и т.д., умертвляя их и закапывая в определенных местах.

Примером приспособительного поведения служит и время наибольшей активности. В пустынях многие животные выходят на охоту ночью, когда спадает зной. Специализация активности животных по времени суток привела, к примеру у птиц, к возникновению целых экологических групп видов. Так, «ночные хищники» (совы, филины и др.) охотятся ночью, а «дневные» - сокол, беркут, орел - при свете дня.

Опорные точки

• Вся организация любого вида живых организмов является приспособительной к тем условиям, в которых он обитает.
• Приспособления организмов к среде обитания проявляются на всех уровнях организации: биохимическом, цитологическом, гистологическом и анатомическом.
• Физиологические адаптации - пример отражения структурных особенностей организации в данных условиях существования.

• 1. Приведите примеры приспособленности организмов к условиям существования.
• 2. Почему у некоторых видов животных наблюдается яркая демаскирующая окраска?
• 3. В чем сущность явления мимикрии?
• 4. Каким путем поддерживается низкая численность вида-подражателя?
• 5. Распространяется ли действие естественного отбора на поведение животных? Приведите примеры.

Забота о потомстве. Особенно большое значение имеют приспособления, обеспечивающие защиту потомства от врагов. Забота о потомстве может проявляться в разной форме. Многие рыбы охраняют икру, откладываемую между камнями, активно отгоняя и кусая приближающихся возможных врагов. Азовские и каспийские бычки откладывают икру в ямки, вырытые в илистом дне, и охраняют ее затем в течение всего развития. Самец колюшки строит гнездо с входом и выходом. Некоторые американские сомы прилепляют икру на брюхо и носят ее на себе все время развития. Многие рыбы вынашивают икру во рту или даже в желудке. В это время родитель ничего не ест. Вылупившиеся мальки некоторое время держатся вблизи самки (или самца, в зависимости от вида) и при опасности прячутся в рот матери. Существуют виды лягушек, у которых икринки развиваются в специальной выводковой сумке на спине или в голосовых мешках самца.

Наибольшая безопасность потомства достигается, очевидно, тогда, когда зародыши развиваются в теле матери (рис. 19.8). Плодовитость в этих случаях (как и при других формах заботы о потомстве) снижается, однако это компенсируется возрастанием выживаемости молоди.

Рис. 19.8.

У членистоногих и низших позвоночных образующиеся личинки ведут самостоятельный образ жизни и не зависят от родителей. Но в некоторых случаях забота родителей о потомках проявляется в форме обеспечения их пищей. Знаменитый французский естествоиспытатель Ж.А. Фабр впервые описал такое поведение у одиночных ос. Осы нападают на жуков, пауков, сверчков, богомолов, гусениц различных бабочек, обездвиживают их, погружая жало точно в нервные узлы (рис. 19.9), и откладывают на них яйца.

Рис. 19.9. Одиночная оса тащит в свое гнездо парализованного кузнечика: будущая личинка обеспечена пищей

Вылупляющиеся личинки ос обеспечены пищей: они питаются тканями живой жертвы, растут и затем окукливаются.

Описанные примеры заботы о потомстве у членистоногих и низших позвоночных встречаются у очень небольшого числа видов. В большинстве случаев оплодотворенные яйца оставляются на произвол судьбы. Именно этим объясняется очень высокая плодовитость беспозвоночных и низших позвоночных животных. Большое число потомков в условиях высокой истребляемости молоди служит средством борьбы за существование вида в целом.

Значительно более сложные и многообразные формы заботы о потомстве наблюдаются у высших позвоночных. Сложные инстинкты и способность к индивидуальному обучению позволяют им со значительно большим успехом выращивать потомство. Так, птицы откладывают оплодотворенные яйца в специальные сооружения - гнезда , а не просто в окружающую среду, как поступают все виды нижестоящих классов. Яйца развиваются под влиянием тепла, сообщаемого им телом родителей, и не зависят от случайностей погоды. Гнездо родители защищают от врагов теми или иными способами. Выведшихся птенцов большинство видов птиц не оставляют на произвол судьбы, а длительное время выкармливают и охраняют. Все это резко повышает эффективность размножения в этой группе животных.

Наивысшей степени развития достигают формы поведения у млекопитающих животных. Это проявляется и в отношении к детенышам. Звери не только кормят свое потомство, но и обучают ловить добычу. Еще Дарвин отмечал, что хищные звери учат своих детенышей избегать опасностей, в том числе охотников.

Таким образом, особи с более совершенными формами заботы о потомстве выживают в большем числе и передают эти черты далее по наследству из поколения в поколение.

Физиологические адаптации. Соответствующая форма и окраска тела, целесообразное поведение обеспечивают успех в борьбе за существование только тогда, когда эти признаки сочетаются с приспособленностью процессов жизнедеятельности к условиям обитания, т.е. физиологическими адаптациями. Без таких адаптаций невозможно поддержание устойчивого обмена веществ в организме в постоянно колеблющихся условиях внешней среды. Рассмотрим некоторые примеры.

У наземных амфибий большое количество воды теряется через кожу. Однако многие их виды проникают даже в пустыни и полупустыни. Выживание амфибий в условиях недостатка влаги в этих местообитаниях обеспечивается целым рядом приспособлений. У них меняется характер активности: она приурочивается к периодам повышенной влажности. В умеренной зоне жабы и лягушки активны ночью и после выпадения дождей. В пустынях лягушки охотятся только ночью, когда влага конденсируется на почве и на растительности, а днем укрываются в норах грызунов. У пустынных видов амфибий, размножающихся во временных водоемах, личинки развиваются очень быстро и в сжатые сроки совершают метаморфоз.

Разнообразные физиологические адаптации к жизни в неблагоприятных условиях выработали птицы и млекопитающие. Многие пустынные животные перед наступлением засушливого сезона накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды. Птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, верблюд, лишившись воды, резко сокращает испарение как с дыхательных путей, так и через потовые железы.

У человека плохо регулируется солевой обмен, и поэтому он не может долго обходиться без пресной воды. Но рептилии и птицы, проводящие большую часть жизни в морских просторах и пьющие морскую воду, приобрели специальные железы, позволяющие им быстро избавляться от избытка солей.

Очень интересны приспособления, развивающиеся у ныряющих животных. Многие из них могут сравнительно долго обходиться без доступа кислорода. Например, тюлени ныряют на глубину 100-200 и даже 600 м и находятся под водой 40-60 мин. Что позволяет ластоногим нырять на столь длительный срок? Это прежде всего большое количество особого пигмента, находящегося в мышцах, - миоглоби- на. Миоглобин способен в 10 раз больше связывать кислород, чем гемоглобин. Кроме того, в воде целый ряд приспособлений обеспечивает гораздо более экономное расходование кислорода, чем при дыхании на поверхности.

Путем естественного отбора возникают и совершенствуются приспособления, облегчающие поиск пищи или партнера для размножения. Поразительно чувствительны органы химического чувства насекомых. Самцов непарного шелкопряда привлекает запах ароматической железы самки с расстояния 3 км. У некоторых бабочек чувствительность рецепторов вкуса в 1 тыс. раз превосходит чувствительность рецепторов человеческого языка. Ночные хищники, например совы, превосходно видят в условиях слабого освещения. У некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если разница их температур составляет всего 0,2 °С. Многие животные прекрасно ориентируются в пространстве с помощью эхолокации (летучие мыши, совы, дельфины).

Относительный характер приспособленности организмов. Строение живых организмов очень тонко приспособлено к условиям существования. Любой видовой признак или свойство, носящие приспособительный характер, целесообразны в данной среде, в данных жизненных условиях. Так, все особенности строения и поведения кошки целесообразны для хищника, подстерегающего добычу в засаде: мягкие подушечки на пальцах и втягивающиеся когти, делающие походку бесшумной; огромный зрачок и высокая чувствительность сетчатки, позволяющие видеть в темноте; тонкий слух и подвижные ушные раковины, дающие возможность точно определять местонахождение жертвы; способность длительное время выжидать появления добычи и совершать молниеносный прыжок; острые зубы, удерживающие и разрывающие жертву. Точно так же организация насекомоядных растений приспособлена к ловле и перевариванию насекомых и даже мелких позвоночных (рис. 19.10).

Рис. 19.10.

Приспособления не появляются в готовом виде, а представляют результат отбора случайных наследственных изменений, повышающих жизнеспособность организмов в конкретных условиях.

Ни один из приспособительных признаков не обеспечивает абсолютной безопасности для их обладателей. Благодаря мимикрии большинство птиц не трогает ос и пчел, однако есть среди них виды, которые едят и ос, и пчел, и их подражателей. Еж и птица-секретарь без вреда поедают змей. Панцирь наземных черепах надежно защищает их от врагов, но хищные птицы поднимают их в воздух и разбивают о землю.

Любые приспособления целесообразны только в обычной для вида обстановке. При изменении условий среды они оказываются бесполезными или вредными для организма. Постоянный рост резцов грызунов - очень важная особенность, но лишь при питании твердой пищей. Если крысу держать на мягкой пище, резцы, не изнашиваясь, вырастают до таких размеров, что питание становится невозможным.

Таким образом, любая структура и любая функция являются приспособлением к характерной для вида внешней среде или, как говорят современные ученые, «здесь и сейчас». Эволюционные изменения - образование новых популяций и видов, возникновение или исчезновение органов, усложнение организации - обусловлены развитием приспособлений (адаптаций). Целесообразность живой природы - результат исторического развития видов в определенных условиях, поэтому она всегда относительна и имеет временный характер.

Опорные точки

• Забота о потомстве возникает как способ обеспечения выживания вида на фоне высокой степени развития нервной системы и является одной из форм физиологических адаптаций.
• Любые приспособления, в том числе и обусловленные поведенческими реакциями, относительны и целесообразны только в конкретных условиях существования.

Вопросы и задания для повторения

• 1. Почему у видов животных, заботящихся о потомстве, число потомков уменьшается? Приведите примеры.
• 2. В чем заключается относительный характер приспособительных признаков у организмов? Приведите примеры, характерные для растений и животных.

4. Приспособленность организмов и ее относительный характер

Приспособленность - относительная целесообразность строения и функций организма, являющаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных особей. Признаки возникают в результате мутаций. Если они повышают жизнеспособность организма, его плодовитость, позволяют расширить ареал, то такие признаки "подхватываются" отбором, закрепляются в потомстве и становятся приспособлениями.

Виды приспособлений.

Форма тела животных позволяет им легко передвигаться в соответствующей среде, делает организмы малозаметными среди предметов. Например, обтекаемая форма тела рыб, наличие длинных конечностей у кузнечика.

Маскировка - приобретение сходства организма с каким-либо предметом окружающей среды, например, сходство с сухим листом или корой деревьев крыльев бабочки. Форма тела палочника делает его незаметным среди сучьев растений. Рыба-игла не видна среди водорослей. У растений форма цветка: положение на побеге способствует опылению.

Покровительственная окраска скрывает организм в окружающей среде, делает его незаметным. Например, белая окраска у зайца, зеленая - у кузнечика. Расчленяющая окраска - чередование светлых и темных полос на теле создает иллюзию светотени, размывает контуры животного (зебры, тигры).

Предостерегающая окраска указывает на наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты, на опасность организма для хищника (осы, змеи, божьи коровки).

Мимикрия - подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида (или предметам среды), что оберегает его от истребления (осовидные мухи, неядовитые змеи).

Приспособительное поведение у животных - это угрожающая поза, предупреждающая и отпугивающая врага, замирание, забота о потомстве, запасание корма, постройка гнезда, норы. Поведение животных направлено на защиту и сохранение от врагов и вредных воздействий факторов среды.

У растений также выработались приспособления: колючки предохраняют от поедания; яркая окраска цветков привлекает насекомых-опылителей; разное время созревания пыльцы и семязачатков препятствует самоопылению; разнообразие плодов способствует распространению семян.

Все приспособления имеют относительный характер, так как действуют в определенных условиях, к которым адаптирован организм. При изменении условий приспособления могут не защитить организм от гибели, а следовательно, признаки перестают быть приспособительными. Узкая специализация может стать причиной гибели в изменившихся условиях.

Причина возникновения приспособлений заключается в том, что организмы, не соответствующие данным условиям, погибают и не оставляют потомства. Организмы, выжившие в борьбе за существование, имеют возможность передать свой генотип и закрепить его в поколениях.

5. Видообразование

Микроэволюция - эволюционный процесс, протекающий внутри вида, ведущий к его изменению и возникновению нового вида. Процесс видообразования начинается в популяциях, поэтому популяция является элементарной эволюционной структурой.

В идеальных популяциях действует закон Харди-Вайнберга - закон генетического равновесия, по которому соотношение частот встречаемости доминантного и рецессивного генов остается неизменным из поколения в поколение. Идеальная популяция отвечает следующим требованиям:

а) неограниченно большая величина популяции;

б) свободное скрещивание особей - панмиксия;

в) отсутствие мутационного процесса и отбора; г) отсутствие миграции особей - изоляция популяции.

В популяциях частоты встречаемости генов А и а отвечают формуле

где р - частота встречаемости гена А; ц - частота встречаемости гена а. В идеальной популяции частоты встречаемости генотипических комбинаций АА: Аа: аа остаются неизменными и соответствуют формуле:

р 2 (АА) + 2ря(Аа) + а 2 (аа) = 1.

Однако в реальных популяциях условия идеальной популяции не выполняются. С. С. Четвериков установил, что мутационный процесс в популяциях идет постоянно, но мутации в основном рецессивны и скрыты в гетерозиготах. При внешней фенотипической однородности наблюдается генотипическая неоднородность популяции. С. С. Четвериков сделал вывод о насыщенности мутациями природных популяций, что является скрытым резервом наследственной изменчивости и приводит к нарушению генетического равновесия. Случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции получило название дрейфа генов.

В природных условиях наблюдается периодическое колебание численности особей, что связано с сезонными явлениями, климатическими изменениями, стихийными бедствиями и т. д. Колебание численности особей в популяции называется популяционными волнами. Их впервые обнаружил С. С. Четвериков. Популяционные волны - одна из причин дрейфа генов, который вызывает следующие явления: возрастание генетической однородности (гомозиготности) популяции; концентрацию редких аллелей; сохранение аллелей, снижающих жизнеспособность особей; изменение генофонда в разных популяциях. Все эти явления ведут к эволюционным преобразованиям генетической структуры популяции, а в дальнейшем и к изменению вида.

Способы видообразования.

Важным фактором эволюции является изоляция, которая приводит к расхождению признаков в пределах одного вида и предотвращает скрещивание особей. Изоляция может быть географической и экологической, отсюда выделяют два способа видообразования.

Географическое видообразование - новые формы организмов возникают за счет разрыва ареала и пространственной изоляции. В каждой изолированной популяции вследствие дрейфа генов и отбора изменяется генофонд. Далее наступает репродуктивная изоляция, что ведет к образованию новых видов.

Причинами разрыва ареала могут быть горообразование, ледники, образование рек и другие геологические процессы. Например, различные виды лиственниц, сосен, австралийских попугаев образовались в результате разрыва ареала.

Экологическое видообразование - способ видообразования, при котором новые формы занимают разные экологические ниши в пределах одного ареала. Изоляция происходит за счет несовпадения времени и места скрещивания, поведения животных, приспособления к разным опылителям у растений, использования разной пищи и т. д. Например, виды севанской форели имеют разные места нереста, виды лютиков приспособлены к жизни в разных условиях.

Географическое и экологическое видообразование идет по схеме:

обособление популяции -" накопление мутаций -" изоляция -" дивергенция признаков -" образование подвида -" репродуктивная изоляция -"образование вида.

Это процессы очень длительные. Движущей силой видообразования является движущий и дизруптивный естественный отбор.

6. Макроэволюция

Макроэволюция - надвидовая эволюция, в результате которой формируются более крупные таксоны (семейства, отряды, классы, типы). Она не имеет специфических механизмов и осуществляется аналогично механизмам микроэволюции. Макроэволюция происходит в исторически огромные промежутки времени и недоступна для непосредственного изучения и наблюдения. А. Н. Северцов и И. И. Шмальгаузен установили два главных направления эволюционного процесса: биологический прогресс и биологический регресс.

Биологический регресс характеризуется сужением ареала; уменьшением численности вида; сокращением числа популяций и уменьшением систематических единиц; преобладанием смертности над рождаемостью.

Это приводит к сокращению числа видов в роде, числа родов в семействе (иногда до одного), семейств в отряде (одно) и т. д. Часть видов, родов, семейств вымирают полностью. Например, снижение численности хвощей и плаунов. На грани вымирания находится уссурийский тигр.

Пути достижения биологического прогресса.

Установлены А. Н. Северцовым и связаны со всевозможными преобразованиями в строении организмов.

Ароморфоз - арогенез, или морфофизиологи-ческий прогресс, сопровождающийся крупными изменениями в строении организмов, повышением уровня их организации. Ароморфозы носят общий характер и не являются приспособительными к специальным условиям. Они дают возможность освоить новые места обитания, расширить ареал. В результате ароморфозов возникли такие крупные таксоны, как типы и классы.

Идиоадаптация - аллогенез, сопровождающийся приобретением организмом частных приспособлений к условиям среды, месту обитания без изменения уровня организации. Идет освоение новых сред жизни. Возникающие изменения носят приспособительный характер, иногда узкую специализацию к конкретному условию. В результате происходит дивергенция признаков внутри одной систематической группы и образуются более мелкие таксоны: отряды, семейства, роды. У особей разных таксономических групп может наблюдаться конвергенция - схождение признаков в результате приспособления различных организмов к одним и тем же условиям обитания (бабочки и птицы, киты и рыбы). Так возникают аналогичные органы.

Иногда имеет место независимое развитие сходных признаков у близкородственных групп организмов - параллелизм. Например, развитие ласт у ластоногих (моржей и тюленей).

Правила эволюции.

1. Эволюция необратима. Любая систематическая группа не может вернуться к исходному предку. Иногда возникают атавизмы, но они единичны. Земноводные не могут снова дать начало рыбам, от которых они произошли в процессе эволюции.

2. Эволюция прогрессивна и направлена на развитие приспособлений к каким-либо условиям существования.

3. Каждое повышение уровня организации - ароморфоз - сопровождается частными приспособлениями - идиоадаптацией, в особых случаях - дегенерацией.

Ими сходного строения в результате существования в сходных условиях и одинаково направленного естественного отбора. 5 МИКРОЭВОЛЮЦИЯ И МАКРОЭВОЛЮЦИЯ эволюция естественный отбор видообразование Понятие процессов микро- и макроэволюции. Теория эволюции и принципы биологической систематики. Монофилия - происхождение таксона от одного общего предка.Согласно современным представлениям, ...

Число видов идр 5. Роль человека в повышении продуктивности агроценозов: выведение высокопродуктивных сортов растений и пород животных, их выращивание с использованием новейших технологий, учет биологии организмов (потребность в питательных веществах, потребности растений в тепле, влажности и др), борьба с болезнями и вредителями, своевременное проведение сельскохозяйственных работ и др 6. ...

Азота, а от растения получают органи­ческие вещества. Это явление называют симбиозом. Билет № 23 1. 1. Селекция - наука о выведении новых сор­тов растений и пород животных. Порода (сорт) - искусственно созданная человеком популяция, ко­торая характеризуется наследственными биологи­ческими особенностями, морфологическими и фи­зиологическими признаками, продуктивностью. 2. Ч. Дарвин - ...

Равновесия в биосфере, биологического разнообразия. Создание национальных парков, биосферных заповедников, мониторинг и т. д. 3. Признаки класса и семейства одинаковы, разница в виде.Корень мощнее у садовой, листья крупнее у лесной, у клубники край листа менее зубчатый, плод более крупный у клубники. Билет№5 1. Н20 – самое простое. В клетке Н2О находится в двух состояниях, в свободном (95%) ...

Объяснив на основе естественного отбора происхождение видов как грандиозный и всеохватывающий процесс последовательной смены приспособлений, теория Дарвина объяснила и явление целесообразного строения органических форм. Формы приспособлений как отражение целесообразности бесконечно разнообразны: плавательный пузырь в теле рыбы наполнен воздухом и облегчает массу ее тела; преодолеть болота удобнее на длинных ногах с широко расставленными пальцами, как у цапли, или с широкими копытами, как у лося; у прыгающих животных сильнее развиты задние конечности (кенгуру, кузнечик, лягушка). У животных, ведущих подземный образ жизни, конечности лопатообразной формы и приспособлены для рытья земли. Существуют целесообразные приспособления у растений и животных на суточные и годичные колебания температуры и влажности.

Приверженцы идеалистических взглядов и служители церкви в явлениях приспособленности организмов и их целесообразного строения видели выражение общей гармонии природы, исходящей, якобы, от ее творца. Теория Ч. Дарвина отвергает какое бы то ни было участие в возникновении приспособлений сверхъестественных сил, она убедительно доказала, что весь животный и растительный мир со времени своего появления совершенствуется по пути целесообразных приспособлений к условиям обитания: к воде, воздуху, солнечному свету, силе тяжести. Удивительная гармония живой природы, ее совершенство создаются самой природой: борьбой за выживание. Эта борьба есть та сила, которая придает крепость корням, изощренную красоту цветам, вызывает причудливую мозаику листорасположения и оттачивает зубы, дает могучую силу мускулам, остроту зрения, слуха и чутья многим животным.

Приспособленность как выражение целесообразности проявляется во всем. Например, хищники имеют когти, клыки, клювы, ядовитые зубы, от которых жертве бывает очень трудно спастись. Но в борьбе за жизнь вырабатывались и средства защиты: одни на силу отвечают силой, других спасают ноги, у третьих возникла раковина, панцирь, иглы и т. п. Множество слабых и беззащитных насекомых, будучи безвредными или съедобными, за долгие годы действия естественного отбора переняли окраску и форму шершней, ос, стали похожи на ядовитые или несъедобные формы. Их подражательная окраска или форма в то же время охранительна, так как совпадает с фоном окружающей среды: хищников она делает незаметными и помогает им подкрадываться к добыче, преследуемым видам дает возможность скрыться от врагов. Если бы насекомые, преследуемые птицами, не имели окраски под цвет зеленой травы или древесной коры, их бы истребили пернатые. Оперение тундровой куропатки сливается с тоном скал и вершин, покрытых лишайниками, вальдшнеп незаметен среди засохшей и опавшей дубовой листвы и т. д. Выраженный приспособительный характер носит способность животных принимать "угрожающую" или "устрашающую" окраску и позу: у гусеницы винного бражника спереди имеются глазоподобные пятна, в момент опасности она приподнимает переднюю часть тела, отпугивая этим птиц.

Разнообразные приспособления исключают возможность самоопыления у большинства растений, позволяют им распространять плоды и семена или благодаря колючкам противостоять поеданию травоядными животными. Аромат и яркая окраска цветков возникли как приспособления для привлечения насекомых, которые, посещая цветки, перекрестно опыляют эти растения, либо как приспособление к более эффективному поглощению солнечных лучей определенной длины.

Покровительственная окраска. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. У некоторых встречается яркий узор(окраска у зебры, тигра, жирафа) - чередование светлых и темных полос и пятен. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени.

Маскировка. Маскировка - приспособление, при котором форма тела и окраска животного сливается с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки.

Мимикрия. Мимикрия - подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т.д. Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия - результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование.

Предупреждающая(угрожающая) окраска Виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской. Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску.

(По материалам личной страницы Иванова Андрея)

В учении о естественном отборе Дарвин не только материалистически обосновал приспособленность организмов (их целесообразное строение), но и показал ее относительный характер. Так, предупредительная и покровительственная окраска, различные другие защитные приспособления действуют далеко не на всех преследователей, но, имея приспособления, особи реже подвергаются нападению. Обладатели жала - осы, пчелы, шершни - без затруднения поедаются мухоловками, щурками. Летучая рыба, выскакивая из воды в воздух, ловко спасается от хищной рыбы, но этим пользуется альбатрос, настигающий свою добычу в воздухе. Панцирь черепахи - хорошая защита, однако орел поднимает ее в воздух и бросает на скалы; панцирь разбивается, и орел съедает черепаху.

Каждое животное и растение не может быть полностью приспособленным ко всем условиям, какие складывались в течение всей жизни на Земле. Любое приспособление сохраняется до тех пор, пока поддерживается естественным отбором, но исчезает, как только перестает быть полезным. В качестве примера смены приспособлений можно привести развитие покровительственной окраски у бабочки березовой пяденицы.

Таким образом, основа теории Дарвина - учение о естественном отборе - главном и направляющем факторе эволюции. В борьбе за существование на основе наследственной изменчивости происходит последовательная смена приспособлений и выживание наиболее приспособленных, возрастает многообразие форм живой природы, совершается процесс видообразования и осуществляется общее поступательное развитие растительного и животного мира. В этой теории получили разрешение две проблемы: механизм видообразования и происхождение целесообразности органического мира.

Приспособленность организмов как результат эволюции (Т.А. Козлова, В.С. Кучменко. Биология в таблицах. М.,2000)

Относительный характер приспособленности

Развитие органов для захвата, удержания, умерщвления добычи (щупальцы).

Маскирующая окраска.

Выделение парализующих ядов.

Выработка особых способов поведения (ожидание в засаде).

Механизм возникновения приспособлений

Согласно учению Чарльза Дарвина в условиях естественного отбора выживает самый приспособленный. Следовательно, именно отбор - основная причина возникновения разнообразных приспособлений живых организмов к среде обитания. Объяснение возникновения приспособленности, данное Чарльзом Дарвином, в корне отличается от понимания этого процесса Жаном Батистом Ламарком, который выдвинул идею о врожденной способности организмов изменятся под влиянием среды только в полезную для них сторону. У всех известных осьминогов меняющаяся окраска надежно защищает их от большинства хищников. Трудно представить, что образование такой изменяющейся окраски вызвано прямым влиянием среды. Только действием естественного отбора можно объяснить возникновение такого приспособления: далеким предкам осьминога могло бы помочь выжить даже простая маскировка. Постепенно, в течение миллионов поколений, оставались в живых только те особи, которые случайно оказывались обладателями все более и более развитой окраски. Именно им удалось оставить потомство и передать ему свои наследственные особенности.

Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении. Доказательством относительного характера приспособленности могут быть следующие факты:

защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других;

проявление инстинктов у животных может оказаться нецелесообразным;

полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже относительно вредным в другой среде;

возможны и более совершенные приспособления к данной среде обитания.

Некоторые виды животных и растений быстро размножались и широко распространялись в совершенно новых для них районах земного шара, куда были случайно или намеренно завезены человеком.

Таким образом, относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе.

Такие приспособление как покровительственная окраска возникала путем постепенного отбора всех тех мелких уклонений в форме тела, в распределении определенных пигментов, во врожденном поведении, которые существовали в популяциях предков этих животных. Одной из важнейших характеристик естественного отбора является его кумулятивность - его способность накапливать и усиливать эти уклонения в ряду поколений, слагая изменения отдельных генов и контролируемых ими систем организмов.

Естественный отбор подхватывает все те мельчайшие изменения, которые усиливают сходство в окраске и форме с субстратом, сходство между съедобным видом и тем несъедобным видом, которому он подражает. Следует учитывать, что разные виды хищников пользуются разными методами поиска добычи. Одни обращают внимание на форму, другие на окраску, одни обладают цветным зрением, другие нет. Поэтому естественный отбор автоматически усиливает, насколько это возможно, сходство между имитатором и моделью и приводит к тем изумительным адаптациям, которые мы наблюдаем в живой природе.

Возникновение приспособленности организмов.
Основная причина появления различных приспособлений живых организмов к среде обитания - это отбор. Например, известно, что куропатка - лесная птица. В зависимости от среды обитания у нее появляются различные приспособления: а) укорачивание клюва в связи с добыванием пищи из-под снега и листовой подстилки: б) появление роговых складок на концах пальцев для облегчения передвижения по толстому снежному покрову; в) расширение, закругление крыльев для быстрого поднятия в воздух (такого строения у предков куропатки не было).
Для дальнейшего распространения плоды и семена растений также претерпели различные изменения. Это крючки, колючки, которыми они прикрепляются к животным, или же легкий пух, который рассеивается ветром.
Появление приспособленности у растений и животных - характерное явление, но в любом случае приспособленность появляется не сразу. В результате длительного эволюционного процесса появляются особи с особыми признаками, приспособленными к условиям внешней среды.
Особенности приспособленности в строении, окраске, форме тела и поведении хорошо заметны на примере водного млекопитающего - дельфина. Заостренная форма тела дает ему возможность легко и свободно передвигаться в воде в разных направлениях. Скорость движения дельфина достигает 40 км/ч. А у птиц показатели приспособленности к полету - это наличие перьев, покрывающих тело; отсутствие ушных раковин и зубов; способность поворачивать голову на 180"; легкость костей; быстрое переваривание пищи в желудке и т. д.
У многих животных приспособленность настолько развита, что их трудно отличить от окружающей среды. Форма тела, окраска рыб, животных, обитающих в густых зарослях водорослей, помогают им успешно скрываться от врагов.

Виды приспособленности:

1. Покровительственная (маскирующая) окраска и ее виды.
2. Инстинктивное приспособление.
3. Забота о потомстве.
4. Физиологическая адаптация.

Рис. 21. Приспособленность ночных бабочек путем изменения окраски в соответствующие цвета ствола дерева: 1 - одинаковое количество размеченных темных и светлых бабочек; 2 - светлый ствол дерева; 3 - увеличение количества светлых бабочек; 4 - увеличение количества темных бабочек; 5 - темный ствол дерева

1. Покровительственная (маскирующая) окраска и ее виды. Покровительственная окраска - приспособленность организмов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Птицы, насиживающие яйца на земле (глухарь, куропатка, перепел и др.), сливаются с окружающим фоном. Птица, сидящая на гнезде неподвижно, почти незаметна для своих врагов. Малозаметны и яйца, имеющие пигментированную скорлупу, и вылупляющиеся из них птенцы. У крупных хищников, чьи яйца недоступны для врагов, или у птиц, откладывающих яйца высоко на скалах или закапывающих их. в землю, покровительственная окраска скорлупы не развивается. Гусеницы бабочек обычно зеленые, под цвет листьев, или темные, под цвет коры. Донные рыбы (скат, камбала) часто окрашены под цвет песка.
Животные пустынь имеют, как правило, песочно-желтую окраску. Однотонная покровительственная окраска свойственна насекомым (саранча), ящерицам, сайгакам, львам. В зависимости от времени года многие животные меняют окраску. Например, песец, заяц-беляк, куропатка зимой имеют белую окраску. У дневных бабочек покровительственная окраска на нижней части крыльев, а у ночных - на верхней части крыльев, поэтому днем они становятся заметными для врагов и могут погибнуть (нижняя часть крыльев светлая). Покровительственную окраску можно наблюдать и по форме насекомых: куколка бабочек на ветке очень похожа на почку; личинка, прикрепленная на ветке в неподвижном состоянии, похожа на ветку дерева и т. д.
Покровительственная окраска особенно полезна на начальных этапах индивидуального развития организма (яйца, личинка, птенец). Необходима покровительственная окраска для медленно передвигающихся животных или перешедших в состояние покоя.
Многие животные способны быстро менять окраску в зависимости от цвета окружающей среды, и эта способность передается по наследству. Например: хамелеон, камбала, агама.

Виды покровительственной окраски:

1. защитная окраска;
2. привлекающая окраска;
3. угрожающая окраска;
4. подражающая окраска.

1. Защитная предупреждающая окраска свойственна ядовитым, жалящим или обжигающим насекомым. Например, божью коровку (красная, желтая, коричневая, темно-красная, полосатая) птицы никогда не склевывают из-за выделяемой ядовитой, горькой желтоватой жидкости (рис. 22). Если птенцы случайно склевывают этого жука, то в следующий раз не подходят к нему. Жук-падальщик выделяет неприятную обжигающую жидкость, имеет ярко-красную полосатую окраску. Окраска пчелы, шмеля, осы, ядовитых змей защищает их от хищников. Защитная окраска зависит и от поведения некоторых насекомых и животных. Иногда ползущие жуки в минуты опасности замирают. Выпь, гнездящаяся в камышах, случайно увидев врага, вытягивает шею, поднимает вверх голову и замирает. Предостерегающая окраска у животных сочетается с поведением, отпугивающим хищника.

Рис. 22. Предупреждающая окраска: 1 - божья коровка; 2 - нарывник

2. Привлекающая окраска. Эта окраска особенно важна во время размножения. Яркая окраска красных бабочек, голубокрылых кузнечиков, тушканчиков, оперения самцов птиц привлекает самок в период размножения. В обычные дни окраска сливается с окружающей средой и становится не заметной для врагов (рис. 23).

Рис. 23. Привлекающая окраска: 1 - красная орденская лента; 2 - голубокрылая кобылка; 3 - тушканчик

3. Угрожающая окраска. Во время опасности животные принимают угрожающую позу. Например, кобра в минуты опасности поднимает голову прямо, раздувает шею и принимает угрожающую позу; жук-чернотелка поднимает брюшко и выделяет неприятный запах. Ушастая круглоголовка мгновенно раскрывает кожные складки на голове и замирает с открытым ртом. На раскрытых крыльях богомола есть пятна, похожие на глаза. В случае опасности, раскрывая крылья, богомол отпугивает своего врага. Такие же пятна имеются и у ночных бабочек (рис. 24).

Рис. 24. Угрожающая окраска: глазчатые пятна на крыльях бабочки (1) в позе угрозы похожи на глаза сычика-эльфа (2)

4. Подражающая окраска - мимикрия (греч. mimikos - "подражание"). Это подражание животных и растений живым организмам или определенным неживым предметам среды. Предостерегающая окраска незащищенных организмов имеет сходство с одним или несколькими видами. Например, по форме тела, размеру, яркой окраске таракан схож с божьей коровкой. По форме тела морской конек и рыба-шла напоминают водоросль. Белая бабочка неприятным запахом, яркой окраской подражает несъедобным бабочкам из семейства геликонид (рис. 25), а мухи - осам. Схожесть неядовитых змей с ядовитыми помогает защититься им от врагов и выжить.

Рис. 25. Подражательная окраска: бабочка-белянка (Т) похожа на ядовитую бабочку-геликониду (2)

Примеры подражательной окраски растений.
Подражательная окраска у растений необходима для привлечения или запугивания животных. Обычно на цветке белозора не бывает нектара. Для привлечения насекомых оно похоже на медоносное растение. Насекомые, садясь на цветок, способствуют его опылению. Цветы насекомоядного растения (непентес) имеют яркую окраску. Насекомые, садясь на цветок, мгновенно попадают в "капкан" и погибают. Орхидея по форме цветка и запаху напоминает самку некоторых насекомых, поэтому самцы насекомых невольно садятся на цветок и опыляют его.
Мимикрия возникает "под контролем" естественного отбора. Возникновение ее связано с накоплением мелких полезных мутаций у съедобных видов в условиях их совместного обитания с несъедобными. Одним из главных орудий защиты от врагов и приспособительных признаков является: у жучков и крабов - хитиновый покров, у моллюсков - раковины, у крокодилов - чешуя, у броненосцев и черепахи - панцирь, у ежа и дикобраза - иглы.

Приспособленность. Покровительственная окраска. Защитная окраска. Привлекающая окраска. Угрожающая окраска. Подражательная окраска (мимикрия).

1. Главная причина различных приспособлений организмов к условиям среды - это отбор.
2. Покровительственная окраска - приспособленность, необходимая для защиты организмов, ведущих открытый образ жизни, от врагов.
3. Защитная окраска - вид покровительственной окраски, характерной для ядовитых, жалящих, обжигающих насекомых.
4. Привлекающая окраска - вид покровительственной окраски в период размножения организмов.
5. Угрожающая окраска - способ защиты животных от врагов принятием угрожающей позы.
6. Подражание живым организмам и неживым предметам среды - это приспособленность организмов, не способных самостоятельно защищаться или малоподвижных.
7. Какие признаки организмов обусловливают приспособленность?
8. Как возникает приспособленность?
9. Назовите виды покровительственной окраски.
10. Покажите на примере защитную окраску.
1. Каким организмам свойственна подражающая окраска?
2. Приведите примеры, доказывающие полезность привлекающей окраски.
3. Каковы примеры подражающей окраски у растений?

Задание
Встречали ли вы в природе насекомых, замирающих при прикосновении? Обратите внимание на их действия, неподвижность. Обратите внимание на насекомых, выделяющих неприятный пахучий запах. Сравните их. Это задание поможет вам глубже познакомиться с защитной и угрожающей окраской животных.
Постарайтесь выполнить задание.
К какому виду относятся приведенные примеры покровительственной окраски? Занесите соответственно заглавными буквами: "ЗЩ" - защитная; "ПР"- привлекающая; "ПД"- подражательная.

1. Божья коровка. 5. Непентес (насекомоядное растение).
2. Бабочка. 6. Выпь.
3. Жук-чернотелка. 7. Самец фазана.
4. Морской конек. 8. Богомол.