Поведенчески адаптации при растенията и животните. Приспособяване на организмите към условията на живот
Учебникът отговаря на Федералния държавен образователен стандарт за средно (пълно) общо образование, препоръчва се от Министерството на образованието и науката на Руската федерация и е включен във Федералния списък на учебниците.
Учебникът е предназначен за ученици от 11 клас и е предназначен за обучение по предмета 1 или 2 часа седмично.
Модерен дизайн, многостепенни въпроси и задачи, Допълнителна информацияи възможността за паралелна работа с електронно приложение допринасят за ефективното усвояване на учебния материал.
Ориз. 33. Зимно оцветяване на заек
И така, в резултат на действието движещи силиеволюцията, организмите се развиват и подобряват адаптациите към условията заобикаляща среда. Консолидирането на различни адаптации в изолирани популации може в крайна сметка да доведе до образуването на нови видове.
Прегледайте въпроси и задачи
1. Дайте примери за адаптация на организмите към условията на живот.
2. Защо някои животни имат ярки, демаскиращи цветове, докато други, напротив, имат защитни цветове?
3. Каква е същността на мимикрията?
4. Акцията прилага ли се? естествен подборвърху поведението на животните? Дай примери.
5. Какви са биологичните механизми за възникване на адаптивно (скриващо и предупредително) оцветяване при животните?
6. Дали физиологичните адаптации са фактори, които определят нивото на годност на организма като цяло?
7. Каква е същността на относителността на всяка адаптация към условията на живот? Дай примери.
Мисля! Направи го!
1. Защо няма абсолютна адаптация към условията на живот? Дайте примери за доказване относителен характервсяко устройство.
2. Малките глигани имат характерна ивичеста окраска, която изчезва с възрастта. Дайте подобни примери за промени в цвета при възрастни в сравнение с потомството. Може ли този модел да се счита за общ за целия животински свят? Ако не, тогава за кои животни и защо е характерно?
3. Съберете информация за животни с предупредителни цветове, които живеят във вашия район. Обяснете защо познаването на този материал е важно за всички. Направете информационен щанд за тези животни. Изнесете презентация по тази тема пред ученици от началното училище.
Работа с компютър
Вижте електронното приложение. Проучете материала и изпълнете задачите.
Повторете и запомнете!
Човек
Поведенческите адаптации са вродено, безусловно рефлекторно поведение.Вродени способности съществуват при всички животни, включително и при хората. Новороденото бебе може да суче, преглъща и смила храна, да мига и киха, да реагира на светлина, звук и болка. Това са примери безусловни рефлекси.Такива форми на поведение са възникнали в процеса на еволюцията в резултат на адаптиране към определени, относително постоянни условия на околната среда. Безусловните рефлекси се предават по наследство, така че всички животни се раждат с готов комплекс от такива рефлекси.
Всеки безусловен рефлекс възниква в отговор на строго определен стимул (подкрепление): някои - за храна, други - за болка, трети - за появата на нова информация и т.н. Рефлексните дъги на безусловните рефлекси са постоянни и преминават през гръбначния мозък или мозъчен ствол.
Една от най-пълните класификации на безусловните рефлекси е класификацията, предложена от академик П. В. Симонов. Ученият предложи да се разделят всички безусловни рефлекси на три групи, различаващи се по характеристиките на взаимодействието на индивидите помежду си и с околната среда. Жизнени рефлекси(от лат. vita – живот) са насочени към запазване живота на индивида. Неспазването им води до смърт на индивида, като изпълнението не изисква участието на друг индивид от същия вид. Тази група включва рефлекси за хранене и пиене, хомеостатични рефлекси (поддържащи постоянна температуратяло, оптимална честота на дишане, сърдечен ритъм и др.), отбранителни, които от своя страна се делят на пасивно-отбранителни (бягане, криене) и активно-отбранителни (нападение срещу заплашителен обект) и някои други.
ДА СЕ зоосоциални,или ролева игра рефлексивключват онези варианти на вродено поведение, които възникват по време на взаимодействие с други индивиди от техния собствен вид. Това са полови, детско-родителски, териториални, йерархични рефлекси.
Третата група е рефлекси за саморазвитие.Те не са свързани с адаптиране към конкретна ситуация, а сякаш са насочени към бъдещето. Те включват изследователско, имитативно и игриво поведение.
| <<< Назад
|
Напред >>> |
По принцип системите за адаптация по един или друг начин са свързани със студа, което е съвсем логично - ако успеете да оцелеете в дълбок минус, други опасности няма да са толкова ужасни. Същото, между другото, важи и за изключително високи температури. Тези, които са в състояние да се адаптират, най-вероятно няма да изчезнат никъде.
Арктическият заек е най-големият заек Северна Америка, които по някаква причина имат относително къси уши. Това е чудесен пример за това какво може да пожертва едно животно, за да оцелее в тежки условия - въпреки че дълги ушимогат да помогнат да чуете хищник; късите намаляват преноса на ценна топлина, което е много по-важно за арктическия заек.
Жабите от Аляска от вида Rana sylvatica може би дори надминаха антарктическите риби. Те буквално замръзват в леда през зимата, като по този начин изчакват студения сезон и се връщат към живота през пролетта. Такъв „криосън“ е възможен за тях поради специалната структура на черния дроб, който се удвоява по време на хибернация, и сложната биохимия на кръвта.
Някои видове богомолки, които не могат да останат на слънце цял ден, се справят с проблема с липсата на топлина с помощта на химична реакцияв собственото си тяло, концентрирайки проблясъци от топлина вътре за краткотрайно нагряване.
Кистата е временна форма на съществуване на бактерии и много едноклетъчни организми, при която тялото се обгражда с плътна защитна обвивка, за да се предпази от агресивни външна среда. Тази бариера е много ефективна - в някои случаи може да помогне на собственика да оцелее няколко десетилетия.
Нототениформните риби живеят във водите на Антарктика, които са толкова студени, че обикновените риби биха замръзнали до смърт там. Морска водазамръзва само при температура от -2°C, което не може да се каже за напълно свежа кръв. Но антарктическите риби отделят естествен протеин против замръзване, който предотвратява образуването на ледени кристали в кръвта - и оцеляват.
Мегатермията е способността да се генерира топлина с помощта на телесната маса, като по този начин се оцелява в студени условия дори без антифриз в кръвта. Някои хора използват това морски костенурки, оставайки подвижен, когато водата наоколо почти замръзва.
Когато мигрират през Хималаите, азиатските бароглави гъски се издигат на огромни височини. Най-високият полет на тези птици е регистриран на надморска височина от 10 хиляди метра! Гъските имат пълен контрол върху телесната си температура, дори я променят, ако е необходимо. химичен съставкръв, за да оцелее в ледения и разреден въздух.
Калните скачачи не са най-често срещаният вид риба, въпреки че са доста обикновени попчета. При отлив те пълзят през калта, получават храна за себе си, понякога се катерят по дърветата. По начина си на живот калните скачачи са много по-близо до земноводните и само перките с хриле ги разкриват като риби.
Да оцелее в неблагоприятни условия климатични условиярастенията, животните и птиците имат някои характеристики. Тези характеристики се наричат "физиологични адаптации", примери за които могат да се видят при почти всеки вид бозайник, включително хората.
Защо е необходима физиологична адаптация?
Условията на живот в някои части на планетата не са напълно удобни, въпреки това там има различни представители на дивата природа. Има няколко причини, поради които тези животни не са напуснали неблагоприятната среда.
На първо място, климатичните условия може да са се променили, когато определен вид вече е съществувал в дадена област. Някои животни не са адаптирани към миграция. Възможно е също териториалните характеристики да не позволяват миграция (острови, планински плата и др.). За определен вид променените условия на местообитание все още остават по-подходящи, отколкото на всяко друго място. И физиологичната адаптация е най-добрият вариантразрешаване на проблема.
Какво имаш предвид под адаптация?
Физиологичната адаптация е хармонията на организмите със специфично местообитание. Например комфортният престой на обитателите му в пустинята се дължи на адаптирането им към високи температури и липсата на достъп до вода. Адаптацията е появата на определени характеристики в организмите, които им позволяват да се разбират с някои елементи на околната среда. Те възникват в процеса на определени мутации в тялото. Физиологичните адаптации, примери за които са добре известни в света, са например способността за ехолокация при някои животни (прилепи, делфини, сови). Тази способност им помага да се ориентират в пространство с ограничено осветление (на тъмно, във вода).
Физиологичната адаптация е набор от реакции на организма към определени патогенни фактори на околната среда. Той осигурява на организмите по-голяма вероятност за оцеляване и е един от методите на естествен подбор за силни и устойчиви организми в популация.
Видове физиологична адаптация
Адаптацията на организма се разграничава между генотипна и фенотипна. Генотипът се основава на условията на естествен подбор и мутации, довели до промени в организмите на цял вид или популация. Именно в процеса на този тип адаптация на модерни възгледиживотни, птици и хора. Генотипната форма на адаптация е наследствена.
Фенотипната форма на адаптация се дължи на индивидуални промени в конкретен организъм за комфортен престой при определени климатични условия. Може да се развие и поради постоянно излагане на агресивна среда. В резултат на това тялото придобива устойчивост на неговите условия.
Сложни и кръстосани адаптации
При определени климатични условия възникват сложни адаптации. Например адаптацията на организма към ниски температурипо време на дълъг престой в северните райони. Тази форма на адаптация се развива във всеки човек, когато се премести в различна климатична зона. В зависимост от характеристиките на конкретен организъм и неговото здраве, тази форма на адаптация протича по различни начини.
Кръстосаната адаптация е форма на привикване на организма, при която развитието на устойчивост към един фактор повишава устойчивостта към всички фактори от тази група. Физиологичната адаптация на човек към стреса повишава устойчивостта му към някои други фактори, например към студ.
Въз основа на положителни кръстосани адаптации е разработен набор от мерки за укрепване на сърдечния мускул и предотвратяване на инфаркти. В естествени условия тези хора, които по-често са се сблъсквали със стресови ситуации в живота си, са по-малко податливи на последствията от инфаркт на миокарда, отколкото тези, които са водили спокоен начин на живот.
Видове адаптивни реакции
Има два вида адаптивни реакции на организма. Първият тип се нарича „пасивни адаптации“. Тези реакции протичат на клетъчно ниво. Те характеризират формирането на степента на устойчивост на организма към въздействието на негативните фактори на околната среда. Например промяна атмосферно налягане. Пасивната адаптация ви позволява да поддържате нормалната функционалност на тялото с малки колебания в атмосферното налягане.
Най-известните физиологични адаптации при животни от пасивен тип са защитните реакции на живия организъм към въздействието на студа. Хибернация, при които жизнените процеси се забавят, е присъщо на някои видове растения и животни.
Втори вид адаптивни реакциисе нарича активен и предполага защитни мерки на организма при излагане на патогенни фактори. В този случай вътрешната среда на тялото остава постоянна. Този тип адаптация е характерен за високоразвитите бозайници и човека.
Примери за физиологични адаптации
Физиологичната адаптация на човек се проявява във всички ситуации, които са нестандартни за неговата среда и начин на живот. Аклиматизацията е най-известният пример за адаптация. За различните организми този процес протича с различна скорост. Някои хора се нуждаят от няколко дни, за да свикнат с новите условия, за много ще са необходими месеци. Също така скоростта на адаптация зависи от степента на разлика от обичайното местообитание.
Във враждебна среда много бозайници и птици имат характерен набор от телесни реакции, които съставляват техните физиологични адаптации. Примери (при животни) могат да се наблюдават в почти всеки климатична зона. Например обитателите на пустинята натрупват резерви от подкожна мазнина, която се окислява и образува вода. Този процес се наблюдава преди настъпването на период на суша.
Извършва се и физиологична адаптация в растенията. Но тя е пасивна по природа. Пример за такава адаптация са дърветата, които хвърлят листа, когато наближи студеният сезон. Пъпките са покрити с люспи, които ги предпазват от вредното въздействие на ниските температури и снега и вятъра. Метаболитните процеси в растенията се забавят.
В комбинация с морфологичната адаптация, физиологичните реакции на тялото го осигуряват високо нивооцеляване при неблагоприятни условия и внезапни промени в околната среда.
Реакциите на неблагоприятни фактори на околната среда са вредни за живите организми само при определени условия, но в повечето случаи имат адаптивно значение. Следователно тези реакции са наречени от Selye „синдром на общата адаптация“. В по-късни трудове той използва термините „стрес“ и „общ адаптационен синдром“ като синоними.
Адаптацияе генетично обусловен процес на формиране на защитни системи, които осигуряват повишена стабилност и протичане на онтогенезата в неблагоприятни за него условия.
Адаптацията е един от най-важните механизми, който повишава устойчивостта на биологична система, включително растителен организъм, в променени условия на съществуване. как по-добро тялоадаптирана към някакъв фактор, толкова по-устойчива е на неговите колебания.
Генотипно определената способност на организма да променя метаболизма в определени граници в зависимост от действието на външната среда се нарича норма на реакция. Той се контролира от генотипа и е характерен за всички живи организми. Повечето модификации, които се случват в нормалния диапазон на реакция, имат адаптивно значение. Те съответстват на промените в околната среда и осигуряват по-добро оцеляване на растенията при променливи условия на околната среда. В тази връзка подобни модификации имат еволюционно значение. Терминът „норма на реакция“ е въведен от V.L. Йохансен (1909).
Колкото по-голяма е способността на даден вид или сорт да се модифицира в съответствие с околната среда, толкова по-широка е неговата скорост на реакция и толкова по-висока е способността му да се адаптира. Това свойство отличава устойчивите сортове култури. По правило леките и краткотрайни промени във факторите на околната среда не водят до съществени нарушения във физиологичните функции на растенията. Това се дължи на способността им да поддържат относително динамично равновесие на вътрешната среда и стабилността на основните физиологични функции в променяща се външна среда. В същото време внезапните и продължителни въздействия водят до нарушаване на много функции на растението, а често и до неговата смърт.
Адаптацията включва всички процеси и адаптации (анатомични, морфологични, физиологични, поведенчески и др.), които допринасят за повишена стабилност и допринасят за оцеляването на вида.
1.Анатомични и морфологични устройства. При някои представители на ксерофитите дължината на кореновата система достига няколко десетки метра, което позволява на растението да използва подземни водии да не изпитват липса на влага в условия на почвена и атмосферна суша. При други ксерофити наличието на дебела кутикула, опушени листа и превръщането на листата в бодли намаляват загубата на вода, което е много важно при условия на липса на влага.
Жилните косми и бодли предпазват растенията от изяждане от животни.
Дърветата в тундрата или на високи планински височини изглеждат като клекнали пълзящи храсти, през зимата те са покрити със сняг, което ги предпазва от силни студове.
В планинските райони с големи дневни температурни колебания растенията често имат формата на разпръснати възглавници с множество гъсто разположени стъбла. Това ви позволява да поддържате влага във възглавниците и относително еднаква температура през целия ден.
При блатните и водните растения се образува специален въздухоносен паренхим (аеренхим), който е въздушен резервоар и улеснява дишането на части от растението, потопени във вода.
2. Физиолого-биохимични адаптации. При сукулентите адаптация за отглеждане в пустинни и полупустинни условия е асимилацията на CO 2 по време на фотосинтезата чрез CAM пътя. Тези растения имат устицата, които са затворени през деня. Така растението запазва вътрешните си водни запаси от изпарение. В пустините водата е основният фактор, ограничаващ растежа на растенията. Устицата се отварят през нощта и по това време CO 2 навлиза във фотосинтезиращите тъкани. Последващото участие на CO 2 във фотосинтетичния цикъл се случва през деня, когато устицата са затворени.
Физиологичните и биохимичните адаптации включват способността на устицата да се отварят и затварят в зависимост от външни условия. Синтезът в клетките на абсцизова киселина, пролин, защитни протеини, фитоалексини, фитонциди, повишената активност на ензимите, които противодействат на окислителното разграждане на органичните вещества, натрупването на захари в клетките и редица други промени в метаболизма спомагат за повишаване на устойчивостта на растенията към неблагоприятни условия на околната среда.
Една и съща биохимична реакция може да се извърши от няколко молекулярни форми на един и същ ензим (изоензими), като всяка изоформа проявява каталитична активност в относително тесен диапазон на някакъв параметър на околната среда, като температура. Наличието на редица изоензими позволява на растението да извършва реакции в много по-широк температурен диапазон в сравнение с всеки отделен изоензим. Това позволява на растението успешно да изпълнява жизненоважни функции при променящи се температурни условия.
3. Поведенчески адаптации или избягване на неблагоприятен фактор. Пример за това са ефемери и ефемероиди (мак, мацка, минзухари, лалета, кокичета). Те преминават през целия си цикъл на развитие през пролетта за 1,5-2 месеца, дори преди началото на топлината и сушата. Така те сякаш напускат или избягват да попадат под въздействието на стресора. По същия начин ранозреещите сортове селскостопански култури образуват реколта преди настъпването на неблагоприятни климатични условия. сезонни явления: Августовски мъгли, дъждове, слани. Следователно селекцията на много селскостопански култури е насочена към създаване на ранно узрели сортове. Многогодишните растения презимуват под формата на коренища и луковици в почвата под сняг, което ги предпазва от замръзване.
Адаптирането на растенията към неблагоприятни фактори се извършва едновременно на много нива на регулиране - от отделна клетка до фитоценоза. Колкото по-високо е нивото на организация (клетка, организъм, популация), толкова по-голям броймеханизми едновременно участва в адаптирането на растенията към стрес.
Регулирането на метаболитните и адаптационните процеси вътре в клетката се осъществява с помощта на системи: метаболитни (ензимни); генетични; мембрана Тези системи са тясно свързани помежду си. По този начин свойствата на мембраните зависят от генната активност, а диференциалната активност на самите гени е под контрола на мембраните. Синтезът на ензимите и тяхната активност се контролират на генетично ниво, като в същото време ензимите регулират метаболизма на нуклеиновата киселина в клетката.
На организмово нивокъм клетъчните механизми на адаптация се добавят нови, отразяващи взаимодействието на органите. При неблагоприятни условия растенията създават и задържат такова количество плодни елементи, че са достатъчно осигурени с необходимите вещества за образуване на пълноценни семена. Например в съцветията на култивирани житни култури и в короните плодови дърветапри неблагоприятни условия повече от половината установени яйчници могат да паднат. Такива промени се основават на конкурентни отношениямежду органи за физиологично активни и хранителни вещества.
При стресови условия рязко се ускоряват процесите на стареене и опадване на долните листа. В същото време веществата, необходими на растенията, се движат от тях към младите органи, отговаряйки на стратегията за оцеляване на организма. Благодарение на рециклирането хранителни веществаОт долните листа по-младите, горните листа, остават жизнеспособни.
Действат механизми за регенерация на загубени органи. Например, повърхността на раната е покрита с вторична покривна тъкан (перидерма на раната), рана на ствол или клон е заздравена с възли (калус). Когато апикалната издънка е загубена, в растенията се събуждат спящи пъпки и интензивно се развиват странични издънки. Регенерацията на листата през пролетта вместо тези, които са паднали през есента, също е пример за естествена регенерация на органи. Регенерацията като биологично устройство, което осигурява вегетативно размножаване на растения чрез сегменти от корена, коренището, талуса, стъблени и листни резници, изолирани клетки и отделни протопласти, има голямо практическо значениеза растениевъдство, овощарство, горско стопанство, декоративно градинарство и др.
Хормоналната система също участва в процесите на защита и адаптация на ниво растение. Например, под въздействието на неблагоприятни условия в растението, съдържанието на инхибитори на растежа рязко се увеличава: етилен и абсцицинова киселина. Те намаляват метаболизма, инхибират процесите на растеж, ускоряват стареенето, загубата на органи и преминаването на растението в латентно състояние. Инхибирането на функционалната активност при стресови условия под въздействието на инхибитори на растежа е характерна реакция за растенията. В същото време съдържанието на стимуланти на растежа в тъканите намалява: цитокинин, ауксин и гиберелини.
На ниво на населениетодобавя се селекция, което води до появата на по-приспособени организми. Възможността за селекция се определя от наличието на вътрешнопопулационна изменчивост на устойчивостта на растенията към различни фактори на околната среда. Пример за вътрешнопопулационна променливост на резистентността може да бъде неравномерното поникване на разсад върху солена почва и увеличаването на вариациите във времето на покълване с увеличаване на стресовите фактори.
Видът в съвременната концепция се състои от голям брой биотипове - по-малки екологични единици, които са генетично идентични, но проявяват различна устойчивост към факторите на околната среда. IN различни условияне всички биотипове са еднакво жизнени и в резултат на конкуренцията остават само тези, които най-добре отговарят на дадените условия. Тоест, устойчивостта на една популация (сорт) към един или друг фактор се определя от устойчивостта на организмите, които съставляват популацията. Устойчивите сортове включват набор от биотипове, които осигуряват добра продуктивност дори при неблагоприятни условия.
В същото време, по време на дългосрочно отглеждане на сортове, съставът и съотношението на биотиповете в популацията се променят, което се отразява на продуктивността и качеството на сорта, често не към по-добро.
И така, адаптацията включва всички процеси и адаптации, които повишават устойчивостта на растенията към неблагоприятни условия на околната среда (анатомични, морфологични, физиологични, биохимични, поведенчески, популационни и др.)
Но за да изберете най-ефективния път на адаптация, основното е времето, през което тялото трябва да се адаптира към новите условия.
При внезапно действие на екстремен фактор реакцията не търпи отлагане, тя трябва да последва незабавно, за да се избегнат необратими щети на растението. При продължително излагане на малка сила адаптивните промени настъпват постепенно и изборът на възможни стратегии се увеличава.
В тази връзка има три основни стратегии за адаптация: еволюционен, онтогенетиченИ спешно. Целта на стратегията е ефективно използване на наличните ресурси за постигане на основната цел - оцеляването на организма при стрес. Стратегията за адаптация е насочена към поддържане на структурната цялост на жизненоважни макромолекули и функционалната активност на клетъчните структури, запазване на системите за регулиране на живота и осигуряване на растенията с енергия.
Еволюционни или филогенетични адаптации(филогенеза - развитието на биологичен вид във времето) са адаптации, които възникват по време на еволюционния процес на базата на генетични мутации, селекция и се предават по наследство. Те са най-надеждните за оцеляване на растенията.
В процеса на еволюция всеки растителен вид е развил определени потребности от условия на живот и приспособимост към професията, която заема. екологична ниша, постоянна адаптация на организма към околната среда. Влаго- и сенкоустойчивостта, топлоустойчивостта, студоустойчивостта и други екологични характеристики на определени растителни видове са формирани в резултат на дългосрочно излагане на подходящи условия. По този начин топлолюбивите и късодневните растения са характерни за южните ширини, докато по-малко взискателните топлолюбиви и дългодневните растения са характерни за северните ширини. Многобройни еволюционни адаптации на ксерофитните растения към сушата са добре известни: икономично използване на вода, дълбоко разположена коренова система, отделяне на листа и преминаване към латентно състояние и други адаптации.
В тази връзка сортовете селскостопански растения проявяват устойчивост именно към тези фактори на околната среда, на фона на които се извършва развъждането и селекцията на продуктивни форми. Ако селекцията протича в редица последователни поколения на фона на постоянното влияние на някакъв неблагоприятен фактор, тогава устойчивостта на сорта към него може значително да се повиши. Естествено е сортовете, избрани от изследователския институт селско стопанствоЮгоизток (Саратов), са по-устойчиви на суша от сортовете, създадени в развъдните центрове на района на Москва. По същия начин в екологични зони с неблагоприятни почвено-климатични условия се формират устойчиви местни растителни сортове, а ендемичните растителни видове са устойчиви именно на стресора, който се изразява в местообитанието им.
Характеристики на устойчивост на пролетни сортове пшеница от колекцията на Всеруския институт по растениевъдство (Семьонов и др., 2005)
| Разнообразие | Произход | устойчивост |
| Енита | Московска област | Умерено устойчив на суша |
| Саратовская 29 | Саратовска област | Устойчив на суша |
| Комета | Свердловска област. | Устойчив на суша |
| Карасино | Бразилия | Киселинно устойчив |
| Прелюдия | Бразилия | Киселинно устойчив |
| Колониас | Бразилия | Киселинно устойчив |
| Тринтани | Бразилия | Киселинно устойчив |
| ППГ-56 | Казахстан | Устойчив на сол |
| Ош | Киргизстан | Устойчив на сол |
| Сурхак 5688 | Таджикистан | Устойчив на сол |
| Месел | Норвегия | Устойчив на сол |
В естествена среда условията на околната среда обикновено се променят много бързо и времето, през което стресовият фактор достига увреждащо ниво, не е достатъчно за формирането на еволюционни адаптации. В тези случаи растенията използват не постоянни, а предизвикани от стресора защитни механизми, чието формиране е генетично предопределено (детерминирано).
Онтогенетични (фенотипни) адаптациине са свързани с генетични мутации и не се предават по наследство. Формирането на този вид адаптация отнема сравнително дълго време, поради което се наричат дълготрайни адаптации. Един от тези механизми е способността на редица растения да образуват водоспестяващ фотосинтетичен път от тип CAM при условия на воден дефицит, причинен от суша, соленост, ниски температури и други стресови фактори.
Тази адаптация е свързана с индуцирането на израза на „неактивен“ в нормални условиягена на фосфоенолпируват карбоксилазата и гените на други ензими от CAM пътя на асимилация на CO 2, с биосинтеза на осмолити (пролин), с активиране на антиоксидантни системи и промени в ежедневните ритми на движенията на устицата. Всичко това води до много икономичен разход на вода.
При полски култури, например царевица, аеренхимът отсъства при нормални условия на отглеждане. Но при условия на наводняване и липса на кислород в тъканите на корените, някои от клетките на първичната кора на корена и стъблото умират (апоптоза или програмирана клетъчна смърт). На тяхно място се образуват кухини, през които се транспортира кислород от надземната част на растението до кореновата система. Сигналът за клетъчна смърт е синтезът на етилен.
Спешна адаптациянастъпва при бързи и интензивни промени в условията на живот. Тя се основава на формирането и функционирането на системи за защита от удар. Системите за защита от удар включват например протеиновата система от топлинен шок, която се образува в отговор на бързо повишаване на температурата. Тези механизми осигуряват краткосрочни условия за оцеляване под въздействието на увреждащ фактор и по този начин създават предпоставки за формирането на по-надеждни дългосрочни специализирани механизми за адаптация. Пример за специализирани адаптационни механизми е новообразуването на антифризни протеини при ниски температури или синтеза на захари по време на презимуването на зимните култури. В същото време, ако увреждащият ефект на даден фактор надвишава защитните и възстановителните възможности на тялото, тогава неизбежно настъпва смърт. В този случай организмът умира на етапа на спешна или на етапа на специализирана адаптация, в зависимост от интензивността и продължителността на екстремния фактор.
Разграничете специфиченИ неспецифичен (общ)реакции на растенията към стресори.
Неспецифични реакциине зависят от характера на действащия фактор. Те са еднакви под въздействието на високи и ниски температури, липса или излишък на влага, висока концентрация на соли в почвата или вредни газове във въздуха. Във всички случаи пропускливостта на мембраните в растителните клетки се увеличава, дишането се нарушава, хидролитичното разграждане на веществата се увеличава, синтезът на етилен и абсцицинова киселина се увеличава, клетъчното делене и удължаване се инхибират.
Таблицата представя комплекс от неспецифични промени, които настъпват в растенията под въздействието на различни фактори на околната среда.
Промени във физиологичните параметри в растенията под въздействието на стресови условия (по G.V. Udovenko, 1995)
| Настроики | Естеството на промените в параметрите при условия | |||
| суша | соленост | висока температура | ниска температура | |
| Концентрация на йони в тъканите | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ |
| Активност на водата в клетката | водопади | водопади | водопади | водопади |
| Осмотичен потенциал на клетката | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ |
| Капацитет за задържане на вода | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | — |
| Недостиг на вода | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | — |
| Пропускливост на протоплазмата | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | — |
| Скорост на транспирация | водопади | водопади | Нарастващ | водопади |
| Ефективност на транспирация | водопади | водопади | водопади | водопади |
| Енергийна ефективност на дишането | водопади | водопади | водопади | — |
| Интензивност на дишането | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | — |
| Фотофосфорилиране | Намалява | Намалява | — | Намалява |
| Стабилизиране на ядрената ДНК | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ |
| Функционална активност на ДНК | Намалява | Намалява | Намалява | Намалява |
| Концентрация на пролин | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | — |
| Съдържание на водоразтворими протеини | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ | Нарастващ |
| Синтетични реакции | Депресиран | Депресиран | Депресиран | Депресиран |
| Абсорбция на йони от корените | Потиснат | Потиснат | Потиснат | Потиснат |
| Транспорт на вещества | Депресиран | Депресиран | Депресиран | Депресиран |
| Концентрация на пигмента | водопади | водопади | водопади | водопади |
| Клетъчно делене | Спиране | Спиране | — | — |
| Клетъчно разтягане | Потиснат | Потиснат | — | — |
| Брой плодови елементи | Намалена | Намалена | Намалена | Намалена |
| Стареене на органи | Ускорено | Ускорено | Ускорено | — |
| Биологична реколта | Понижен | Понижен | Понижен | Понижен |
Въз основа на данните в таблицата може да се види, че устойчивостта на растенията към няколко фактора е придружена от еднопосочни физиологични промени. Това дава основание да се смята, че повишаването на устойчивостта на растенията към един фактор може да бъде придружено от повишаване на устойчивостта към друг. Това е потвърдено от експерименти.
Експериментите в Института по физиология на растенията на Руската академия на науките (Вл. В. Кузнецов и др.) показват, че краткотрайната термична обработка на памуковите растения е съпроводена с повишаване на устойчивостта им към последващо засоляване. А адаптирането на растенията към солеността води до повишаване на тяхната устойчивост на високи температури. Топлинният шок повишава способността на растенията да се адаптират към последващо засушаване и, обратно, по време на засушаване се повишава устойчивостта на организма към високи температури. Краткосрочно въздействиевисоката температура повишава устойчивостта на тежки металиИ UV-B облъчване. Предишното засушаване насърчава оцеляването на растенията при солени или студени условия.
Процесът на повишаване на устойчивостта на организма към това фактор на околната средав резултат на адаптация към фактор от различно естество се нарича кръстосана адаптация.
За изучаване на общите (неспецифични) механизми на резистентност е от голям интерес реакцията на растенията към фактори, които причиняват дефицит на вода в растенията: соленост, суша, ниски и високи температури и някои други. На нивото на целия организъм всички растения реагират по един и същ начин на водния дефицит. Характеризира се с инхибиране на растежа на издънките, повишен растеж на кореновата система, синтез на абсцицинова киселина и намалена проводимост на устицата. След известно време долните листа стареят бързо и се наблюдава тяхната смърт. Всички тези реакции са насочени към намаляване на потреблението на вода чрез намаляване на изпарителната повърхност, както и чрез увеличаване на абсорбционната активност на корена.
Специфични реакции- Това са реакции на действието на всеки един стресов фактор. Така фитоалексините (вещества с антибиотични свойства) се синтезират в растенията в отговор на контакт с патогени.
Специфичността или неспецифичността на отговорните реакции предполага, от една страна, отношението на растението към различни стресори и, от друга страна, специфичността на реакциите на растения от различни видове и сортове към един и същ стресор.
Проявата на специфични и неспецифични реакции на растенията зависи от силата на стреса и скоростта на неговото развитие. Специфичните реакции се появяват по-често, ако стресът се развива бавно и тялото има време да се възстанови и адаптира към него. Неспецифичните реакции обикновено се проявяват с по-краткосрочно и силно действиестресор Функционирането на неспецифични (общи) механизми на резистентност позволява на растението да избегне големи енергийни разходи за формиране на специализирани (специфични) механизми за адаптация в отговор на всяко отклонение от нормата в условията на живот.
Устойчивостта на растенията към стрес зависи от фазата на онтогенезата. Най-стабилните растения и растителни органи са в латентно състояние: под формата на семена, луковици; дървесни трайни насаждения - в състояние на дълбок покой след падане на листата. Растенията са най-чувствителни в млада възраст, тъй като при стресови условия първо се увреждат процесите на растеж. Вторият критичен период е периодът на образуване на гамети и оплождане. Стресът през този период води до намаляване на репродуктивната функция на растенията и намаляване на добива.
Ако стресовите условия се повтарят и имат ниска интензивност, те допринасят за втвърдяване на растенията. Това е основата на методите за повишаване на устойчивостта на ниски температури, топлина, соленост и повишени нива на вредни газове във въздуха.
НадеждностРастителният организъм се определя от способността му да предотвратява или елиминира повреди на различни нива на биологична организация: молекулярно, субклетъчно, клетъчно, тъканно, органно, организмово и популационно.
За да се предотвратят смущения в живота на растенията под въздействието на неблагоприятни фактори, принципите на съкращаване, хетерогенност на функционално еквивалентни компоненти, системи за възстановяване на загубени конструкции.
Резервирането на структури и функционалност е един от основните начини за осигуряване на надеждност на системата. Излишъкът и излишъкът имат разнообразни проявления. На субклетъчно ниво излишъкът и дублирането на генетичния материал допринасят за повишаване на надеждността на растителния организъм. Това се осигурява например от двойната спирала на ДНК и увеличаването на плоидността. Надеждността на функционирането на растителен организъм при променящи се условия също се поддържа от наличието на различни информационни РНК молекули и образуването на хетерогенни полипептиди. Те включват изоензими, които катализират една и съща реакция, но се различават по своите физикохимични свойства и стабилността на молекулната структура при променящи се условия на околната среда.
На клетъчно ниво пример за излишък е излишъкът от клетъчни органели. По този начин е установено, че част от наличните хлоропласти е достатъчна, за да осигури на растението фотосинтетични продукти. Останалите хлоропласти изглежда остават в резерв. Същото важи и за общото съдържание на хлорофил. Излишъкът се проявява и в голямото натрупване на прекурсори за биосинтезата на много съединения.
На организмово ниво принципът на излишъка се изразява в образуването и в снасянето по различно време на повече от необходимото за смяната на поколенията брой леторасти, цветове, класчета, в огромно количество цветен прашец, яйцеклетки. , и семена.
На ниво популация принципът на излишъка се проявява в голямо числоиндивиди, различаващи се по своята устойчивост към един или друг стресов фактор.
Репарационните системи също работят на различни нива - молекулярно, клетъчно, организмово, популационно и биоценотично. Процесите на възстановяване изискват енергия и пластични вещества, така че възстановяването е възможно само ако се поддържа достатъчна скорост на метаболизма. Ако метаболизмът спре, възстановяването също спира. При екстремни условия на околната среда поддържането на дишането е особено важно, тъй като именно дишането осигурява енергия за възстановителните процеси.
Възстановителната способност на клетките на адаптираните организми се определя от устойчивостта на техните протеини към денатурация, а именно стабилността на връзките, които определят вторичната, третичната и кватернерната структура на протеина. Например устойчивостта на зрелите семена на високи температури обикновено се дължи на факта, че след дехидратация техните протеини стават устойчиви на денатурация.
Основният източник на енергиен материал като субстрат за дишане е фотосинтезата, следователно енергийното снабдяване на клетката и свързаните с нея възстановителни процеси зависят от стабилността и способността на фотосинтетичния апарат да се възстановява след увреждане. За да се поддържа фотосинтезата при екстремни условия в растенията, синтезът на компонентите на тилакоидната мембрана се активира, липидното окисление се инхибира и ултраструктурата на пластидите се възстановява.
На ниво организъм пример за регенерация може да бъде развитието на заместващи издънки, събуждането на спящи пъпки, когато точките на растеж са повредени.
Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.
Предимства на структуратаТова са оптималните пропорции на тялото, местоположението и плътността на косата или перата и др. Добре познат външен вид воден бозайник- делфин. Движенията му са леки и точни. Самостоятелната скорост на движение във водата достига 40 километра в час. Плътността на водата е 800 пъти по-висока от плътността на въздуха. Торпедообразната форма на тялото избягва образуването на турбуленция във водата, която тече около делфина.
Обтекаемата форма на тялото допринася за бързо движениеживотни и във въздуха. Летащите и контурните пера, покриващи тялото на птицата, напълно изглаждат формата му. Птиците нямат стърчащи уши, те обикновено прибират краката си по време на полет. В резултат на това птиците далеч превъзхождат всички други животни по скорост на движение. Например соколът скитник се хвърля към плячката си със скорост до 290 километра в час.
При животни, които водят потаен, скрит начин на живот, са полезни адаптациите, които им придават прилика с обектите в околната среда. Странната форма на тялото на рибите, които живеят в гъсталаците на водорасли (морско конче, риба-клоун, риба-тръба и др.), им помага успешно да се скрият от врагове. Сходството с обекти в тяхната среда е широко разпространено сред насекомите. Известни са бръмбари, чийто външен вид прилича на лишеи, цикади, подобни на бодлите на храстите, сред които живеят. Пръчките насекоми изглеждат като малки
кафява или зелена клонка, а правокрилите насекоми имитират листо. Рибите, които водят дънен начин на живот (например писия), имат плоско тяло.
Защитно оцветяване
Позволява ви да бъдете невидими сред околния фон. Благодарение на защитното оцветяване, организмът става трудно различим и следователно защитен от хищници. Птичите яйца, снесени върху пясък или земя, са сиви и кафяви с петна, подобни на цвета на околната почва. В случаите, когато яйцата са недостъпни за хищници, те обикновено са безцветни. Гъсениците на пеперудите често са зелени, цвета на листата, или тъмни, цвета на кората или земята. Дънните риби обикновено са оцветени в съответствие с цвета на пясъчното дъно (скат и писия). Освен това писията също има способността да променя цвета си в зависимост от цвета на околния фон. Способността за промяна на цвета чрез преразпределение на пигмента в кожата на тялото е известна и при сухоземните животни (хамелеон). Пустинните животни, като правило, имат жълто-кафяв или пясъчно-жълт цвят. Монохромният защитен цвят е характерен както за насекоми (скакалци), така и за малки гущери, както и за големи копитни животни (антилопи) и хищници (лъв).
Предупредително оцветяване
Предупреждава потенциален враг за наличието на защитни механизми (наличие на токсични вещества или специални телазащита). Предупредителното оцветяване отличава отровните, жилещи животни и насекоми (змии, оси, земни пчели) от околната среда с ярки петна или ивици.
Мимикрия
Подражателно подобиенякои животни, главно насекоми, с други видове, осигуряващи защита от врагове. Ясна граница между нея и покровителствено оцветяванеили формата е трудна за изпълнение. В най-тесен смисъл мимикрията е имитация от вид, беззащитен срещу някои хищници, на вид, избягван от тези потенциални врагове поради неядливост или наличието на специални средства за защита.Мимикрията е резултат от хомоложни (идентични) мутации в различни видове, които помагат на незащитените животни да оцелеят. За имитиращите видове е важно броят им да е малък в сравнение с модела, който имитират, в противен случай враговете няма да развият стабилен негативен рефлекс към предупредителната окраска. Ниското изобилие на имитиращи видове се поддържа от висока концентрация на смъртоносни гени в генофонда. Когато са хомозиготни, тези гени причиняват летални мутации, което води до висок процент индивиди, които не оцеляват до зряла възраст.
