Adaptations comportementales chez les plantes et les animaux. Adaptation des organismes aux conditions de vie

Le manuel est conforme aux normes éducatives de l'État fédéral pour l'enseignement général secondaire (complet), est recommandé par le ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie et est inclus dans la liste fédérale des manuels scolaires.

Le manuel s'adresse aux élèves de 11e année et est conçu pour enseigner la matière 1 ou 2 heures par semaine.

Design moderne, questions et tâches à plusieurs niveaux, Informations Complémentaires et la possibilité de travailler en parallèle avec une application électronique contribuent à l'assimilation efficace du matériel pédagogique.

Riz. 33. Coloration hivernale d'un lièvre

Ainsi, à la suite de l'action forces motricesévolution, les organismes se développent et améliorent leurs adaptations aux conditions environnement. La consolidation de diverses adaptations dans des populations isolées peut conduire à terme à la formation de nouvelles espèces.

Réviser les questions et les devoirs

1. Donner des exemples d'adaptation des organismes aux conditions de vie.

2. Pourquoi certains animaux ont-ils des couleurs vives qui démasquent, tandis que d'autres, au contraire, ont des couleurs protectrices ?

3. Quelle est l’essence du mimétisme ?

4. L'action s'applique-t-elle ? sélection naturelle sur le comportement animal ? Donne des exemples.

5. Quels sont les mécanismes biologiques à l'origine de l'émergence d'une coloration adaptative (dissimulation et avertissement) chez les animaux ?

6. Les adaptations physiologiques sont-elles des facteurs qui déterminent le niveau de forme physique de l'organisme dans son ensemble ?

7. Quelle est l'essence de la relativité de toute adaptation aux conditions de vie ? Donne des exemples.

Pense! Fais-le!

1. Pourquoi n'y a-t-il pas d'adaptation absolue aux conditions de vie ? Donnez des exemples pour prouver caractère relatif n’importe quel appareil.

2. Les sangliers ont une coloration rayée caractéristique, qui disparaît avec l'âge. Donnez des exemples similaires de changements de couleur chez les adultes par rapport à la progéniture. Ce schéma peut-il être considéré comme commun à l’ensemble du monde animal ? Si non, alors pour quels animaux et pourquoi est-ce caractéristique ?

3. Rassemblez des informations sur les animaux portant des couleurs d'avertissement qui vivent dans votre région. Expliquez pourquoi la connaissance de ce matériel est importante pour tout le monde. Préparez un stand d'information sur ces animaux. Faire une présentation sur ce sujet aux élèves du primaire.

Travailler avec un ordinateur

Référez-vous à la demande électronique. Étudiez le matériel et complétez les devoirs.

Répétez et rappelez-vous !

Humain

Les adaptations comportementales sont des comportements réflexes innés et inconditionnels. Des capacités innées existent chez tous les animaux, y compris les humains. Un nouveau-né peut sucer, avaler et digérer des aliments, cligner des yeux et éternuer, réagir à la lumière, au son et à la douleur. Ce sont des exemples réflexes inconditionnés. De telles formes de comportement sont apparues au cours du processus d'évolution à la suite d'une adaptation à certaines conditions environnementales relativement constantes. Les réflexes inconditionnés sont hérités, de sorte que tous les animaux naissent avec un complexe prêt à l'emploi de tels réflexes.

Chaque réflexe inconditionné se produit en réponse à un stimulus strictement défini (renforcement) : certains - pour la nourriture, d'autres - pour la douleur, d'autres - pour l'apparition de nouvelles informations, etc. Les arcs réflexes des réflexes inconditionnés sont constants et traversent la moelle épinière ou du tronc cérébral.

L'une des classifications les plus complètes des réflexes inconditionnés est la classification proposée par l'académicien P. V. Simonov. Le scientifique a proposé de diviser tous les réflexes inconditionnés en trois groupes, différant par les caractéristiques de l'interaction des individus entre eux et avec l'environnement. Réflexes vitaux(du latin vita - vie) visent à préserver la vie de l'individu. Leur non-respect entraîne la mort de l'individu, et leur mise en œuvre ne nécessite pas la participation d'un autre individu de la même espèce. Ce groupe comprend les réflexes alimentaires et buvants, les réflexes homéostatiques (maintenir Température constante corps, fréquence respiratoire optimale, rythme cardiaque, etc.), défensifs, qui, à leur tour, sont divisés en défensif passif (fuir, se cacher) et défensif actif (attaque contre un objet menaçant) et quelques autres.

À zoosocial, ou un jeu de rôle réflexes inclure les variantes de comportement inné qui surviennent lors de l'interaction avec d'autres individus de leur propre espèce. Ce sont des réflexes sexuels, enfant-parents, territoriaux, hiérarchiques.

Le troisième groupe est réflexes de développement personnel. Ils ne sont pas liés à l'adaptation à une situation spécifique, mais semblent orientés vers l'avenir. Ceux-ci incluent un comportement exploratoire, imitatif et ludique.

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Fondamentalement, les systèmes d'adaptation sont liés d'une manière ou d'une autre au froid, ce qui est tout à fait logique - si vous parvenez à survivre dans un profond négatif, les autres dangers ne seront pas si terribles. Il en va d'ailleurs de même pour les températures extrêmement élevées. Ceux qui sont capables de s’adapter ne disparaîtront probablement nulle part.

Le lièvre arctique est le plus gros lièvre Amérique du Nord, qui, pour une raison quelconque, ont des oreilles relativement courtes. C'est un excellent exemple de ce qu'un animal peut sacrifier pour survivre dans des conditions difficiles - même si longues oreilles peut aider à entendre un prédateur; les petits réduisent le transfert de chaleur précieuse, ce qui est beaucoup plus important pour le lièvre arctique.

Les grenouilles d'Alaska de l'espèce Rana sylvatica ont peut-être même surpassé les poissons de l'Antarctique. En hiver, ils gèlent littéralement dans la glace, attendant ainsi la fin de la saison froide, et reprennent vie au printemps. Un tel « cryosommeil » leur est possible grâce à structure spéciale le foie, qui double de taille pendant l'hibernation, et la biochimie complexe du sang.

Certaines espèces de mantes, incapables de rester au soleil toute la journée, font face au problème du manque de chaleur à l'aide de réactions chimiques dans votre propre corps, concentrant des éclairs de chaleur à l’intérieur pour un chauffage à court terme.

Un kyste est une forme d'existence temporaire de bactéries et de nombreux organismes unicellulaires, dans laquelle le corps s'entoure d'une coque protectrice dense pour se protéger des agressions. environnement externe. Cette barrière est très efficace : dans certains cas, elle peut aider le propriétaire à survivre pendant quelques décennies.

Les poissons notothéniformes vivent dans les eaux de l'Antarctique qui sont si froides que les poissons ordinaires y mourraient de froid. Eau de mer ne gèle qu'à une température de -2°C, ce qu'on ne peut pas dire d'un sang complètement frais. Mais les poissons de l'Antarctique sécrètent une protéine antigel naturelle qui empêche la formation de cristaux de glace dans le sang et survivent.

La mégathermie est la capacité de générer de la chaleur en utilisant la masse corporelle, permettant ainsi de survivre dans des conditions froides même sans antigel dans le sang. Certaines personnes l'utilisent tortues de mer, restant mobile lorsque l'eau autour gèle presque.

Les oies à tête barrée d'Asie, lorsqu'elles traversent l'Himalaya, s'élèvent à des hauteurs énormes. Le vol le plus élevé de ces oiseaux a été enregistré à une altitude de 10 000 mètres ! Les oies contrôlent totalement leur température corporelle, la modifiant même si nécessaire. composition chimique sang pour survivre dans l’air glacial et raréfié.

Les mudskippers ne sont pas le type de poisson le plus courant, bien qu’il s’agisse de gobies assez courants. À marée basse, ils rampent dans la boue, se nourrissent et grimpent parfois aux arbres. Dans leur mode de vie, les mudskippers sont beaucoup plus proches des amphibiens, et seules les nageoires munies de branchies les révèlent comme des poissons.

Survivre dans des conditions défavorables conditions climatiques les plantes, les animaux et les oiseaux ont certaines caractéristiques. Ces caractéristiques sont appelées « adaptations physiologiques », dont des exemples peuvent être observés chez presque toutes les espèces de mammifères, y compris les humains.

Pourquoi une adaptation physiologique est-elle nécessaire ?

Les conditions de vie dans certaines parties de la planète ne sont pas tout à fait confortables, néanmoins, on y trouve divers représentants de la faune. Il y a plusieurs raisons pour lesquelles ces animaux n'ont pas quitté un environnement défavorable.

Tout d’abord, les conditions climatiques peuvent avoir changé lorsqu’une certaine espèce existait déjà dans une zone donnée. Certains animaux ne sont pas adaptés à la migration. Il est également possible que des caractéristiques territoriales ne permettent pas la migration (îles, plateaux montagneux, etc.). Pour certaines espèces, les conditions d'habitat modifiées restent toujours plus adaptées que partout ailleurs. Et l'adaptation physiologique est la meilleure option résoudre le problème.

Qu'entends-tu par adaptation ?

L'adaptation physiologique est l'harmonie des organismes avec un habitat spécifique. Par exemple, le séjour confortable de ses habitants dans le désert est dû à leur adaptation à hautes températures et le manque d’accès à l’eau. L'adaptation est l'apparition de certaines caractéristiques chez les organismes qui leur permettent de s'entendre avec certains éléments de l'environnement. Ils surviennent au cours du processus de certaines mutations dans le corps. Adaptations physiologiques, dont des exemples sont bien connus dans le monde, comme par exemple la capacité d'écholocation chez certains animaux (chauves-souris, dauphins, hiboux). Cette capacité les aide à naviguer dans un espace avec un éclairage limité (dans l’obscurité, dans l’eau).

L'adaptation physiologique est un ensemble de réactions de l'organisme à certains facteurs pathogènes de l'environnement. Il offre aux organismes une plus grande probabilité de survie et constitue l’une des méthodes de sélection naturelle des organismes forts et résilients au sein d’une population.

Types d'adaptation physiologique

L'adaptation de l'organisme se distingue entre génotypique et phénotypique. Le génotypique est basé sur les conditions de sélection naturelle et de mutations qui ont conduit à des changements dans les organismes d'une espèce ou d'une population entière. C'est dans le processus de ce type d'adaptation que vues modernes les animaux, les oiseaux et les humains. La forme génotypique d'adaptation est héréditaire.

La forme phénotypique d'adaptation est due à des changements individuels dans un organisme particulier pour un séjour confortable dans certaines conditions climatiques. Il peut également se développer en raison d'une exposition constante à un environnement agressif. En conséquence, le corps acquiert une résistance à ses conditions.

Adaptations complexes et croisées

Des adaptations complexes se produisent dans certaines conditions climatiques. Par exemple, le corps s'habitue aux basses températures lors d'un long séjour dans les régions du nord. Cette forme d’adaptation se développe chez chaque personne lorsqu’elle déménage dans une zone climatique différente. Selon les caractéristiques d'un organisme particulier et son état de santé, cette forme d'adaptation se déroule de différentes manières.

L'adaptation croisée est une forme d'habituation de l'organisme dans laquelle le développement d'une résistance à un facteur augmente la résistance à tous les facteurs de ce groupe. L'adaptation physiologique d'une personne au stress augmente sa résistance à certains autres facteurs, par exemple au froid.

Sur la base d'adaptations croisées positives, un ensemble de mesures a été développé pour renforcer le muscle cardiaque et prévenir les crises cardiaques. Dans des conditions naturelles, les personnes qui ont été plus souvent confrontées à des situations stressantes dans leur vie sont moins sensibles aux conséquences de l'infarctus du myocarde que celles qui menaient une vie calme.

Types de réactions adaptatives

Il existe deux types de réactions adaptatives du corps. Le premier type est appelé « adaptations passives ». Ces réactions ont lieu au niveau cellulaire. Ils caractérisent la formation du degré de résistance du corps aux effets de facteurs environnementaux négatifs. Par exemple, changez pression atmosphérique. L'adaptation passive vous permet de maintenir la fonctionnalité normale du corps avec de petites fluctuations de la pression atmosphérique.

Les adaptations physiologiques les plus connues chez les animaux de type passif sont les réactions protectrices d'un organisme vivant face aux effets du froid. Hibernation, dans lequel les processus vitaux ralentissent, est inhérent à certaines espèces de plantes et d'animaux.

Deuxième type réactions adaptatives est appelé actif et implique les mesures de protection de l’organisme lorsqu’il est exposé à des facteurs pathogènes. Dans ce cas, l’environnement interne du corps reste constant. Ce type d'adaptation est caractéristique des mammifères et des humains très développés.

Exemples d'adaptations physiologiques

L'adaptation physiologique d'une personne se manifeste dans toutes les situations non conformes à son environnement et à son mode de vie. L'acclimatation est l'exemple le plus célèbre d'adaptation. Pour différents organismes, ce processus se produit à des vitesses différentes. Certaines personnes ont besoin de quelques jours pour s’habituer aux nouvelles conditions, pour beaucoup cela prendra des mois. De plus, la vitesse d'adaptation dépend du degré de différence par rapport à l'habitat habituel.

Dans des environnements hostiles, de nombreux mammifères et oiseaux présentent un ensemble caractéristique de réponses corporelles qui constituent leurs adaptations physiologiques. Des exemples (chez les animaux) peuvent être observés dans presque tous les zone climatique. Par exemple, les habitants du désert accumulent des réserves de graisse sous-cutanée qui s'oxyde et forme de l'eau. Ce processus s'observe avant le début d'une période de sécheresse.

L'adaptation physiologique des plantes a également lieu. Mais il est de nature passive. Un exemple d’une telle adaptation est la perte de feuilles des arbres à l’approche de la saison froide. Les zones des bourgeons sont couvertes d'écailles qui les protègent des effets néfastes des basses températures, de la neige et du vent. Les processus métaboliques dans les plantes ralentissent.

En combinaison avec l'adaptation morphologique, les réactions physiologiques de l'organisme lui apportent haut niveau survie dans des conditions défavorables et des changements brusques de l’environnement.

Les réactions à des facteurs environnementaux défavorables ne sont préjudiciables aux organismes vivants que dans certaines conditions, mais dans la plupart des cas, elles ont une signification adaptative. Par conséquent, ces réponses ont été appelées « syndrome général d’adaptation » par Selye. Dans des travaux ultérieurs, il a utilisé les termes « stress » et « syndrome général d’adaptation » comme synonymes.

Adaptation est un processus génétiquement déterminé de formation de systèmes de protection qui assurent une stabilité accrue et le déroulement de l'ontogenèse dans des conditions défavorables.

L'adaptation est l'un des mécanismes les plus importants qui augmentent la stabilité d'un système biologique, y compris un organisme végétal, dans des conditions d'existence modifiées. Comment meilleur corps adapté à un facteur, plus il est résistant à ses fluctuations.

La capacité génotypiquement déterminée d'un organisme à modifier son métabolisme dans certaines limites en fonction de l'action de l'environnement externe est appelée norme de réaction. Elle est contrôlée par le génotype et est caractéristique de tous les organismes vivants. La plupart des modifications qui se produisent dans la plage normale de réaction ont une signification adaptative. Ils correspondent aux changements du milieu et assurent une meilleure survie des plantes dans des conditions environnementales fluctuantes. À cet égard, de telles modifications ont une signification évolutive. Le terme « norme de réaction » a été introduit par V.L. Johannsen (1909).

Plus une espèce ou une variété a la capacité d'être modifiée en fonction du milieu, plus sa vitesse de réaction est grande et plus sa capacité d'adaptation est élevée. Cette propriété distingue les variétés de cultures résistantes. En règle générale, des modifications légères et à court terme des facteurs environnementaux n'entraînent pas de perturbations significatives des fonctions physiologiques des plantes. Cela est dû à leur capacité à maintenir un équilibre dynamique relatif de l'environnement interne et la stabilité des fonctions physiologiques de base dans un environnement externe changeant. Dans le même temps, des impacts soudains et prolongés entraînent la perturbation de nombreuses fonctions de la plante, et souvent sa mort.

L'adaptation comprend tous les processus et adaptations (anatomiques, morphologiques, physiologiques, comportementaux, etc.) qui contribuent à accroître la stabilité et contribuent à la survie de l'espèce.

1.Dispositifs anatomiques et morphologiques. Chez certains représentants des xérophytes, la longueur du système racinaire atteint plusieurs dizaines de mètres, ce qui permet à la plante d'utiliser eaux souterraines et ne pas subir de manque d'humidité dans des conditions de sécheresse pédologique et atmosphérique. Chez d'autres xérophytes, la présence d'une cuticule épaisse, de feuilles pubescentes et la transformation des feuilles en épines réduisent la perte en eau, très importante en cas de manque d'humidité.

Les poils et les épines urticantes empêchent les plantes d'être mangées par les animaux.

Les arbres de la toundra ou des hautes montagnes ressemblent à des arbustes trapus et rampants ; en hiver, ils sont recouverts de neige, ce qui les protège des fortes gelées.

Dans les régions montagneuses où les températures varient quotidiennement, les plantes ont souvent la forme de coussins étalés avec de nombreuses tiges densément espacées. Cela permet de maintenir l’humidité à l’intérieur des oreillers et une température relativement uniforme tout au long de la journée.

Dans les plantes des marais et aquatiques, il se forme un parenchyme aérogène spécial (aérenchyme), qui est un réservoir d'air et facilite la respiration des parties de la plante immergées dans l'eau.

2. Adaptations physiologiques et biochimiques. Chez les plantes succulentes, une adaptation pour la culture dans des conditions désertiques et semi-désertiques est l'assimilation du CO 2 lors de la photosynthèse via la voie CAM. Ces plantes ont des stomates fermés pendant la journée. Ainsi, la plante préserve ses réserves d’eau internes de l’évaporation. Dans les déserts, l’eau est le principal facteur limitant la croissance des plantes. Les stomates s'ouvrent la nuit et à ce moment-là, le CO 2 pénètre dans les tissus photosynthétiques. L'implication ultérieure du CO 2 dans le cycle photosynthétique se produit pendant la journée lorsque les stomates sont fermés.

Les adaptations physiologiques et biochimiques incluent la capacité des stomates à s'ouvrir et à se fermer, en fonction de conditions extérieures. La synthèse dans les cellules d'acide abscissique, de proline, de protéines protectrices, de phytoalexines, de phytoncides, l'activité accrue des enzymes qui neutralisent la dégradation oxydative des substances organiques, l'accumulation de sucres dans les cellules et un certain nombre d'autres changements dans le métabolisme contribuent à augmenter la résistance des plantes aux effets défavorables. Conditions environnementales.

La même réaction biochimique peut être réalisée par plusieurs formes moléculaires de la même enzyme (isoenzymes), chaque isoforme présentant une activité catalytique dans une plage relativement étroite de certains paramètres environnementaux, tels que la température. La présence d'un certain nombre d'isoenzymes permet à la plante d'effectuer des réactions dans une plage de températures beaucoup plus large que celle de chaque isoenzyme individuelle. Cela permet à la plante de remplir avec succès ses fonctions vitales dans des conditions de température changeantes.

3. Adaptations comportementales ou évitement d'un facteur défavorable. Un exemple est les éphémères et les éphéméroïdes (coquelicot, mouron, crocus, tulipes, perce-neige). Ils parcourent tout leur cycle de développement au printemps en 1,5 à 2 mois, avant même le début de la chaleur et de la sécheresse. Ainsi, ils semblent partir ou éviter de tomber sous l’influence du facteur de stress. De même, les variétés de cultures agricoles à maturation précoce forment une récolte avant l'apparition de conditions météorologiques défavorables. phénomènes saisonniers: Août brouillards, pluies, gelées. Par conséquent, la sélection de nombreuses cultures agricoles vise à créer des variétés à maturation précoce. Les plantes vivaces hivernent sous forme de rhizomes et de bulbes dans le sol sous la neige, ce qui les protège du gel.

L'adaptation des plantes à des facteurs défavorables s'effectue simultanément à plusieurs niveaux de régulation - d'une cellule individuelle à une phytocénose. Plus le niveau d'organisation (cellule, organisme, population) est élevé, plus plus grand nombre Ces mécanismes participent simultanément à l’adaptation des plantes au stress.

La régulation des processus métaboliques et d'adaptation à l'intérieur de la cellule s'effectue à l'aide de systèmes : métaboliques (enzymatiques) ; génétique; membrane Ces systèmes sont étroitement interconnectés. Ainsi, les propriétés des membranes dépendent de l’activité des gènes, et l’activité différentielle des gènes eux-mêmes est sous le contrôle des membranes. La synthèse des enzymes et leur activité sont contrôlées au niveau génétique, tandis que les enzymes régulent en même temps le métabolisme des acides nucléiques dans la cellule.

Sur niveau de l'organisme de nouveaux s'ajoutent aux mécanismes cellulaires d'adaptation, reflétant l'interaction des organes. Dans des conditions défavorables, les plantes créent et retiennent une telle quantité d'éléments fruitiers suffisamment pourvus des substances nécessaires pour former des graines à part entière. Par exemple, dans les inflorescences des céréales cultivées et dans les couronnes arbres fruitiers dans des conditions défavorables, plus de la moitié des ovaires établis peuvent tomber. De tels changements sont basés sur relations concurrentielles entre les organes pour les substances physiologiquement actives et les nutriments.

Dans des conditions de stress, les processus de vieillissement et de chute des feuilles inférieures s'accélèrent fortement. Dans le même temps, les substances nécessaires aux plantes sont transférées vers les jeunes organes, répondant ainsi à la stratégie de survie de l’organisme. Grâce au recyclage nutriments Parmi les feuilles inférieures, les plus jeunes, les feuilles supérieures, restent viables.

Des mécanismes de régénération des organes perdus fonctionnent. Par exemple, la surface d'une plaie est recouverte de tissu tégumentaire secondaire (périderme de la plaie), une plaie sur un tronc ou une branche est cicatrisée par des nodules (callosités). Lorsque la pousse apicale disparaît, les bourgeons dormants se réveillent dans les plantes et les pousses latérales se développent intensément. La régénération des feuilles au printemps au lieu de celles tombées à l’automne est également un exemple de régénération naturelle d’organes. La régénération en tant qu'adaptation biologique qui fournit multiplication végétative plantes par segments de racine, rhizome, thalle, boutures de tiges et de feuilles, cellules isolées, protoplastes individuels, a un grand importance pratique pour la culture de plantes, la culture fruitière, la foresterie, le jardinage ornemental, etc.

Le système hormonal participe également aux processus de protection et d’adaptation au niveau des plantes. Par exemple, sous l'influence de conditions défavorables dans une plante, la teneur en inhibiteurs de croissance augmente fortement : éthylène et acide abscissique. Ils réduisent le métabolisme, inhibent les processus de croissance, accélèrent le vieillissement, la perte d’organes et la transition de la plante vers un état dormant. L'inhibition de l'activité fonctionnelle dans des conditions de stress sous l'influence d'inhibiteurs de croissance est une réaction caractéristique des plantes. Dans le même temps, la teneur en stimulants de croissance dans les tissus diminue : cytokinine, auxine et gibbérellines.

Sur niveau de population une sélection s'ajoute, ce qui conduit à l'émergence d'organismes plus adaptés. La possibilité de sélection est déterminée par l'existence d'une variabilité intrapopulation de la résistance des plantes à divers facteurs environnementaux. Un exemple de variabilité intrapopulation de la résistance peut être l’émergence inégale des semis sur un sol salin et l’augmentation de la variation du moment de la germination avec l’augmentation des facteurs de stress.

Une espèce dans le concept moderne se compose d'un grand nombre de biotypes - des unités écologiques plus petites qui sont génétiquement identiques, mais présentent une résistance différente aux facteurs environnementaux. DANS conditions différentes tous les biotypes n’ont pas la même vitalité et, du fait de la compétition, ne subsistent que ceux qui répondent le mieux aux conditions données. C'est-à-dire que la résistance d'une population (variété) à l'un ou l'autre facteur est déterminée par la résistance des organismes qui composent la population. Les variétés résistantes comprennent un ensemble de biotypes qui offrent une bonne productivité même dans des conditions défavorables.

Dans le même temps, lors de la culture à long terme de variétés, la composition et le rapport des biotypes dans la population changent, ce qui affecte la productivité et la qualité de la variété, souvent pas pour le mieux.

Ainsi, l'adaptation comprend tous les processus et adaptations qui augmentent la résistance des plantes à des conditions environnementales défavorables (anatomiques, morphologiques, physiologiques, biochimiques, comportementales, de population, etc.)

Mais pour choisir la voie d'adaptation la plus efficace, l'essentiel est le temps pendant lequel le corps doit s'adapter aux nouvelles conditions.

En cas d'action soudaine d'un facteur extrême, la réponse ne peut être retardée ; elle doit suivre immédiatement pour éviter des dommages irréversibles à la plante. Avec une exposition prolongée à une petite force, des changements adaptatifs se produisent progressivement et le choix de stratégies possibles augmente.

À cet égard, il existe trois principales stratégies d’adaptation : évolutionniste, ontogène Et urgent. Le but de la stratégie est l'utilisation efficace des ressources disponibles pour atteindre l'objectif principal : la survie du corps sous stress. La stratégie d'adaptation vise à maintenir l'intégrité structurelle des macromolécules vitales et l'activité fonctionnelle des structures cellulaires, à préserver les systèmes de régulation de la vie et à fournir de l'énergie aux plantes.

Adaptations évolutives ou phylogénétiques(phylogénie - le développement d'une espèce biologique au fil du temps) sont des adaptations qui surviennent au cours du processus évolutif sur la base de mutations génétiques, de sélection et sont héritées. Ce sont les plus fiables pour la survie des plantes.

Au cours du processus d'évolution, chaque espèce végétale a développé certains besoins en termes de conditions de vie et d'adaptabilité à l'occupation qu'elle occupe. niche écologique, adaptation persistante de l’organisme à son environnement. La tolérance à l'humidité et à l'ombre, la résistance à la chaleur, la résistance au froid et d'autres caractéristiques écologiques d'espèces végétales spécifiques se sont formées à la suite d'une exposition à long terme à des conditions appropriées. Ainsi, les plantes thermophiles et à jours courts sont caractéristiques des latitudes méridionales, tandis que les plantes thermophiles et à jours longs moins exigeantes sont caractéristiques des latitudes septentrionales. De nombreuses adaptations évolutives des plantes xérophytes à la sécheresse sont bien connues : utilisation économique de l’eau, système racinaire profond, chute des feuilles et transition vers un état dormant, et autres adaptations.

À cet égard, les variétés de plantes agricoles présentent une résistance précisément aux facteurs environnementaux dans le contexte desquels s'effectuent la sélection et la sélection des formes productives. Si la sélection a lieu sur un certain nombre de générations successives dans le contexte de l'influence constante d'un facteur défavorable, la résistance de la variété à celle-ci peut alors être considérablement augmentée. Il est naturel que les variétés sélectionnées par l'institut de recherche Agriculture Sud-Est (Saratov), ​​​​sont plus résistantes à la sécheresse que les variétés créées dans les centres de sélection de la région de Moscou. De la même manière, dans les zones écologiques aux conditions pédoclimatiques défavorables, des variétés végétales locales résistantes se sont formées, et les espèces végétales endémiques résistent précisément au facteur de stress qui s'exprime dans leur habitat.

Caractéristiques de résistance des variétés de blé de printemps de la collection de l'Institut panrusse de la culture des plantes (Semyonov et al., 2005)

Variété	Origine	Durabilité
Enita	la région de Moscou	Modérément résistant à la sécheresse
Saratovskaïa 29	Région de Saratov	Résistant à la sécheresse
Comète	Région de Sverdlovsk.	Résistant à la sécheresse
Karasino	Brésil	Résistant aux acides
Prélude	Brésil	Résistant aux acides
Colonies	Brésil	Résistant aux acides
Trintani	Brésil	Résistant aux acides
PPG-56	Kazakhstan	Résistant au sel
Och	Kirghizistan	Résistant au sel
Surkhak 5688	Tadjikistan	Résistant au sel
Messel	Norvège	Tolérant au sel

Dans un environnement naturel, les conditions environnementales changent généralement très rapidement et le temps pendant lequel le facteur de stress atteint un niveau dommageable n'est pas suffisant pour la formation d'adaptations évolutives. Dans ces cas, les plantes n'utilisent pas des mécanismes de défense permanents, mais induits par des facteurs de stress, dont la formation est génétiquement prédéterminée (déterminée).

Adaptations ontogénétiques (phénotypiques) ne sont pas associés à des mutations génétiques et ne sont pas hérités. La formation de ce type d'adaptation prend un temps relativement long, c'est pourquoi on les appelle adaptations à long terme. L’un de ces mécanismes est la capacité d’un certain nombre de plantes à former une voie photosynthétique de type CAM économisant l’eau dans des conditions de carence en eau causées par la sécheresse, la salinité, les basses températures et d’autres facteurs de stress.

Cette adaptation est associée à l’induction de l’expression « inactif » dans conditions normales le gène de la phosphoénolpyruvate carboxylase et les gènes d'autres enzymes de la voie CAM d'assimilation du CO 2, avec la biosynthèse des osmolytes (proline), avec l'activation des systèmes antioxydants et les modifications des rythmes quotidiens des mouvements stomatiques. Tout cela conduit à une utilisation très économique de l’eau.

Dans les grandes cultures, par exemple le maïs, l'aérenchyme est absent dans des conditions de croissance normales. Mais dans des conditions d'inondation et de manque d'oxygène dans les tissus des racines, certaines cellules du cortex primaire de la racine et de la tige meurent (apoptose, ou mort cellulaire programmée). À leur place, des cavités se forment à travers lesquelles l'oxygène est transporté de la partie aérienne de la plante vers le système racinaire. Le signal de la mort cellulaire est la synthèse de l'éthylène.

Adaptation urgente se produit avec des changements rapides et intenses dans les conditions de vie. Il repose sur la formation et le fonctionnement de systèmes de défense contre les chocs. Les systèmes de défense contre les chocs comprennent, par exemple, le système protéique du choc thermique, qui se forme en réponse à une augmentation rapide de la température. Ces mécanismes fournissent des conditions de survie à court terme sous l'influence d'un facteur dommageable et créent ainsi les conditions préalables à la formation de mécanismes d'adaptation spécialisés à long terme plus fiables. Un exemple de mécanismes d'adaptation spécialisés est la nouvelle formation de protéines antigel à basse température ou la synthèse de sucres lors de l'hivernage des cultures d'hiver. Dans le même temps, si l'effet néfaste d'un facteur dépasse les capacités de protection et de réparation de l'organisme, la mort survient inévitablement. Dans ce cas, l'organisme meurt au stade d'urgence ou au stade d'adaptation spécialisée, selon l'intensité et la durée du facteur extrême.

Distinguer spécifique Et non spécifique (général) réponses des plantes aux facteurs de stress.

Réactions non spécifiques ne dépendent pas de la nature du facteur agissant. Ils sont identiques sous l'influence de températures élevées et basses, d'un manque ou d'un excès d'humidité, d'une concentration élevée de sels dans le sol ou de gaz nocifs dans l'air. Dans tous les cas, la perméabilité des membranes des cellules végétales augmente, la respiration est altérée, la dégradation hydrolytique des substances augmente, la synthèse d'éthylène et d'acide abscissique augmente et la division et l'élongation cellulaires sont inhibées.

Le tableau présente un complexe de changements non spécifiques qui se produisent dans les plantes sous l'influence de divers facteurs environnementaux.

Modifications des paramètres physiologiques des plantes dans des conditions de stress (d'après G.V. Udovenko, 1995)

Possibilités	La nature des changements de paramètres dans des conditions
	sécheresse	salinité	haute température	basse température
Concentration ionique dans les tissus	Croissance	Croissance	Croissance	Croissance
Activité de l'eau dans la cellule	Chutes	Chutes	Chutes	Chutes
Potentiel osmotique de la cellule	Croissance	Croissance	Croissance	Croissance
La capacité de rétention d'eau	Croissance	Croissance	Croissance	—
Pénurie d'eau	Croissance	Croissance	Croissance	—
Perméabilité du protoplasme	Croissance	Croissance	Croissance	—
Taux de transpiration	Chutes	Chutes	Croissance	Chutes
Efficacité de la transpiration	Chutes	Chutes	Chutes	Chutes
Efficacité énergétique de la respiration	Chutes	Chutes	Chutes	—
Intensité respiratoire	Croissance	Croissance	Croissance	—
Photophosphorylation	Décroissant	Décroissant	—	Décroissant
Stabilisation de l'ADN nucléaire	Croissance	Croissance	Croissance	Croissance
Activité fonctionnelle de l'ADN	Décroissant	Décroissant	Décroissant	Décroissant
Concentration de proline	Croissance	Croissance	Croissance	—
Teneur en protéines hydrosolubles	Croissance	Croissance	Croissance	Croissance
Réactions synthétiques	Déprimé	Déprimé	Déprimé	Déprimé
Absorption des ions par les racines	Supprimé	Supprimé	Supprimé	Supprimé
Transport de substances	Déprimé	Déprimé	Déprimé	Déprimé
Concentration pigmentaire	Chutes	Chutes	Chutes	Chutes
La division cellulaire	Freinage	Freinage	—	—
Étirement cellulaire	Supprimé	Supprimé	—	—
Nombre d'éléments de fruits	Réduit	Réduit	Réduit	Réduit
Vieillissement des organes	Accéléré	Accéléré	Accéléré	—
Récolte biologique	Rétrogradé	Rétrogradé	Rétrogradé	Rétrogradé

Sur la base des données du tableau, on peut constater que la résistance des plantes à plusieurs facteurs s'accompagne de changements physiologiques unidirectionnels. Cela donne à penser qu'une augmentation de la résistance des plantes à un facteur peut s'accompagner d'une augmentation de la résistance à un autre. Cela a été confirmé par des expériences.

Des expériences menées à l'Institut de physiologie végétale de l'Académie des sciences de Russie (Vl. V. Kuznetsov et autres) ont montré que le traitement thermique à court terme des plants de coton s'accompagne d'une augmentation de leur résistance à la salinité ultérieure. Et l'adaptation des plantes à la salinité entraîne une augmentation de leur résistance aux températures élevées. Le choc thermique augmente la capacité des plantes à s'adapter à la sécheresse ultérieure et, à l'inverse, pendant la sécheresse, la résistance du corps aux températures élevées augmente. Impact à court terme une température élevée augmente la résistance à métaux lourds Et Irradiation UV-B. Une sécheresse antérieure favorise la survie des plantes dans des conditions de salinité ou de froid.

Le processus d'augmentation de la résistance du corps à cela facteur environnementalà la suite d'une adaptation à un facteur de nature différente est appelé adaptation croisée.

Pour étudier les mécanismes généraux (non spécifiques) de résistance, la réponse des plantes aux facteurs qui provoquent une carence en eau chez les plantes : salinité, sécheresse, températures basses et élevées, et quelques autres est d'un grand intérêt. Au niveau de l’ensemble de l’organisme, toutes les plantes réagissent de la même manière au manque d’eau. Caractérisé par une inhibition de la croissance des pousses, une croissance accrue du système racinaire, une synthèse d'acide abscissique et une diminution de la conductance stomatique. Après un certain temps, les feuilles inférieures vieillissent rapidement et on observe leur mort. Toutes ces réactions visent à réduire la consommation d'eau en réduisant la surface d'évaporation, ainsi qu'en augmentant l'activité d'absorption de la racine.

Réactions spécifiques- Ce sont des réactions à l'action d'un facteur de stress. Ainsi, les phytoalexines (substances aux propriétés antibiotiques) sont synthétisées dans les plantes en réponse au contact d’agents pathogènes.

La spécificité ou la non-spécificité des réactions de réponse implique, d'une part, l'attitude de la plante face à différents facteurs de stress et, d'autre part, la spécificité des réactions de plantes de différentes espèces et variétés face au même facteur de stress.

La manifestation de réponses spécifiques et non spécifiques des plantes dépend de la force du stress et de la vitesse de son développement. Des réponses spécifiques se produisent plus souvent si le stress se développe lentement et si le corps a le temps de se reconstruire et de s’y adapter. Les réactions non spécifiques surviennent généralement à plus court terme et action forte facteur de stress Le fonctionnement de mécanismes de résistance non spécifiques (généraux) permet à la plante d'éviter des dépenses énergétiques importantes pour la formation de mécanismes d'adaptation spécialisés (spécifiques) en réponse à tout écart par rapport à la norme de ses conditions de vie.

La résistance des plantes au stress dépend de la phase de l’ontogenèse. Les plantes et organes végétaux les plus stables sont à l'état dormant : sous forme de graines, de bulbes ; plantes ligneuses vivaces - dans un état de dormance profonde après la chute des feuilles. Les plantes sont les plus sensibles à un jeune âge, car dans des conditions de stress, les processus de croissance sont les premiers endommagés. La deuxième période critique est celle de la formation des gamètes et de la fécondation. Le stress durant cette période entraîne une diminution de la fonction reproductrice des plantes et une diminution du rendement.

Si les conditions stressantes se répètent et sont de faible intensité, elles contribuent alors au durcissement des plantes. C'est la base des méthodes permettant d'augmenter la résistance aux basses températures, à la chaleur, à la salinité et aux niveaux accrus de gaz nocifs dans l'air.

Fiabilité Un organisme végétal est déterminé par sa capacité à prévenir ou éliminer les défaillances à différents niveaux d’organisation biologique : moléculaire, subcellulaire, cellulaire, tissulaire, organe, organisme et population.

Pour éviter les perturbations de la vie végétale sous l'influence de facteurs défavorables, les principes de redondance, hétérogénéité de composants fonctionnellement équivalents, systèmes de réparation de structures perdues.

La redondance des structures et des fonctionnalités est l'un des principaux moyens de garantir la fiabilité du système. La redondance et la redondance ont des manifestations diverses. Au niveau subcellulaire, la redondance et la duplication du matériel génétique contribuent à accroître la fiabilité de l'organisme végétal. Ceci est assuré, par exemple, par la double hélice de l'ADN et une augmentation de la ploïdie. La fiabilité du fonctionnement d'un organisme végétal dans des conditions changeantes est également soutenue par la présence de diverses molécules d'ARN messager et la formation de polypeptides hétérogènes. Il s'agit notamment d'isoenzymes qui catalysent la même réaction, mais diffèrent par leurs propriétés physicochimiques et la stabilité de la structure moléculaire dans des conditions environnementales changeantes.

Au niveau cellulaire, un exemple de redondance est un excès d'organites cellulaires. Ainsi, il a été établi qu'une partie des chloroplastes disponibles est suffisante pour fournir à la plante des produits photosynthétiques. Les chloroplastes restants semblent rester en réserve. Il en va de même pour la teneur totale en chlorophylle. La redondance se manifeste également par la grande accumulation de précurseurs pour la biosynthèse de nombreux composés.

Au niveau de l'organisme, le principe de redondance s'exprime dans la formation et la fixation à différents moments de plus que ce qui est nécessaire au changement de génération, du nombre de pousses, de fleurs, d'épillets, d'une énorme quantité de pollen, d'ovules. , et des graines.

Au niveau de la population, le principe de redondance se manifeste dans grand nombre individus différant par leur résistance à l'un ou l'autre facteur de stress.

Les systèmes de réparation opèrent également à différents niveaux : moléculaire, cellulaire, organisme, population et biocénotique. Les processus de réparation nécessitent de l’énergie et des substances plastiques. La réparation n’est donc possible que si un taux métabolique suffisant est maintenu. Si le métabolisme s’arrête, la réparation s’arrête également. Dans des conditions environnementales extrêmes, notamment grande importance a la préservation de la respiration, puisque c'est la respiration qui fournit de l'énergie pour les processus de réparation.

La capacité réparatrice des cellules d'organismes adaptés est déterminée par la résistance de leurs protéines à la dénaturation, à savoir la stabilité des liaisons qui déterminent la structure secondaire, tertiaire et quaternaire de la protéine. Par exemple, la résistance des graines matures aux températures élevées est généralement due au fait qu’après déshydratation, leurs protéines deviennent résistantes à la dénaturation.

La principale source d'énergie en tant que substrat pour la respiration est la photosynthèse. Par conséquent, l'approvisionnement énergétique de la cellule et les processus de réparation associés dépendent de la stabilité et de la capacité de l'appareil photosynthétique à récupérer après un dommage. Pour maintenir la photosynthèse dans des conditions extrêmes chez les plantes, la synthèse des composants de la membrane thylakoïde est activée, l'oxydation des lipides est inhibée et l'ultrastructure des plastes est restaurée.

Au niveau de l'organisme, un exemple de régénération peut être le développement de pousses de remplacement, le réveil de bourgeons dormants lorsque les points de croissance sont endommagés.

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Avantages de la structure

Ce sont les proportions optimales du corps, l'emplacement et la densité des poils ou des plumes, etc. Apparence bien connue mammifère aquatique- dauphin. Ses mouvements sont faciles et précis. La vitesse indépendante de déplacement dans l'eau atteint 40 kilomètres par heure. La densité de l’eau est 800 fois supérieure à celle de l’air. La forme du corps en forme de torpille évite la formation de turbulences dans l'eau circulant autour du dauphin.

La forme profilée du corps contribue à mouvement rapide les animaux et environnement aérien. Les plumes de vol et de contour recouvrant le corps de l'oiseau lissent complètement sa forme. Les oiseaux n'ont pas d'oreilles décollées ; ils rétractent généralement leurs pattes en vol. En conséquence, les oiseaux sont de loin supérieurs à tous les autres animaux en termes de vitesse de déplacement. Par exemple, le faucon pèlerin plonge sur ses proies à une vitesse pouvant atteindre 290 kilomètres par heure.
Chez les animaux qui mènent une vie secrète et cachée, des adaptations qui leur donnent une ressemblance avec des objets de l'environnement sont utiles. La forme bizarre du corps des poissons qui vivent dans les fourrés d'algues (hippocampe chiffonnier, poisson clown, syngnathe, etc.) les aide à se cacher avec succès des ennemis. La ressemblance avec les objets de leur environnement est répandue chez les insectes. Les coléoptères sont connus pour leur apparence ressemblant à des lichens, des cigales, semblables aux épines des buissons parmi lesquels elles vivent. Les phasmes semblent petits

une brindille brune ou verte, et les insectes orthoptères imitent une feuille. Les poissons qui vivent au fond (par exemple, la plie) ont un corps plat.

Coloration protectrice

Vous permet d'être invisible parmi l'arrière-plan environnant. Grâce à la coloration protectrice, l’organisme devient difficile à distinguer et donc protégé des prédateurs. Les œufs d’oiseaux pondus sur le sable ou sur le sol sont gris et bruns avec des taches semblables à la couleur du sol environnant. Dans les cas où les œufs sont inaccessibles aux prédateurs, ils sont généralement incolores. Les chenilles des papillons sont souvent vertes, couleur des feuilles, ou foncées, couleur de l'écorce ou de la terre. Les poissons de fond sont généralement colorés pour correspondre à la couleur du fond sableux (raies et plie). De plus, les plies ont également la capacité de changer de couleur en fonction de la couleur du fond environnant. La capacité de changer de couleur en redistribuant le pigment dans le tégument du corps est également connue chez les animaux terrestres (caméléon). En règle générale, les animaux du désert ont une couleur jaune-brun ou jaune sable. Une couleur protectrice monochromatique est caractéristique aussi bien des insectes (criquets) et des petits lézards, que des grands ongulés (antilope) et des prédateurs (lion).

Coloration d'avertissement

Avertit un ennemi potentiel de la présence de mécanismes de défense (présence de substances toxiques ou corps spéciaux protection). La coloration d'avertissement distingue les animaux et insectes venimeux et piqueurs (serpents, guêpes, bourdons) de l'environnement par des taches ou des rayures lumineuses.

Mimétisme

Ressemblance imitative certains animaux, principalement des insectes, avec d'autres espèces, assurent une protection contre les ennemis. Une frontière claire entre elle et coloration condescendante ou la forme est difficile à réaliser. Dans son sens le plus étroit, le mimétisme est l'imitation par une espèce, sans défense face à certains prédateurs, de l'apparence d'une espèce évitée par ces ennemis potentiels en raison de son caractère immangeable ou de la présence de moyens de défense particuliers.

Le mimétisme est le résultat de mutations homologues (identiques) dans différents types, qui aident les animaux non protégés à survivre. Pour les espèces imitatrices, il est important que leur nombre soit petit par rapport au modèle qu’elles imitent, sinon les ennemis ne développeront pas de réflexe négatif stable face à la coloration d’avertissement. La faible abondance d’espèces mimantes est soutenue par une forte concentration de gènes mortels dans le pool génétique. Lorsqu'ils sont homozygotes, ces gènes provoquent des mutations mortelles, ce qui fait qu'un pourcentage élevé d'individus ne survivent pas jusqu'à l'âge adulte.