М.Э. Гусельников, В.Н. Стройнова
Биоэкология
Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 104 с.

9. Адаптации организмов

Адаптация и жизненные формы

          Разнообразие животного и растительного мира планеты необозримо велико. Ученые различают миллионы жизненных форм животных одного вида, обитающих в разных экологических условиях. Процесс приспособления организма к экологическим факторам называется АДАПТАЦИЕЙ, а в процессе ее возникают разные жизненные формы. Адаптация представляет собой динамику данного организма. У организмов в ходе адаптации возникают и развиваются свойства, позволяющие им выжить и размножаться, сохраняя численность популяции. К адаптации можно отнести приспособительную окраску, мимикрию - подражание животных и растений различным формам живой и неживой природы, коллективное и индивидуальное поведение.

Законы адаптации к абиотическим факторам

Рассмотрим несколько экологических законов, описывающих адаптацию организмов к различным абиотическим факторам.

Адаптация к температуре:

ПРАВИЛО БЕРГМАНА-ГЕССЕ: у теплокровных животных одного вида размеры тела и масса сердца тем больше, чем в более холодной среде они обитают. Эта закономерность связана с усилением термодинамического обмена и кровоснабжения в умеренных и холодных широтах.

ЗАКОН ПОКРОВОВ ТЕЛА: густота покровов тела у птиц и млекопитающих достигает максимума в холодных и засушливых широтах. Густой мех помогает сохранить тепло и влагу.

ПРАВИЛО АЛЛЕНА: выступающие части тела (конечности, хвост, уши) увеличиваются в размерах при продвижении с севера на юг у одного и того же вида животных. Это помогает термодинамическому обмену с окружающей средой.

Адаптация к плотности среды:

ПРАВИЛО ЖОРДАНА: в водоемах с повышенной соленостью и более низкими температурами в хвостовой части тела возрастает число позвонков. Это связано с приспособлением к движению в более плотной воде. Можно усмотреть  закономерность удлинения тела у роющих животных и червей. Этот связано с движением в более плотной среде.

Адаптация к свету:

ПРАВИЛО ГЛОГЕРА: виды животных северных и влажных географических зон имеют окраску более темную, чем обитатели южных сухих зон. Это связано с тем, что темная окраска способствует аккумуляции тепла и имеет низкий коэффициент отражения света.

Более общий закон на уровне сообщества: ПРАВИЛО УОЛЛЕСА: видовое разнообразие повышается по мере продвижения с севера на юг. Разнообразие видов связано с общим потоком энергии и биогенным круговоротом веществ, что соответствует закону максимизации энергии и информации.

Сказанное объясняет ПРАВИЛО ОСТРОВНОГО ИЗМЕЛЬЧАНИЯ: популяции видов животных, обитающих на островах, состоят из более мелких особей, чем материковые популяции. Это связано с тем, что генетическая информация вида передается не полностью, а лишь частично нескольким первым представителям вида, попавшим на остров. Из-за этого происходит измельчание.

Адаптация к биотическим факторам

Наблюдается также адаптация к биотическим факторам. Примером может служить отношение между популяциями хищника и жертвы. У хищников развиваются способы нападения и умерщвления (например, зубы у львов и крокодилов). У жертвы развиваются способы бегства и защиты (например, ноги у антилоп или мимикрия у сусликов).

В ходе адаптации выработались вторичные половые признаки: поведение самца и самки различно и направлено на привлечение особи противоположного пола. Отношение родителей к детенышам является адаптацией и специфично.

Интересны адаптации к биотическим факторам у растений. Сорняки подавляют жизнедеятельность полезных растений (злаков, овощей). Сосны и ели выделяют фитонциды, которые угнетают травянистую растительность под кроной.

Влияние антропогенных факторов на живой организм

Воздействие антропогенных факторов на окружающую среду отличается от воздействия абиотических факторов тем, что оно резко меняет среду обитания и его последствия трудно предсказать. В случае антропогенного воздействия природные адаптации часто не спасают живые существа. Ядовитые загрязняющие вещества становятся лимитирующим фактором жизни на планете.

Изменение теплового режима среды обитания является наиболее распространенным явлением антропогенного происхождения. Сброс нагретых сточных вод в водоемы сказывается на жизни обитателей водных экосистем. Повышение температуры в озерах, прудах, реках может иметь как отрицательные, так и положительные последствия. Умеренное повышение температуры приводит к повышению продуктивности водоема. Однако повышение температуры до 30 ^оС оказывает отрицательное воздействие на жизнь водоема:

1. Усиливается восприимчивость к ядовитым веществам, грибковым и другим заболеваниям.

2. Нарушается индивидуальное развитие организмов, так как повышаются критические температуры для стенотермных (с требованием к малым колебаниям температуры) стадий развития.

3. Вымирает обычная для водоема флора и усиливается развитие сине-зеленых водорослей

4. Снижается растворимость и содержание в воде кислорода, что нарушает дыхание животных.

Массовое развитие некоторых водных растений, наблюдаемое при повышенных температурах, сопровождается поглощением свободной углекислоты и  смещением карбонатно-кальциевого равновесия. Накопление в подогретой воде органических веществ и их разложение приводит к минерализации воды и уменьшению растворенного кислорода.

Ядохимикаты, нефтепродукты, тяжелые металлы, отходы промышленного производства действуют отрицательно на живые организмы. Многие из этих веществ искусственно созданы человеком, и экосистемы в ходе эволюции не подготовлены к встрече с ними. Действие химического загрязнения разнообразно и зависит от чувствительности организма: оно способно выводить из строя ферментные системы, нарушать функции дыхания, пищеварения, подавлять условно-рефлекторную деятельность.

Химическое загрязнение может оказывать косвенное влияние. Например, многие бактерии способны улавливать местонахождение взвешенных в воде органических частиц и двигаться в том направлении за пищей. В присутствии нефти они теряют подвижность и гибнут от голода. Дафнии (рачки) служат прекрасным кормом для рыб. Они могут жить в слабых растворах солей некоторых тяжелых металлов, но в третьем поколении становятся бесплодными. Численность дафний уменьшается, и рыбы гибнут от голода. Вообще дафния - один из самых уязвимых водных организмов. Процеживая через себя воду, рачки концентрируют находящиеся в ней вещества и первыми гибнут от загрязнения. Подобные высокочувствительные организмы играют роль слабых звеньев в трофических цепях. С них начинается разрушение трофических связей. Таким образом, экосистема не справляется с функцией самоочищения и разрушается в условиях высокого загрязнения.        Загрязняется также атмосфера как среда жизни. Рассмотрим совместное действие загрязняющих веществ, взаимно усиливающих эффект воздействия. В результате общий эффект загрязнения становится больше, чем простая сумма воздействий. В присутствии солнечного света такие компоненты выхлопных газов, как оксиды азота и углеводороды, вступают в реакцию и образуют более ядовитые вещества:

оксиды азота +углеводороды +УФ лучи → пероксиацетилнитрат + озон.

Озон усиливает дыхание листьев, вызывая расход запасных питательных веществ, что приводит к гибели растения. Пероксиацетилнитрат неблагоприятно влияет на фотосинтез, и растение гибнет от того, что уменьшается образование питательных веществ.

Тест

1. Открытыми системами являются одновременно:

1. Биотоп, популяция.

2. Биоценоз, экосистема, экологическая пирамида.

3. Биосфера Земли, популяция, экосистема.

4. Экологическая ниша, организм.

2. Живой системой высшей степени порядка является:

1. Биосфера Земли.

2. Экосистема.

3. Организм.

3. Высшей надсистемой по отношению к перечисленным является:

1. Экосистема.

2. Популяция.

3. Сообщество.

4. Низшей подсистемой по отношению к перечисленным является:

1. Биосфера Земли.

2. Организм.

3. Популяция.

5. Выберите правильную запись реакции фотосинтеза:

1. 6СО₂ + 10Н₂О = С₆Н₁₀О₆ + 6О₂ + 5Н₂О

2. 5СО₂ + 12Н₂О = С₅Н₁₂О₆ + 5О₂ + 6Н₂О

3. 6СО₂ + 12Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 6Н₂О  

6. Выберите правильную запись реакции разложения озона:

1. О₃ = О₂ + О  

2. 2О₃ = 3О₂ + 3О

3. О₅ = О₂ +3О

7. Выберите правильную запись реакции синтеза углекислого газа в атмосфере:

1. О₂ + 2С₂ = СО₂

2. 2О₂ + С₂ = 2СО₂  

3. О₂ + 3С₂ = СО₂

8. Выберите правильную запись реакции синтеза угольной кислоты в атмосфере:

1. СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃  

2. 2СО₂ + Н₂О = 2Н₂СО₃

3. 3СО₂ + Н₂О = 3Н₂СО₃

9. Выберите правильную запись реакции синтеза серной кислоты в атмосфере:

1. 2SО₂ + 2Н₂О + О₂ = 2Н₂SО₄

2. SО₂ + Н₂О = Н₂SО₄   

3. SО₂ + 2Н₂О = Н₂SО₄ + 3Н₂

4. SО₂ + Н₂О = Н₂SО₃

10. Выберите вещества, входящие в биогенный круговорот азота в биосфере:

1. Нитраты, аммиак.  

2. Углекислый газ, нитраты.

3. Вода, аммиак.

11. Выберите вещества, входящие в биогенный круговорот водорода в атмосфере:

1. Углеводы.

2. Вода.

3. Аммиак.

4. Все ответы правильны.  

12. Выберите недостающее звено в трофической цепи листовая подстилка -... - черный дрозд - ястреб:

1. Кустарник.

2. Воробьи.

3. Черви, улитки.

13. Выберите недостающее звено в трофической цепи планктон - елец, карась  - ... - рыбак:

1. Щука.  

2. Лягушка.

3. Уж.

14. Выберите процессы самоочищения в разных экосистемах:

1. Кислотные дожди, парниковый эффект.

2. Разрушение озонового слоя, эпидемия.

3. Кислотные дожди, эпидемия.