ВОЗНИКНОВЕНИЕ АДАПТАЦИЙ КАК ВАЖНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОТБОРА

ЛЕКЦИЯ 12 ОРГАНИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ И

Вопросы для закрепления.

1. Предпосылки естественного отбора.

2. Что такое борьба за существование, ее формы?

3. Что служит объективным мерилом борьбы за существование?

4. Определение понятия «естественный отбор».

5. Что является объектом и сферой действия отбора?

6. Эффективность и скорость действия отбора.

7. Что такое коэффициент отбора?

8. Что такое адаптивная ценность генотипа, что она характеризует?

9. Основные формы естественного отбора.

10. Сходство и различия в действии искусственного и естественного отбора.

11. Что определяет ведущую роль естественного отбора в эволюции?

12. Доказательства действия естественного отбора.

1 Развитие представлений об органической целесообразности.

2 Понятие об адаптацих, механизм возникновения, классификация адаптаций.

1 Развитие представлений об органической целесообразности.Вся живая природа проникнута целесообразностью и в этом ее отличие от неживой природы. Целесообразность строения и функций различных организмов выражается в их приспособленности к физическим условиям внешней среды, в соотношениях с биотическими факторами и во взаимной приспособленности организмов, в реакциях организмов, их инстинктах и поведении, в борьбе с вредными влияниями (болезнями, паразитами, повреждениями), в способности к индивидуальному приспособлению.

Все организмы, населяющие Землю, приспособлены к условиям, в которых они существуют. Микроорганизмы могут жить в кипящих вулканических источниках, растворе серной кислоты, нефти и т.д. Есть водоросли и насекомые, встречающиеся на снегу и поверхности ледников. Приспособленность к физическим условиям среды выражается нередко уже в общей форме тела. Планктонные организмы, обладающие слабыми средствами активного передвижения, поддерживаются взвешенными в воде благодаря различным приспособлениям: это или гидростатические аппараты в виде воздушных камер, капелек жира, или всевозможные выросты, увеличивающие сопротивление воды при оседании и делающие возможным «парение» в воде. Прибрежные рыбы, живущие около рифов, имеют высокое тело, способное к быстрым поворотам. Медленно плавающие нектонные рыбы имеют веретеновидную форму тела. Высшего совершенства в реактивной навигации достигли кальмары. У них тело длинное, цилиндрическое, предельно обтекаемое, спереди и сзади заостренное. Резко выбрасывая из мантийной полости воду, они, словно ракета, движутся вперед. Крот также хорошо приспособлен к жизни под землей, как стриж и ласточка к быстрому полету. Сильные ноги, чуткие уши и острое обоняние оленя позволяют спастись от тигра, но и строение тела тигра, вся его организация дают ему возможность схватить неосторожного, или менее чуткого, или менее быстроногого оленя. У тигра замечательное зрение, но слабое обоняние, поэтому он внимателен к обонянию жертвы – подбирается к ней против ветра, а когда находится в засаде, то располагается по ветру. Целесообразно также строение паразитов, прикрепляющихся либо к шерсти тигра, либо за стенку его кишечника.

Существуют различные пассивные средства защиты организмов от хищников. Это разнообразные выросты в виде твердых панцирей (жуки, черепахи, броненосцы), шипов, колючек (некоторые растения, насекомые). Большое значение в пассивной защите имеет покровительственная окраска и мимикрия. Первая камуфлирует организм, позволяя ему сливаться с фоном окружающей обстановки. Вторая маскирует организм под другой вид, более опасный или ядовитый, тем самым, отпугивая потенциального хищника.

Кроме этого поражает целесообразность строения сложных органов, например глаза млекопитающих. Она выражается во внутренней приспособленности частей: роговицы, хрусталика, зрачка, ретины, которые только совместно, при строго определенных условиях, отвечают своему предназначению.

В общем, данные, свидетельствующие о приспособленности живых организмов, а также целесообразности их организации и поведения многочисленны.

Факты целесообразности строения и реакций растений и животных и всеобщая «гармония» их соотношений издавна обращали на себя внимание человека. По теологическим представлениям, всеобщая гармония природы, как и целесообразность организации живых существ, объясняются волей «Творца». Согласно таким взглядам, каждый организм занимает свое определенное место в гармонии природы, и в этом состоит цель его сотворения. Телеологические взгляды имели ученые в Древней Греции. Телеология в применении к миру организмов получила свое выражение у Аристотеля. По Аристотелю, хотя он признает некоторую постепенность в развитии природы, ничто не происходит случайно, все подчинено известной цели. Организмы развиваются в силу вложенного в них стремления к известной цели. Представления Аристотеля имели большое влияние на формирование философских воззрений у ученых, в том числе в более позднее время. По мнению Ж. Кювье, «всякое организованное существо образует целое, единую замкнутую систему, части которой соответствуют друг другу и содействуют путем взаимного влияния одной конечной цели». Телеологично учение предшественника Ч. Дарвина Ж.Б. Ламарка. Признание внутренней цели, к которой стремятся организмы, является сущностью воззрений Ламарка. Он верит в создание особого «естественного порядка», известной «гармонии природы». Во всех течениях ламаркизма заключается признание изначального характера целесообразности реакций (И.И. Шмальгаузен, 1969). Материалистическая, но при этом механистическая, оценка целесообразности органических форм ведет свое начало также от древних греков, от римлян (Эмпедокл, Демокрит, Лукреций Кар, др.). Элементы материалистического анализа проблемы целесообразности есть у французских философов-материалистов XVIII в. (Ж. Ламетри, Д. Дидро), у некоторых натуралистов (Ж. Бюффон). Однако и они рассматривают формы статически, а не в процессе развития. Только Ч. Дарвину принадлежит заслуга разрешения проблемы на основе строго научного исследования и в связи с общей проблемой эволюции органического мира. По представлениям Ч. Дарвина, целесообразность строения и функций организма выражается в его приспособленности к определенным жизненным условиям, факторам внешней среды. В соответствии с этим, органическая целесообразность – это приспособленность организмов к окружающему комплексу абиотических и биотических условий. Она является результатом, следствием естественного отбора. В настоящее время большинство биологов рассматривает целесообразность в дарвиновском смысле. По современным представлениям, под органической целесообразностью понимают всю совокупность индивидуальных и общевидовых приспособлений, которые обеспечивают выживаемость особи и вида в целом.

2 Понятие об адаптациях, механизм возникновения, классификация адаптаций. Выживаемость вида как целого может достигаться формированием и совершенствованием общевидовых и индивидуальных адаптаций (приспособлений). Адаптации – это комплекс морфофизиологических и поведенческих особенностей особи, популяции или вида, обеспечивающий успех в конкуренции с особями, популяциями, другими видами и устойчивость их к воздействию факторов абиотической среды. Как отмечал Ч. Дарвин, совершенство всякого приспособления определяется внешней средой, поэтому оно всегда конкретно, относительно, имеет временный характер. Приспособление к одним условиям перестает быть таковым в других условиях. Например, всякая покровительственная окраска не имеет никакого значения вне этой среды. Самая совершенная окраска и рисунок бабочки под цвет коры деревьев не дает ей никакой защиты в траве или листве деревьев. Формирование приспособлений и их относительный характер получают объяснение только с позиции теории Ч. Дарвина. Приспособления (адаптации) у организмов к определенным условиям обитания возникают в процессе эволюции в результате естественного отбора и борьбы за существование. Благодаря механизму действия отбора, когда имеет место сохранение, накопление и усиление в ряду поколений мелких индивидуальных полезных наследственных уклонений, происходит преобразование старых и формирование новых приспособлений. Их возникновение является одним из важных результатов естественного отбора. Историческое развитие видов органически связано с формированием определенного комплекса адаптаций. Сама эволюция является по существу непрерывным прцессом образования адаптаций, происходящим по следующей схеме: интенсивность размножения – борьба за существование – избирательная гибель – естественный отбор – приспособленность.

Согласно данным Н.В. Тимофеева-Ресовского и других (1969 г.) при классификации адаптаций выделяют несколько принципов и соответствующих им групп адаптаций. Адаптации классифицируют по происхождению, по принадлежности к разной среде, по эволюционному масштабу, по характеру возникающих изменений, по длительности сохранения в онтогенезе. По происхождению выделяют адаптации, возникающие преадаптивным, комбинативным и постадаптивным путями. По принадлежности к разной среде различают генотипические (онтогенетические), популяционно-видовые, биоценотические адаптации. По эволюционному масштабу адаптации подразделяются на специализированные и общие. По характеру возникающих изменений адаптации бывают упрощающие строение системы, усложняющие строение, сохраняющие строение систем и уровень сложности. По длительности сохранения в онтогенезе есть кратковременные, повторяющиеся и постоянные адаптации.

Адаптация затрагивает разные стороны жизненных процессов организмов и поэтому, кроме отмеченных, выделяют еще такие типы адаптаций как морфологические, физиологические, биохимические, поведенческие. Морфологические адаптации связаны с изменением строение тела. Например, у теплокровных животных при продвижении на север отмечается увиличение средних размеров тела (правило Бергмана), что уменьшает относительную поверхность и теплоотдачу. У растений в северных широтах и высокогорных районах есть стелющиеся и подушковидные формы, меньше повреждаемые сильными ветрами и лучше согреваемые солнцем. Наглядна такая морфологическая адаптация как защитная окраска, скрывающая животных на фоне среды. Защитная окраска представлена двумя основными типами: покровительственной и предостерегающей. Покровительственная окраска очень важна для видов животных, не имеющих эффективных средств защиты от хищников. Благодаря ей, животные становятся менее заметными на фоне местности. На севере чаще встречается белая или светлая окраска, помогающая маскироваться на снегу (белые медведи, полярные совы, песцы, детеныши ластоногих - бельки). У ряда животных появилась окраска, образованная чередованием светлых и темных полос или пятен, делающая их менее заметными в кустарниках и густых зарослях (тигры, молодые кабаны, зебры, пятнистые олени). Некоторые животные способны очень быстро менять окраску в зависимости от условий (хамелеоны, осьминоги, камбала). При маскировке форма тела и его окраска делают животных пахожими на листья, сучки, ветви, кору или колючки растений (часто встречается у насекомых, обитающих на растениях). Защитное значение у животных имеет и мимикрия (подражание). В этом случаи окраска и форма тела у безобидных животных становятся похожими на таковые ядовитых организмов. Например, некоторые неядовитые змеи похожы на ядовитых. Цикады и сверчки напоминают крупных муравьев. При предостерегающей или угрожающей окраске у животных, представляюших опасность для других, имеются яркие окраски, ядовитые или пахучие железы. Столкнувшись с ними, животные-хищники в дальнейшем не нападают на такие организмы (осы, шмели божьи коровки, колорадские жукиолкнувшись с ними, животные в дальнейшем не нападают на такие организмы ()ищников.ковые ки растений ()слях ()а, помогающая маск). Физиологические адаптации связаны с перестройкой обмена веществ у организмов. Примером является появление теплокровности и терморегуляции у птиц и млекопитающих. В более простых случаях – это приспособление к определенным формам пищи, солевому составу среды, высоким или низким температурам, влажности или сухости воздуха и почвы. Биохимические адаптации связаны с образованием определенных веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на другие организмы. Сюда можно отнести яды змей, скорпионов, пауков, облегчающие им охоту; антибиотики грибов и бактерий, защищающие их от конкурентов; токсины растений, предохраняющие их от выедания; пахучие вещества клопов и некоторых других насекомых, отпугивающие врагов. К биохимическим адаптациям относится и особая структура белков, липидов у организмов, устойчивым к высоким и низким температурам (теплолюбивых и холодолюбивых), позволяющая им существовать в горячих источниках, вулканических почвах или в условиях вечной мерзлоты. Поведенческие адаптации связаны с изменением поведения в тех или иных условиях. Например, забота о потомстве приводит к лучшему выживанию молодых животных и повышает устойчивость их популяций. В брачные периоды многие животные образуют отдельные семьи, а зимой обьединяются в стаи, что облегчает им пропитание или защиту (волки, многие виды птиц).

Обеспечение высокой приспособленности вида и соответственно его выживаемости в разных случаях существенно различается. Чем больше у вида приспособлений и чем они многообразнее, тем выше выживаемость и тем целесообразнее организация. Поэтому уровни целесообразности у разных видов различны. В целом, уровень целесообразности неизбежно отражает уровень организации. Уровень целесообразности будет тем выше, чем меньше организмы зависят от случайных и неслучайных изменений внешних условий и меньше подвержены влиянию неблагоприятных факторов.

Целесообразность необходимо рассматривать только как исторически возникающее явление при постоянном действии естественного отбора. Относительный характер целесообразности доказывает возможность дальнейшей перестройки и совершенствования имеющихся у организмов приспособлений, то есть бесконечность эволюционного процесса.