БИОЛОГИЯ

9 КЛАСС

Тема: основы экологии

Урок 56.Приспособленность организмов к влиянию факторов среды

Анисимов Алексей Станиславович,

учитель биологии и химии,

Москва, 2012

На Земле уже почти не осталось мест, где бы не ступала нога человека. Но нередко случалось так, что «первооткрывателей» горных вершин или дальних островов и континентов приветствовало местное население, живущее там уже много тысяч лет. За это время человеческие популяции приспособились к неблагоприятным условиям среды. Например, светлая кожа европеоидов помогает им бороться с рахитом, широкий и плоский нос у негроидов способствует большей теплоотдаче, низкорослые пигмеи ловко пробираются сквозь джунгли, узкий разрез век и «глазная складка» монголоидов помогают им лучше переносить песчаные бури и мороз.

Приспособленности и адаптации – это любые свойства организмов, повышающие их шансы на выживание во внешней среде.

Длинная шея у жирафа, позволяющая добывать ему пищу там, где это не могут сделать другие животные, – это адаптация. Другой пример адаптации – толстый слой подкожного жира у моржа, позволяющий ему выживать в суровых арктических условиях.

Рис. 1.

Адаптации создаются и поддерживаются в ходе эволюции видов. Происходит это благодаря естественному отбору и такому качеству организмов, как изменчивость. Все существующие виды прошли через естественный отбор и обладают необходимыми адаптациями к условиям своего обитания.

В природе действуют физико-химические законы, которые определяют основные направления развития тех или иных приспособлений организмов. Как это происходит, можно рассмотреть на примере планктона (http://www.bbc.co.uk/nature/19728988). Планктон (с греч. – «блуждающий») – небольшие организмы, растения и животные, взвешенные в толще воды.

Чтобы находиться в подвешенном состоянии, что для планктона естественно, нужно, чтобы силы, удерживающие организм на плаву, соответствовали его весу. Против силы тяжести, которая заставляет планктон опускаться на дно, действуют отталкивающие силы Архимеда, а также силы сцепления частиц воды с поверхностью тела. То есть любые способы облегчения веса и увеличение поверхности тела будут благоприятствовать планктонному образу жизни. У одних видов это достигается благодаря мелким размерам, у других – путем образования разнообразных выростов (щетинок, складок), у третьих – насыщением клеток капельками жира или наличием газовых полостей, уменьшающих удельный вес.

Если представители разных видов внешне похожи, это еще не говорит об их родстве. Прежде всего, это свидетельствует о том, что эти организмы ведут схожий образ жизни.

В одинаковой среде обитания образуются сходные приспособительные формы. Например, деревья, кустарники, лианы, разнообразные травы – это формы, возникшие у разных видов растений при сходном использовании среды.

Адаптации бывают различные. Первая группа приспособлений – морфологические. По внешнему облику разных видов животных можно определить не только среду, в которой они развиваются и растут, но также их образ жизни. Например, все позвоночные, которые ведут подземный образ жизни, имеют компактное тело с короткой шеей и хвостом, слаборазвитые глаза и ушные раковины, короткий жесткий мех. Они роют землю либо мощными передними конечностями, сильными когтями, либо выступающими, как долото, рубцами (кроты, слепыши). Роющее насекомое – медведка – также внешне напоминает маленького крота. Растения лианы имеют стебли с различными приспособлениями, такими как крючья, усики или присоски, позволяющие им, цепляясь за стебли других растений, выносить свои листья к свету.

Рис. 2.

Жизненная форма – своеобразие внешнего строения, которое отражает приспособления вида к определенному образу жизни. Жизненные формы вырабатываются в ходе эволюционного строения вида, а у отдельных особей проявление обусловлено генотипом и нормой реакций.

Разные виды могут иметь сходную форму, если ведут сходный образ жизни. В экологии виды классифицируются не по родству, а по способам и формам адаптаций к окружающей среде или к отдельным факторам этой среды. Жизненные формы отображают классификацию по свойствам приспособления организма ко всем биотическим и абиотическим факторам внешней среды.

Экологические адаптации выражаются не только во внешних признаках вида, но и в изменениях физиологических процессов, в характере поведения, в жизненных циклах, а также во внутриклеточных биохимических превращениях.

По отношению к какому-то одному господствующему фактору внешней среды: свету, температуре, типу пищи, воде, выделяются экологические группы.

Экологические группы:

По отношению к свету: светолюбивые, теневыносливые, тенелюбивые
По отношению к температуре: теплолюбивые, жаростойкие, холодостойкие
По отношению к воде: влаголюбивые, засухоустойчивые

Физиологические адаптации. По изменчивости температуры тела выделяют следующие группы животных: пойкилотермные и гомойотермные.

Рис. 3.

У пойкилотермных организмов внутренняя температура тела следует за изменением температуры среды. Скорость обмена веществ то возрастает, то понижается – таких видов большинство на Земле.

Рис. 4.

Гомойотермны только две группы: млекопитающие и птицы.

Рис. 5.

Они способны поддерживать постоянную температуру тела при любых условиях среды. Обмен веществ всегда идет с высокой скоростью, даже если наружные температуры постоянно меняются. Например, медведи в Арктике или пингвины в Антарктиде выдерживают пятидесятиградусные морозы, что составляет разницу 80-90 °С по сравнению с их собственной температурой.

Рис. 6.

Виды с непостоянной температурой тела способны при понижении температур переходить в неактивное физиологическое состояние. Замедление обмена веществ в клетках сильно увеличивает устойчивость организмов к неблагоприятным условиям погоды. Переход животных в состояние оцепенения и переход растений в состояние покоя позволяет им переносить зимние холода с наименьшими потерями, не тратя много энергии.

Форма тела, физиологические свойства, образ жизни, поведение организмов, их распространение и ритмы жизни являются чертами приспособленности видов к определенной среде обитания. Таким образом, многообразие приспособительных свойств у организмов, выработанных под влиянием факторов среды, обеспечивает им возможность существования в разных условиях биосферы.

Схожесть форм тел

В отличие от представителей планктона, активно плавающие в воде виды приобрели форму тела, которую называют торпедовидной.

Рис. 7.

По законам гидродинамики, быстро передвигающееся в воде тело может успешно преодолеть сопротивление только при определенных пропорциях: длина тела должна в 5 раз превышать наибольший диаметр. Именно такое соотношение свойственно дельфинам, акулам, кальмарам и даже древним ихтиозаврам.

Рис. 8.

Жизненные формы на разных стадиях развития

Существуют виды, особи которых на разных стадиях индивидуального развития могут находиться в разной жизненной форме. В частности, это явление наблюдается у животных, развитие которых происходит с метаморфозом, то есть в индивидуальном развитии которых присутствует стадия личинки: головастик и лягушка, личинка и взрослая особь угря, гусеница и бабочка. У растений жизненные формы могут быть разные, в зависимости от условий произрастания. Например, береза пушистая, рябина обыкновенная в лесах умеренного климата развивают форму одноствольного дерева. А вырастая в лесах тундровых сообществ, они приобретают многоствольную, кустарниковую форму.

Рис. 9.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12. Берёза пушистая

Рис. 13. Рябина обыкновенная

Рис. 14. Берёза кустарниковая

Рис. 15. Рябина кустарниковая

Вопросы:

1. С какими особенностями образа жизни связаны большие жировые отложения у моржей и других морских млекопитающих?

2. Почему в одинаковой среде обитания образуются сходные приспособительные формы?

3. Для обитателей какой климатической зоны жизненно важно уметь замедлять физиологическую активность?

4. Почему у многих организмов в жизненном цикле существует личиночная стадия?

Ссылки на литературу

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – М.: Дрофа, 2009.

2. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

3. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений / Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд. перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005.