27. Адаптація як загальна властивість біологічних систем. Принцип єдності організмів та середовища мешкання

27

1. Адаптація як загальна властивість біологічних систем.

За будь-яких змін умов існування вижити та залишити плодючих нащадків можуть лише ті організми, які до цих змін адаптувалися.

Адаптація – це процес пристосування будови, хімічного складу та функцій, поведінки організмів, а також пристосування популяцій, угруповань видів до умов середовища мешкання.

Здатність адаптуватись – універсальна властивість біологічних систем різного рівня організації: від найнижчого молекулярного до найвищого – біосферного.

На молекулярному рівні вони проявляються як зміни молекулярного складу, біохімічних процесів у внутрішньому середовищі організму тощо.

На клітинному, тканинному або органному рівні адаптації можуть проявлятись у вигляді їхніх функціональних або морфологічних змін.

На рівні організму вони проявляються як змінами у будові та функціях окремих органів або систем органів, так і цілісного організму як інтегрованої біологічної системи. Прикладами таких адаптацій може бути формування функціональних систем організму. Функціональні системи – тимчасове об’єднання органів різних фізіологічних систем для забезпечення певної життєвої функції.

На популяційно – видовому рівні адаптації насамперед спрямовані на збереження та зростання чисельності особин певного виду, переживання несприятливих умов і заселення нових територій.

На екосистемному(біогеоценотичному) рівні адаптації забезпечують збереження видового різноманіття екосистем, їхньої цілісності, стійкості та здатності до саморегуляції.

На біосферному рівні вони проявляються як зміни особливостей будови організмів, їхнього забарвлення, поведінки тощо

Хоч би на якому рівні організації живої матерії формувалися адаптації, вони насамперед спрямовані на підтримання гомеостазу біологічної системи: динамічної сталості її складу та властивостей. Підвалини концепції гомеостазу заклав французький медик і фізіолог Клод Бернар (1813–1878), а розвинув цю концепцію американський фізіолог Уолтер Бредфорд Кеннон (1871–1945) і саме він запропонував термін «гомеостаз». Згідно з нею гомеостаз є основною умовою існування організму, коли зміни у внутрішньому або зовнішньому середовищі неодмінно мають бути компенсовані та врівноважені. Динамічна постійність складу та властивостей внутрішнього середовища організму підтримується ланцюгом складних і різноманітних процесів: механізмами автоматичної саморегуляції, набутими живими істотами в процесі еволюції. Гомеостаз у відомій мірі перелаштовується на новий рівень, більш адекватний для конкретних умов, що і є умовою адаптації. Отже, гомеостаз досягається досконалою адаптаційною діяльністю.

В процесі еволюції розвиток біологічних систем відбувався у бік кращої адаптованості за допомогою виникнення ароморфозів, ідіоадаптації і навіть загальної дегенерації.

*Ароморфози, пов’язані з підвищенням рівня організації, забезпечували адаптації до нових середовищ мешкання.

*Ідіоадаптації супроводжувались адаптаціями до конкретних умов опанованого раніше середовища і без змін рівня організації. За допомогою ідіоадаптацій відбувається адаптивна радіація – пристосування споріднених організмів до різних умов існування і вона базується на процесах дивергенції – розходження станів певних ознак у нащадків спільного предка.

Термін адаптивної радіації запропонували в 1875р. В. Ковалевський та американський вчений Г. Осборн в 1915 р., однак думку про адаптивну радіацію висловив ще раніше Ч. Дарвін, який назвав цей процес дивергенцією. Адаптивна радіація лежить в основі всіх форм адаптаціогенеза і є результатом надбання організмами спеціальних пристосувань — адаптацій і проникнення в нові адаптивні зони. Основне джерело адаптивної радіації — внутрішньовидові процеси (генетичне різноманіття видових популяцій, диференціювання виду на географічні та екологічні раси в результаті розширення ареалу при сприятливих умовах, внутрішньовидові протиріччя).

Масштаби адаптивної радіації можуть бути різні. Як правило, після ароморфозу настає адаптивна радіація великого масштабу. Адаптивна радіація меншого масштабу, що має характер ідіоадаптації, охоплює лише близькі види або групи видів. До адаптивної радіації великого масштабу можна віднести еволюцію амфібій, з яких одні види, що живуть у воді, мають хвіст (Urodela), інші, що живуть і в воді і на суші, зберегли хвіст лише в личинковій стадії (Anura), треті, що живуть тільки на суші, втратили ноги і набули червоподібну форму (Apoda). Прикладами адаптивної радіації малого масштабу, пов'язаної з утворенням географічних рас, можуть служити камчатський світлий строкатий дятел і темний дрібний дятел з північного Ірану або раси ялини звичайної — європейська, сибірська та фінська.

Типовим прикладом адаптивної радіації є вихід членистоногих на суходіл. При цьому спостерігаються адаптивні перебудови тіла, опанування нових екологічних ніш та місць існування, виникають нові особливості індивідуального розвитку, змінюється спектр їжі та способи її добування.

Адаптивна радіація плацентарних ссавців, що мають загального предка (в центрі), але пристосувалися до різних типів середовища

Чотири з 13 видів зябликів, що мешкають на Галапагоських островах, які ймовірно адаптували свої дзьоби до різних джерел харчування.

*Загальна дегенерація пов’язана зі спрощенням організації внаслідок переходу до паразитичного, сидячого чи малорухливого способу життя. Адаптації, які при цьому виникли, також забезпечують кращу пристосованість до умов середовища, а не погіршують її.

Саме завдяки адаптації організмів до найрізноманітніших умов існування виникло вражаюче біорізноманіття на нашій планеті.

Американський палеонтолог Джордж Гейлорд Сімпсон (1902–1984) розробив концепцію адаптивної зони - це комплекс умов навколишнього середовища, де відбувається еволюція певного таксона, і який визначає напрям йогo еволюції. Опанування нової адаптивної зони зумовлює новий процес адаптивної радіації. Розширення адаптивної зони пов’язане з підвищенням рівня організації – певними ароморфозами. І, навпаки, спеціалізація видів – пристосування до конкретних умов існування – супроводжується звуженням адаптивної зони. Зокрема, це може відбуватись унаслідок конкуренції з іншими видами. Знизити гостроту конкуренції може опанування нової адаптивної зони.

Значення адаптацій у житті організмів.

1.      Допомагають переживати значні зміни в навколишньому середовищі.

2.      Допомагають перебудовувати фізіологічні функції, поведінку відповідно до змін у

навколишньому середовищі.

3.      Забезпечують підтримання гомеостазу біологічних систем за змін умов зовнішнього та внутрішнього середовища: високі або низькі температури легше переносити тоді, коли повітря сухе й не дмуть сильні вітри.

Учення про адаптації стало своєрідним містком, який поєднав дані різноманітних біологічних наук: молекулярної біології, біохімії, вірусології, мікробіології, ботаніки, мікології, зоології, анатомії, фізіології, біології індивідуального розвитку, екології, еволюційного вчення тощо.

2. Принцип єдності організмів та середовища їхнього мешкання.

Аутекологія – це окремий розділ екології, що вивчає взаємовідносини окремого живого організму (особини, виду) з навколишнім середовищем.  Розділ аутекології – факторіальна екологія, яка досліджує закономірності впливу середовища на біо- та екосистеми (наприклад, хімічна або фізична екологія).

Адаптації – це не тільки властивість біологічних систем реагувати на зміни середовища мешкання, а ще й здатність цих систем активно впливати, змінювати і перетворювати це середовище (поміркуйте чому). Ви вже знайомі з історією вивчення адаптацій організмів до середовища мешкання від Карла Ліннея до Чарльза Дарвіна. Вперше на вплив умов довкілля на виникнення адаптацій у різних організмів звернув увагу Жан Батист Ламарк (1744–1829). Він вважав, що адаптивні зміни можуть бути лише прогресивними, оскільки виникають під упливом певного «внутрішнього прагнення до вдосконалення», притаманного всім організмам. Чарльз Дарвін (1809–1882) розглядав формування адаптацій як засіб для виживання. Він відкрив еволюційні процеси – дивергенцію та конвергенцію. У разі дивергенції нащадки спільного предка, які опиняються в різних умовах існування, формують різні адаптації, оскільки відбувається адаптивна радіація. У разі конвергенції, навпаки, неспоріднені організми, потрапивши в схоже середовище мешкання, демонструють подібні адаптації. Так формуються певні життєві форми організмів.

У разі паралельної еволюції, або паралелізму, подібні ознаки формуються незалежно у близькоспоріднених груп організмів, тобто таких, які походять від спільного предка шляхом дивергенції. Тому такі організми мають багато спільних груп генів. Далі такі споріднені групи можуть потрапляти в подібні умови існування, і в їхніх генофондах закономірно з’являються подібні мутації, на основі яких формуються подібні ознаки. У результаті споріднені види та роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості – подібними адаптаціями – з такою правильністю, що, вивчивши ряд форм у межах одного виду чи роду, можна передбачити знахідки форм з подібним поєднанням ознак у межах близьких видів чи родів. Що тісніші родинні зв’язки між такими організмами, то більша подібність у рядах їхньої спадкової мінливості.

Принцип єдності організмів і середовища їхнього мешкання вперше сформульовав російський фізіолог Іван Михайлович Сєченов (1829–1905): будь-який організм (рослинний або тваринний) є саморегульованим механізмом, відкритою системою, тісно повʼязаною з навколишнім середовищем процесами обміну речовин та потоками енергії. Живий організм буде існувати до тих пір, поки його властивості будуть відповідати умовам довкілля.

За різких змін умов середовища адаптації, що сформувалися раніше, зазвичай втрачають своє значення. Тоді важливого значення набуває адаптивний потенціал – спадково визначена здатність організмів пристосовуватись до нових або змінених умов середовища. Так, завдяки адаптивному потенціалу виду у популяцій, які мешкають у різних частинах ареалу в різних умовах, можуть формуватись різні адаптації. Що вищий адаптивний потенціал виду, то різноманітніші його адаптації. Завдяки високому адаптивному потенціалу організми змогли опанувати різноманітні, часто екстремальні, умови існування: високогір’я, пустелі, морські глибини тощо.