85)Адаптации как результат действия естественного отбора. Относительный характер приспособленности.

Возникновение приспособленности к среде – основной результат эволюции. Адаптации (от лат. adaptatio – прилаживание, приспособление) рассматривают как совокупность специальных свойств, которые способны обеспечить выживание и размножение организмов в конкретных условиях среды.

Общая приспособленность живых организмов к условиям среды обитания складывается из множества отдельных адаптаций самого разного масштаба.

Для возникновения адаптаций, помимо мутационного процесса, необходимы другие движущие силы эволюции, прежде всего – естественный отбор.

Приспособления не возникают в готовом виде, а складываются в процессе отбора «удачных вариантов» из множества изменившихся особей популяции.

Конкретные формы проявления адаптаций чрезвычайно многообразны. Так, растения засушливых районов имеют различные приспособления для добывания или сохранения влаги. Это либо мощная система корней, проникающих иногда на глубину десятков метров, либо развитие опущения, уменьшение числа устьиц на листьях, образование толстого воскового налета, сокращение площади листовых пластинок, либо видоизменение листьев, например колючки у кактусов.

Рассмотрим некоторые примеры адаптаций – средства пассивной защиты и сложные адаптации.

Средства пассивной защиты. К средствам пассивной защиты относятся такие свойства, которые определяют значительную вероятность сохранения жизни особи в борьбе за существование.

У животных часто развиваются твердые покровы, например хитиновый покров у членистоногих животных или панцирь у черепах, прочные раковины у моллюсков. У многих растений и животных имеются защитные образования в виде игл и колючек (рис. 84). У растений (кактусов, шиповника, боярышника и др.) такие образования служат защитой от поедания травоядными животными.

Примеры пассивной защиты у растений и животных Покровительственная окраска – важное средство защиты организмов. Покровительственная окраска соответствует по цвету окружающему фону среды. Она особенно важна для защиты организма на ранних этапах онтогенеза – индивидуального развития организма: яиц, личинок, птенцов и др. Так, яйца у птиц, открыто гнездящихся в траве или на земле, всегда имеют пигментированную скорлупу, соответствующую по цвету окружающему фону. Велика роль покровительственной окраски в сезонно меняющихся условиях. Например, некоторые животные (песец, заяц, горностай, белая куропатка) зимой имеют белую окраску, а летом – соответствующую фону окружающей среды (рис. 85). На первый взгляд полосатая окраска зебр очень яркая я заметна на любом фоне. На открытых пространствах при малейшей опасности зебры обращаются в бегство. Во время бега их силуэты стираются, размываются, черно-белые полосы сливаются в серебристо-серый цвет, и бегущий табун как бы растворяется в дрожащем мареве жаркого тропического дня.

Предостерегающая окраска – это обычно яркая (красная, желтая, черная) окраска, характерная для хорошо защищенных, ядовитых, жалящих форм. Такую окраску имеют божьи коровки, осы, пчелы, шмели и др.

Мимикрия (от англ. mimicry – подражательность) – сходство беззащитного и съедобного вида с представителями неродственных хорошо защищенных видов. Например, пестрые ярко окрашенные бабочки семейства геликонид имеют неприятный запах, и поэтому они несъедобны для птиц. Мухи-журчалки, внешне очень похожие на ос (или пчел), часто сидят на цветках зонтичных и сложноцветных растений (рис. 86). Хотя они совершенно безобидны, птицы не решаются их трогать, принимая за вооруженных жалом насекомых.

Cложные адаптации. К сложным адаптациям относятся: способность растений к насекомоядности, развитие глаза как органа зрения, возникновение взаимных приспособлений у насекомоопыляемых растений и насекомых-опылителей.

Насекомоядностью обладают такие растения, как венерина мухоловка, росянка (рис. 87). Росянка имеет ряд совершенных и аффективных приспособлений для ловли и переваривания насекомых. Листья у нее покрыты чувствительными волосками, у основания которых расположены клетки, выделяющие липкую и ароматную жидкость. Стоит насекомому сесть на лист, как оно прилипает. Раздражение от движений насекомого вызывает свертывание листовой пластинки. Затем волоски листа выделяют жидкость, богатую ферментом пепсином. Под действием пепсина насекомое переваривается, а растворенные вещества всасываются через листовую пластинку.

На примере зрительного аппарата. Эволюция глаза проходила как непрерывный ряд постепенных усовершенствований. У некоторых одноклеточных организмов восприятие света отсутствует, у других – имеется светочувствительное пятно с пигментом. У многоклеточных животных эволюция аппарата восприятия света связана с его усложнением. Так, у планарий (свободноживущие плоские черви) имеются примитивные «глазки» – углубления, заполненные пигментом. У членистоногих появляются глаза фасеточного типа. Фасеточные глаза в целом дают мозаичное изображение предметов по их мельчайшим движениям, без конкретизации деталей. У других животных (кальмаров, каракатиц, осьминогов) эволюция органа зрения заключалась в образовании глазного пузыря с жидкостью, линзы – хрусталика, группы светочувствительных клеток – сетчатки.

Дальнейшая эволюции органа зрения привела к увеличению кривизны хрусталика, развитию зрачка, глазных мышц, светочувствительных клеток типа колбочек и палочек. Приспособление возникает не сразу в готовом виде, а длительно формируется в процессе эволюции посредством отбора особей, обладающих признаками в наиболее выраженной форме.

Все адаптации имеют относительный характер: адаптация к одному комплексу факторов среды необязательно останется приспособлением в других условиях. Защитные приспособления организмов от одних хищников не спасают их от других: в частности, ядовитых змей, опасных для большинства животных, поедают мангусты, ежи и свиньи.

 86)Вид как этап эволюционного процесса. Критерии и структура вида.   Вид — одна из основных форм организации живого (наряду с клеткой, организмом, биогеоценозом). Особи, принадлежащие к одному виду, не скрещиваются с особями другого вида, характеризуются генетической общностью, морфологическим сходством, единством происхождения. Вид существует во времени: он возникает, распространяется (в период расцвета), может сохраняться неопределенно долгое время в устойчивом, почти неизменном состоянии (реликтовые виды) или непрерывно изменяться. Конечная судьба вида различна: одни из них со временем исчезают, не оставляя новых ветвей, другие дают начало новым видам.

Вид как таксономическая категория

Вид — основная категория биологической классификации. В ряду таксономических категорий вид как таксономическая единица (таксой) находится ниже подрода, но выше подвида. Понятие видвпервые ввел английский ботаник Рей в конце XVII в. К разным видам он отнес формы, которые по отношению к виду различны, сохраняют эту свою видовую природу различной, ни одна из которых не происходит из семян другой, и наоборот. К. Линней, заложивший основы систематики растений и животных, ввел для обозначения вида двойную (бинарную) номенклатуру, согласно которой сначала указывают род, к которому относится вид (существительное), а затем видовой эпитет (прилагательное), далее ставится сокращенная фамилия автора, впервые описавшего этот вид. Например, Canis lupus L. (волк); Canis familiaris L. (собака домашняя);

L — начальная буква фамилии ученого (Линней), впервые описавшего этот вид. К. Линней считал, что вид не претерпевает существенных изменений и число видов постоянно- Представление о виде как этапе эволюции идет от Ч. Дарвина, который справедливо считал проблему видообразования центральной проблемой эволюционного учения.

Морфологический критерий вида

Порой самые опытные биологи становятся в тупик, определяя, принадлежат ли данные особи к одному виду или нет. Почему так происходит, существуют ли точные и строгие критерии, которые помогли бы разрешить все сомнения?

Основным критерием вида у Ч. Дарвина и большинства систематиков-дарвинистов второй половины XIX — первой половины XX в. было морфологическое различие между разными видами и отсутствие такого различия между подвидами одного вида. Действительно, особи разных, даже близких видов отличаются по размерам (самые мелкие горностаи крупнее самых крупных ласок), по окраске (белый и бурый медведь) и другим морфологическим признакам. Однако в настоящее время накоплено достаточное количество фактов, свидетельствующих о том, что существуют виды-«двойники», не имеющие заметных морфологических различий, но в природе не скрещивающиеся между собой из-за разных хромосомных наборов. Выяснено, например, что под названием «малярийный комар» скрывается на самом деле несколько (до 15) внешне неразличимых видов - «двойников». Установлено, что под названием «черная крыса» скрываются два вида-«двойника»: 38-хромосомные крысы, связанные своим распространением с экспансией индоевропейских цивилизаций (вся Европа, Африка, Америка, Австралия, Новая Зеландия, Азия к западу от Индии), и 42-хромосомные крысы, связанные своим распространением с монголоидными оседлыми цивилизациями (Азия к востоку от Бирмы).

Благодаря усовершенствованию цитологических методов исследования, число обнаруженных видов-«двойников» быстро увеличивается. Следовательно, морфологический критерий оказывается недостаточным для выделения видов в природе.

Географический критерий. Каждый вид занимает определенное пространство, или реал. В связи с этим виды могут быть широко распространенными и эндемичными (с ограниченным ареалом). Виды, возникшие в одном ареале, в процессе эволюции могут его расширить или изменить. Так, мамонтово дерево и секвойя вечнозеленая — реликтовые виды, возникшие в меловом периоде; они были широко распространены по северному полушарию в третичном периоде, а ныне являются эндемиками Калифорнийского побережья Северной Америки.

Характеристика ареала вида (его размеры, форма и т. д.) - важнейший видовой признак, так как связана с историей возникновения вида. Однако существуют виды с совпадающими ареалами (совместно живущие на одном пространстве), виды-космополиты, занимающие огромные пространства в биосфере Земли. Поэтому одного географического критерия недостаточно для установления видовой принадлежности.

Экологический критерий. Все особи одного вида отличаются от особей другого вида способом питания, местом обитания. Например, разные виды синиц: большая синица, лазоревка, московка, гаичка — питаются разными насекомыми и добывают пищу на своей территории (на коре или в трещинах древесины, в пазухах листьев или на кончиках веток). Но экологический критерийнельзя считать универсальным критерием вида- Известно, что некоторые виды имеют сходные экологические особенности. Так, все виды китов питаются планктонными ракообразными. Волки, обитающие в тундре, имеют иные особенности образа жизни, чем волки, обитающие а лесостепной зоне, хотя и те и другие относятся к одному виду.

Этологический критерий. В поведении особей большинства видов существуют определенные видовые признаки, так же характеризующие вид, как и морфологические, экологические и другие признаки. Различия в поведении между близкими видами прежде всего наблюдаются в период спаривания. Например, достаточно самцу одного из видов дальневосточных зуйков, обитающих вместе с другим близким видом, дернуть хвостом не три, а два раза (что характерно для другого вида), как самка уже не подпустит к себе этого самца. К этологическим относятся различия в брачных песнях, голосах совместно обитающих видов животных, но и данный критерий не может быть универсальным.

Биохимический критерий. Особи одного вида имеют единую структуру ДНК, что обусловливает синтез одинаковых белков, отличающихся от белков другого вида. Вместе с тем у некоторых бактерий, грибов, высших растений состав ДНК оказался очень близким. Иначе говоря, есть виды-«двойники» и по биохимическим признакам.

Генетический критерий. Главное свойство вида — его генетическая обособленность. Как правило, особи разных видов не скрещиваются между собой. Если же межвидовые скрещивания все же удаются, то образуются неполноценные и нежизнеспособные гаметы, зиготы, эмбрионы и потомки. В тех же редких случаях, когда потомство вырастает здоровым, оно оказывается неплодовитым (мулы ~ гибриды лошади с ослом, как известно, не размножаются). Это объясняется тем, что виды различаются числом, размерами и формой хромосом, что затрудняет протекание процесса мейоза и обеспечивает относительную генетическую обособленность видов: обмен генами между разными видами осуществляется с трудом. Благодаря этому мы и наблюдаем многообразие растительного и животного мира на Земле. Таким образом, генетический критерий вида (характерный для него набор хромосом) является главным- Однако и он не может бытьуниверсальным, так как в некоторых группах растений межвидовые гибриды встречаются в природе. Например, в семействе розоцветных межвидовые скрещивания удаются сравнительно легко. У животных межвидовые гибриды крайне редки.

Таким образом, только учет всех или большинства критериев позволяет очертить границы каждого конкретного вида.

Популяция — структурная единица вида

Население любого вида распределено в пространстве крайне неравномерно, группами. Например, двудомная крапива в пределах своего ареала встречается только во влажных тенистых местах с плодородными почвами, образуя заросли в поймах рек, ручьев, вокруг озер, по окраинам топей. Капустных белянок можно увидеть там, где выращивается капуста - на огородах и полях. Колонии европейского крота, хорошо заметные по холмикам земли, поселяются на лесных опушках и лугах.

Подходящие для жизни места обитания хоть и встречаются часто в пределах ареала вида, но не покрывают весь ареал, и поэтому на других его участках особи данного вида не встречаются (нет смысла искать крота вблизи болот или скал). Различные виды рыб и водных растений обитают только в водах ареала.

Группы особей одного вида могут быть большими и маленькими, существовать длительно (на протяжении столетий и больше) или всего в течение жизни 2—3 поколений. В результате весеннего разлива рек образуются временные водоемы, лужи, в которые могут попасть мальки рыб, отложить икру лягушки, развиться личинки стрекоз и комаров. Но эти небольшие группы животных обречены, так как под лучами летнего солнца водоем пересохнет, и они погибнут. Гораздо важнее для эволюции судьба группы особей, которая устойчиво сохраняется на протяжении жизни многих поколений. Население большого озера, то увеличиваясь. то сокращаясь в численности, может существовать довольно длительное время. Такие группы особей одного вида, длительно существующие в определенной части его ареала, называются популяциями.