Значение приспособленности в жизни организмов разных видов. Приспособленность организмов к условиям внешней среды и ее относительность

Разделы: Биология

Цели урока :

Систематизация знаний о движущих силах эволюции;

Сформировать понятие приспособленности организмов к среде обитания, знание о механизмах возникновения приспособленности как результата эволюции;

Продолжить развитие умений использовать знания теоретических закономерностей для объяснения явлений, наблюдаемых в живой природе;

Сформировать конкретные знания о приспособительных особенностях строения, окраски тела и поведения животных.

Оборудование:

• таблица “Приспособленность и ее относительный характер”,
• фотографии,
• рисунки,
• коллекции организмов растений и животных,
• карточки для выполнения тестов,
• презентация.

Тип урока: изучение нового материала.

Методы обучения: беседа, репродуктивный (объяснение), самостоятельная работа, частично- поисковый, проблемный.

Форма работы: индивидуальная, коллективная.

Требования согласно программе:

ученик должен:

• иметь представление: о многообразии адаптаций живых организмов;

знать понятия:

• адаптагенез, мимикрия, адаптация, основные виды адаптаций, механизмы возникновения адаптаций;

• объяснять сущность приспособлений, приводить примеры адаптаций.

Междисциплинарные связи: география – биология - экология “Приспособления живых организмов”.

Проблемы урока.

1. Какие природные условия действуют на живые организмы? Как выбрать более благоприятные условия жизни?
2. Как живые организмы научились решать проблемы воздействия среды? Пути решения проблемы выживания?
3. Как выжить? Как передать свои приобретенные навыки своим потомкам?

Учитель биологии:

Животные и растения обитают в самых различных местах. Иначе говоря, каждый вид имеет свое местообитание . Для лося местообитание - это лес, протянувшийся на многие километры, а для колонии муравьев достаточно небольшой опушки, которой ограничен весь мир. Некоторые животные на протяжении жизни мигрируют на огромные расстояния, занимая местообитания в разных климатических зонах и даже на разных континентах. Другие меняют среду обитания, даже не перемещаясь на большие расстояния. Например, стрекозы летают над прудом, где по дну ползали их личинки. Есть и домоседы – жизнь одноклеточной инфузории, со всеми её радостями и бедами, проходит в паре кубических сантиметров.

Учитель географии:

Ребята, сейчас мы с вами переходим к решению проблем поставленных перед вами в начале урока. Итак, первая проблема: “Как выбрать более благоприятные условия жизни? Чем же различаются местообитания?”. У вас на партах лежат опорные карты, в которых вовремя рассказа исследователей, вы должны внести суждения о решении данного вида проблемы.

В пустыне, например, жарко и сухо, в тропическом – жарко и влажно, а в тундре – влажно и холодно. В море вода соленая, а в реках пресная. Можно перечислять отличия и дальше. Все это – факторы среды .

Среда – это комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. В широком смысле это материальные тела, явления и энергия, воздействующие на организм.

Существует значительное разнообразие слова “среда” в зависимости от степени конкретизации понятия.

Учитель географии:

А какие вы знаете факторы среды, и чем они отличаются друг от друга?

Факторы среды бывают разными. Некоторые из них – это условия среды – они как бы заданы изначально и для всех в данном местообитании одинаковы. Ни исчерпать условия, ни сделать их менее доступными для других организмов невозможно. В самом деле, температуру или соленость воды нельзя ни “израсходовать”, ни поделить между собой.

К факторам среды относятся и ресурсы, то есть все, что организм потребляет или использует, чтобы обеспечить своё существование. Примером “потребления” является пища – источник веществ и энергии. Бутерброд, который жуёт ученик на перемене, - его пищевой ресурс. Однако “использование” следует понимать в более широком смысле. Например, стол в школьной столовой, за которым тот же ученик сидит с бутербродом. Разумеется, этот стол ученик не ест. Но для других его место за столом уже недоступно.

В отличие от условий ресурсы всегда имеются в определенном, исчерпаемом количестве, которое уменьшается в результате жизнедеятельности организмов.

Факторы среды могут быть:

1. Абиотические – это все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы;
2. Биотические - это прямые или опосредованные формы воздействия живых существ друг на друга. Любой организм в реальных условиях постоянно испытывает на себе самое различное влияние других существ.
3. Антропические – факторы, которые возникают в ходе непосредственного (прямого) воздействия человека на что-то либо.

Весьма часто употребляют “антропогенный фактор”. Под ним понимают фактор, косвенно обязанный своим происхождением деятельности (настоящей и прошлой) человека.

Абиотические	Биотические
Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление	Фитогенные: растительные организмы
Эдафогенные: (от “эдафос” - почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность	Зоогенные: животные организмы
Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона	Микробиогенные: вирусы, простейшие бактерии
Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растений	Антропогенные: деятельность человека

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер в зимнее время весьма неблагоприятен для крупных животных, особенно обитающих открыто (lоси), но не действует на более мелких, обычно укрывающихся в норах или под снегом.

Учитель биологии:

Сегодня очень много говорится о среде. Какое же влияние среда оказывает на организм?

Организм, испытывая потребность в притоке вещества, энергии и информации, полностью зависит от среды. И как гласит “первый закон жизни”: результаты развития (изменений) любого объекта (организма) определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится. Этот закон имеет общее значение, так как в равной мере относится и к живой и неживой материи, а так же и социальной сфере.

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, поскольку обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов размножаться.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей носит название адаптация.

Адаптации способны проявляться на самых ранних уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экосистем.

Каждый организм реагирует на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией. Правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма гласит: до тех пор, пока среда, окружающая определенный вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям, этот вид может существовать.

Учитель географии:

Ребята, скажите, пожалуйста, а оказывают ли живые организмы какое либо влияние на среду?

Я считаю, что да. Организмы и сами способны существенно воздействовать на среду. Так, их жизнедеятельность сильно влияет на газовый состав атмосферы. Это связано, в частности с тем, что в результате фотосинтеза зеленых растений в атмосферу попадает кислород. Диоксид углерода, напротив, извлекается из атмосферного воздуха растениями и вновь поступает туда в процессе дыхания и в процессе разложения остатков погибших организмов. В процессе разложения тел погибших организмов бактерии, грибы и животные участвуют в образовании почвы. Именно жизнедеятельность организмов определяет содержание растворенных органических соединений и минеральных солей в природных водах. Организмы, меняя химический состав среды, воздействуют и на ее физические свойства.

Предел воздействия организмов на среду обитания описывает “второй закон жизни”: каждый вид организмов, потребляя из окружающей среды необходимые ему вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедеятельности, изменяет ее таким образом, что среда обитания становится непригодной для его существования.

Можно сделать вывод, что организмы испытывают воздействия постоянно меняющихся условий среды, но и сами способны изменять эти условия.

Учитель биологии:

Ребята, мы сегодня очень много говорили о среде. А существуют ли приспособления у различных организмов к неблагоприятным условиям среды? Если есть то, какие?

Мы с вами переходим к решению второй проблемы нашего урока “Как живые организмы научились решать проблемы воздействия среды? Пути решения проблемы выживания?”

Экологические факторы среды могут выступать как:

1. Раздражители
– вызывают приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;
2. Ограничители
– обуславливают невозможность существования в данных условиях;
3. Модификаторы
– вызывают анатомические и морфологические изменения организмов;
4. Сигналы
– свидетельствуют об изменениях других факторов среды.

В процессе приспособления к неблагоприятных условий среды организмы смогли выработать три основных пути избегания последних.

Активный путь – это путь, способствующий усилению сопротивляемости, развитию регуляторных процессов, которые позволяют осуществить все жизненные функции организмов, несмотря на неблагоприятные факторы. Например, теплокровные животные – птицы и млекопитающие. Обитая в условиях изменчивой температуры, поддерживают внутри себя постоянную температуру, которая оптимальна для биохимических процессов в клетках тела. Вполне очевидно, что такое активное сопротивление влиянию внешней среды требует больших затрат энергии, которую им надо постоянно восполнять, а также специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

Пассивный путь связан с подчинением жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, при недостатке тепла это приводит к угнетению жизнедеятельности и понижению уровня метаболизма, что способствует экономному использованию энергетических запасов – спячка животных.

При резком ухудшении условий среды организмы разных видов могут приостанавливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жизни. Например, некоторые мелкие организмы могут полностью высыхать на воздухе, а затем возвращаться к активной жизни после пребывания в воде. Это состояние мнимой смерти называется анабиозом . Переход в состояние глубокого анабиоза, при котором практически полностью останавливается обмен веществ, существенно расширяет возможности выживания организмов в самых экстремальных условиях. Известно, что высушенные семена и споры растений, а также некоторые мелкие животные (коловратки, нематоды) способны выдерживать температуру ниже -200 С.

Явление, при котором имеет место временный физиологический покой в индивидуальном развитии некоторых животных, растений, обусловленный неблагоприятными факторами внешней среды, называется диапаузой.

Учитель биологии:

Ребята, а как вы думаете, могут ли организмы избежать неблагоприятные воздействия?

Избегание неблагоприятных воздействий – это выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям года.

Обычный для животных путь приспособления к неблагоприятным периодам – это миграция. Так, сайгаки ежегодно уходят на зиму в малоснежные южные пустыни, где зимние травы в связи с сухостью климата более доступны. Однако летом травостой пустынь быстро выгорают, поэтому на период размножения сайгаки переходят в более влажные северные степи.

Адаптация - процесс приспособления, процесс возникновения признака, соответствующего условиям среды. Процесс возникновения приспособлений И.И. Шмальгаузен назвал адаптациогенезом, а процесс приспособительного преобразования организмов - адаптациоморфозом. Георгиевский пришел к заключению, что "по своему содержанию естественный отбор и адаптациогенез - понятия тождественные". Знак равенства ставил между ними и Ч.Дарвин, характеризуя отбор как "выживание наиболее приспособленных".

Существуют 3 вида адаптаций к факторам среды:

Морфологический тип приспособления животного или растения, при котором они имеют внешнюю форму, отражающую способ взаимодействия со средой обитания, называются жизненной формой вида. При этом разные виды могут иметь сходную жизненную форму, если ведут близкий образ жизни. Примером, здесь могут быть кит-млекопитающее, пингвин-птица и акула-рыба.

Вырабатываемое живыми организмами тепло как побочный продукт биохимической реакции может служить источником повышения температуры их тела. Поэтому многие организмы, используя физиологические процессы, могут в определенных пределах менять температуру своего тела. Эту способность называют терморегуляцией .

Учитель географии:

Ребята давайте сейчас мы с вами поговорим об основных абиотических факторах и их влиянии на организмы.

Существует ряд экологических факторов абиотической природы, влияние которых на живые организмы почти везде практически одинаково. К ним, например, относится сила тяготения и является одним из важнейших ее условий. Она определяет форму тел организмов, особенно многоклеточных. Диоксид углерода в атмосфере и гидросфере определяет явление фотосинтеза – основу всей жизни.

• Солнечный свет
– это условия жизни организмов, которые определяются общим потоком излучения в окружающей среде – обуславливает климатические условия среды.
• Солнечная радиация
– поддерживает тепловой баланс Земли, обеспечивает водный обмен организмов, создание органического вещества автотрофным звеном биосферы.
• Приливно
-отливные ритмы – все виды организмов, которые обитают в прибрежной или донной части мелководья, в которую свет проникает до дна, находятся в условиях очень сложной периодичности внешней среды. В течение лунных суток (24ч50мин) наблюдаются 2 прилива и 2 отлива. Дважды в месяц (новолуние и полнолуние) сила приливов достигает максимальной величины. Самки рыбы атерина в самый высокий прилив откладывают икру у кромки воды, закатывая ее в песок. При отливе икра остается созревать в песке. Выход мальков происходит через полтора месяца, он совпадает с временем следующего высокого прилива.
• Температура
– экологическое значение тепла состоит, прежде всего, в том, что температура окружающей среды определяет температуру организмов, она также оказывает непосредственное влияние на скорость и характер протекания всех химических реакций, определяющий обмен веществ. Живые организмы в ходе длительной эволюции выработали разнообразные приспособления, которые позволяют регулировать обмен веществ при изменениях температуры окружающей среды. Такие приспособления изменения пределов выносливости называют акклиматизацией.
• Влажность
– протекание всех биохимических процессов в клетках и нормальное функционирование организма в целом возможны только при достаточном обеспечении его водой. Она является одновременно и климатическим и средообразующим фактором, поскольку многие организмы, особенно растениям, вода требуется в определенном состоянии и в атмосфере, и в почве. В растениях вода присутствует в двух формах: свободной и связанной.
• Атмосферный воздух
– представляет собой физическую смесь газов различной природы, воздух имеет для всего живущего исключительное значение. Воздух это не только газовая оболочка планеты, но и газовая компонента почвы, растворенные газы природных вод и тканевых жидкостей организмов. Жизнь во взвешенном состоянии, конечно же, невозможна; и хотя многие животные, микроорганизмы, споры, семена и пыльца растений способны длительно находится в воздухе, основная функция жизненного цикла организмов – размножение – осуществляется только на поверхности земли.

Учитель биологии:

Мы постепенно переходим с вами к решению второй и частично третьей проблемы: “Как выжить? Как передать свои приобретенные навыки своим потомкам?” . Врешении данной проблемы вы записываете в таблице виды приспособлений живых организмов.

Формы приспособлений	Примеры	Описание приспособления
Форма тела
Предупреждающая окраска
Мимикрия

Для решения данной проблемы организмы приобрели приспособительные особенности.

Покровительственная окраска – служит средством защиты от врагов. Благодаря ей птицы насиживают яйца на земле, сливаясь с окружающим фоном. Малозаметны и их яйца имеющие пигментированную скорлупу.

Донные рыбы обычно окрашены под цвет песчаного дна, например, скат и камбала. При этом камбала может еще, и менять окраску в зависимости от цвета окружающего фона. Такой же особенностью обладает и хамелеон.

Если фон среды изменяется в зависимости от сезона года, многие животные меняют и окраску, например, заяц, песец, горностай, белая куропатка.

Может показаться, что полосатая шкура зебр делает их очень заметными, но в знойном мареве африканских саванн полосы расплываются, утрачивая четкость, и это выполняет роль защитной маскировочной окраски, особенно когда зебры убегают от преследователей.

Шкура новорожденных детенышей тапира покрыта пятнами и полосками. Это делает их почти незаметными в полумраке джунглей. Тапиры настолько пугливы и осторожны и живут в такой непроходимой чаще джунглей, что первый их экземпляр был обнаружен лишь 1818 году.

Защитное действие покровительственной окраски повышается при соответствующим поведении. Например, замирании (выпь, гусеницы, рыбы, амфибии, птицы).

Предупреждающая окраска, как правило, наоборот привлекает внимание, демаскирует. Как правило, такие животные являются ядовитыми. Такая окраска заранее предупреждает хищника о бесполезности, и даже опасности нападения. Попробовав только один раз, хищник быстро учится избегать столкновения с такой жертвой. Это, например, пчелы, осы. Божью коровку птицы ни когда не склевывают из-за выделяемого ею ядовитого секрета.

Остроносая рыба фугу чрезвычайно ядовита, и другие рыбы ее не трогают. В Японии эта рыба считается съедобной, но при ее разделке должен присутствовать опытный знаток, который удалит яд и сделает мясо безвредным. И все же фугу считаемая деликатесом, ежегодно уносит жизнь многих людей.

Изящная рыбка-дракон таит яд на кончиках своих плавников. Она плавает свободно, ни от кого не прячась, так как ее яркая окраска сигнализирует о том, что она очень ядовита. При появлении опасности рыбка-дракон сама атакует врага, нанося ему уколы ядовитыми плавниками.

Животные, имеющие предостерегающую окраску, стараются сочетать ее демонстративным поведением, отпугивающим хищника (австралийская бородатая ящерица).

Приспособительное поведение. У животных приспособительной является форма тела. Хорошо известен облик водного млекопитающего – дельфина. Его движения легки и точны, а скорость движения в воде достигает 40 км/ч. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Как же дельфину удается преодолеть ее? Помимо других особенностей строения, этому способствует торпедовидная форма тела, благодаря которой не образуются тормозящие движение завихрения потоков воды, обтекающих дельфина. Обтекаемая форма тела способствует быстрому передвижению животных и в воздушной среде. Маховые и контурные перья, покрывающие тело птицы, полностью сглаживают его форму. Птицы лишены выступающих ушных раковин, в полете обычно втягивают ноги. В результате по скорости передвижения они намного превосходят всех других животных. Например, сокол сапсан пикирует на свою жертву со скоростью до 290 км/ч. Птицы быстро двигаются даже в воде. Например, арктический пингвин может развить скорость под водой до 35 км/ч.

Морские анемоны имеют ядовитые щупальца, убивающие мелких рыбешек, которыми анемоны питаются. Однако рыбке-клоуну эти ядовитые щупальца не причиняют никакого вреда, и они живут среди них, спасаясь от хищников. В свою очередь, рыбка-клоун служит приманкой для многих рыб, которые стремятся схватить ее, становятся жертвами и добычей анемон, а это симбиоз. Защитой от ядовитых щупалец анемона рыбке-клоуну служит особая слизь.

Демонстративное поведение позволят животному, заранее предупредить “врага” о своем местонахождении. Тем самым обезопасить, как и себя, так и противника. Например, кобра раздувает свой капюшон, а гремучая змея издает звуковые сигналы, своим хвостом “погремушкой”. Как правило, таких противников стараются все обойти.

Черный дьявол или тасманский дьявол, получил свое название из-за своей устрашающей пасти со страшными зубами. Он охотится по ночам, из засады неожиданно набрасываясь на добычу. Его сильные устрашающие челюсть открываются почти под прямым углом.

Намереваясь отпугнуть врага дурно пахнущей жидкостью, полосатый скунс поворачивается к нему спиной. Затем делает стойку на передних лапках, намереваясь выстрелить во врага вонючей жидкостью. Поднимает хвост, шипит и воет. Если этого недостаточно, скунс направляет на врага струю невероятно вонючей жидкости из желез расположенных под хвостом. Он очень метко попадает этой струей в цель на расстояние до 3 м, а отвратительный запах жидкости чувствуется за полкилометра от скунса.

Страшные челюсти бегемота, обращенные к другим бегемотам, - это сигнал к началу битвы. Хотя у бегемотов и огромные зубы, но питаются они только растениями, отрывая их своими сильными губами. Самка бегемота пускает в ход зубы, только защищая своего детеныша от голодного крокодила, самец – сражаясь с другими бегемотами за свою территорию и способен наносить ими рваные раны.

Мимикрия – это сходство беззащитного или съедобного вида с одним или несколькими неродственными ему видами, хорошо защищенными и обладающими предостерегающей окраской. Например, мухи подражают осам.

Чемпионом по изменению окраски является – каракатица. Она маскируется под цвет и рисунок дна. Плавая среди скал, покрытых водорослями и разнообразными анемонами, она изменяет окраску в соответствии с их цветом. Стайки каракатиц одновременно изменяют свой цвет.

Плоские рыбки – мастера изменения своей окраски. Они могут не только менять окраску, но и рисунок в соответствии с цветом дна. Плавая по хорошо знакомому дну, они изменяют свою окраску всего за несколько секунд. Чтобы приспособится к незнакомому дну, им требуется больше времени, но опыты показывают, что плоские рыбы могут подладится даже ко дну в виде шахматной доски.

Морской дракон маскируется под морские водоросли, растущие у берегов Австралии. Родственник морского конька, он покрыт длинными отростками, похожими на стебли водорослей. А чтобы сохранить свое потомство, подобно морским конькам и морской игле, самец дракона носит отложенные самкой яйца до тех пор, пока из них не выведутся мальки.

Но самое интересное, что есть и виды животных которые используют мимикрию для охоты. Чейлинус – активный хищник, маскируется под безвредных рыбок, которые питаются водорослями. Он способен изменять окраску, маскируясь под мирных рыбок нескольких видов (рыбу – попугай, козьих рыбок). Благодаря этому он подплывает на очень близкое расстояние к своей жертве и внезапно бросается на нее.

Третья проблема решается следующим образом. В процессе эволюции у растений нередко образуются иглы и колючки, защищающие их от поедания травоядными животными (кактусы, шиповник, боярышник, облепиха). Такую же роль играют ядовитые вещества, обжигающие волоски, например, у крапивы.

Для выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеет приспособительное поведение. Помимо затаивания или демонстративного, отпугивающего поведения при приближении врага, существует много других вариантов приспособительного поведения, обеспечивающего выживаемость взрослых особей или молоди. Так, многие животные запасают корм на неблагоприятный сезон года. В пустынях для многих видов время наибольшей активности – ночь, когда спадет зной.и молоди. так,а, существует много других вариантов приспособитель

Учитель биологии:

Давайте посмотрим, какой должна быть запись в вашей таблице.

Модельный ответ

Формы приспособлений	Примеры	Описание приспособления	Преимущества данного приспособления
Форма тела	Дельфин	Торпедовидная форма тела	Движения легки, точны, скорость передвижения 40км/ч
	Сокол-сапсан	Обтекаемая форма тела, отсутствие ушных раковин,	Пикирующий полёт, скорость полета 290 км/ч
	Морской конёк	Причудливая форма тела, напоминающая водоросли	Помогает скрываться от врагов
Покровительственная окраска (маскировка)	Камбала	П Подстраивает свою окраску под цвет и характер морского дна	Защита от врагов
	Тундровая куропатка	Подстраивает свою окраску под цвет и характер подстилающей поверхности	Защита от врагов
	Хамелеон	Способен менять окраску путём перераспределения пигмента	Маскировка в соответствии с окружающим фоном Защита от врагов
Предупреждающая окраска	Пчела		Наличие жало
	Божья коровка	Яркая окраска тела привлекает внимание птиц	Наличие ядовитого секрета
	Кобра	Яркая окраска тела привлекает животных	Наличие ядовитого секрета
Мимикрия	Бабочка нимфалида	Сходство беззащитного или съедобного вида с хорошо защищенными видами бабочки данаида (в тканях данаид содержится ядовитое вещество)	Защита от поедания птицами
	Яйца кукушки	Схожесть яиц кукушки с яйцами вида-хозяина	Позволяет выкармливать птенцов птицей хозяином гнезда
	Гусеница пяденицы	В покое удивительно сходна с сухой веткой	Защита от птиц

II. Закрепление: тестовое задание

1 вариант

1. Явление, которое служит примером маскировочной окраски:

а) окраска пятнистого оленя и тигра;

б) пятна на крыльях некоторых бабочек, похожие на глаза позвоночных животных;

в) сходство окраски крыльев бабочки пиериды с окраской крыльев несъедобной бабочки геликониды;

г) окраска божьих коровок и колорадского жука.

2. Как современная наука объясняет формирование органической целесообразности:

а) является результатом активного стремления организмов приспособиться к конкретным условиям среды;

б) является результатом естественного отбора особей, оказавшихся более приспособленными, чем другие, к условиям среды благодаря наличию у них случайно возникших наследственных изменений;

в) является результатом непосредственного влияния внешних условий на развитие у организмов соответствующих признаков;

г) она была изначально предопределена в момент создания творцом основных видов живых существ.

3. Явление. Примером которого служит сходство мухи-львинки и ос по окраске брюшка и форме усиков:

а) предостерегающая окраска;

б) мимикрия;

в) приспособительная окраска;

г) маскировка.

4. Пример покровительственной окраски:

5. Пример предостерегающей окраски:

а) ярко-красная окраска цветка у розы;

г) сходство в окраске и форме тела.

2 вариант

1. Главный эффект естественного отбора:

а) повышение частоты генов в популяции, обеспечивающих размножение в поколениях;

б) повышение частоты генов в популяции, обеспечивающих широкую изменчивость организмов;

в) появление в популяции генов, обеспечивающих сохранение признаков вида у организмов;

г) появление в популяции генов, обусловливающих приспособление организмов к условиям обитания;

2. Пример покровительственной окраски:

а) зеленая окраска у певчего кузнечика;

б) зеленая окраска листьев у большинства растений;

в) ярко-красная окраска у божьей коровки;

г) сходство в окраске брюшка у мухи-журчалки и осы.

3. Пример маскировки:

а) зеленая окраска у певчего кузнечика;

б) сходство в окраске брюшка у мухи-журчалки и осы;

в) ярко-красная окраска у божьей коровки;

4. Пример предостерегающей окраски:

а) ярко-красная окраска у цветка розы;

б) ярко-красная окраска у божьей коровки;

в) сходство в окраске у мухи-журчалки и осы;

г) сходство в окраске и форме тела гусеницы бабочки-пяденицы с сучком.

5. Пример мимикрии:

а) зеленая окраска у певчего кузнечика;

б) ярко-красная окраска у божьей коровки;

в) сходство в окраске брюшка у мухи-журчалки и осы;

г) сходство в окраске и форме тела гусеницы бабочки-пяденицы с сучком.

Список используемой литературы:

1. А.И. Ажгиревич, В.А. Грачев, В.В. Гутенев, В.В. Денисов, И.А. Денисова, Т.И. Дрововозова, И.Н. Лозановская, И.А. Луганская, А.П. Москаленко, Б.И.Хорунжий, “Экология”, Москва-Ростов-на-Дону, издательский центр “МарТ”, 2006.
2. Энциклопедия для детей Аванта+ “Экология”, том 19, Москва. Аванта+, 2001.
3. С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, Н.И. Сонин. “Биология. Общие закономерности. 9 класс”. М. Дрофа, 2002.
4. Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов “Основы экологии. 10 (11) класс”. М. Дрофа, 2004.
5. Рик Моррис “Тайны живой природы”. М. “Росмен”, 1998.

Биология знает немало случаев, когда случайно отколовшаяся от основной популяции группа может через несколько веков образовать совершенно новый вид. Иногда даже бывает так, что при этом на той же территории продолжают жить особи материнского вида.

Ннемало также примеров, когда виды вынуждены обитать в условиях постоянно меняющейся внешней среды. Зачастую под «изменением» понимается постоянное ухудшение какого-то жизненно важного показателя. При выходе за пределы этого диапазона вид чаще всего попросту вымирает.

Предпосылки выживания

Ученые пришли к выводу, что вид имеет шансы на выживание только в том случае, если начнет активно изменяться, адаптируясь к резко изменившимся условиям. Это явление называется филетическим видообразованием. В этом случае формируется не только приспособленность организмов к среде обитания, но и развиваются совершенно новые для живых существ признаки.

На нашей планете к настоящему времени живут миллионы видов. Это ли не свидетельство силы жизни, ее постоянной изменчивости?! К сожалению, несколько миллионов лет назад живых существ было значительно больше. Несколько ледниковых периодов и постоянные пертурбации климата привели к тому, что видовое разнообразие резко сократилось. Выжили только наиболее приспособляемые.

Важные примеры адаптаций

Гениальное соответствие органов живых существ и выполняемой ими функции испокон веков обращало на себя внимание людей: попытки создания планеров с крылом в форме птичьего, постройка кораблей с обводами, напоминающими тела морских рыб. Но куда сильнее поражает идеальное, гармоничное соответствие внешнего вида животных и растений со средой их естественного обитания.

Разумеется, что примеры можно продолжать бесконечно. А потому в рамках этой статьи есть возможность рассказать лишь о некоторых живых существах, чьи черты приспособленности к среде обитания наиболее наглядно и явно доказывают правоту Дарвина.

Птицы

Так, человеку давно известно о важности защитной окраски для птиц, а также их птенцов и яиц в особенности. У глухарей, тетеревов и куропаток (открыто гнездящихся) скорлупа яиц практически идеально сливается с фоном окружающей их местности. В общем-то, спина самки также неотличима от окружающего пейзажа при взгляде со стороны. Тем интереснее то обстоятельство, что самки и яйца птиц, которые гнездятся в дуплах и прочих скрытых местах, нередко имеют весьма яркую окраску (те же попугаи, к примеру).

Насекомые

А какие черты приспособленности к среде обитания есть у насекомых? Что ж, они еще многочисленнее, чем все представители этого класса. Думаем, что всем известно поразительное сходство палочников с сухими веточками. Некоторые исследования в этой области до сих пор используются военными в области создания «лесных» камуфлирующих костюмов.

Впрочем, тела многих гусениц очень напоминают веточки, а крылья бабочек могут сойти за листья деревьев той местности, где они обитают. Здесь нужно отметить, что в этом случае наблюдается гармоничное сочетание покровительственной формы тела и покровительственной же окраски. Некоторых бабочек, когда те сливаются с окружающей их местностью, сложно отличить от листьев даже в упор. Если вы более-менее знаете биологию, то прекрасно себе представляете все многообразие класса насекомых. Попадая в лес или поле, вы видите не более 2-3% от всего их количества. Остальные попросту маскируются.

Но! Не следует считать, что примеры приспособленности организмов ограничиваются банальной маскировкой. Вспомните о приспособительной окраске, когда ярко окрашенные, «цветастые» насекомые как раз-таки не пользуются популярностью у хищников, так как те прекрасно знают об их резко отрицательных пищевых качествах. Так, синица или воробей, пару раз попытавшись в молодости закусить клопом-солдатиком, до конца жизни запоминают их едкий, ядовитый вкус.

Кроме того, черты приспособленности организмов к среде включают в себя и мимикрию. Явление это напоминает покровительственную окраску, но «наоборот». Так, некоторые беззащитные и съедобные виды отлично могут подражать тем насекомым, которые ядовиты или имеют отвратительный вкус. К примеру, осовидные мухи сильно похожи на ос, которых боятся даже многие птицы. Все этого говорит о том, что приспособленность организмов к условиям среды носит как раз-таки приспособительный, адаптационный характер.

Высшие млекопитающие

Все это можно увидеть и на примере высших млекопитающих. Окраска зебр нам кажется яркой и даже несколько нелепой, вот только она идеально повторяет чередование света и тени в зарослях травы, что позволяет этим животным отлично маскироваться в саванне. Очевидцы подтверждают, что неподготовленные люди порой не замечают зебр даже на открытой местности, с расстояния всего 50-70 м.

Прочие особенности

Некоторые живые существа имеют еще более удивительную и эффективную приспособленность к Речь идет о хамелеонах и камбале, которые могут изменять окраску своего тела, производя перераспределение органических пигментов в хроматофорах кожи. Не стоит забывать, что покровительственная окраска и прочие защитные факторы резко улучшают свою эффективность при условии соответствующего поведения. К таковому относится рефлекс замирания, принятия позы покоя, что характерно для огромного количества видов животных.

Откуда у живых существ такая способность?

Вообще, откуда появилась приспособленность организмов к среде обитания? В общем-то, в предыдущей части мы уже выразили мнение великого Дарвина: если животное или растение могут пережить резкую смену климата или прочих условиях, то именно его потомки станут наиболее распространенными. Таким образом, основной причиной возникновения у живых существ каких-то новых приспособлений является именно естественный отбор. Давайте покажем это на практическом примере, обсудив жизнь семейства тетеревиных птиц, которые обитают в нижнем пологе леса.

Особенности строения

Давайте вспомним основные особенности внешнего строения этих птиц: клюв короткий, не мешает склевывать корм прямо с лесной подстилки (в том числе и со снежного покрова); на лапах - густая бахромчатая подложка, при помощи которой они могут спокойно ходить даже по глубокому снегу. Особенности строения пера позволяют им проводить ночи, с головой зарывшись в снег, а короткие, широкие крылья делают тетеревов немногими из птиц, которым доступен прямой, практически вертикальный взлет.

Вполне логично было бы предположить, что у их далеких предков таких приспособлений не было и в помине. Скорее всего, после изменения целого ряда каких-то факторов среды (банально похолодало) они были вынуждены приспосабливаться к резко изменившейся среде обитания, в том числе к холоду.

Процесс изменения

Непрерывно возникали новые мутации, при скрещивании происходили их разнообразные комбинации, а волновая численность делала популяцию более гетерогенной и стабильной. Неудивительно, что птиц отличал друг от друга целый ряд признаков: на пальцах у кого-то были бахромки, у каких-то особей укорачивался клюв или крылья.

В чем же выражалась приспособленность организмов к среде обитания? Дело в том, что в ходе постоянной выживали только те птицы, параметры строения которых наиболее соответствовали окружающему миру. В процессе отбора только они оставляли больше потомства, причем именно оно выживало наиболее часто и в количестве, достаточном для образования новой популяции. Новое поколение приносило с собой новые мутации и весь процесс повторялся с самого начала.

Закрепление полезных признаков и качеств

Наверняка среди мутаций были такие, которые усиливали и закрепляли проявление признаков, проявившихся ранее. Естественно, что птицы, у которых эти изменения проявлялись, имели существенно больше шансов не только выжить, но и дать впоследствии потомство. На протяжении поколений все эти признаки накапливались и закреплялись, пока не появились те тетерева, которых мы знаем сейчас.

Противоречия теории Ламарка

Как известно, теория Дарвина в корне отличается от предположения, которое было выдвинуто Жаном Батистом Ламарком. Последний говорил, что все живые организмы могут изменяться под влиянием окружающей среды, но только в том направлении, которое исключительно полезно для них. Но это же абсурдно: какое такое влияние могло способствовать возникновению колючек у ежей?

Только влияние естественного отбора может объяснить возникновение столь полезного приспособления. Предполагается, что очень далекие предки ежиных смогли выживать, покрываясь все более огрубевающим волосяным покровом. Оставаться же в живых и давать потомство получалось преимущество у тех «протоежей», которым повезло иметь наиболее длинные и жесткие колючки.

Прочие «колючие» примеры

По точно такому же пути пошли «щетинистые ежи» с Мадагаскара. Речь идет о тенреках и немногочисленных видах колючешерстных мышей и хомяков.

Имеет ли приспособленность организмов к среде обитания хоть какие-то общие признаки? Ученые предполагают, что механизм возникновения такого рода приспособлений остается общим во всех случаях: дело в том, что появляются они далеко не сразу, не за одно-два поколения. Напротив, их возникновение - процесс длительный и сложный. Никогда не следует забывать, что на эволюционном пути полно тупиковых ветвей и неудачных «технических решений» природы. Об этом мы сейчас и поговорим.

Относительность приспособленности

В период до Дарвина приспособленность животных к среде обитания служила единогласным доказательством существования Господа и безмерной мудрости Творца: разве могла бы природа без такого «руководства» самостоятельно устроить окружающий мир настолько разумным, сбалансированным способом!?

Царило мнение, что каждая черта какого бы там ни было живого организма абсолютно совершенна и точно соответствует той задаче, которая на нее была возложена. Так, вытянутый в хоботок помогает ей добывать нектар даже из самых «сложных» цветов, а приспособленность растений к среде обитания в виде толстых стволов кактусов и прочих суккулентов идеально приспособлены для запасания воды на длительный срок.

К сожалению, даже многие современные ученые продолжают относиться к природе как к гениальному скульптору, каждое творение которого идеально и непогрешимо. Но! Важно четко осознавать, что это далеко не так!

Современное изучение приспособленности к среде обитания показало, что всякие изменения всегда относительны, так как формируются намного медленнее реального изменения условий окружающей среды. Соответственно, многие черты могут оказаться ненужными, а то и прямо вредными для организма, если мир вокруг изменится.

Доказательства относительности

Доказательством факта, что приспособленность живых организмов является понятием весьма и весьма относительным, служат следующие примеры:

• От одних врагов защитные приспособления весьма эффективны, а вот от других животных спасают не особенно хорошо. с удовольствием поедают улитки-конусы, а ядовитых мохнатых гусениц включает в свой рацион кукушка.
• Далеко не все рефлексы животных действительно целесообразны и адекватно соотносятся с условиями окружающей среды. Вспомните о ночных бабочках, которые собирают пыльцу со светлых цветов, хорошо видимых ночью: они столь же поспешно летят на пламя костров и свечей, хотя и гибнут при этом.
• Органы приспособления, которые в одной среде являются действительно полезными, в прочих условиях оказываются вредны и даже опасны. Так, у которые ни разу в жизни не опускаются на воду, имеются перепонки на лапах.
• Бобры, одни из самых лучших «инженеров» в природе, активно строят запруды даже в стоячих прудах и бассейнах, что является бесполезной тратой сил.

Особенно ярко относительность проявляется в случае тех животных, чья родина располагается на другом конце Земного шара, но которые были завезены человеком в совершенно новую для них среду обитания. Проще говоря, именно наиболее показательно и убедительно доказывает, что природа далеко не всегда непогрешима.

Экологические факторы могут выступать как:

раздражители и вызывать приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;

ограничители , обусловливающие невозможность существования в данных условиях;

модификаторы , вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов;

сигналы , свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

В процессе приспособления к неблагоприятным условиям среды организмы смогли выработать три основных пути избегания последних.

Активный путь – способствует усилению сопротивляемости, развитию регуляторных процессов, которые позволяют осуществить все жизненные функции организмов, несмотря на неблагоприятные факторы.

Например, теплокровность у млекопитающих и птиц.

Пассивный путь связан с подчинением жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, явление скрытой жизни , сопровождающееся приостановлением жизнедеятельности при пересыхании водоема, похолодании и т.д., вплоть до состояния мнимой смерти или анабиоза .

Например, высушенные семена растений, их споры, а также мелкие животные (коловраткиЮ, нематоды) способны выдерживать температуры ниже 200 о С. Примеры анабиоза? Зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве.

Явление, при котором имеет место временный физиологический покой в индивидуальном развитии некоторых живых организмов, обусловленный неблагоприятными факторами внешней среды, называется диапаузой .

Избегание неблагоприятных воздействий – выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года.

Обычный путь таких приспособлений – миграция.

Эволюционно возникающие приспособления организмов к условиям среды обитания, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей носит название адаптации . Существуют различные типа адаптаций.

Морфологические адаптации . У организмов возникают такие особенности внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях.

Например, обтекаемая форма тела у водных животных, строение суккулентов, приспособления галофитов.

Морфологический тип адаптации животного или растения, при котором они имеют внешнюю форму, отражающую способ взаимодействия со средой обитания, называют жизненной формой вида . В процессе приспособления к одинаковым условиям среды разные виды могут иметь сходную жизненную форму.

Например, кит, дельфин, акула, пингвин.

Физиологические адаптации проявляются в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи.

Например, обеспечение влагой за счет окисления жира у верблюдов.

Поведенческие адаптации – проявляются в создании убежищ, передвижении с целью выбора наиболее благоприятных условий, отпугивание хищников, затаивание, стайное поведение и др.

Адаптации каждого организма определяются его генетической предрасположенностью. Правило соответствия условий среды генетической предопределенности гласит: до тех пор, пока среда, окружающая определенный вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям, этот вид может существовать. Резкое и быстрое изменение условий среды обитания может привести к тому, что скорость приспособительных реакций будет отставать от изменения условий среды, что приведет к иллиминации вида. Сказанное в полной мере относится и к человеку.

Объяснив на основе естественного отбора происхождение видов как грандиозный и всеохватывающий процесс последовательной смены приспособлений, теория Дарвина объяснила и явление целесообразного строения органических форм. Формы приспособлений как отражение целесообразности бесконечно разнообразны: плавательный пузырь в теле рыбы наполнен воздухом и облегчает массу ее тела; преодолеть болота удобнее на длинных ногах с широко расставленными пальцами, как у цапли, или с широкими копытами, как у лося; у прыгающих животных сильнее развиты задние конечности (кенгуру, кузнечик, лягушка). У животных, ведущих подземный образ жизни, конечности лопатообразной формы и приспособлены для рытья земли. Существуют целесообразные приспособления у растений и животных на суточные и годичные колебания температуры и влажности.

Приверженцы идеалистических взглядов и служители церкви в явлениях приспособленности организмов и их целесообразного строения видели выражение общей гармонии природы, исходящей, якобы, от ее творца. Теория Ч. Дарвина отвергает какое бы то ни было участие в возникновении приспособлений сверхъестественных сил, она убедительно доказала, что весь животный и растительный мир со времени своего появления совершенствуется по пути целесообразных приспособлений к условиям обитания: к воде, воздуху, солнечному свету, силе тяжести. Удивительная гармония живой природы, ее совершенство создаются самой природой: борьбой за выживание. Эта борьба есть та сила, которая придает крепость корням, изощренную красоту цветам, вызывает причудливую мозаику листорасположения и оттачивает зубы, дает могучую силу мускулам, остроту зрения, слуха и чутья многим животным.

Приспособленность как выражение целесообразности проявляется во всем. Например, хищники имеют когти, клыки, клювы, ядовитые зубы, от которых жертве бывает очень трудно спастись. Но в борьбе за жизнь вырабатывались и средства защиты: одни на силу отвечают силой, других спасают ноги, у третьих возникла раковина, панцирь, иглы и т. п. Множество слабых и беззащитных насекомых, будучи безвредными или съедобными, за долгие годы действия естественного отбора переняли окраску и форму шершней, ос, стали похожи на ядовитые или несъедобные формы. Их подражательная окраска или форма в то же время охранительна, так как совпадает с фоном окружающей среды: хищников она делает незаметными и помогает им подкрадываться к добыче, преследуемым видам дает возможность скрыться от врагов. Если бы насекомые, преследуемые птицами, не имели окраски под цвет зеленой травы или древесной коры, их бы истребили пернатые. Оперение тундровой куропатки сливается с тоном скал и вершин, покрытых лишайниками, вальдшнеп незаметен среди засохшей и опавшей дубовой листвы и т. д. Выраженный приспособительный характер носит способность животных принимать "угрожающую" или "устрашающую" окраску и позу: у гусеницы винного бражника спереди имеются глазоподобные пятна, в момент опасности она приподнимает переднюю часть тела, отпугивая этим птиц.

Разнообразные приспособления исключают возможность самоопыления у большинства растений, позволяют им распространять плоды и семена или благодаря колючкам противостоять поеданию травоядными животными. Аромат и яркая окраска цветков возникли как приспособления для привлечения насекомых, которые, посещая цветки, перекрестно опыляют эти растения, либо как приспособление к более эффективному поглощению солнечных лучей определенной длины.

Покровительственная окраска. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. У некоторых встречается яркий узор(окраска у зебры, тигра, жирафа) - чередование светлых и темных полос и пятен. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени.

Маскировка. Маскировка - приспособление, при котором форма тела и окраска животного сливается с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки.

Мимикрия. Мимикрия - подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т.д. Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия - результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование.

Предупреждающая(угрожающая) окраска Виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской. Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску.

(По материалам личной страницы Иванова Андрея)

В учении о естественном отборе Дарвин не только материалистически обосновал приспособленность организмов (их целесообразное строение), но и показал ее относительный характер. Так, предупредительная и покровительственная окраска, различные другие защитные приспособления действуют далеко не на всех преследователей, но, имея приспособления, особи реже подвергаются нападению. Обладатели жала - осы, пчелы, шершни - без затруднения поедаются мухоловками, щурками. Летучая рыба, выскакивая из воды в воздух, ловко спасается от хищной рыбы, но этим пользуется альбатрос, настигающий свою добычу в воздухе. Панцирь черепахи - хорошая защита, однако орел поднимает ее в воздух и бросает на скалы; панцирь разбивается, и орел съедает черепаху.

Каждое животное и растение не может быть полностью приспособленным ко всем условиям, какие складывались в течение всей жизни на Земле. Любое приспособление сохраняется до тех пор, пока поддерживается естественным отбором, но исчезает, как только перестает быть полезным. В качестве примера смены приспособлений можно привести развитие покровительственной окраски у бабочки березовой пяденицы.

Таким образом, основа теории Дарвина - учение о естественном отборе - главном и направляющем факторе эволюции. В борьбе за существование на основе наследственной изменчивости происходит последовательная смена приспособлений и выживание наиболее приспособленных, возрастает многообразие форм живой природы, совершается процесс видообразования и осуществляется общее поступательное развитие растительного и животного мира. В этой теории получили разрешение две проблемы: механизм видообразования и происхождение целесообразности органического мира.

Приспособленность организмов как результат эволюции (Т.А. Козлова, В.С. Кучменко. Биология в таблицах. М.,2000)

Показатели приспособленности	Растения	Животные
Способы добывания пищи	Поглощение воды и минеральных солей обеспечивается интенсивным развитием корней и корневых волосков; поглощение солнечной энергии осуществляется наиболее успешно широкими и тонкими листьями; захват и переваривание болотными растениями насекомых и мелких земноводных	Объедание листьев на высоких деревьях; захват с помощью ловчей сети и подстерегания объектов питания; особое строение ротовых органов обеспечивает вылавливание насекомых из длинных, узких нор, скусывание травы, ловлю летающих насекомых; Схватывание и удержание добычи хищными млекопитающими и птицами
Защита от поедания	Имеют колючки, обеспечивающие защиту от травоядных; содержат ядовитые вещества; розеточная форма листьев недоступна для стравливания	Спасаются быстрым бегом; имеют иглы, панцири, отпугивающий запах и др. защиту; покровительственная окраска спасает в определенных условиях
Приспособление к абиотическим факторам (к холоду)	Опадание листвы; холодостойкость; сохранение; вегетативных органов в почве	Перелет на юг; густая шерсть; зимняя спячка; подкожный слой жира
Распространение на новые территории	Легкие, крылатые семена; цепкие крючки	Перелеты птиц; миграции животных
Эффективность размножения	Привлечение опылителей: окраска цветков, запах	Привлечение полового партнера: яркое оперение, половые аттрактанты

«Приспособленность организмов и образование новых видов»

1. Приспособленность организмов и ее относительность

В XIXв. исследования приносили все новые данные, раскрывающие приспособленность животных и растений к условиям окружающей среды; вопрос же о причинах этого совершенства органического мира оставался открытым. Дарвин объяснил происхождение приспособленности в органическом мире с помощью естественного отбора.

Ознакомимся предварительно с некоторыми фактами, свидетельствующими о приспособленности животных и растений.

Примеры приспособленности в животном мире. В животном мире широко распространены различные формы защитной окраски. Их можно свести к трем типам: покровительственная, предостерегающая, маскировочная.

Покровительственная окраска помогает организму стать менее заметным на фоне окружающей местности. Среди зеленой растительности клопы, мухи, кузнечики и другие насекомые часто окрашены в зеленый цвет. Фауну Крайнего Севера (белый медведь, полярный заяц, белая куропатка) характеризует белая окраска. В пустынях преобладают желтые тона окраски животных (змеи, ящерицы, антилопы, львы).

Предостерегающая окраска ясно выделяет организм в окружающей среде яркими, пестрыми полосами, пятнами (форзац 2). Она встречается у ядовитых, обжигающих или жалящих насекомых: шмелей, ос, пчел, жуков-нарывников. Яркая, предостерегающая окраска обычно сопровождает другие средства защиты: волоски, шипы, жала, едкие или остро пахнущие жидкости. К этому же типу окраски относится угрожающая.

Маскировка может достигаться сходством по форме тела и окраске с каким-либо предметом: листом, веткой, сучком, камнем и т. д. При опасности гусеница бабочки-пяденицы вытягивается и застывает на ветке наподобие сучка. Бабочку совки-гнилушки в неподвижном состоянии легко принять за кусочек гнилого дерева. Маскировка достигается также мимикрией. Под мимикрией имеют в виду сходство в окраске, форме тела и даже в поведении и повадках между двумя или несколькими видами организмов. Например, шмеле видные и осовидные мухи, лишенные жала, очень похожи нашмелей и ос - жалящих насекомых.

Не следует думать, что защитная окраска обязательно и всегда спасает животных от истребления врагами. Но более приспособленные по окраске организмы или группы их погибают значительно реже, чем менее приспособленные.

Наряду с защитной окраской у животных сложились многие другие приспособления к условиям жизни, выражающиеся в их повадках, инстинктах, поведении. Например, перепела в случае опасности быстро опускаются на поле и замирают в неподвижной позе. В пустынях змеи, ящерицы, жуки прячутся от зноя в песок. В момент опасности многие животные принимают 16 угрожающие позы.

Примеры приспособленности у растений. Высокие деревья, кроны которых свободно обдувает ветер, как правило, имеют плоды и семена с летучками. Для подлеска и кустарников, где обитают птицы, характерны яркие, со съедобной мякотью плоды. У многих луговых трав плоды и семена имеют крючочки, которыми они прицепляются к шерсти млекопитающих.

Разнообразные приспособления препятствуют самоопылению и обеспечивают перекрестное опыление растений.

У однодомных растений мужские и женские цветки созревают не одновременно (огурцы). Растения с обоеполыми цветками защищены от самоопыления разновременным созреванием тычинок и пестиков или особенностями их строения и взаимного расположения (у первоцвета).

Укажем еще примеры: нежные ростки весенних растений - ветреницы, чистяка, голубой перелески, гусиного лука и др.- переносят температуры ниже нуля благодаря наличию концентрированного раствора сахара в клеточном соке. Очень медленный рост, низкорослость, мелколистность, поверхностное расположение корней у деревьев и кустарников в тундре (ива, береза, можжевельник), чрезвычайно быстрое развитие полярной флоры весной и летом - все это приспособления к жизни в условиях вечной мерзлоты.

Многие сорные растения производят неизмеримо большее количество семян, чем культурные, - это приспособительный признак.

Многообразие приспособлений. Виды растений и животных отличаются приспособленностью не только к условиям неорганической среды, но и друг к другу. Например, в широколиственном лесу травяной покров весной образуют светолюбивые растения (хохлатка, ветреница, медуница, чистяк), а летом - теневыносливые (будра, ландыш, зеленчук). Опылителями раннецветущих растений являются главным образом пчелы, шмели и бабочки; летнее цветущие растения опыляются обычно мухами. Многочисленные насекомоядные птицы (иволга, поползень), гнездясь в широколиственном лесу, уничтожают его вредителей.

В одной и той же среде обитания организмы обладают различными приспособлениями. Птица оляпка не имеет плавательных перепонок, хотя она добывает себе пищу род водой, ныряя, пользуясь крыльями и цепляясь ногами за камни. Крот и слепыш принадлежат к роющим животным, но первый роет конечностями, а второй проделывает подземные ходы головой и сильными резцами. Тюлень плавает при помощи ластов, а дельфин пользуется хвостовым плавником.

Происхождение приспособлений у организмов. Объяснение появления сложных многообразных приспособлений к конкретным условиям окружающей среды, данное Дарвином, в корне отличалось от понимания этого вопроса Ламарком. Эти ученые резко разошлись также в определении главных движущих сил эволюции.

Теория Дарвина дает вполне логичное материалистическое объяснение происхождения, например, покровительственной окраски. Рассмотрим возникновение зеленого цвета тела гусениц, живущих на зеленых листьях. Предки их могли быть окрашены в какой-либо другой цвет и не питаться листьями. Предположим, что в силу каких-то обстоятельств они вынуждены были перейти на питание зелеными листьями. Легко представить себе, что птицы склевали множество этих насекомых, хорошо заметных на зеленом фоне. В числе различных наследственных изменений, которые всегда наблюдаются в потомстве, могли быть изменения в окраске тела гусениц, делавшие их менее заметными на зеленых листьях. Из числа гусениц с зеленоватым оттенком какие-то особи сохранились и дали плодовитое потомство. В последующих поколениях процесс преимущественного выживания гусениц, менее заметных по окраске на зеленых листьях, продолжался. С течением времени благодаря естественному отбору зеленая окраска тела гусениц все более и более соответствовала основному фону.

Возникновение мимикрии может быть объяснено также лишь естественным отбором. Организмы с малейшими уклонениями в форме тела, окраске, поведении, усиливающими сходство с защищенными животными, имели больше возможности выжить и оставить многочисленное потомство. Процент гибели таких организмов был ниже тех, которые не обладали полезными изменениями. Из поколения в поколение полезное изменение усиливалось и совершенствовалось через накопление признаков сходства с защищенными животными.

Движущая сила эволюции - естественный отбор.

Теория Ламарка оказалась совершенно беспомощной в объяснении органической целесообразности, например, происхождения различных типов защитной окраски. Невозможно предположить, что животные «упражнялись» в окраске или фирме тела и путем упражнения приобрели приспособленность. Нельзя объяснить и взаимную приспособленность организмов друг к Другу. Например, совершенно необъяснимо возникновение соответствия хоботка у рабочих пчел строению цветка определенных видов опыляемых ими растений. Рабочие пчелы не размножаются, а пчелиные матки хотя и производят потомство, но не Могут «упражнять» хоботок, так как не собирают пыльцу.

Вспомним движущие силы эволюции по Ламарку: 1) «стремление природы к прогрессу», вследствие чего органический мир развивается от простых форм к сложным, и 2) изменяющее действие внешней среды (непосредственное на растения и низших животных и косвенное с участием нервной системы на высших животных).

Понимание Ламарком градации как постепенного повышения организации живых существ согласно «непреложным» законам, по существу, приводит к признанию веры в бога. Теория прямого приспособления организмов к условиям окружающей среды через появление у них только адекватных изменений и обязательного наследования приобретаемых этим путем признаков логически вытекает из представления об изначальной целесообразности. Наследование приобретаемых признаков экспериментально не подтвердилось.

Чтобы отчетливее показать основное различие у Ламарка и Дарвина в понимании механизма эволюции, приведем объяснение их собственными словами одного и того же примера.

Образование длинных ног и длинной шеи у жирафы

По Ламарку

«Известно, что это самое высокое из млекопитающих животных обитает во внутренних областях Африки и водится в местах, где почва всегда сухая и лишена растительности. Это заставляет жирафу объедать листву деревьев и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до нее. Вследствие этой привычки, существующей с давних пор у всех особей данной породы, передние ноги жирафы стали длиннее задних, а ее шея настолько удлинилась, что это животное, даже не приподнимаясь на задних ногах, подняв только голову, достигает шести метров (около двадцати футов) в высоту… Всякое же изменение, приобретенное органом благодаря привычному употреблению, достаточному для того, чтобы произвести данное изменение, сохраняется в дальнейшем путем размножения при условии, если оно присуще обоим индивидуумам, совместно участвующим в оплодотворении при воспроизведении своего вида. Это изменение передается дальше и переходит, таким образом, ко всем индивидуумам последующих поколений, подвергающимся воздействию тех же условий, Хотя потомкам уже не приходится приобретать его тем путем, каким оно действительно было создано».

По Дарвину

«Жирафа по своему высокому росту, очень длинной шее, передним ногам, голове и языку прекрасно приспособлена к обрыванию листьев с верхних ветвей деревьев… самые высокие особи, которые были на дюйм или на два выше других, могли часто сохраняться в периоды засух, бродя в поисках за кормом по всей стране. Эта незначительная разница в размерах, обусловливаемая законами роста и изменчивости, не имеет значения для большинства видов. Но иначе было с нарождавшейся 10 жирафой, если принять во внимание ее вероятный образ жизни, потому что те особи, у которых какая-либо или несколько разных частей тела были длиннее, чем обыкновенно, вообще должны были переживать. При скрещивании они должны были оставлять потомков или с теми же самыми особенностями строения, или с наклонностью изменяться в том же направлении, тогда как особи, организованные менее благоприятно в этом отношении, должны были оказаться наиболее склонными к гибели. …естественный отбор и охраняет и тем самым отделяет всех более высоких особей, давая им полную возможность скрещиваться, и способствует уничтожению всех более низких особей».

Теория прямого приспособления организмов к условиям окружающей среды через появление адекватных изменений и их наследование находит сторонников и в настоящее время. Вскрыть ее идеалистический характер возможно только на основе глубокого усвоения учения Дарвина о естественном отборе - движущей силе эволюции.

Относительность приспособлений организмов. Учение Дарвина о естественном отборе не только объяснило, как могла возникнуть приспособленность в органическом мире, но и доказало, что она всегда имеет относительный характер. У животных и растений наряду с полезными признаками встречаются бесполезные и даже вредные,

Вот несколько примеров бесполезных для организмов, нецелесообразных органов: грифельные косточки у лошади, остатки задних конечностей у кита, остатки третьего века у обезьян и человека, червеобразный отросток слепой кишки у человека.

Любое приспособление помогает организмам выжить только в тех условиях, в которых оно выработалось естественным отбором. Но и в этих условиях оно относительно. В яркий, солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. Заяц-беляк, незаметный на снегу в лесу, становится видным на фоне стволов, выбежав на опушку леса.

Наблюдения за проявлением инстинктов у животных в ряде случаев показывают их нецелесообразный характер. Ночные бабочки летят на огонь, хотя и гибнут при этом. Их влечет к огню инстинкт: они собирают нектар в основном со светлых цветков, хорошо заметных ночью. Самая лучшая защита организмов далеко не во всех случаях надежна. Овцы съедают без вреда для себя среднеазиатского паука-каракурта, чей укус ядовит для многих животных.

Узкая специализация органа может стать причиной гибели организма. Стриж не может взлететь с ровной поверхности, так как у него длинные крылья, но очень короткие ноги. Он взлетает, только оттолкнувшись от какого-то края, как от трамплина.

Приспособления растений, препятствующие поеданию животными, относительны. Голодный скот поедает и растения, защищенные колючками. Взаимная польза организмов, связанных отношениями симбиоза, также относительна. Иногда грибные нити лишайника разрушают сожительствующие с ними водоросли. Все эти и многие другие факты говорят, что целесообразность не абсолютна, а относительна.

Экспериментальные доказательства естественного отбора. Впосле дарвиновское время был проведен ряд экспериментов, подтвердивших наличие естественного отбора в природе. Например, рыбы (гамбузии) были помещены в бассейны с различно окрашенным дном. Птицы уничтожили 70% рыб в том бассейне, где они были более заметны, и 43% там, где они по окраске лучше подходили к фону дна.

В другом эксперименте наблюдали за поведением крапивника (отряд воробьиных), который не клевал гусениц пяденицы с покровительственной окраской, пока они не шевелились.

Опытами подтверждено значение предостерегающей окраски в процессе естественного отбора. На опушке леса разложили на досках насекомых, относящихся к 200 видам. Птицы прилетали около 2000 раз и склевывали только тех насекомых, у которых не было предостерегающей окраски.

Так же опытным путем было установлено, что большинство птиц избегает перепончатокрылых насекомых с неприятным вкусом. Клюнув осу, птица от трех до шести месяцев не трогает и осовидных мух. Потом начинает клевать их, пока не попадет на осу, после чего опять долго не трогает мух.

Производились опыты по «искусственной мимикрии». Птицы охотно поедали личинок жука - мучного хрущака, окрашенных безвкусной краской кармином. Часть личинок покрывали смесью краски с хинином или другим неприятным на вкус веществом. Птицы, натолкнувшись на таких личинок, перестали клевать всех окрашенных личинок. Опыт изменили: на теле личинок сделали различные рисунки, и птицы брали только тех, чей рисунок не сопровождался неприятным вкусом. Таким образом, у птиц возник условный рефлекс на предупреждающие яркие сигналы или рисунки.

Экспериментальное исследование естественного отбора проводилось и ботаниками. Оказалось, что сорные растения обладают рядом биологических особенностей, возникновение и развитие которых Можно объяснить только как приспособления к условиям, созданным человеческой культурой. Например, растения рыжик (сем. крестоцветных) и торица (сем. гвоздичных) имеют семена, очень похожие по величине и весу на семена льна, посевы которого они засоряют. То же можно сказать о семенах погремка бескрылого (сем. норичниковых), засоряющего посевы ржи. Сорные растения созревают обычно одновременно с культурными растениями. Семена тех и других трудно отделяются друг от друга при провеивании. Человек скашивал, обмолачивал сорняки вместе с урожаем, а потом и высеивал на поле. Невольно и бессознательно он способствовал естественному отбору семян различных сорных растений по линии сходства с семенами культурных растений.

2. Образование новых видов

С давних пор человека поражало многообразие органического мира. Как оно возникло? Учение о естественном отборе объяснило, как образуются новые виды в природе. Дарвин исходил из фактов, касающихся домашних пород. Первоначально породы домашних животных были менее разнообразными по сравнению с современными. Преследуя разные цели, люди проводили искусственный отбор в различных направлениях. В результате породы дивергировали, т. е. расходились в признаках между собой и с их общей родоначальной породой.

Дивергенция в естественных условиях. Дивергенция происходит все время в природе, и ее движущей силой является естественный отбор. Чем больше отличаются друг от друга потомки какого-либо вида, тем легче они расселяются по более многочисленным и более разнообразным ареалам, тем легче будут размножаться. Дарвин рассуждал таким образом. Какое-то хищное четвероногое по численности достигло предела возможности существования в данной местности. Допустим, что физические условия страны не изменились; может ли этот хищник размножаться дальше? Да, если потомки захватят места, занятые другими животными. А это может произойти в связи с переходом на другую пищу или в новые условия обитания (на деревьях, в воде и т. п.). Чем разнообразнее будут по своим признакам потомки этого хищника, тем шире они распространятся.

Дарвин приводит пример. Если на одном участке земли посеять травы одного вида, а на другом, похожем, - травы, относящиеся к нескольким различным видам или родам, то во втором случае общий урожай будет больше.

В природе на участке, площадью чуть большей 1 м2, Дарвин насчитал 20 различных видов растений, принадлежащих к 18 родам и 8 семействам.

Подобные факты подтверждают правильность положения, выдвинутого Дарвином: «… наибольшая сумма жизни осуществляется при наибольшем разнообразии строения...» Между растениями одного вида при их одинаковых потребностях в почве, влаге, освещении и т. д. происходит самое ожесточенное биологическое состязание. При естественном отборе будут сохраняться формы, наиболее отличающиеся друг от друга. Чем заметнее становятся различия между приспособительными признаками форм, тем больше расходятся и сами формы.

Благодаря естественному отбору процесс эволюции носит дивергентный характер: от одной исходной формы берет начало целый «веер» форм, как бы особые ветви от одного общего корня, но не все они получают дальнейшее развитие. Под действием естественного отбора в бесконечно длинном ряду поколений одни формы сохраняются, другие вымирают; одновременно с процессом дивергенции идет процесс вымирания, и оба они тесно связаны между собой. Наиболее расходящиеся по признакам формы обладают наибольшими возможностями выжить в процессе естественного отбора, так как они меньше конкурируют между собой, чем промежуточные и родоначальные, которые постепенно редеют и вымирают.

Разновидность - ступень к образованию вида. Дарвин представлял, что процесс образования новых видов в природе начинается с распадения вида на внутривидовые группы, которые он назвал разновидностями.

Благодаря естественному отбору и дивергенции разновидности приобретают все более различающие их наследственные признаки и становятся особыми, новыми видами.

Различие между разновидностью и видом очень велико. Разновидности одного вида скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство. Виды в естественных условиях, как правило, не скрещиваются, благодаря чему происходит биологическая изоляция видов.

Чтобы лучше пояснить, как идет процесс видообразования в природе, Дарвин предложил следующую схему (рис. 11).

На схеме изображены возможные пути эволюции 11 видов одного рода, обозначенных буквами А, В, С и т. д. - до L включительно. Расстояния между буквами показывают близость между видами.

Так, виды, обозначенные буквами D и Е или F и G, менее сходны друг с другом, чем виды А и В или К и L и т. п. Горизонтальные линии означают отдельные этапы в эволюции этих видов, причем каждый этап условно принят за 1000 поколений.

Проследим эволюцию вида А. Пучок пунктирных линий из точки А изображает его потомков. В силу индивидуальной изменчивости они будут отличаться друг от друга и от родоначального вида А. Полезные изменения сохранятся в процессе естественного отбора. При этом обнаружит свое полезное действие дивергенция: признаки, наиболее различные между собой (линии а1 и т1 пучка), сохранятся, будут накапливаться из поколения в поколение и все более расходиться. Со временем систематики признают а1 и т1 особыми разновидностями.

Пусть в течение первого этапа - первой тысячи лет - от вида А произошли две ясно выраженные разновидности а1 и т1. Под действием условий, вызвавших изменения родительского вида А, эти разновидности станут изменяться и дальше. Может быть, на десятом этапе они будут иметь такие различия между собой и с видом А, что их следует считать за два отдельных вида: а10 и т10. Часть разновидностей будет вымирать, и, возможно, десятого этапа достигнет только f10, образуя третий вид. На последнем этапе представлены 8 новых видов, взявших начало от вида A: a14, q14, р14, в14, f14, о14, е14 и т14. Виды a14, q14 и р14 ближе друг к другу, чем к остальным видам, и образуют один род, остальные-виды дают еще два рода. Эволюция вида I протекает сходным образом.

Судьба других видов иная: из них только виды Е и F доживают до десятого этапа, вид Е потом вымирает. Особо заметьте вид F14: он сохранился до нашего времени почти неизмененным по сравнению с родоначальным видом F. Так может произойти, если условия окружающей среды не изменяются или очень мало изменяются в течение длительного времени.

Дарвин подчеркивал, что в природе не всегда сохранялись лишь наиболее расходящиеся, крайние разновидности, средние также могли выжить и дать потомство. Один вид может обогнать другой в своем развитии; из крайних разновидностей иногда развивается только одна, но может развиться и три. Все зависит от того, как складываются бесконечно сложные отношения организмов между собой и с окружающей средой.

Примеры видообразования. Приведем примеры образования видов, причем будем пользоваться термином подвид, принятым в науке вместо «разновидность».

Широко расселенные виды, например медведь бурый, заяц-беляк, лисица обыкновенная, белка обыкновенная, встречаются от Атлантического до Тихого океана и имеют большое число подвидов. В средней полосе СССР произрастает более 20 видов лютика. Все они произошли от одного родоначального вида. Потомки его захватили различные места обитания - степи, леса, поля - и благодаря дивергенции постепенно обособились друг от друга сначала в подвиды, потом в виды (рис. 12). Ознакомьтесь с другими примерами на том же рисунке.

Видообразование продолжается и в наше время. На Кавказе живет сойка с черным оперением на затылке. За самостоятельный вид ее еще нельзя считать, это подвид обыкновенной сойки. В Америке встречается 27 подвидов певчего воробья. Большинство из них внешне мало отличаются один от другого, но некоторые имеют резкие отличия. Со временем промежуточные по своим признакам подвиды могут вымереть, а крайние станут самостоятельными молодыми видами, утеряв способность скрещиваться друг с другом.

Значение изоляции. Обширность территории расселения вида благоприятствует естественному отбору и дивергенции. Это происходит при расселении какого-либо вида в обособленных друг от друга местностях. В подобных случаях проникновение организмов из одной местности в другую сильно затруднено и возможность скрещивания между ними резко снижается или совершенно отсутствует.

Приведем примеры. На Кавказе в разделенных высокими горами местностях водятся особые подвиды бабочек, ящериц и пр. В озере Байкал живут многие виды и роды ресничных плоских червей, ракообразных и рыб, больше нигде не встречающихся. Это озеро отделено от других водных бассейнов горными хребтами уже около 20 млн. лет и только через реки сообщается с Северным Ледовитым океаном.

В других случаях организмы не могут скрещиваться вследствие биологической изоляции. Например, два вида воробья - домовый и полевой - зимой держатся совместно, но гнездятся они обычно по-разному: первый - под крышами домов, второй - в дуплах деревьев, по опушкам леса. Вид черного дрозда в настоящее время распадается на две группы, еще неразличимые внешне. Но одна из них обитает в глухих лесах, другая держится близ жилья человека. Это начало образования двух подвидов.

Конвергенция. Всходных условиях существования животные различных систематических групп иногда приобретают сходные приспособления к окружающей среде, если подвергаются действию одного и того же отбирающего фактора. Этот процесс получил название конвергенции - схождения признаков. Например, передние роющие конечности крота и медведки очень сходны, хотя эти животные относятся к разным классам. Сильно напоминают друг друга по форме тела китообразные и рыбы, сходны конечности у плавающих животных, относящихся к разным классам. Конвергентными бывают и физиологические особенности. Накопление жира у ластоногих и китообразных объясняется результатом естественного отбора в условиях водной среды: уменьшает потерю тепла организмом.

Конвергенция в пределах далеких систематических групп (типов, классов) объясняется только действием сходных условий существования на течение естественного отбора. На конвергенцию у сравнительно близкородственных животных влияет еще и единство их происхождения, которое как бы облегчает возникновение сходных наследственных изменений. Именно поэтому она и наблюдается чаще в пределах одного и того же класса.

Многообразие видов. Учение Дарвина об эволюции органического мира объясняет многообразие видов как неизбежный результат естественного отбора и связанной с ним дивергенции признаков.

Постепенно в процессе эволюции виды усложнялись, органический мир поднимался на все более высокую ступень развития. Однако повсюду в природе одновременно сосуществуют животные и растения, обладающие разной степенью сложности своей организации.

Почему же естественный отбор не «поднял» все низкоорганизованные группы на высшую ступень организации?

Естественным отбором все группы растений и животных приспособлены лишь к своим условиям существования, поэтому и не могли подняться все на одну и ту же высокую ступень организации. Если эти условия не требовали повышения сложности строения, то степень ее и не повышалась потому, что, по словам Дарвина, «при очень простых жизненных условиях высокая организация не оказала бы никакой услуги». В Индийском океане при более или менее постоянных условиях обитают виды головоногих моллюсков (наутилусов), почти не изменившиеся на протяжении многих сотен тысячелетий. То жеотносится к современным кистеперым рыбам.

Таким образом, одновременное сосуществование организмов разной сложности строения объясняется теорией естественного отбора и дивергенцией.

Результаты естественного отбора. Естественный отбор имеет три тесно связанных важнейших следствия: 1) постепенное усложнение и повышение организации живых существ; 2) приспособленность организмов к условиям внешней среды; 3) многообразие видов.

Список литературы

1. Азимов А. Краткая история биологии. М.,1997.

2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М.,2000.

3. Либберт Э. Общая биология. М.,1978 Льоцци М. История физики. М.,2001.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.,1999.

5. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М.,1993.