Результат естественного отбора

Результатом естественного отбора является приспособленность (адаптированность) организмов к конкретным условиям среды, в которой они обитают (жизнеспособность, помноженная на репродуктивную способность).

Адаптации — специальные признаки (свойства), обеспечивающие выживание и размножение организмов в данной среде (приспособление к среде).

Рассмотрим различные типы адаптации.

  • 1. Строение и форма тела (форма тела рыб, обитающих в зарослях, дельфина, палочника) (рис. 12.20).
  • 2. Особая окраска тела, имеющая разное назначение:
    • • покровительственная (белая-серая окраска куропатки и зайца, хамелеона, донных рыб, расчленяющая окраска зебр) (рис. 12.21); некоторые животные способны менять окраску покровов путем перераспределения пигмента (камбала, хамелеон);
    • • предостерегающая (у ядовитых, обжигающих, жалящих форм: красноклоп, божья коровка, гусеница ольховой стрельчатки);
    • • мимикрия — подражание растений и животных определенным предметам живой (истинная мимикрия — жуки, мухи, бабочки, копирующие ос, пчел, пауков (рис. 12.22), густой беловатый пух птенцов серой аулии, который покрывает их с момента вылупления, придает им сходство с ядовитыми гусеницами), и неживой (маскировка — тутовый шелкопряд, палочники, кузнечики, имитирующие листья и ветви растений — рис. 12.23) природы.
Рыбы зарослей

Рис. 12.20. Рыбы зарослей

Покровительственная окраска у донных рыб (камбалы)

Рис. 12.21. Покровительственная окраска у донных рыб (камбалы)

Муха, имитирующая осу

Рис. 12.22. Муха, имитирующая осу

Маскировка (листовидка)

Рис. 12.23. Маскировка (листовидка)

Необходимо иметь в виду, что мимикрия может быть не только морфологической (имитация внешнего вида, окраски и т.д.), но и физической (акустической), химической (имитация химических сигналов) и отологической (имитация поведенческих реакций). Приведем несколько примеров. Гусеницы бабочки голубянки ариона, находясь на поверхности земли, выделяют химические вещества, аналогичные химическим сигналам, которые используют муравьи для внутрипоиуляционной коммуникации. Реагируя на эти ложные сигналы, муравьи переносят гусеницу в муравейник, где она на протяжении десяти месяцев питается их личинками, после чего претерпевает метаморфоз и в итоге оказывается на поверхности земли в виде бабочки. Более того, помимо имитации сигнальных веществ муравьев гусеница копирует их акустические аналоги, воспроизводя звуки, которые издает королева муравейника для обеспечения бесперебойного притока корма. Па спине и голове птицы вертишейки имеются полосы и пятна, которые на фоне светло-серого оперения придают ей некоторое сходство со змеей. В случае опасности это сходство усиливается такими особенностями поведения, как способность вытягивать шею, поводя ею и изгибая из стороны в сторону, а также издавать звук, напоминающий змеиное шипение. Индонезийский осьминог-имитатор Thaumoclopus mimicus, как и большинство головоногих моллюсков, обладает способностью изменять окраску покровов и сливаться с окружающей средой. Но наряду с этим он может имитировать внешний вид и особенности поведения многих животных, обитающих в той же среде, в частности морской змеи плоскохвоста, камбалы, крылатки- зебры и др.

Примечание. Истинная мимикрия оказывается эффективной, когда численность вида-подражателя существенно меньше численности вида- оригинала. Только при этом условии у хищника вырабатывается достаточно прочный рефлекс на внешний облик особей, которых следует избегать. Неравновесное соотношение численности вышеуказанных видов поддерживается благодаря тому, что генофонд вида-подражателя отличается высоким содержанием летальных мутаций. В гомозиготном состоянии эти мутации приводят к гибели организмов еще до достижения половозрелого возраста.

3. Физиологические адаптации.

Рассмотрение физиологических адаптаций, на наш взгляд, целесообразно начать с изложения крупномасштабных приспособлений, обеспечивающих выживание организмов в неблагоприятных условиях. Известно, что в животном мире имеется две принципиально разные стратегии приспособления — резистентная (увеличение сопротивляемости) и толерантная (повышение выносливости, переносимости).

Как было показано в исследованиях выдающегося канадского физиолога Ганса Селье, резистентная стратегия у высоко организованных животных (в частности, у млекопитающих) реализуется в виде стресс-реакции. Последняя характеризуется активным противодействием организма внешней среде, значительным напряжением функций основных физиологических систем и, как результат, сохранением постоянства внутренней среды. В ходе развития стресс-реакции сопротивляемость организма увеличивается, а в случае повторных воздействий неблагоприятного фактора (факторов) наступает состояние устойчивой адаптации. При этом отмечаются выраженное преобладание катаболизма над анаболизмом, активация окислительных процессов в митохондриях (и, соответственно, повышенное потребление кислорода), мобилизация всех энергетических ресурсов, увеличение энергетических затрат.

Центральное место в механизме стресса занимает ось «гипоталамус — гипофиз — надпочечники» и, соответственно, такие гормоны, как АКТГ, адреналин, норадреналин и кортикостероиды. Главным достоинством резистентной стратегии является возможность решения жизненно важных задач в чрезвычайно сложных условиях. В то же время она не лишена недостатков. К ним относятся неэкономичность (расточительность, неограниченный расход субстратов и энергии) и возможность развития патологических состояний при неадекватном течении стрсссорных реакций, их чрезмерности и повторяемости. Патологические последствия стресса касаются в первую очередь желудочно-кишечного тракта, сердца и головного мозга и проявляются в виде эрозивно-язвенных поражений желудка, инфарктов миокарда, мозговых инсультов и др.

Толерантная стратегия приспособления по направленности противоположна резистентной. Для нее характерны «подчиненность», своего рода «уступка» внешним условиям, переход на минимальный уровень функционирования основных физиологических механизмов, что неизбежно сопряжено с некоторыми нарушениями гомеостаза. Однако они не чрезмерны и не представляют реальной опасности. Их следует рассматривать как издержки стратегии, призванной обеспечить выживание организма в крайне трудных условиях. Главное достоинство данной стратегии — значительное повышение устойчивости к неблагоприятным (нередко — экстремальным) факторам окружающей среды (переохлаждение, перегрев, дефицит корма, воды, гипоксия, травма, интоксикация и др.). Ее биохимической основой является снижение уровня катаболизма, уменьшение энергозатрат и потребления кислорода. Толерантная стратегия достаточно широко распространена в природе, главным образом среди представителей эволюционно древних групп (большинство беспозвоночных, низшие позвоночные), для которых характерны низкий уровень обмена веществ и энергии, холоднокровность. Встречается она и у некоторых млекопитающих (грызуны, хищники и др.). Стратегия переносимости может проявляться в различных формах: спячка, оцепенение, гипотермия, гинобиоз и др. Важную роль в регуляции процессов, лежащих в основе данной стратегии, играют серотонин, мелатонин, эндорфины, адреналин и другие биологически активные агенты. Существенным недостатком толерантной стратегии является невозможность решения сложных задач. В реальных ситуациях выбор между стратегией резистентности и стратегией толерантности зависит от многих обстоятельств: характера, силы и длительности действия неблагоприятного фактора, функционального состояния организма, объема ресурсов питательных веществ и кислорода, накопленного опыта, наследственности и др. Существенно, что в некоторых случаях одна стратегия выживания может сменяться другой. Так, при травмах, сопровождающихся сильным болевым синдромом, резистентная стратегия (стресс-реакция), как правило, закономерно сменяется толерантной.

Рассмотрим также некоторые частные физиологические адаптации. Так, в мышцах ныряющих животных наблюдается высокое содержание миоглобина (родственного гемоглобину белка, способного обратимо связывать кислород). Необходимо отметить, что именно этот белок придает мышцам красную окраску. Ночные хищники обладают способностью воспринимать предметы при очень слабом освещении, что связывают с повышенным количеством палочек в сетчатой оболочке их глаз. Органы химического чувства у многих насекомых отличаются чрезвычайно высокой чувствительностью к феромонам — специальным летучим сигнальным веществам, что облегчает поиск полового партнера на больших расстояниях. Морские птицы используют для питья морскую воду благодаря наличию у них солевых желез, выводящих избыток солей из организма. Многие пустынные животные при наступлении засушливого сезона получают эндогенную воду путем окисления предварительно накопленных жиров. Густой мех у песцов и белых медведей и жировой подкожный слой у китов позволяют этим животным поддерживать постоянную температуру тела в холодном климате (пример, показывающий различные способы решения одной и той же физиологической задачи). Некоторые ящерицы приспособились питаться опасными муравьями, вооруженными мощными челюстями и обладающими сильным ядом. Для этого у них выработался уникальный физиологический механизм — они захватывают добычу не челюстями, а языком. При этом язык с большой скоростью втягивается в пасть и прилипшие к нему муравьи попадают сразу в основание глотки, где обволакиваются толстым слоем слизи.

4. Поведение.

Забота о потомстве у членистоногих и низших позвоночных встречается редко. Как правило, оплодотворенные яйца оставляются на произвол судьбы, образующиеся из них личинки ведут самостоятельный образ жизни. Высокий уровень истребляемости молоди компенсируется большой плодовитостью. Как исключение, можно привести пример из жизни одиночных ос, которые нападают на пауков, жуков, гусениц бабочек и парализуют их уколом жала в нервные ганглии, после чего откладывают на них яйца. Таким образом вылупляющиеся личинки обеспечиваются пищей на необходимое для развития время (рис. 12.24). Значительно более развита забота о потомстве у позвоночных животных. Так, некоторые рыбы (морской сомик галеихт, кардинал и др.) вынашивают икру во рту и в желудке (до появления мальков не питаются) (рис. 12.25). Встречаются виды лягушек, у которых икринки развиваются на спине в особой выводковой сумке или в голосовых меш-

Песчаная оса аммофила парализует (слева) и несет в норку (справа) добычу — гусеницу озимой совки

Рис. 12.24. Песчаная оса аммофила парализует (слева) и несет в норку (справа) добычу — гусеницу озимой совки

ках (самцов) (рис. 12.26). Наиболее совершенные формы заботы о потомстве наблюдаются у высших позвоночных благодаря наличию инстинктов и способности к индивидуальному обучению. Птицы откладывают яйца в гнезда, высиживают их, выкармливают и охраняют птенцов. У млекопитающих безопасность потомства достигается путем вынашивания развивающегося плода в теле матери и последующего кормления детеныша молоком.

Самец морского сомика Рис. 12.26. Южноамериканский галеихта, вынашивающий икру древолаз носит головастиков в ротовой полости на спине

Рис. 12.25. Самец морского сомика Рис. 12.26. Южноамериканский галеихта, вынашивающий икру древолаз носит головастиков в ротовой полости на спине

5. Особые средства защиты, например выброс струи горячего едкого химического раствора у жука-бомбардира (рис. 12.27).

Выброс струи горячего химического раствора жуком- бомбардиром

Рис. 12.27. Выброс струи горячего химического раствора жуком- бомбардиром

Относительность приспособленности организмов:

  • • адаптации не обеспечивают абсолютной безопасности их носителей (мимикрия: есть птицы, поедающие пчел, ос и их имитаторов; панцирь черепах: хищные птицы поднимают черепах и разбивают об камни; ядовитые змеи: ежи и птица-секретарь поедают их);
  • • люоыеадаптации целесоооразны только в привычной для вида обстановке. Изменения условий среды делают их бесполезными или вредными (примеры: 1) перевод крыс на мягкую пищу приводит к тому, что у них вырастают гигантские резцы, которые лишают их возможности питаться; 2) если горных козлов перенести в долину, то их заостренные копыта будут увязать в рыхлой почве и они могут стать легкой добычей для хищников; 3) потемнение коры берез в результате отложения копоти вблизи промышленных предприятий обесценивает такую адаптацию бабочек березовых пядениц как светлая окраска крыльев).

Биологические последствия приобретения приспособлений (адаптации) — состояние биологического прогресса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >