Относительная целесообразность приспособлений (адаптаций)
Наличие разнообразных адаптаций к условиям жизни, зачастую экстремальным, - основа, позволяющая видам занять самые трудно доступные и неожиданные места обитания. Жизнь распространена повсеместно: от высоких широт Арктики, где обитают белые медведи, до охладительных контуров ядерных реакторов, где обитают некоторые виды микроорганизмов; от горных вершин, где встречаются лишайники, и до глубин океана, где обитают рыбы и другие животные. Каждый организм имеет множество различных адаптаций, но представляет собой единое целое. Следовательно, у представителей любого вида осуществляется координация и взаимодействие адаптаций так, чтобы приспособленность организмов была максимальной.
Ни одна адаптация не является абсолютно идеальной. Некоторые из них достигают своего предела, например, глаз человека способен воспринимать отдельные фотоны (при соблюдении всех условий можно видеть пламя свечи на расстоянии двух км!), но в обычной жизни эта возможность не может быть достигнута, поскольку мешает атмосферная пыль, другие источники света, да и потребности такой у человека нет. Следовательно, такие адаптации (они называются абсолютными) не используются в полной мере. Однако большинство адаптации не достигает своего предельного значения (относительные адаптации).
Адаптации не бывают универсальными - каждая из них облегчает выполнение лишь определенной функции. Например, длинные крылья стрижа, позволяющие ему быстро летать, затрудняют взлет с ровной поверхности. Есть птицы, которые поедают ос и пчел, а также мух, мимикрирующих под них. Постоянный рост резцов у грызунов дает возможность грызть очень твердые предметы, однако если их не стачивать, отрастают так, что животное не может закрыть рот. Поэтому любой адаптивный признак оказывается целесообразным лишь в определенной среде. При резком изменении условий обитания чрезмерно развитые признаки могут оказаться нецелесообразными и принести вред организму. Поэтому после глобальных экологических катастроф преимущественно погибают высокоспециализированные виды (например, динозавры в меловом периоде палеозойской эры). То же самое происходит при отрицательном действии биотических факторов, например, гигантский торфяной олень был полностью уничтожен хищниками из-за своих огромных рогов, сделавших его малоподвижным.
Следует помнить, что все приспособления, сколь бы совершенными они не были, носят относительный характер. Дело в том, что естественный отбор есть результат переживания и более эффективного размножения в данном месте и в данное время. Значит, естественный отбор конкретен, т. е. обеспечивает развитие приспособлений к существующим, а не ко всем возможным условиям среды. Понятно, что развитие способности к полету не очень хорошо совмещается с возможностью быстро бегать. Поэтому птицы, обладающие наилучшими способностями к полету, плохие бегуны. Напротив страусы, которые не способны летать, прекрасно бегают. Приспособление к определенным условиям может быть бесполезно или даже вредно при появлении новых условий. Однако условия обитания меняются постоянно и иногда очень резко. В этих случаях накопленные ранее адаптации могут затруднить формирование новых, что может вести к вымиранию больших групп организмов, как это случилось более 60—70 миллионов лет назад с некогда очень многочисленными и разнообразными динозаврами.
Восторгаясь адаптацией видов к условиям существования, мы часто приходим к неверному заключению о том, что каждая черта строения и функционирования организма имеет существенное адаптивное значение. В действительности дело обстоит не так. Одна из причин этого состоит в целостности организма и плейотропном действии генов. Пусть в данных условиях преимущество получают организмы с ферментной системой, обеспечивающей детоксикацию ядовитых веществ в среде путем их превращения в нерастворимый пигмент. Приспособленность организмов к условиям среды возрастет, однако изменение окраски может не иметь к этому никакого отношения. Хотя в других условиях, как видно в примере с индустриальным меланизмом, окраска бабочек имеет принципиальное значение для выживания вида.
Рассмотрим другой пример: у носорогов Юго-Восточной Азии один рог, а у их африканских родственников два. Нет оснований думать, что это морфологическое различие у носорогов имеет принципиальное значение для адаптации одних в Азии, а других в Африке. Наиболее вероятно, что это "побочный" результат естественного отбора двух исходно различающихся генетических систем. Возникает вопрос: означает ли это, что в последующей эволюции виду легко "расстаться" с признаком, не имеющим прямого адаптивного значения? Как ни странно, сделать это, по-видимому, сложно. Можно прибегнуть к аналогии. Большое ли значение имеет для здания цвет одного кирпича в основании? По-видимому, нет, однако извлечь такой кирпич не просто. Обратимся к эксперименту с дрозофилой — в ряду поколений был проведен отбор на изменение числа щетинок на брюшной поверхности четвертого и пятого сегментов. В исходной линии число щетинок составляло в среднем 36. Попытки отобрать мух с меньшим числом щетинок были малоуспешными — такие особи гибли либо оказывались стерильными. Отбор на увеличение числа щетинок оказался более успешным — за 20 поколений удалось увеличить число щетинок до 56, однако в результате такого отбора стала сильно проявляться стерильность и после прекращения отбора число щетинок за 1—2 поколения стало почти равным исходному — 39. Один из важных выводов, который следует сделать, состоит в том, что существует немало признаков, не имеющих большого адаптивного значения, их появление в значительной мере случайно, однако они тесно увязаны в, единую систему фенотипа организма.
Суммируя, следует подчеркнуть, что формирование адаптации — сложный результат взаимодействия факторов эволюционного процесса, где направляющую роль играет естественный отбор, который связует требования среды со структурой генотипа и фенотипа организмов.
Вопросы для устного отчета:
1. Естественный отбор.
2. Причины вымирания видов.
3. Основные направления эволюционного процесса.
4. Биологический прогресс и биологический регресс.
ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
для выполнения лабораторной работы № 14
по дисциплине «Биология»
Тема: Приспособленность организмов к различным средам обитания
Цель занятия: закрепить знания о механизмах образования приспособлений, показать относительный характер приспособлений
Норма времени: 2 часа
Оснащение рабочего места: комнатные растения, фотографии животных из разных мест обитания.
Особые правила техники безопасности на рабочем месте:
Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами
Литература:
Содержание работы и последовательность выполнения операций:
1. Изучите предложенные объекты. Определите их среду обитания (водная, наземно-воздушная, почвенная, живой организм)
2. Заполните таблицу:
| № | Объект | Среда обитания | Черты приспособленности к среде обитания | Способ питания | Защитные приспособления |
3. Сделайте вывод о характере приспособлений
Практическая работа № 5 Анализ и оценка различных гипотез происхождения жизни и человека
Необходимый теоретический минимум:
Представление о происхождении человека:
Аристотель признавал отдаленное родство человека с животными. Ж.-Б. Ламарк первым установил непосредственное родство человека с человекообразными обезьянами, сформулировал антропогенную гипотезу происхождения человека. Далекие предки человека перешли от жизни на деревьях к наземному существованию, положение их тела стало вертикальным. В новых условиях произошла перестройка органов и систем, в том числе и черепа. Они вытеснили другие породы. В группах возникла необходимость в общении, постепенно возникли речь, умственная деятельность, психика. Ч. Дарвин сформулировал симиальную теорию, основываясь на том, что современный человек представляет собой последнее высокоорганизованное звено в цепи развития живых существ и имеет общих с современными человекообразными обезьянами предков. Гипотеза околоводного происхождения предков человека говорит о том, что обезьяноподобные существа, жившие на илистых отмелях, вынуждены были подниматься на задние конечности при поиске пищи в воде. Это способствовало формированию прямохождения.
Гипотеза происхождения предков человека на открытых пространствах саванн говорит о том, что в связи с изменением климата площади, покрытые лесами, превратились в саванны. Из-за недостатка пищи предки человека стали охотится на мелких животных. В более выгодном положении оказались особи, способные к передвижению на задних конечностях.
Вопросы для устного отчета:
1. Гипотезы происхождения жизни.
2. Краткая история развития органического мира.
3. Усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции.
4. Современные гипотезы о происхождении человека.
5. Доказательства родства человека с млекопитающими животными.
6. Эволюция человека.
7. Единство происхождения человеческих рас.
ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА
для выполнения практической работы № 5
по дисциплине «Биология»
Тема: Анализ и оценка различных гипотез происхождения жизни и человека
Цель занятия: Изучить различные гипотезы происхождения жизни, историю развития органического мира, описать изменения живых организмов на Земле в процессе эволюции, рассмотреть современные гипотезы о происхождении человека.
Норма времени: 2 часа
Оснащение рабочего места:
Особые правила техники безопасности на рабочем месте:
Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами
Литература:
Содержание работы и последовательность выполнения операций:
1. С помощью учебника заполните таблицы. Являются ли представленные гипотезы доказательными? Допускают ли они эволюционное развитие природы? Можно ли считать данные гипотезы научными? Укажите знаком (+) или (-).