Адаптации Адаптация процесс приспособления строения и функций

Адаптации Адаптация – процесс приспособления строения и функций организмов, популяций, видов к условиям среды. Возникает под действием изменчивости, наследственности и естественного (или искусственного) отбора.

Как возникают адаптации? Направленные приспособления Жан Батист Ламарк Ненаправленные изменения, удачные отбираются Чарльз Дарвин

Миф о совершенстве организмов Теория естественного отбора не предсказывает совершенства. Ограничения возможности эволюции в формировании идеально приспособленных организмов Движение материков (теория А. Вегенера) Изменения климата Изменение климата Оледенения Островная изоляция (остров заселяют не наиболее приспособленные, а те, кто смог на него попасть

Коадаптация ‑ взаимное приспособление в ходе эволюции разных видов, обитающих совместно

Преадаптация ‑ изначальное свойство организма, которое в ходе эволюционного развития оказывается полезным для освоения данной среды. Agnatha Бесчелюстные Gnathostomata Челюстные

Адаптивная радиация ‑ эволюционная дивергенция близкородственных видов (расхождение признаков) в связи с их приспособлением ко все более разнообразным условиям обитания. Эволюция формы клюва у гавайских цветочниц Семеноядные Насекомоядные

Иерархия адаптаций Ш Биохимические Ш Физиологические Ш Морфологические Ш Поведенческие Ш Социальные Увеличение специфичности Приспособление к одному фактору может происходить на различных уровнях

Примеры различных адаптаций Существуют ли общие закономерности и универсальные адаптивные стратегии?

Novosieversia glacialis Эварктический вид, распространен на севере тундровой зоны и в полярных пустынях Цветение в июне, при температуре около 0°C. Комплекс адаптаций: физиологических (антифризы) морфологических (опушение)

Чернотелки Stenocara в пустыне Намиб В пустыне Намиб полностью отсутствуют дождевые осадки, но ежедневно выпадают туманы. Чернотелки рода Stenocara во время тумана конденсируют воду из влажного воздуха, на поверхности тела и сохраняют ее в специальных вместилищах

Корневая система пустынных кустарников Многие растения пустынь образуют корневую систему, достигающую грунтовых вод

Обратимая дегидратация у мхов рода Tortula Мхи рода Tortula обычны на камнях, и на почве в засушливых условиях. Они могут подвергаться глубокой дегидратации без потери жизнеспособности и длительно сохраняться в высушенном состоянии. При увлажнении жизнедеятельность мха восстанавливается.

Спячка у млекопитающих Спячка у суслика сопровождается глубокими физиологическими перестройками, которые приводят к сильному снижению активности. При выходе из спячки температура тела за два часа поднимается от почти нулевой до нормальной. Начало пробуждения 4ºC 3ºC 14ºC 17ºC 20ºC 35ºC 26ºC Полное пробуждение

Эфемеры в пустыне Во многих континентальных пустынях значительные осадки выпадают лишь в короткие периоды. Эфемеры и эфемероиды успевают закончить в этот период генеративный цикл и сохраняются в виде семян до следующих осадков.

Улитки Trochoidea seetzeni в пустыне Негев Поверхность почвы в Пустыне Негев (Израиль) покрыта раковинами моллюсков Trochoidea seetzeni. Они активны только во время утренних туманов, остальное время дня – плотно закупорены в раковине.

Адаптивные стратегии Активный путь сопротивляемость среде Пассивный путь подчинение среде Избегание (жизненный цикл, при котором самые уязвимые стадии протекают в самые благоприятные периоды )

Жизненные формы Жизненная форма организма – морфологический тип приспособления животного или растения к основным факторам местообитания и определенному образу жизни Термин «жизненная форма» был введен в науку Е. Вармингом в 1884 году

Экологические классификации Народные названия: деревья, кустарники травы Е. Варминг (1884): «Форма, в которой вегетативное тело растения находится в гармонии с внешней средой в течение всей его жизни, от колыбели до гроба, от семени до отмирания» Жизненная форма - внешний облик, определенный морфологический тип организма, сформировавшиеся в результате приспособления к определенной среде обитания Синонимы и близкие понятия : «биоморфа» , «экобиоморфа» , «биологический тип» , «форма роста»

Конвергенция Экологические классификации основаны на существовании конвергенции. Конвергенция - внешнее сходство, возникающее у представителей неродственных видов в результате сходного образа жизни. Результат конвергенции – возникновение аналогичных органов

Конвергентные приспособления к переносу ветром У растений У насекомых Tilia Acer Betula Cardiocrepis Eriophorum Taraxacum Tipha Porricordila Dreyfusia Anargus Lymantria

Конвергентная эволюция сочных плодов

Конвергенция у сумчатых и плацентарных млекопитающих Муравьед Сумчатый муравьед Питающиеся муравьями Волк Сумчатый волк Наземные хищники Крот европейский Землерои Сумчатый крот

Филогенетические и экологические классификации Филогенетическая Экологические Дивергенция Конвергенция Независимые группы Виды Иерархическая Признак 2 Таксоны Признак 1 Комбинативная

Классификация жизненных форм растений К. Раункиера Фанерофиты (phaneros видимый) Почки возобновления - высоко над Деревья, кустарники, землей деревянистые многолетние лианы Хамефиты Почки зимуют под снегом, у (haman ‑ на земле) поверхности почвы Кустарнички и полукустарнички, мхи Гемикриптофиты (hemi ‑ полу, kripton ‑ скрытый) Многолетние травы Надземные побеги к зиме частично отмирают, почки на поверхности почвы под защитой оставшихся листьев Криптофиты Наземные органы целиком (kriptos ‑ скрытый) отмирают, почки глубоко в земле Многолетние травы Терофиты (teros ‑ лето) Большинство однолетников Однолетние, полностью отмирающие к зиме, сохраняются только семяна)

Жизненные формы растений по Раункиеру Гемикриптофиты Фанерофиты Хамефиты Криптофиты

Классификация жизненных форм растений И. Г. Серебрякова Древесные Деревья Кустарники Кустарнички Полудревесные Полукустарнички Наземные травы Водные травы Поликарпические Земноводные Монокарпические Плавающие

Жизненные формы млекопитающих по А. Н. Формозову По характеру передвижения в разных средах Подземные (землерои) Наземные формы Древесные Воздушные Водные

Жизненные формы животных по Д. Н. Кашкарову Плавающие Полуводные Чисто водные Нектон Роющие Планктон Ныряющие Абсолютные Неныряющие Древесные лазящие Добывающие из воды пищу Бентос Не сходящие с деревьев Наземные Не делающие нор Бегающие Относительные Делающие норы Прыгающие Бегающие Ползающие Скальные Воздушные Прыгающие Ползающие Лазящие на деревья Питающиеся в воздухе Высматривающие пищу

Экологические группы птиц по Л. П. Познанину Способ добычи пищи Местообитания Лазанием В полете Передвигаясь Плавание и по земле ныряние Древесная растительность Дятел Сова Ржанка Тетерев Открытые пространства Журавль Болота и отмели Фламинго Альбатрос Водные пространства Гагара

Жизненные формы почвенных беспозвоночных Форма Размеры Глаза Атмобионты Крупные Хорошо развиты Придатки (антенны, Пигментация ноги) Длинные Гемиэдафические Средние Частично Укороченредукциные рованные Эуэдафические Мелкие Редуцированные Короткие Выражена Рассеянная Отсутствует

Жизненные формы коллембол Филетические линии Poduromorpha Жизненные формы Атмобионты Гемиэдафические Эуэдафиты Entomobruidae Symphypleona

Жизненные формы дрожжей Сахаробионты Фитобионты Сапробионты Педобионты Отсутствие выраженных морфологических адаптаций, брожение Пигментация, баллистоспоры, капсулы, окислительный обмен, липазы Мицелий, окислительный обмен, гидролазы Отсутствие пигментации, запасные липиды, экономный обмен

Разные стадии онтогенеза как жизненные формы Имаго: фитофаг, обитатель древесного яруса Куколка: педобионт Личинка: ризофаг, педобионт Насекомые с полным превращением

Жизненные формы - заключение 1 Биологические классификации: филогенетические (на основе родства) – по гомологичным консервативным признакам. Единая иерархическая система. Основная единица – вид. экологические (на основе общего сходства) – по аналогичным приспособительным признакам. Множественные ряды или таблицы. Основная единица – жизненная форма. 2 3 Жизненные формы можно выделять по: - типам среды (воздушные, наземные, водные, подземные) - биогеоценотическим ярусам (фито-, атмо-, педобионты) - особенностям онтогенеза (фанерофиты, хамефиты, криптофиты) - способу питания (лазающие, ныряющие, собирающие) Если вид ≈ жизненная форма Нет единого критерия! Правило экологической индивидуальности Понятие экологической ниши Закон конкурентного исключения

Биологические ритмы Периодичность – фундаментальное свойство живого! Природные ритмы Эндогенные Физиологические ритмы: - деление клеток - сокращение мышц - биение сердца - дыхание - нервные импульсы Экзогенные Вращение Земли и Луны Периодические изменения: - температуры - светового режима - давления - влажности воздуха, - электромагнитного поля - приливы и отливы Адаптивные биологические ритмы

Адаптивные биологические ритмы Абиотические ритмы Изменение биологической активности Закрепление в генотипе Адаптивные ритмы Суточные Приливно-отливные Годичные

Суточные ритмы Циркадные ритмы – суточные эндогенные ритмы (circa – около, dies – сутки) Сон – бодрствование: физиологическая перестройка организма Ночь День Летучие мыши Гомойотермные: t° тела t° среды активный хищник Пойкилотермные: t° тела t° среды оцепенение

Суточные ритмы у растений: фототропизм Фототропизм - реакция на изменяющуюся освещенность у проростков подсолнуха.

Циркадные ритмы у растений Циркадные ритмы – суточные ритмы, перешедшие во эндогенные, генетические свойства вида Суточные движения листьев акации – сохраняются при постоянном освещении

Приливно-отливные ритмы Литораль: Приливно-отливный цикл Суточный цикл + (2 раза в лунные сутки, 24 ч 50 мин) освещенности Лунный месяц (29. 5 солн. сут) Мангровые заросли Воздушные корни Илистые прыгуны (Periophthalmus)

Годичные ритмы Сезонные изменения – один из наиболее универсальных ритмов Растения - интенсивность фотосинтеза - размножение однолетников - листопад - состав экссудатов Животные - запасание жира - спячка - сезонные линьки - миграции Годичные ритмы Экзогенные - прорастаемость семян Эндогенные (цирканные) - размножение животных

Численность, млн. клеток/г Колебания численности микроорганизмов в почве 50 Периодические колебания? 40 30 20 0 5 10 15 Сутки 20 25