Приспособленность организмов к среде обитания. Приспособленность живых организмов: примеры

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.

Рассмотрите рисунки 158-163. В чем заключаются приспособления у изображенных на рисунках организмов к условиям обитания? Подумайте, сохранятся ли эти приспособления у организмов, если условия их обитания изменятся.

Все организмы обладают разнообразными приспособления к условиям обитания. Эти приспособления развиваются в процессе эволюции в два этапа. Вначале у организмов вследствие мутационной и комбинативной изменчивостей появляются новые признаки. Затем эти признаки испытываются естественным отбором на их соответствие условиям среды.

Примеры приспособлений организмов. Примеры приспособлений организмов к условиям обитания столь многочисленны, что описать их все практически невозможно. Приведем лишь некоторые примеры.

Рис. 158. Покровительственная окраска у животных: 1 - сплошная окраска зимнего оперения у тундровой куропатки; 2 - расчленяющая окраска у оленей-аксисов

К морфологическим приспособлениям относят, встречающиеся у разных организмов, различные типы покровительственной, предостерегающей окраски, маскировки и средств пассивной защиты.

Покровительственная окраска развивается у особей, живущих открыто, что делает их менее заметными на окружающем фоне. Такая окраска бывает сплошной (белый цвет оперения у тундровой куропатки зимой), если окружающий фон однородный, либо расчленяющей (светлые и темные точки на шкуре оленей-аксисов), если на окружающем фоне чередуются пятна света и тени (рис. 158). Эффект покровительственной окраски усиливается соответствующим поведением животного. В момент опасности они затаиваются, что делает их еще менее заметными на окружающем фоне.

Предостерегающая окраска развивается у особей, имеющих химические средства защиты от врагов. К ним относят, например жалящих или ядовитых насекомых, несъедобные или обжигающие растения. В процессе эволюции у них выработались не только ядовитые химические вещества, но и яркая, обычно красночерная или желточерная окраски (рис. 159). Некоторые животные с предостерегающей окраской в момент опасности демонстрируют хищнику яркие пятна, принимают угрожающую позу, чем приводят врага в замешательство.

Рис. 159. Предостерегающая окраска у лягушек-древолазов

Маскировка - защита, которой служит не только окраска, но и форма тела. Различают два типа маскировки. Первый заключается в том, что маскирующийся организм по своему внешнему виду напоминает какой-либо предмет - лист, сучок, камень и т. п. Такой тип маскировки широко встречается у насекомых: палочников, клопов и гусениц бабочек пядениц (рис. 160).

Рис. 160. Маскировка у клопов-листотелок

Второй тип маскировки основан на подражательном сходстве незащищенных организмов с защищенными. Так, безобидные бабочки-стеклянницы окраской брюшка напоминают жалящих насекомых - ос, поэтому насекомоядные птицы их не трогают (рис. 161).

Рис. 161. Маскировка у бабочки-стеклянницы

Средства пассивной защиты увеличивают вероятность сохранения организма в борьбе за существование. Например, панцири черепах, раковины моллюсков, иглы ежей защищают их от нападения врагов. Шипы на стеблях розы и колючки у кактусов препятствуют поеданию этих растений травоядными млекопитающими (рис. 162).

Рис. 162. Средства пассивной защиты у кактуса-опунции

Физиологические приспособления обеспечивают устойчивость организмов к изменению температуры, влажности, освещенности и других условий неживой природы.

Так, при понижении температуры окружающего воздуха у земноводных и пресмыкающихся в организме понижается уровень обмена веществ и наступает зимний сон. У птиц и млекопитающих, наоборот, при понижении температуры окружающего воздуха обмен веществ в организме усиливается, что увеличивает теплопродукцию. Развивающийся при этом густой перьевой, шерстный покров и подкожный слой жира препятствует потере организмом тепла (рис. 163).

Рис. 163. Зимний мех белки отличается густым подшерстком

Поведенческие приспособления встречаются только у животных с высокоразвитой нервной системой. Они представляют собой различные формы поведения, направленные на выживание как отдельных особей, так и вида в целом.

Все поведенческие приспособления можно разделить на врожденные и приобретенные. К врожденным относят, например брачное поведение, защиту и выкармливание потомства, избегание хищников, миграции. Так, львица при вылизывании своих детенышей запоминает их запах. Этот же процесс пробуждает у нее потребность защищать львят от врагов (рис. 164, 1).

Рис. 164. Поведенческие приспособления организмов: 1 - львица, вылизывающая львят; 2 - макаки японские, греющиеся в горячем источнике; 3 - водоплавающие птицы, зимующие на незамерзающем водоеме в городе

Важную роль в жизни животных играют и приобретенные поведенческие приспособления. Например, самый северный вид обезьян - макак японский, встречающийся на севере Японии, перешел к снежно-водному образу жизни (рис. 164, 2). Зимой при наступлении более сильных морозов эти обезьяны спускаются с гор к горячим источникам, где греются в теплой воде. Другой наглядный пример. В крупных городах средней полосы России изменилось поведение перелетных птиц. Так, некоторые водоплавающие птицы перестали улетать на зимовку в теплые края. Они собираются в большие стаи на незамерзающих водоемах, где всегда есть необходимая пища (рис. 164, 3).

Относительная целесообразность приспособлений. Все приспособления у организмов вырабатываются в конкретных условиях их среды обитания. Если условия среды меняются, приспособления могут утратить свое положительное значение, иными словами, они обладают относительной целесообразностью.

Существует множество доказательств относительной целесообразности приспособлений: защита организма от одних врагов оказывается неэффективной от других; поведение организма может стать бессмысленным; полезный в одних условиях орган оказывается бесполезным в других. Например, камышевка, благодаря родительскому инстинкту, выкармливает кукушонка, вылупившегося из яйца, подброшенного в гнездо кукушкой (рис. 165).

Рис. 165. Относительная целесообразность приспособлений организмов - камышевка, выкармливающая кукушонка

Итак, основным результатом действия движущих сил эволюции является появление у организмов новых и совершенствование имеющихся приспособлений. Поскольку условия существования организмов изменяются, абсолютных приспособлений в природе не бывает, и процесс их появления бесконечен. У особей, относящихся к одному виду, различия в имеющихся приспособлениях незначительны. Закрепление же этих различий в условиях изоляции, приводит к появлению новых видов, т.е. к видообразованию.

Упражнения по пройденному материалу

1. Как возникают приспособления у особей к среде обитания?
2. В чем проявляется относительная целесообразность приспособлений? Ответ проиллюстрируйте примерами.
3. Могут ли у организмов в ходе длительной эволюции возникнуть абсолютные, т. е. совершенные, приспособления? Ответ аргументируйте.

§ 7- ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ,ОКРАСКИ ТЕЛА И ПОВЕДНИЯ ЖИВОТНЫХ

1) Раскройте содержание понятия «приспособленность вида к условиям окружающей среды».

• Ответ: Растения и животные приспособлены к условиям среды своего обитания не только внешне, но и по внутреннему строению. Строение из органов и физиологические функции организма соответствуют условиям обитания. Их сложность и разнообразие.

2) Перечислите основные типы приспособлений организмов к окружающей среде.

• Ответ:
• 1- Форма тела.
• 2- Различные виды окраски и мимикрия.
• 3- Особенности внешнего строения.
• 4- Приспособительное поведение.

3) Сравните такие виды окраски, как предостерегающая окраска, покровительственная окраска и мимикрия, обратив особое внимание на их отличительные особенности. Приведите примеры животных, обладающих такими приспособлениями. Заполните таблицу.

• 4) Закончите приведенную схему эволюционного механизма появления мимикрии.

  5) Ответьте, попадает ли поведение животного в сферу действия естественного отбора. Если да, приведите пример.

  • Ответ: Поведение животного попадает в сферу действия естественного отбора. Это такие виды поведения, как демонстративное, отпугивающее и другие, обеспечивающие выживаемость вида. Пример, запас корма на зиму.

  6) Вставьте недостающее слово.

  • Ответ: Главным последствием приобретения адаптаций является состояние приспособленности организмов к среде обитания.

  § 8- ЗАБОТА О ПОТОМСТВЕ

  1) У беспозвоночных и низших позвоночных животных плодовитость, как правило, значительно более высокая по сравнению с высокоорганизованными позвоночными животными. Предложите объяснение этой биологической закономерности.

  • Ответ: Это объясняется тем, что более развитые животные лучше заботятся о потомстве, в то время как низшие животные откладывают большое количество яиц и оставляют их на произвол судьбы.

  2) Закончите предложение.

  • Ответ: У животных, проявляющих выраженную заботу о потомстве, число детенышей относительно меньше , чем у животных, мало заботящихся о потомстве.
  • Приведите примеры: большинство видов рыб, Млекопитающие - вынашивают одного или несколько детенышей в утробе и затем долго выкармливают их.

  3) Приведите примеры заботы о потомстве у рыб.

  • Ответ:
  • 1- Азовские и каспийские бычки откладывают икру в ямки и охраняют ее.
  • 2- Самец колюшки строит гнездо с выходом и входом и охраняет.
  • 3- Американский сом вынашивает икру на брюхе.

  4) Приведите примеры заботы о потомстве у земноводных.

  • Ответ: Самка сумчатой лягушки вынашивает икру в сумке на спине.

  5) Допишите предложение.

  • Ответ: Наибольшая безопасность молодых животных достигается при такой форме заботы о потомстве, как развитие зародыша в теле матери .

  6) Известно, что забота о потомстве у некоторых членистоногих осуществляется в форме обеспечения их пищей. Приведите пример.

  • Ответ: Насекомые откладывают яйца (личинки) в теле животных. Личинки питаются тканями животных.

  7) Укажите, благодаря каким физиологическим механизмам способы заботы о потомстве у высших позвоночных достигают высокого совершенства.

  • Ответ: Физиологические механизмы: сложные инстинкты, способность к индивидуальному обучению.
  • Примеры:
  • У птиц - сооружение гнезд .
  • У млекопитающих - кормление, защита потомства, обучение их ловить добычу и избегать опасностей.

  § 9- ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АДАПТАЦИИ

  1) Раскройте содержание понятия «физиологическая адаптация».

  • Ответ: Физиологическая адаптация - сочетание всех признаков вида с приспособленностью процессов жизнедеятельности к условиям обитания, обеспечивающее успех в борьбе за существование.

  2) Попытайтесь объяснить эволюционный механизм возникновения физиологических адаптаций.

  • Ответ: Все эволюционные изменения - образование новых популяций и видов, усложнение организации - обусловлены развитием многочисленных приспособлений и адаптаций к условиям обитания вида.

  3) Объясните, каким образом осуществляется приспособление к среде с недостатком воды:

  • Ответ:
  • А) у земноводных - они становятся активны в период после дождя и ночью.
  • Б) у птиц - они накапливают жир, которые затем при расщеплении образует воду.
  • В) у млекопитающих - они накапливают жир, некоторые регулируют потерю воды с поверхности дыхательных путей

  4) Закончите предложение.

  • Ответ: Сущность функционального приспособления, позволяющего формировать депо кислорода в организме ныряющих животных, заключается в наличии дыхательного пигмента миоглобина в мышцах, позволяющего сохранить в 10 раз больше кислорода.

  5) Охарактеризуйте физиологические адаптации, повышающие эффективность поиска пищи:

  • Ответ:
  • А) у насекомых - органы химического чувства, улавливающие запахи на большом расстоянии.
  • Б) у змей - способность к термолокации.
  • В) у ночных хищников - способность к эхолокации.

  6) Подтвердите правильность тезиса: «Адаптации не обеспечивают абсолютной безопасности их носителей». Приведите три конкретных примера.

  • Ответ: Большинство птиц не поедают ос и пчел, но некоторые поедают. Ежи поедают змей. Хищные птицы поднимают черепах в воздух и разбивают им панцирь, а затем поедают их.

  7) Закончите высказывание.

  • Ответ: Показано, что если крыс перевести на мягкую диету и убрать из клетки все твердые предметы, то у них вырастают гигантские клыки, которые мешают им питаться. Это наблюдение является еще одним аргументом в пользу утверждения, что любые приспособления «срабатывают» только в привычной для вида обстановке.

Приспособленность организмов к среде обитания неразрывно связана с их жизне-способностью , способностью к конкуренции (конкурентоспособностью ) и оставлению нормаль-ного потомства .

Жизнеспособность

Животные

Растения

Окраска тела бабочек

Кошка и ее дикие родственни-ки (тигр, леопард) охотятся из засады, скрадывая добычу. Все кошачьи следят за собой и выли-зывают шерсть, чтобы не было запаха. Ведь жертвы не должны почуять хищника. Охотится кошка чаще всего в темноте, ведь, притаившись, в это время она становится незаметнее. Поэтому все кошачьи в темноте хорошо видят. Кошка — одиночный зверь , она «гуляет сама по себе»; по-этому этих животных трудно дрессировать.

Совсем иное дело — собака. Собачьи родственники (волки, шака-лы) в большинстве своем охотятся стаей, поэтому они очень ком-панейские и легко привыкают слушаться своего вожака. Собаку можно дрессировать, и она становится очень послушной. Собаки вылизывают себя очень редко и пахнут псиной — ведь эти животные не сидят в засаде. Чтобы найти добычу, собака и ее родствен-ники используют острое чутье. Оно у собак превосходное, эти жи-вотные могут долго идти по следу.

«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.