10. Адаптации организмов к условиям обитания как результат действия естественного отбора

Определения и обозначения

Адаптация — наследственно закреплённое приспособление организма к определённым условиям среды, повышающее вероятность его выживания и размножения. Это не любое изменение внешности или поведения, а признак, который может передаваться потомкам. Понятие помогает отличать эволюционный результат отбора от временной реакции отдельного организма.

Естественный отбор — процесс преимущественного выживания и размножения организмов с полезными наследственными признаками. Такие особи чаще оставляют потомство, поэтому соответствующие варианты признаков становятся в популяции более распространёнными. Отбор объясняет, каким образом случайная наследственная изменчивость приводит к приспособленности.

Норма реакции — пределы изменчивости признака, в которых он может формироваться под влиянием условий среды при определённом генотипе. Например, один и тот же генотип может обеспечивать разную массу тела при разном питании, но не любую возможную массу. Это понятие показывает совместную роль наследственности и среды.

Мимикрия — сходство беззащитного организма с защищённым или несъедобным видом, повышающее его выживаемость. Хищник ошибочно принимает подражателя за опасную или неприятную добычу и не нападает. Мимикрия особенно эффективна там, где настоящий защищённый вид достаточно часто встречается.

Как это устроено

Адаптации возникают на основе наследственной изменчивости, потому что потомки получают разные варианты генов и признаков. Среда не создаёт у организма нужный признак по его желанию, а лишь создаёт условия, в которых одни варианты оказываются выгоднее других. Если различие наследуется, оно может повлиять на число оставленных потомков и стать материалом для отбора.

Естественный отбор сохраняет полезные признаки через неодинаковый успех размножения. Носители удачного варианта чаще выживают, находят партнёра или выращивают потомство, поэтому передают свои гены чаще. За многие поколения частота такого варианта увеличивается, хотя отдельная особь не меняется специально ради приспособления.

Одна и та же адаптация полезна только при определённом сочетании факторов среды. Густой мех уменьшает потерю тепла в холоде, но в жару мешает отдавать тепло и повышает риск перегрева. Поэтому приспособленность относительна: признак даёт преимущество не вообще, а по сравнению с другими вариантами в конкретной обстановке.

Морфологические адаптации связаны со строением организма, например с формой клюва или толщиной покровов. Физиологические определяют работу органов и обмен веществ, а поведенческие — выбор места, времени и способа действий. Вместе они усиливают эффект: строение, работа организма и его поведение помогают добывать ресурсы, избегать врагов и размножаться.

Приспособленность не означает абсолютного совершенства, потому что у любого признака есть цена и границы эффективности. Изменение климата, появление нового хищника или исчезновение пищи меняет условия отбора. Тогда прежняя адаптация может ослабить выживание, а преимущество получить другой наследственный вариант.

Типы адаптаций организмов и их значение

При работе с таблицей сначала определите фактор среды, затем найдите признак, который на него реагирует. После этого объясните механизм: каким образом признак меняет шансы на выживание или размножение. Последняя графа напоминает, что любая адаптация имеет пределы и не является универсальной.

Разбор задач

Густой подшёрсток у северных млекопитающих

Условие. Объяснить, почему густой подшёрсток считают адаптацией, и определить её тип. Нужно связать строение покровов с температурным фактором, а не просто назвать признак полезным. Следует также отделить наследственную адаптацию от временного индивидуального изменения.

1. Определяем фактор среды: низкая температура увеличивает потерю тепла с поверхности тела.
2. Устанавливаем действие признака: густой подшёрсток удерживает слой воздуха и уменьшает теплоотдачу.
3. Проверяем наследственный характер: если густой подшёрсток характерен для вида и передаётся потомкам, это результат отбора.
4. Называем тип: изменение строения покровов является морфологической адаптацией.

Ответ. Густой подшёрсток — морфологическая адаптация к холоду. Он снижает потерю тепла и повышает вероятность выживания, но в жарком климате может мешать охлаждению тела.

Изменение окраски насекомых

Условие. В популяции есть светлые и тёмные насекомые, а после потемнения коры доля тёмных особей выросла. Нужно объяснить результат через наследственную изменчивость и естественный отбор. Само потемнение коры не превращает каждое насекомое в тёмное.

1. В исходной популяции уже существовали наследственные различия по окраске.
2. После изменения коры светлые насекомые стали заметнее для птиц и чаще погибали.
3. Тёмные особи лучше маскировались, поэтому в среднем чаще выживали и размножались.
4. Их потомки наследовали соответствующие варианты признака, и доля тёмных особей увеличилась.

Ответ. Сработал направленный естественный отбор: новая окраска среды дала преимущество тёмным наследственным вариантам. Изменился состав популяции, а не окраска всех особей по их потребности.

Пустынное и водное растения

Условие. Сравнить приспособленность пустынного растения и водного растения при переносе в противоположные условия. Нужно учитывать не один признак, а комплекс требований: воду, газообмен, солевой режим, опору и доступ к свету. Поэтому нельзя заранее считать адаптацию полезной в любой среде.

1. У пустынного растения признаки направлены на экономию воды, а у водного — на жизнь при избытке воды и иной газообмен.
2. В воде пустынное растение может испытывать недостаток кислорода у корней и нарушенный солевой баланс.
3. На суше водное растение быстро теряет воду, не получает достаточной опоры и не может нормально осуществлять газообмен.
4. Следовательно, перенос в противоположную среду снижает выживание обоих растений, хотя причины различны.

Ответ. Приспособленность относительна: каждое растение лучше подходит к своей среде, а не к условиям вообще. При резкой смене факторов прежний комплекс адаптаций может стать неэффективным.

Типичные ошибки

Организм сознательно формирует нужный признак. Так рассуждают, потому что результат отбора выглядит целесообразным. Проверка: найдите исходную наследственную изменчивость и объясните, как разные варианты оставляли потомство.

Адаптацию путают с временным приспособлением. Изменение обмена веществ или поведения в течение жизни может помочь особи, но не обязательно наследуется. Проверка: спросите, закреплён ли признак в генотипе и передаётся ли потомкам.

Полезный признак считают абсолютным преимуществом. При этом забывают о конкретной среде и затратах на поддержание признака. Проверка: назовите условия, в которых он полезен, и ситуацию, где его эффективность снизится.

Отбор считают стремлением к усложнению. Естественный отбор не имеет заранее заданной цели и не ведёт обязательно к совершенству. Проверка: формулируйте результат через повышение выживания и размножения в данных условиях.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о наследственной и ненаследственной изменчивости, генотипе и фенотипе, борьбе за существование и естественном отборе. Далее эти представления помогут объяснить видообразование, эволюцию популяций и биоразнообразие. В экологии адаптации связывают распределение видов по местообитаниям и их экологические ниши: набор условий, ресурсов и связей, необходимых виду.

Что запомнить

• Адаптация — результат естественного отбора, а не целенаправленного изменения организма.
• Материалом для отбора служит наследственная изменчивость.
• Естественный отбор изменяет не отдельный организм, а состав популяции.
• Адаптация повышает выживание и размножение в определённых условиях.
• Приспособленность всегда относительна и зависит от среды.
• Адаптации бывают морфологическими, физиологическими и поведенческими.
• Изменение среды может снизить или полностью устранить преимущество прежней адаптации.