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

Определения и обозначения

Адаптация — наследуемая особенность строения, жизнедеятельности или поведения, повышающая приспособленность организма к определённым условиям среды. Иными словами, такой признак помогает его носителю успешнее жить и оставлять потомство именно в подходящей обстановке. Понятие нужно, чтобы отличать эволюционное приспособление от временной реакции отдельной особи.

Естественный отбор — процесс, при котором особи с наследственными признаками, полезными в данных условиях, чаще выживают и оставляют потомство. В результате потомки таких особей могут наследовать этот признак, и со временем он встречается в популяции чаще. Это понятие объясняет, как наследственные различия связаны с изменением популяций.

Морфологическая адаптация — особенность внешнего или внутреннего строения организма, помогающая ему существовать в определённой среде. Например, форма тела или строение листьев могут влиять на передвижение, получение ресурсов и сохранение воды. Этот термин помогает распознавать приспособления, заметные в устройстве организма.

Физиологическая адаптация — особенность процессов жизнедеятельности, обеспечивающая выживание и размножение в условиях среды. К таким особенностям относят, например, способность организма запасать воду или переносить колебания температуры. Понятие позволяет описать приспособления, которые связаны не с формой тела, а с работой его систем.

Как это устроено

Наследственные признаки в популяции различаются благодаря наследственной изменчивости. Поэтому особи одного вида не обязательно одинаково переносят засуху, холод, недостаток пищи или присутствие хищников. Если бы все организмы имели совершенно одинаковые наследственные особенности, отбору было бы не из чего «выбирать». Различия создают возможность того, что одни особи окажутся успешнее других в конкретной обстановке.

Среда влияет на то, какие особенности дают преимущество: она создаёт различия в выживании и размножении. Если носители определённого наследственного признака в среднем оставляют больше потомков, этот признак может чаще передаваться следующему поколению. Так постепенно увеличивается его доля в популяции. Отбор не обязательно уничтожает всех особей без такого признака: для изменения частот достаточно различий в среднем успехе размножения.

Адаптации не возникают у отдельного организма специально потому, что он в них нуждается. Отбор действует на уже имеющиеся наследственные различия, а полезные варианты со временем могут накапливаться в популяции. Отдельная особь может приспосабливаться к условиям в течение жизни, но приобретённое изменение не становится автоматически наследственным. Поэтому эволюционное формирование адаптаций требует смены поколений.

Приспособления могут затрагивать строение, физиологию или поведение. Например, заметность окраски связана со строением покровов, а поиск укрытия — с поведением; разные особенности могут действовать совместно. Одному организму нередко нужны сразу несколько приспособлений, потому что выживание зависит от целого набора условий. Рассматривая адаптацию, полезно спросить, какое именно условие среды она помогает переносить.

Полезность признака относительна: она зависит от окружающих условий. Окраска, скрывающая животное на одном фоне, может сделать его заметным на другом, а приспособление к холоду не обязательно выгодно в жарком климате. Если среда меняется, меняются и условия, в которых особи выживают и размножаются. Поэтому преимущество признака может ослабнуть, исчезнуть или перейти к другому варианту.

Типы адаптаций и их значение для организма

Чтобы определить тип адаптации, сначала выясните, что именно меняется: строение, работа организма или его действия. Затем соотнесите признак с условием среды, в котором он может давать преимущество. Один организм может сочетать адаптации разных типов, поэтому не всегда достаточно назвать только одну особенность.

Разбор задач

Задача 1. У двух групп насекомых различается окраска. На фоне коры чаще выживают и оставляют потомство менее заметные особи. Нужно объяснить, как может измениться окраска популяции за несколько поколений. Важно связать наследуемость признака с разницей в размножении.

1. Предположим, что варианты окраски наследуются и в популяции уже есть особи с разной окраской.
2. На коре менее заметных насекомых хищникам труднее обнаружить, поэтому такие особи чаще выживают.
3. Выжившие насекомые оставляют потомство и передают ему наследственные варианты окраски.

Ответ. Если различия в выживании и размножении сохраняются, доля менее заметной окраски может возрастать от поколения к поколению. Это результат отбора среди существующих наследственных вариантов, а не изменения окраски каждой особи по потребности. Точная скорость изменения зависит от условий и наследования признака.

Задача 2. У пустынных растений обнаружены небольшие листья и способность запасать воду. Нужно определить тип каждой особенности и объяснить её значение в засушливой среде. Для этого следует отдельно рассмотреть строение и работу организма.

1. Небольшие листья — морфологическая адаптация, потому что это особенность строения растения.
2. Уменьшенная площадь листьев может снижать потерю воды при испарении.
3. Способность запасать воду — физиологическая адаптация, поскольку она связана с процессами жизнедеятельности.

Ответ. Обе особенности могут повышать шансы растения пережить засуху, но относятся к разным типам адаптаций. Маленькие листья помогают ограничить потерю влаги, а запас воды позволяет использовать её позднее. Значение признаков определяется именно условиями засушливой среды.

Задача 3. После изменения климата прежняя окраска животных стала заметной на новом фоне. В популяции есть наследственные различия окраски. Нужно предсказать возможное направление изменений и объяснить, почему исходный вариант может сохраниться.

1. Сначала определите, какой вариант теперь лучше маскирует животных: прежний или другой имеющийся вариант окраски.
2. Если менее заметные особи чаще выживают и размножаются, их наследственные варианты могут стать распространённее.
3. Исходная окраска может сохраниться, если её носители продолжают размножаться или если условия неодинаковы для всех особей.

Ответ. При устойчивом преимуществе новой окраски её доля может увеличиться, но исходный вариант не обязан исчезнуть полностью. Отбор меняет частоты признаков, а не всегда приводит к исчезновению всех носителей менее выгодного варианта. Кроме того, дальнейшие изменения среды могут снова повлиять на преимущество разных окрасок.

Типичные ошибки

Первая ошибка — думать, что организм целенаправленно приобретает нужную адаптацию. Так рассуждают, потому что видимый результат кажется ответом на потребность; однако отбор действует на наследственные различия, которые уже существуют. Проверьте себя вопросом: признак возник у особи за её жизнь или его распространение менялось в популяции между поколениями?

Вторая ошибка — называть адаптацией любую полезную особенность, не учитывая наследуемость и условия. Польза сама по себе недостаточна: важно установить, помогает ли признак выживанию или размножению именно в конкретной среде. Спросите себя, передаётся ли особенность потомкам и при каких условиях она даёт преимущество.

Третья ошибка — считать адаптацию полезной всегда и везде. Её могут так воспринимать, если рассматривают только одну знакомую среду и не учитывают возможные изменения условий. Проверьте вывод: сохранится ли преимущество признака при другой температуре, фоне, влажности или доступности ресурсов?

Четвёртая ошибка — смешивать приспособленность отдельной особи с адаптацией популяции. Успех одной особи не означает, что популяция уже эволюционно изменилась: для этого важны наследование признаков и изменение их частоты на протяжении поколений. Чтобы проверить себя, уточните, идёт ли речь о реакции организма в течение жизни или о различиях между поколениями.

Связь с другими темами

Для понимания адаптаций нужны знания о наследственной и ненаследственной изменчивости, наследовании признаков и естественном отборе. Изменчивость создаёт различия, наследование передаёт некоторые из них потомкам, а отбор связывает эти различия с успехом выживания и размножения. Поэтому тема помогает объяснить эволюцию популяций и видообразование. Она также пригодится при изучении взаимодействия организмов между собой и со средой.

Что запомнить

• Адаптации повышают приспособленность к определённым условиям среды.
• Материалом для отбора служат наследственные различия между организмами.
• Естественный отбор действует через различия в выживании и размножении.
• Адаптации формируются в популяциях на протяжении поколений.
• Различают морфологические, физиологические и поведенческие адаптации.
• Преимущество адаптации зависит от условий среды.