Физиологическая адаптация примеры у растений: Приведите примеры физиологических адаптаций у животных и растений

АДАПТАЦИЯ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

• Генетическая основа.
• Питание.
• Защита.
• Размножение.
• Расселение.

АДАПТАЦИЯ, в биологии – развитие любого признака, который способствует выживанию вида и его размножению. Адаптации могут быть морфологическими, физиологическими или поведенческими.

Морфологические адаптации включают изменения формы или строения организма. Пример такой адаптации – твердый панцирь черепах, обеспечивающий защиту от хищных животных. Физиологические адаптации связаны с химическими процессами в организме. Так, запах цветка может служить для привлечения насекомых и тем самым способствовать опылению растения. Поведенческая адаптация связана с определенным аспектом жизнедеятельности животного. Типичный пример – зимний сон у медведя. Большинство адаптаций представляет собой сочетание перечисленных типов. Например, кровососание у комаров обеспечивается сложной комбинацией таких адаптаций, как развитие специализированных частей ротового аппарата, приспособленных к сосанию, формирование поискового поведения для нахождения животного-жертвы, а также выработка слюнными железами специальных секретов, которые предотвращают свертывание высасываемой крови.

Все растения и животные постоянно адаптируются к окружающей среде. Чтобы понять, как это происходит, необходимо рассматривать не только животное или растение в целом, но и генетическую основу адаптации.

Генетическая основа.

У каждого вида программа развития признаков заложена в генетическом материале. Материал и закодированная в нем программа передаются от одного поколения другому, оставаясь относительно неизменными, благодаря чему представители того или иного вида выглядят и ведут себя почти одинаково. Однако в популяции организмов любого вида всегда присутствуют небольшие изменения генетического материала и, следовательно, вариации признаков отдельных особей. Именно из этих разнообразных генетических вариаций процесс приспособления отбирает те признаки или благоприятствует развитию таких признаков, которые в наибольшей степени увеличивают шансы на выживание и тем самым на сохранение генетического материала. Адаптация, таким образом, может рассматриваться как процесс, посредством которого генетический материал повышает свои шансы на сохранение в последующих поколениях. С этой точки зрения, каждый вид олицетворяет собой успешный способ сохранения определенного генетического материала.

Чтобы передать генетический материал, особь любого вида должна иметь возможность питаться, дожить до периода размножения, оставить потомство и затем распространить его на возможно большей территории.

Питание.

Все растения и животные должны получать из окружающей среды энергию и различные вещества, прежде всего кислород, воду и неорганические соединения. Почти все растения используют энергию Солнца, трансформируя ее в процессе фотосинтеза. Животные получают энергию, питаясь растениями или другими животными.

Каждый вид определенным образом приспособлен к тому, чтобы обеспечивать себя питанием. Ястребы имеют острые когти для захватывания добычи, а расположение глаз в передней части головы позволяет им оценить глубину пространства, что необходимо для охоты при полете на большой скорости. У других птиц, например цапель, развились длинные шея и ноги. Они добывают пищу, осторожно бродя по мелководью и подстерегая зазевавшихся водных животных. Дарвиновы вьюрки – группа близкородственных видов птиц с Галапагосских островов – представляют классический пример высокоспециализированной адаптации к разным способам питания. Благодаря тем или иным адаптивным морфологическим изменениям, в первую очередь в строении клюва, одни виды стали зерноядными, другие – насекомоядными.

Если обратиться к рыбам, то хищники, например акулы и барракуды, имеют острые зубы для поимки добычи. Другие, например мелкие анчоусы и сельди, добывают мелкие частицы пищи путем фильтрации морской воды через гребневидные жаберные тычинки.

У млекопитающих прекрасным примером адаптации к типу питания служат особенности строения зубов. Клыки и коренные зубы у леопардов и других кошачьих исключительно остры, что позволяет этим животным удерживать и разрывать тело жертвы. У оленей, лошадей, антилоп и других пастбищных животных большие коренные зубы имеют широкие ребристые поверхности, приспособленные для пережевывания травы и иной растительной пищи.

Разнообразные способы получения питательных веществ можно наблюдать не только у животных, но и у растений. Многие из них, в первую очередь бобовые – горох, клевер и другие – развили симбиотические, т.е. взаимовыгодные, отношения с бактериями: бактерии переводят атмосферный азот в химическую форму, доступную для растений, а растения предоставляют бактериям энергию. Насекомоядные растения, такие, как саррацения и росянка, получают азот из тел насекомых, пойманных ловчими листьями.

Защита.

Окружающая среда состоит из живых и неживых компонентов. Живое окружение любого вида включает животных, питающихся особями этого вида. Адаптации хищных видов направлены на эффективную добычу пищи; виды-жертвы приспосабливаются, чтобы не стать добычей хищников.

Многие виды – потенциальные жертвы – имеют защитную или маскирующую окраску, которая скрывает их от хищников. Так, у некоторых видов оленей пятнистая шкура молодых особей незаметна на фоне чередующихся пятен света и тени, а зайцев-беляков трудно различить на фоне снежного покрова. Длинные тонкие тела насекомых-палочников тоже трудно увидеть, потому что они напоминают сучки или веточки кустов и деревьев.

У оленей, зайцев, кенгуру и многих других животных развились длинные ноги, позволяющие им убегать от хищников. Некоторые животные, например опоссумы и свиномордые ужи, даже выработали своеобразный способ поведения – имитацию смерти, которая повышает их шансы на выживание, поскольку многие хищники не едят падали.

Некоторые виды растений покрыты шипами или колючками, отпугивающими животных. Многие растения имеют отвратительный для животных вкус.

Факторы окружающей среды, в частности климатические, нередко ставят живые организмы в трудные условия. Например, животным и растениям часто приходится приспосабливаться к крайним значениям температуры. Животные спасаются от холода, используя изолирующий мех или перья, мигрируя в места с более теплым климатом или впадая в зимнюю спячку. Большинство растений переживает холода, переходя в состояние покоя, эквивалентное спячке у животных.

В жару охлаждение животного происходит за счет потоотделения или частого дыхания, увеличивающего испарение. Некоторые животные, в особенности пресмыкающиеся и земноводные, способны впадать в летнюю спячку, которая по сути аналогична зимней, но вызвана жарой, а не холодом. Другие просто ищут прохладное место.

Растения могут до некоторой степени поддерживать свою температуру, регулируя интенсивность испарения, которое имеет то же охлаждающее действие, что и потоотделение у животных.

Размножение.

Критическим этапом в обеспечении непрерывности жизни является размножение – процесс, в ходе которого происходит передача генетического материала следующему поколению. Размножение имеет два важных аспекта: встречу разнополых особей для обмена генетическим материалом и выращивание потомства.

К числу адаптаций, обеспечивающих встречу особей разного пола, относится звуковая коммуникация. У некоторых видов большую роль в этом смысле играет обоняние. Например, котов сильно привлекает запах кошки в период течки. Многие насекомые выделяют т.н. аттрактанты – химические вещества, привлекающие особей противоположного пола. Запахи цветков являются эффективной адаптацией растений для привлечения насекомых-опылителей. Некоторые цветки сладко пахнут и привлекают питающихся нектаром пчел; другие пахнут отвратительно, привлекая мух, питающихся на падали.

Зрение тоже очень важно для встречи особей разного пола. У птиц брачное поведение самца, его пышные перья и яркая окраска привлекают самку и подготавливают ее к копуляции. Окраска цветка у растений часто указывает, какое животное необходимо для опыления этого растения. Например, цветки, опыляемые колибри, окрашены в красный цвет, который привлекает этих птиц.

Многие животные выработали способы защиты своего потомства в начальный период жизни. Большинство адаптаций такого рода относятся к поведенческим и включают такие действия одного или обоих родителей, которые повышают шансы на выживание детенышей. Большинство птиц строит гнезда, характерные для каждого вида. Однако некоторые виды, например воловья птица, откладывают яйца в гнезда других видов птиц и вверяют детенышей родительской заботе вида-хозяина. У многих птиц и млекопитающих, а также у некоторых рыб имеется период, когда один из родителей идет на большой риск, беря на себя функцию защиты потомства. Хотя такое поведение иногда грозит гибелью родителю, оно обеспечивает безопасность потомства и сохранение генетического материала.

Целый ряд видов животных и растений использует иную стратегию размножения: они производят на свет огромное число потомков и оставляют их незащищенными. В этом случае низкие шансы на выживание у отдельной подрастающей особи оказываются сбалансированы многочисленностью потомства. См. также РАЗМНОЖЕНИЕ.

Расселение.

Большинство видов выработало механизмы для удаления потомства от тех мест, где оно появилось на свет. Этот процесс, называемый расселением, увеличивает вероятность того, что потомство будет подрастать на еще не занятой территории.

Большинство животных просто избегает мест, где слишком сильна конкуренция. Однако накапливаются свидетельства в пользу того, что расселение обусловлено генетическими механизмами.

Многие растения приспособились к распространению семян с помощью животных. Так, соплодия дурнишника имеют на поверхности крючочки, которыми они цепляются за шерсть проходящих мимо животных. Другие растения образуют вкусные мясистые плоды, например ягоды, которые поедаются животными; семена проходят через пищеварительный тракт и неповрежденными «высеваются» в другом месте. Для распространения растения используют и ветер. Например, ветром переносятся «пропеллеры» семян клена, а также семена ваточника, имеющие хохолки из тонких волосков. Степные растения типа перекати-поле, приобретающие к моменту созревания семян шарообразную форму, перегоняются ветром на большие расстояния, по пути рассеивая семена.

Выше были приведены лишь некоторые наиболее яркие примеры адаптаций. Однако практически каждый признак любого вида является результатом адаптации. Все эти признаки составляют гармоничную совокупность, что позволяет организму успешно вести свой особый образ жизни. Человек во всех его признаках, от структуры головного мозга до формы большого пальца на ноге, является результатом адаптации. Адаптивные признаки способствовали выживанию и размножению его предков, имевших те же самые признаки. В целом концепция адаптации имеет большое значение для всех направлений биологии. См. также НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ.

Пример адаптации людей и животных в окружающем мире. Физиологические адаптации: примеры

Грандиозные изобретения человеческого разума не перестают удивлять, фантазии нет предела. Но то, что много веков создавала природа, превосходит самые креативные идеи и замыслы. Природа создала более чем полтора миллиона видов живых особей, каждая из которых индивидуальна и неповторима в своих формах, физиологии, приспособленности к жизни. Примеры адаптации организмов к постоянно меняющимся условиям проживания на планете – это примеры мудрости создателя и постоянный источник задач для разгадывания биологам.

Адаптация означает приспособленность или привыкание. Это процесс постепенного перерождения физиологических, морфологических или психологических функций существа в условиях изменившейся среды обитания. Изменениям подвергаются как отдельные особи, так и целые популяции.

Яркий пример адаптации непосредственной и косвенной – выживание растительного и животного мира в зоне повышенной радиации вокруг Чернобыльской АЭС. Непосредственная приспособляемость свойственна тем особям, которые сумели выжить, привыкнуть и начать размножаться, некоторые не выдержали испытания и погибли (косвенная адаптация).

Так как условия существования на Земле меняются постоянно, процессы эволюции и приспособленности в живой природе также являются процессом непрерывным.

Свежий пример адаптации – изменение среды обитания колонии зеленых мексиканских попугаев аратингов. С недавних пор они изменили привычное место обитания и поселились в самом жерле вулкана Масая, в среде, постоянно пропитанной серным газом высокой концентрации. Ученые еще не дали объяснение этому феномену.

Виды адаптации

Изменение всей формы существования организма представляет собой функциональную адаптацию. Пример адаптации, когда изменение условий приводит к обоюдному приспосабливанию живых организмов друг к другу, представляет собой коррелятивное приспособление или коадаптацию.

Приспособление может быть пассивным, когда функции или строение субъекта происходят без его участия, или активным, когда он сознательно изменяет свои привычки под стать окружающей среде (примеры адаптации людей к природным условиям или социуму). Бывают случаи, когда субъект приспосабливает окружающую среду под свои потребности – это объективная адаптация.

Биологи разделяют виды адаптации по трем признакам:

• Морфологические.
• Физиологические.
• Поведенческие или психологические.

Примеры адаптации животных или растения в чистом виде редки, большинство случаев привыкания к новым условиям происходит в смешанных видах.

Морфологические адаптации: примеры

Морфологические изменения – это произошедшие в процессе эволюции изменения формы тела, отдельных органов или всего строения живого организма.

Ниже приведены морфологические адаптации, примеры из животного и растительного мира, которые мы рассматриваем как само собой разумеющееся явление:

• Перерождение листьев в колючки у кактусов и других растений засушливых регионов.
• Панцирь черепахи.
• Обтекаемые формы тела жителей водоемов.

Физиологические адаптации: примеры

Приспособление физиологическое – это изменение ряда химических процессов, происходящих внутри организма.

• Выделение цветами сильного запаха для привлечения насекомых способствует запылению.
• Состояние анабиоза, в которое способны входить простейшие организмы, позволяет им сохранять жизнедеятельность через многие годы. Старейшая способная к размножению бактерия имеет возраст 250 лет.
• Накопление подкожного жира, который преобразуется в воду, у верблюдов.

Поведенческие (психологические) адаптации

С психологическим фактором больше связаны примеры адаптации человека. Поведенческие характеристики свойственны флоре и фауне. Так, в процессе эволюции изменение температурного режима заставляет некоторых животных впадать в спячку, птиц – улетать на юг, чтобы возвратиться весной, деревья – сбрасывать листву и замедлять движение соков. Инстинкт выбора наиболее подходящего партнера для продолжения рода движет поведением животных в брачный период. Некоторые северные лягушки и черепахи полностью замерзают на зиму и оттаивают, оживают с наступлением тепла.

Факторы, вызывающие потребность в переменах

Любые процессы адаптации — это ответная реакция на факторы экологии, которые ведут к изменению окружающей среды. Такие факторы подразделяются на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы – это влияние живых организмов друг на друга, когда, к примеру, исчезает один вид, который служит пищей другому.

Абиотические факторы – это изменения в окружающей неживой природе, когда меняется климат, состав почвы, обеспеченность водой, циклы солнечной активности. Физиологические адаптации, примеры влияния абиотических факторов — экваториальные рыбы, которые могут дышать и в воде, и на суше. Они хорошо приспособились к условиям, когда пересыхание рек – частое явление.

Антропогенные факторы – влияние человеческой деятельности, которое изменяет окружающую среду.

Приспособления к среде обитания

• Освещенность. У растений – это отдельные группы, которые отличаются потребностью в солнечном освещении. На открытых пространствах хорошо живут светолюбивые гелиофиты. В противоположность им — сциофиты: растения лесных чащ, хорошо себя чувствуют в затененных местах. Среди животных также есть особи, чья физиологическая адаптация рассчитана на активный образ жизни в ночное время или под землей.
• Температура воздуха. В среднем для всего живого, в том числе и человека, оптимальной температурной средой считается диапазон от 0 до 50 ^оС. Однако жизнь есть практически во всех климатических регионах Земли.

Противоположные примеры адаптации к аномальным температурам описаны ниже.

Арктические рыбы не замерзают благодаря выработке в крови уникального антифризного белка, который не дает крови заледенеть.

Простейшие микроорганизмы обнаружены в гидротермальных источниках, температура воды в которых превышает градус кипения.

Растения-гидрофиты, то есть те, что живут в воде или около нее, погибают даже при незначительной потере влаги. Ксерофиты, наоборот, приспособлены жить в засушливых регионах, и погибают при большой влажности. Среди животных природа также поработала над адаптацией к водному и безводному окружению.

Адаптация человека

Способности человека к приспособлению поистине грандиозны. Секреты человеческого мышления раскрыты далеко не полностью, и тайны адаптивной способности людей еще долго будут загадочной темой для ученых. Превосходство Гомо сапиенса перед другими живыми существами — в способности сознательно менять свое поведение под требование окружающей среды или, наоборот, окружающий мир под свои потребности.

Гибкость поведения человека проявляется ежедневно. Если дать задание: «приведите примеры адаптации людей», большинство начинает вспоминать исключительные случаи выживания в экстремальных условиях. Это редкие случаи, а социальная адаптация в новых для себя обстоятельствах свойственна человеку ежедневно. Мы примеряем на себя новую обстановку в момент рождения на свет, в детском саду, школе, в коллективе, при переезде в другую страну. Именно это состояние принятия новых ощущений организмом называют стрессом. Стресс является психологическим фактором, но тем не менее под его воздействием меняются многие физиологические функции. В случае, когда человек принимает новую среду как положительную для себя, новое состояние становится привычным, а иначе стресс грозит стать затяжным и привести к ряду серьезных заболеваний.

Механизмы приспособления человека

Существуют три типа адаптации человека:

• Физиологическая. Самые простые примеры – акклиматизации и приспособленность к смене часовых поясов или суточного режима работы. В процессе эволюции сформировались различные типы людей, в зависимости от территориального места проживания. Арктический, высокогорный, континентальный, пустынный, экваториальный типы значительно разнятся физиологическими показателями.
• Психологическая адаптация. Это способность человека находить моменты понимания с людьми разных психотипов, в стране с иным уровнем менталитета. Человеку разумному свойственно менять свои устоявшиеся стереотипы под влиянием новой информации, особых случаев, стресса.
• Социальная адаптация. Тип привыкания, который свойственен только человеку.

Все адаптивные типы тесно связаны между собой, как привило, любая смена привычного существования вызывает в человеке потребность в социальной и психологической адаптации. Под их воздействием приходят в действие механизмы физиологических изменений, которые тоже подстраиваются под новые условия.

Такая мобилизация всех реакция организма названа адаптационным синдромом. Новые реакции организма появляются в ответ на резкие изменения обстановки. На первой стадии — тревоги — наблюдается изменение физиологических функций, изменения в работе обмена веществ и систем. Далее подключаются защитные функции и органы (в том числе мозг), начинают включать свои защитные функции и скрытые возможности. Третья стадия адаптации зависит от индивидуальных особенностей: человек или включается в новую жизнь и входит в обычное русло (в медицине в этот период наступает выздоровление), или же организм не принимает стресса, и последствия принимают уже негативную форму.

Феномены человеческого организма

В человеке заложен природой огромный запас прочности, который используется в повседневной жизни только в незначительном объеме. Проявляется он в экстремальных ситуациях и воспринимается как чудо. На самом же деле чудо заложено в нас самих. Пример адаптации: способность людей адаптироваться к нормальной жизни после удаления значительной части внутренних органов.

Природный врожденный иммунитет на протяжении жизни может укрепляться рядом факторов или же, наоборот, ослабевать при неправильном образе жизни. К сожалению, увлечение вредными привычками – это тоже отличие человека от других живых организмов.

Физиологическая адаптация. Определение и примеры

Физиологическая адаптация
сущ. , множественное число: физиологическая адаптация
Определение: метаболическая или физиологическая адаптация в ответ на стимул окружающей среды, приводящая к улучшению способности справляться с изменяющейся средой

Содержание

Если мы посмотрим на историю эволюции, то обнаружим, что ни самые гениальные и умные, ни самые сильные и выносливые не выдерживают испытаний, поставленных природой. Наоборот, природа выбирает наиболее приспособленные виды для дальнейшего биологического пути в эволюционной шкале времени. Адаптация — это биологический процесс, который делает вид в высшей степени приспособленным (как генотипически, так и фенотипически) ко всем изменениям, происходящим в окружающей его среде. Чарльз Дарвин также указывал на тот же факт, что только те виды, которые имеют высокую «биологическая приспособленность» , то есть способность приспосабливаться к изменениям в окружающей среде, будут выбраны природой для передачи своих генов следующему поколению. Таким образом, адаптации в основном являются результатом естественного отбора.

Определение физиологической адаптации

Рисунок 1: Блок-схема, объясняющая, как происходит адаптация. Источник: Akanksha Saxena of Biology Online.

Из всех различных типов адаптации физиологические адаптации демонстрируют богатство разнообразия, функций и значения почти во всех формах жизни на этой планете. Итак, на вопрос, что такое физиологическая адаптация, ее можно определить как «набор текущих типов внутриклеточных, биохимических и метаболических приспособлений внутри тела организма с целью поддержания его в равновесии при любых условиях окружающей среды ». Эта форма адаптации продолжает развиваться с течением времени, принимая различные формы в соответствии с потребностями организма; следовательно, он динамичен по своей природе. Для обеспечения средств к существованию и репродуктивного преимущества адаптация растений и животных к окружающей среде является основной движущей силой продолжения существования вида, независимо от того, насколько экстремальной является конкуренция в окружающей среде, климате, ресурсах или нишах.

Как происходит адаптация? Природа время от времени бросает множество вызовов каждому виду. Это может быть поиск:

• Подходящее место для жизни
• Доступность ресурсов (еда, вода, солнечный свет, питательные вещества и т. д.)
• Борьба за пару (для производства потомства и передачи генов)

Итак , мы понимаем, что все эти проблемы возникают как различные стимулы для организма или вида. Проблемы вместе с ними приносят много давления и стресса. Чтобы противостоять этим стрессам, виды на протяжении миллионов лет вырабатывают набор из «адаптивные ответы» .

Физиологическая адаптация (биологическое определение): метаболическая или физиологическая адаптация в клетке или тканях организма в ответ на стимул окружающей среды, приводящая к улучшению способности этого организма справляться с изменяющейся средой. Это также может быть ответ организма на конкретный внешний раздражитель для поддержания гомеостаза.

Примеры физиологических адаптаций: дубление кожи при длительном воздействии солнца, образование мозолей на руках в ответ на повторяющийся контакт или давление, а также способность некоторых организмов поглощать питательные вещества при низком давлении кислорода.

Типы адаптаций

В основном существует 3 типа адаптаций, а именно структурные адаптации , поведенческие адаптации, и физиологические адаптации .

A. Структурная адаптация

Роль: Вносить изменения в физическую структуру вида с течением времени, чтобы сделать его физически оснащенным.
Примеры: Изменения размеров тела, окраски, формы органов и придатков.
Природа адаптации: обычно наследственная и относится к трансгенерационным адаптациям.

• В царстве растений механизм защиты от жары таков, что у пустынных растений развиваются толстые стебли и редуцированные листья, называемые колючками. Эти изменения в физических особенностях помогают им хорошо адаптироваться к сильной жаре.
• В животном мире камуфляж является прекрасным примером. Хамелеоны могут уклоняться от своих хищников, поскольку они меняют свой внешний вид, то есть цвет, и становятся незаметными для глаз.

Рисунок 2: Структурные адаптации растений: редуцированные листья, называемые колючками у пустынных растений (слева). Структурные адаптации у животных: хамелеоны могут менять цвет тела (слева).

B. Поведенческие адаптации

Роль: Ответственный за изменения в поведении и способах поведения представителей вида.
Примеры: миграционные навыки, спячка, способность улавливать насекомых у насекомоядных растений и брачное поведение у птиц и животных.
Характер адаптации: Обычно не передаются по наследству от одного поколения к другому, а усваиваются каждым организмом вида в течение его жизни.

• В царстве растений различные типы тропизмов, такие как фототропизм, тигмотропизм, гравитропизм, и т. д. являются поведенческими адаптациями. Растения выращивают свои побеги по направлению к источнику света, чтобы максимизировать урожай фотосинтеза.
• В царстве животных миграционное поведение птиц важно для выживания в невзгодах одной среды обитания, в которой они в основном живут. Они перемещаются из одной среды обитания в другую в поисках пищи, места для жизни и размножения.

Рисунок 3: Гравитропизм и фототропизм: реакция растений на свет и гравитацию. Источник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

C.

Физиологические адаптации

Эти адаптации представляют собой физиологические реакции организма на изменения в его микро – и макросреде. Они придают организму улучшенную способность адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды, воздействуя на клеточные, физиологические, метаболические, и биохимические уровни . В биологии определение физиологической адаптации звучит как «изменения в основном метаболизме организма для поддержания гомеостаза в самых неблагоприятных условиях и тенденциях окружающей среды» . Здесь нам становится важным понять два основных термина: метаболом и гомеостаз .

• Метаболом представляет собой совокупность всех метаболитов, вырабатываемых всеми клетками организма в ходе метаболической активности, которую он осуществляет для поддержания жизни и основного функционирования. Таким образом, Metabolome дает нам четкое измерение и считывание физиологических характеристик и состояния организма. Чтобы приспособиться к экстремальным условиям, клетки организма должны вести себя по-другому, производя таким образом совершенно новый или измененный спектр метаболитов, которые могут способствовать легкой акклиматизации к новым условиям.
• Гомеостаз — это механизм организма для поддержания достаточно стабильного равновесия. Останется ли тело в этом естественном физиологическом равновесии или нет, определяется балансом между двумя основными факторами: новыми условиями окружающей среды и способностью организма реагировать. Посмотрите на рисунок ниже, чтобы понять, что такое поддержание гомеостаза и какую существенную роль в нем играет физиологическая адаптация.

Рисунок 4: Схематическое представление того, как гомеостаз зависит от многих факторов и как физиологические адаптации помогают организму справляться с неблагоприятными условиями окружающей среды. Если какие-то физиологические приспособления уже существуют, то гомеостаз сильно не нарушается; даже если это нарушено, с этим легко справиться. Но если возникают какие-то новые крайности, метаболом действует быстро, приобретая некоторые физиологические признаки, чтобы спасти организм от любой гибели. Источник: Akanksha Saxena of Biology Online.

ПРОЧИТАЙТЕ: Физиологический гомеостаз. Учебное пособие по биологии

Теперь, когда мы знаем, как определить физиологическую адаптацию в более широком аспекте, давайте перейдем к пониманию ее природы.

Природа физиологических адаптаций

Существует много противоречий во мнениях относительно ее природы, является ли она наследственной или нет. Любая способность организма на клеточном уровне должна управляться генетической структурой организма. Теперь, поскольку физиологическая адаптация является проявлением клеточных и метаболических изменений, она должна быть определена генетически и, следовательно, передаваться по наследству от одного поколения к другому.

Напротив, поскольку организм обладает высокой способностью приобретать внутренние изменения в течение своей жизни в ответ на измененные внешние условия (например, загар), физиологические адаптации, по-видимому, не являются наследственными или генетически обусловленными, а скорее приобретаются в течение жизни.

В биологии под адаптацией понимают приспособление или изменения в поведении, физиологии и структуре организма, чтобы он стал более приспособленным или приспособленным к окружающей среде. Согласно теории эволюции Чарльза Дарвина путем естественного отбора, организмы приспосабливаются к окружающей среде, чтобы стать более приспособленными для выживания и передачи своих генов следующему поколению. Однако, в отличие от эволюционной адаптации, которая включает трансгенерационную адаптацию, физиологическая адаптация, как правило, имеет узкий масштаб и включает в себя реакцию человека на определенный, обычно узкий диапазон стимулов.

Функции физиологических адаптаций

Какова роль физиологических адаптаций в организмах и в окружающей среде? Вот некоторые из них:

• Физиологические адаптации способствуют выживанию организмов в их экологических нишах.
• Физиологическая адаптация способствует нормальному росту и развитию.
• Физиологическая адаптация помогает регулировать температуру тела, давление, ионный баланс и скорость метаболизма.
• Физиологическая адаптация, связанная с сохранением ресурсов (вода/питательные вещества) или максимизацией ресурсов (солнечный свет/ионы)

Примеры физиологической адаптации

Примеры физиологической адаптации в различных царствах:

Грибы и бактерии

• 1 Разработка антибиотиков и противогрибковых средств резистентность : Бактерии и грибы очень быстро развиваются и имеют огромный диапазон изменчивости в своих популяциях. При воздействии этих агентов, препятствующих росту, стрессовые условия вызывают быстрые спонтанные мутации. А когда резистентные размножаются, у них появляется сильная способность к распространению даже при использовании антибиотиков.
• Устойчивость к тяжелым металлам : R-плазмиды (плазмиды устойчивости) придают различные типы устойчивости к бактериям, включая устойчивость к тяжелым металлам; например, устойчивость к ртути, которая весьма смертельна, если с ней не бороться.
• Белки-антифризы : Присутствие белков-антифризов впервые было обнаружено у животных, а затем и у растений. Эти белки предотвращают образование и увеличение внеклеточных кристаллов льда и тем самым защищают клетки от значительного повреждения клеточной мембраны кристаллической структурой.

Рисунок 5: Белки-антифризы связываются с увеличивающимися кристаллами льда и предотвращают их перекристаллизацию и дальнейший рост в растениях. Кредит изображения: Растения и пипетки.

Растения

• Механизм CAM : Это механизм временного разделения для концентрации и фиксации углерода. Растения засушливых районов концентрируют CO ₂ только ночью, чтобы уменьшить эвапотранспирацию и фиксировать углерод в дневное время. Это физиологическая адаптация у ананаса, нефрита, кактусов и т. д.
• Производство яда : Для защиты от травоядных многие растения вырабатывают механизмы производства яда; как у крапивы двудомной и многих растений семейства пасленовых.
• Покой семян растений в прибрежных районах : Из-за чрезвычайно засоленных условий семена растений в прибрежных районах приспособились к состоянию покоя и прорастанию, когда условия становятся подходящими. Пример — мангровые заросли.

Рисунок 6: Примеры установок с механизмом CAM. Слева: ананас. Справа: кактусы (вверху) и множество орхидей (внизу).

Другие примеры: Регулирование воды для растений

Животные и люди

Чтобы животные могли эффективно функционировать в любой данной среде, адаптация к окружающей среде является необходимым условием. Вот несколько примеров адаптации у животных:

• Производство яда : Это физико-химическая адаптация, которая помогает животным отгонять хищников и легче захватывать добычу. Примеры: змей, пчел, пауков.
• Концентрация мочи : Пустынные животные живут в засушливых, засушливых и экстремальных условиях и нуждаются в адаптации животных, которая может дать им возможность выжить даже в условиях острой нехватки воды. Для этого в их почках существует модифицированный механизм концентрации мочи. Примеры: лиса фенек, верблюды и т. д.
• Производство неприятного запаха : Чтобы отпугнуть всех потенциальных хищников или конкурентов, скунс производит характерное, отвратительное химическое вещество и распыляет его.
• Дубление (у людей) : Эта адаптация является наиболее важной для людей, живущих в диапазоне температур 23-46 ºC, так как в этой зоне различаются уровни и интенсивность УФ-В излучения в зависимости от времени года.
• ВИИТ (у людей) : Многие недавние исследования показывают, что высокоинтенсивная интервальная тренировка (ВИИТ) придает людям очень высокую выносливость и помогает избежать большинства хронических проблем со здоровьем, связанных с современным образом жизни. Он действует на физиологическом уровне клетки и увеличивает митохондриальный биогенез в клетках человеческого тела, тем самым усиливая его.

Рисунок 7: При угрозе скунс издает неприятный запах, чтобы отпугнуть хищников. Источник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Другие примеры: Регулирование содержания воды для животных

Интересный факт: Интересный пример, когда сочетание структурной, поведенческой и физиологической адаптации помогает организму!!

Венерина мухоловка

Структура: Структура этого насекомоядного растения представляет собой структурную адаптацию, развившуюся в течение миллионов лет. Основная структурная структура такова, что когда насекомое приземляется и механосенсоры воспринимают сигнал прикосновения, они самопроизвольно закрывают ловушку.

Поведенческий: Поведенческий аспект — это закрывающий механизм, работающий за счет передачи электрического заряда. Только когда установлен определенный потенциал, ловушка закрывается.

Физиологический: И последним физиологическим аспектом адаптации здесь является выделение нектара через края листьев для привлечения добычи и присутствие пищеварительных ферментов внутри растения для метаболизма и переваривания насекомых.

Рисунок 8: Механизм улавливания насекомых венериной мухоловкой. Источник: Hedrich R., 2018

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о физиологической адаптации.

Викторина

Выберите лучший ответ.

1. Что такое физиологическая адаптация?

Метаболическая или физиологическая адаптация живого существа

Химическая или физическая адаптация неживого существа

Генотипическая или фенотипическая адаптация живого или неживого существа

2. Что из перечисленного НЕ является физиологической адаптацией?

Выщелачивание горных пород

Дубление кожи

Мозоли

3. Тип адаптации, включающий изменение поведения

Структурная адаптация

Поведенческая адаптация

Физиологическая адаптация 9020 в физической структуре организма

Структурная адаптация

Поведенческая адаптация

Physiological adaptation

5. The mechanism of the body to maintain fairly stable equilibrium

Adaptation

Metabolome

Homeostasis

Send Your Results (Optional)

Your Name

To Email

Next

Структурные и физиологические адаптации – биом чапараля

Структурные адаптации животных

Использование площади поверхности: соотношение объемов у млекопитающих
Для животных, живущих в жаркой и сухой среде, такой как биом чапараля, гомеостаз может быть исключительно трудным из-за условий. Хотя существует ряд способов, которыми животные, населяющие такой регион, как биом чапараля, могут реагировать на повышение температуры, одним из наиболее распространенных является использование млекопитающими отношения площади поверхности к объему. Млекопитающие управляют своей внутренней температурой с помощью больших участков открытой кожи с небольшим внутренним объемом, таких как хвосты, ноги или уши. Эти области имеют большую площадь поверхности, через которую может выходить тепло, и малый объем, что позволяет теплу проходить более эффективно. Например, у чернохвостого зайца очень большие уши, длина которых может достигать трети его тела. Большие уши зайца содержат десятки мелких кровеносных сосудов, которые расширяются, когда животному жарко, позволяя большему количеству крови течь через уши и подвергаться воздействию внешней среды, охлаждая кровь по мере ее движения. Когда заяц холодный, кровеносные сосуды сужаются, уменьшая количество крови, проходящей через уши. С помощью этого приспособления заяц может очень эффективно поддерживать внутреннюю температуру тела. Эту адаптацию можно найти и у ряда других пустынных млекопитающих, таких как лисы, кролики, мыши и грызуны.

Мех и перья пустынных существ
Различные условия в биоме чапараля (жарко днем ​​и прохладно или холодно ночью) требуют покровного слоя, который не перегревает животных и может эффективно испарять пот, а также обеспечивает некоторое тепло во время холодные ночи. Млекопитающие, живущие в такой среде, обычно имеют короткую компактную шерсть, которая хорошо вентилируется и позволяет быстро испаряться поту, охлаждая животных намного быстрее. Птицы также имеют аналогичные приспособления, многие из которых способны взъерошивать или сплющивать свои перья, что позволяет им регулировать теплообмен. Одним из таких примеров животного со специализированной шерстью является страус, у которого нет перьев на голове, шее и ногах, но есть пушистый перья на спине и животе. Отсутствие перьев позволяет теплу более эффективно отводить тепло, а густая шерсть перьев защищает спину страуса от солнца

Структурные адаптации растений

Маленькие восковые листья и твердая кора
В чапаралевом биоме, где в летние месяцы выпадает мало осадков или они вообще отсутствуют, растениям необходимо поддерживать уровень воды и минимизировать потери воды, это делается несколькими способами. Потеря воды снижается в основном за счет структурных приспособлений, таких как маленькие восковые листья с толстой кутикулой, уменьшенный размер позволяет меньше подвергаться воздействию солнца, а восковой слой над толстой кутикулой обеспечивает малое выделение воды через транспирацию. Листья этих растений обычно имеют несколько устьиц, что помогает дополнительно уменьшить количество влаги, теряемой растением. У растений также часто бывает ствол, покрытый твердой грубой корой, которая защищает дерево и сводит к минимуму потерю воды. Примеры растений в биоме чапараля с такой структурной адаптацией включают: мансаниту, кисть койота и кисть шалфея.

Специализированные корневые системы
В то время как растения в более влажных условиях могут прожить без воды всего несколько дней, растения в таких средах, как биом чапараля, способны выживать месяцами без влаги благодаря своей специализированной корневой системе. Корневая система растений имеет тенденцию выходить далеко за пределы их кроны и занимать большое пространство. Эти корни обычно располагаются близко к поверхности, где они могут поглощать максимально возможное количество воды из осадков. Корневая система обычно не уходит глубже трех футов, так как это максимальная глубина, на которую может попасть дождевая вода. Эти растения также имеют глубокие стержневые корни, которые уходят глубже под землю, позволяя им достигать более глубоких запасов воды. В то время как растения в биоме чапараля могут выглядеть разнесенными и разделенными, земля между ними обычно полна корней.

Физиологические адаптации животных

Концентрированная моча у млекопитающих
Другой способ, с помощью которого млекопитающие могут поддерживать уровень внутренней воды, выделяя более концентрированную мочу. Когда кровь проходит через почки, лишняя жидкость удаляется и выходит из организма вместе с другими отходами в виде мочи. Количество удаляемой из крови жидкости определяется тем, сколько воды употреблено животным, чем меньше воды употреблено, тем более концентрирована и наоборот. Животные в биоме чапараля, естественно, имеют очень концентрированную мочу, что означает, что вода практически не тратится впустую, и жидкости могут быть реабсорбированы обратно в тело животного. Эта адаптация демонстрируется большинством млекопитающих в биоме чапараля, где удержание воды имеет решающее значение для выживания.

Низкий метаболизм
В биоме чапараля, где трудно найти пищу, животным необходимо экономить энергию. Одним из способов сохранения энергии животными является низкий уровень метаболизма, а это означает, что организму требуется меньше средств к существованию для поддержания себя. Эти животные автоматически замедляют химические реакции в своем организме, когда пищи не хватает. Некоторые птицы и мелкие млекопитающие обладают способностью снижать свой метаболизм, что означает, что им требуется меньше энергии, но за счет меньшего выхода энергии.

Физиологическая адаптация растений

Метаболизм крассуловой кислоты (CAM)
Метаболизм крассуловой кислоты представляет собой форму фотосинтеза, при которой потеря воды снижается за счет закрытия устьиц в течение дня, что снижает транспирацию через устьица. Устьица открываются ночью для поглощения углекислого газа, который ночью накапливается в вакуолях, а днем ​​преобразуется в энергию путем фотосинтеза. Этот метод также увеличивает эффективность реакции фотосинтеза. CAM используется растениями в засушливой среде, где фотосинтез в течение дня приводит к слишком большой потере воды, что затрудняет выживание.

Эфемерные жизненные циклы
Растения в биоме чапараля часто полагаются на воду, чтобы начать свой цикл размножения. Семена некоторых видов часто могут месяцами ждать между дождями, пока не будет достигнут подходящий уровень влажности. Из-за ненадежного характера дождя в окружающей среде растения имеют эфемерный (короткий) жизненный цикл. Многие виды могут завершить свой жизненный цикл всего за несколько недель, используя доступную воду. В засушливые периоды многие растения впадают в спячку, и семена не прорастают. Когда выпадет дождь, растения снова прорастут, и семена начнут расти, таким образом, казалось бы, засушливый ландшафт может быть преобразован за несколько дней, когда сотни спящих растений возвращаются к жизни.