Экологическая ниша и адаптация организмов к условиям среды реферат

Обновлено: 02.07.2024

Адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — это динамический процесс, благодаря которому подвижные системы живых организмов, несмотря на изменчивость условий, поддерживают устойчивость, необходимую для существования, развития и продолжения рода. Именно механизм адаптации, выработанный в результате длительной эволюции, обеспечивает возможность существования организма в постоянно меняющихся условиях среды.

Биологическая адаптация — приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.

Целью моей работы является изучение биологических и социальных аспектов адаптации человека, ее опосредованный характер.

1. Биологические и социальные аспекты адаптации человека

Экология человека (или социальная экология) — это область экологии, изучающая взаимодействие человеческого общества и окружающей среды. Она выделилась (сформировалась) в 70-е гг. XX века как самостоятельный раздел общей экологии, главной особенностью которого является междисциплинарный характер, т.к. в нём обобщены социологические, философские, географические, естественно-научные и медико-биологические проблемы.

Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации, наднациональные ассоциации (различающиеся по способу производства, укладу жизни) и, наконец, человечество в целом.

Большое значение в определении размера антропоэкологической системы имеют природные условия: наиболее многочисленные современные популяции, объединяющие более 80% человечества, обитают на 44% суши в области тропических лесов и саванн. В засушливых зонах (18% суши) обитает лишь 4% населения.

Благодаря биосоциальной природе человека адаптации его к условиям обитания имеют отчасти биологическую, психологическую и социальную природу. В настоящее время преобладающее значение для освоение человеком новых сред обитания и создания лучших условий жизни в уже освоенных средах имеют социально-гигиенические мероприятия, результатом которых служит совершенствование комфорта в местообитаниях людей. Адаптации создаются по отношению к факторам как природной, так и искусственной Среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер.

Каждый человек представляет собой индивидуальность, поэтому экологические и социальные адаптации дополняются психологическими. Индивидуальные и групповые адаптации человека в отличие от биологических адаптаций других организмов обеспечивают наряду с выживанием и воспроизведением потомства выполнение им социальных функций, важнейшей из которой является трудовая деятельность.

Важную роль в процессе экологической адаптации человека играет состояние естественных приспособительных и защитных механизмов, составляющих биологическое наследство людей. Достаточно демонстративно эта роль выявляется при переходе в местообитания с экстремальными условиями, которые проявляются благодаря наличию на заселяемой территории экологического фактора или комбинации факторов, оказывающих на здоровье человека выраженное неблагоприятное воздействие.

Таким образом, длительное существование групп людей на территориях, различающихся преобладающими климатическими факторами, привело к образованию воспроизводящихся в ряду поколений комплексов физиологических и психосоматических признаков. Эти комплексы соответствуют экологическим типам людей и обусловливают более высокий уровень приспособленности к проживанию в определенной биогеографической среде за счет адаптивных процессов. Такое положение свидетельствует об относительности понятия экстремальности природных условий в тех или иных регионах планеты. Вместе с тем перед человечеством стоит задача последующего освоения и заселения малокомфортных территорий — пустынь и полупустынь, высокогорных, полярных, тропических районов (на долю которых приходится 69% поверхности), космоса.

Благодаря наиболее высокому уровню организации человека, которого он достиг как биосоциальное, его взаимоотношение со средой обитания имеют существенные особенности.

Во-первых, человек в отличие от животных не только пользуется природными ресурсами, но, действуя на окружающую среду целенаправленно и осознано, господствует над ней, адаптирует условия к своим потребностям. Это достигается благодаря наличию высокоорганизованной психики (психосоматическая адаптация), что позволяет ему заселять самые разнообразные условия обитания.

Во-вторых, человечество представляет собой единственный на Земле вид, обитающий повсеместно, что превращает его в экологический фактор с глобальным распространением влияния. Благодаря воздействию на все главные компоненты биосферы влияние человечества достигается в самых отдаленных экологических зон планеты. Печальным примером этому служит, в частности, обнаружение ДДТ в печени пингвинов и тюленей, отловленных в Антарктиде, где никогда ни один из этих инсектицидов не применялся. Еще одна особенность человека как экологического фактора заключается в активном, целенаправленным, осознанном воздействии на окружающую среду. Сознание человека обращается им на изменение Среды обитания. Экологический оптимум существования человека на основе его биологических и психических процессов ограничен, и возможность широкого расселения достигается не путем изменения людьми их собственной физиологии и психики, а путем создания очеловеченной Среды.

Созданием вокруг себя искусственной среды обусловливается также и специфика человека как объекта действия экологических факторов. Это действие всегда опосредовано результатами производственной деятельности людей. В результате естественные экосистемы вытесняются антропогенными экосистемами, абсолютно доминирующим экологическим фактором которых является сам человек. Среда обитания человека таким образом включает биоприродный и социально-культурный компоненты, или естественную и искусственную Среды. Причем, в естественной и культурной средах человек представлен как биосоциальное существо.

Факторы естественной и искусственной среды оказывают на человека постоянное влияние. Результаты действия природных факторов, различающихся в различных районах обитаемой части планеты, на протяжении истории человечества проявляются в настоящее время в экологической дифференциации населения Земного шара, подразделении его на расы и адаптивные типы. Социальные факторы обусловливают образование и закономерную смену хозяйственно-культурных типов сообщества людей (охотники, рыболовы и т. п.). Биологические характеризуют формирования этносов (народы, нации).

Формирование хозяйственно-культурных типов и этносов зависит от естественной среды обитания людей. Эта зависимость была наиболее сильна на ранних стадиях развития человеческого общества. Однако уже тогда и особенно в более поздние периоды развития человечества зависимость формирования хозяйственно-культурных и этнических типов от природных условий опосредовалась уровнем социально-экономического и культурного развития народа. На всех этапах истории общество осознано приспосабливает окружающую среду к собственным нуждам. Инструментом этого приспособления, связующим звеном между естественной и очеловеченной средой, служит разум и направленная трудовая деятельность людей, в процессе которой человек создает хозяйственную и культурную среду, от которой зависят образ жизни, показатели здоровья, структура заболеваемости.

Главная линия развития экологии человека в настоящее время нацелена на решение проблем управления средой, выработку путей рационального природопользования, оптимизации условий жизни людей в различных антропоэкологических системах.

2. Биологические и социальные аспекты адаптации населения

Главная отличительная черта антропоэкологических систем — наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль. Сообщества людей различаются по способу производства материальных ценностей и структуре социально-экономических отношений. Активностью сообществ людей на занимаемой территории определяется уровень воздействия их на окружающую среду. Развивающиеся сообщества (например, в период индустриализации) характеризуются ростом численности населения и увеличением потребностей его в продуктах питания, сырье, водных ресурсах, размещении отходов. В таких сообществах увеличена нагрузка на природную среду, интенсифицировано использование биотических и абиотических факторов.

В антропоэкологических системах процессы осуществляются в двух главных направлениях: 1) изменяются биологические и социальные показатели индивидуумов и сообщества в целом как ответ на требования, предъявляемые человеку средой; 2) осуществляется перестройка самой среды для удовлетворения требований человека. В истории человечества усиливалась роль второго направления.

Адаптации человека к условиям обитания имеют частично экологическую, но главным образом социальную природу. Адаптации формируются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Экологические и социально-экономические адаптации дополняются психологическими адаптациями, поскольку каждый человек индивидуален.

Индивидуальные и групповые адаптации человека, в отличие от биологических адаптации растений и животных, обеспечивают наряду с выживанием и воспроизведением потомства выполнение им социальных функций, важнейшей из которых является общественно — полезный труд. Индивидуальные и групповые адаптации человека включают оптимизацию условий жизни и производственной деятельности (устройство жилищ и других помещений, конструкцию одежды, организацию питания и водоснабжения, рациональный режим труда и отдыха, сознательную тренировку организма и др.).

Хотя в основе адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, важная роль принадлежит также естественным приспособительным и защитным механизмам, которые составляют биологическое наследство человека. Хорошо иллюстрируется роль естественных механизмов при переходе человека в экстремальные условия местообитаний (высокогорье; Арктика с её суровым климатом, необычными атмосферными явлениями и пониженным содержанием микроорганизмов в почвах и воздухе, специфической сменой дня и ночи). Как правило, люди, привыкшие жить в умеренных широтах, при перемещении в Заполярье болезненно реагируют на перемены, испытывают болезненные ощущения и длительно могут находиться в ухудшившемся состоянии (повышается артериальное давление, учащается пульс, падает работоспособность, снижается до 3000-3500 в 1 мм3 количество лейкоцитов). По прошествии определённого времени функциональные показатели возвращаются к нормальному уровню, восстанавливается работоспособность, оперативная память, защитные механизмы организма. Происходит акклиматизация человека к новым условиям обитания, основным критерием которой является восстановление высокого уровня трудоспособности. В основе акклиматизации лежат естественные приспособительные механизмы организма человека.

Продолжительное проживание групп людей на территориях, различающихся климатическими, алиментарными и другими экологическими факторами, привело к образованию воспроизводящихся в ряду поколений признаков и их комплексов. В результате возникли экологические типы людей, обладающие более высоким уровнем приспособленности (за счёт естественных адаптационных механизмов) к проживанию в конкретной биогеографической среде.

Однако перед человечеством стоит серьёзная задача более глубокого освоения мало — или совсем незаселённых территорий, которые составляют 71% поверхности Земли (пустыни, полупустыни, высокогорные, полярные, тропические районы, дно морей и океанов). Кроме того, человек в результате своей хозяйственной деятельности сам создаёт экстремальные условия среды, к которым ему необходимо адаптироваться. Это также одна из серьёзных медико-биологических проблем экологии человека.

3. Опосредованный характер адаптации

Адаптации человека к факторам окружающей среды носят опосредованный характер.

Действие экологических факторов всегда опосредовано результатами производственной деятельности людей. В процессе труда человек своей собственной деятельностью опосредует, регулирует и контролирует обмен веществ между своим организмом и природой. К тому же естественные экосистемы в настоящее время всё больше вытесняются антропогенными экосистемами, в которых человек является абсолютно доминирующим экологическим фактором.

Для каждого вида характерны фундаментальная и реальная экологическая ниша. Фундаментальная экологическая ниша – комплекс экологических факторов, необходимых для определённого вида при отсутствии конкуренции и реальная экологическая ниша – которая доступна для вида в присутствии его конкурентов. Иными словами, фундаментальная экологическая ниша характеризует потенциальные возможности вида, а реальная – ту их часть, которая может осуществляться в данных условиях, при данной доступности ресурса, поэтому реальная ниша всегда меньше, чем фундаментальная.

При освобождении одной экологической ниши, например, вследствие вымирания определённого вида организмов, занимавших данную нишу, другой вид адаптируется к условиям освобожденной и заполнит её. Два вида с одинаковыми потребностями не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. Один из таких видов всегда будет иметь преимущество над другим, что через некоторое время приведёт к вытеснению слабого вида. Этот принцип конкурентного вытеснения получил названия принцип Гаузе.

В результате эволюции и естественного отбора у организмов вырабатываются наследственно закреплённые особенности, обеспечивающие устойчивость к воздействию абиотических факторов среды и успешной конкуренции с другими видами.

Адаптация (лат. Приспособление) как процесс и результат приспособления организмов к условиям окружающей среды является фундаментальным свойством живой природы. 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.

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

Адаптации разделяются на морфологические, физиологические и этомологические. Морфологические адаптации сопровождаются изменением в строении организма.

Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма. Например способность верблюда накапливать в горбах жир и обеспечивать себя энергией и влагой путём окисления запасов жира. Наличие аромата и нектаров у цветков как припособление к привлечению опылителей . Способность к эхолокации у некоторых животных (летучие мыши, дельфины). Эта способность помогает им ориентироваться в пространстве с ограниченным освещением (в темноте, в воде).

Одной из важнейшей физиологической адаптаций организмов к условиям окружающей среды является способность млекопитающих и птиц сохранять постоянную температуру тела за счёт сложных биохимических реакций, протекающих внутри организма и уменьшать потери тепла благодаря шерстному и перьевому покрову.

Физиологическую адаптацию организма разделяют на генотипическую и фенотипическую. В основе генотипической лежат условия естественного отбора и мутаций, которые привели к изменениям в организмах целого вида или популяции. Именно в процессе этого типа адаптации были сформированы современные виды животных, птиц и человека. Генотипическая форма адаптации является наследственной. Фенотипическая форма адаптации обусловлена индивидуальными изменениями в конкретном организме для комфортного пребывания в определенных климатических условиях. Также может развиваться вследствие постоянного воздействия агрессивной среды. В результате организм приобретает устойчивость к ее условиям.

Этологические адаптации – изменения в поведении организмов. Например, сезонные миграции птиц и млекопитающих, накопление жира в осенний период, впадение в спячку в зимний период некоторых видов животных, выбор защищенных от ветра мест для ночлега, строительство нор и гнезд, групповые ночевки у грызунов.

Наиболее значимые для вида являются морфологические адаптации связанные с изменением строения тела. Например, у растений северных и высокогорных районов стелющиеся формы, меньше повреждающиеся ветрами, густой шерстный покров у северных млекопитающих, появление перепонок на лапах у водоплавающих птиц, обтекаемая форма тела у обитателей водоёмов и т.п..

Покровительственная окраска – окраска тела живых организмов, делающая их менее заметными в местах их обитания, как средство пассивной защиты от хищников. Обычно это цвета окружающего ландшафта, на фоне которых организм зрительно сливается с окружающей средой. Например, для некоторых насекомых это зелёный цвет растительности, для грызунов, пресмыкающихся - серые, землистые цвета почвы. Яйца птиц тоже бывают окрашены так, что при взгляде со стороны становятся почти не различимыми.

Предостерегающая окраска. Некоторые виды животных и насекомых имеют яркую, хорошо заметную окраску. Хищники, столкнувшиеся с ними надолго запоминают эту окраску и больше не нападают на них. Например предостерегающая окраска у шершней, ос, пчёл, некоторых видов земноводных.

Мимикрия – это окраска и форма тела у безобидных животных, зрительно схожая с той, которая присуща ядовитым видам.

Биохимические адаптации связаны с образованием определённых химических веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на другие организмы. Примерами могут служить ядовитые насекомые, змеи, некоторые виды ядовитых земноводных, грибы и пр.

Растения малоподвижны и ведут прикрепленный образ жизни. Так, для растений характерно снижение интенсивности процессов жизнедеятельности в неблагоприятные периоды: они сбрасывают листья, зимуют в виде погребенных в почву покоящихся органов – луковиц, корневищ, клубней, сохраняются в состоянии семян и спор в почве. У моховидных способностью к анабиозу обладает все растение, которое в сухом состоянии может сохраняться несколько лет.

Адаптации у разных организмов вырабатываются с разной скоростью. Наиболее быстро они возникают у насекомых, которые за 10–20 поколений могут приспособиться к действию нового инсектицида, чем объясняются неудачи химического контроля плотности популяций насекомых-вредителей. Процесс выработки адаптаций у растений или животных происходит медленно, в течение столетий.

Итак, адаптация - приспособленность, наследуемое соответствие строения, физиологии и поведения конкретным условиям жизни организма, обеспечивающее его выживание и размножение. Адаптация в этом смысле означает соответствие организации и функционирования организма в среде его обитания.

Содержание

Введение.
1.Понятие среды обитания.
2. Соответствие между организмами и условиями среды.
3.Адаптация к факторам среды
Заключение.
Список используемой литературы.

Вложенные файлы: 1 файл

Адаптации организмов к факторам среды.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский технический университет

Выполнил студент гр.3307: Яруллин Р.З.

Проверил ст.преподаватель: Чижевская Е.В.

1.Понятие среды обитания.

2. Соответствие между организмами и условиями среды.

3.Адаптация к факторам среды

Список используемой литературы.

Среда, в которой существуют организмы, оказывает на организмы регулирующее действие. Природные условия в различных районах планеты могут существенно различаться. В то же время жизнь обладает удивительным свойством адаптироваться к изменениям окружающей среды. И эти адаптации даже в удаленных и не связанных друг с другом районах, но с аналогичными условиями среды оказываются удивительно похожими, в результате чего там развиваются похожие формы жизни. Тем самым планета, а также Солнце, Луна, другие планеты и вообще весь космос как бы направляют эволюционные процессы в биосфере. Сама структура планеты, ее ландшафты, ее место в солнечной системе и во Вселенной в целом в совокупности с пройденным историческим путем (памятью) несут в себе в “закодированном” виде информацию о возможных формах жизни в этих условиях. Именно этот код и пытается разгадать наука в поисках закономерностей глобального эволюционного процесса. Может быть, именно это является своего рода генетическая программой, определяющей эволюцию планеты в данный момент времени. Тем более, что в самих этих внешних для жизни факторах заложена определенная фрактальная повторяемость (как и в структуре ДНК), в основе которой лежат законы Вселенной.

Адаптация — целенаправленная системная реакция организма, обеспечивающая возможность жизнедеятельности и всех видов социальной деятельности при воздействии факторов, интенсивность и экстенсивность которых вначале вызывает нарушения гомеостатического баланса. Без адаптации невозможно было бы поддержание нормальной жизнедеятельности и приспособление к различным факторам внешней среды. Адаптация имеет большое жизненное значение для организма, позволяя не только переносить значительные и резкие изменения в окружающей среде, но и активно перестраивать свои физиологические функции и поведение в соответствии с этими изменениями, иногда опережая их. Благодаря адаптации поддерживается постоянство внутренней среды организма (гомеостаз). Адаптация и гомеостаз — это взаимно связанные и дополняющие друг друга процессы, определяющие в конечном итоге функциональное состояние организма. Помимо поддержания констант внутренней среды с помощью адаптации осуществляется перестройка различных функций организма, обеспечивающих его приспособление к физическим, эмоциональным и др. нагрузкам.

В природе каждое поколение любого вида подвергается отбору на выживаемость и воспроизводство. Особи, которые выживают и размножаются, передают свои гены следующему поколению, а гены тех, что погибли, не оставив потомства, отсеиваются из генофонда. Таким образом, генофонд каждого вида испытывает действие естественного отбора. Поэтому почти все признаки организма служат выживанию и воспроизводству.

1. Понятие среды обитания.

Под средой обитания понимают совокупность внешних природных условий и явлений, в которые погружены живые организмы, и с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии.

В биоэкологии речь обычно идет о природной среде, не измененной человеком. В прикладной (социальной) экологии говорят об окружающей среде, так или иначе опосредованной человеком.

Отдельные элементы среды обитания, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются экологическими факторами или факторами среды. Среди факторов среды выделяют обычно три группы факторов: абиотические, биотические и антропогенные.

1. Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторов можно отнести температуру, свет, воду, состав атмосферных газов, структуру почвы, состав биогенных элементов в ней, рельеф местности и т.п. Эти факторы могут воздействовать на организмы как непосредственно, например свет или тепло, так и косвенно, например рельеф местности, обусловливающий действие прямых факторов, света , ветра, влаги и пр. Возможно, среди абиотических факторов присутствуют и такие , о которых мы пока даже не догадываемся. Так, например, мы совсем недавно открыли влияние изменений солнечной активности на процессы в биосфере.

2. Биотическими факторами среды называется совокупность влияний одних организмов на другие. Живые существа могут служить источником пищи для других организмов, являться средой их обитания, способствовать их размножению и т.п. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов, например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.п.

3. Антропогенными факторами среды называется совокупность влияний человека на живые организмы. Это влияние также может быть прямым, например, когда человек вырубает лес или отстреливает животных, или косвенным, проявляющимся в воздействии человека на абиотические и биотические факторы среды, например, изменение состава атмосферы, почвы, гидросферы, или изменение структуры экосистем.

Существование любого организма зависит от целого комплекса факторов. При этом удается выделить ряд закономерностей, общих для самых различных частных случаев.

Так изучая действие факторов среды на рост растений, в 1840 г. Ю.Либих установил, что урожайность различных культур определяется не теми веществами, которые присутствуют в относительном изобилии в окружающей среде, например, углекислый газ, или вода, а элементами, жизненно важными, но присутствующими в среде в малых количествах, например, цинк. Так появился один из важнейших законов экологии, закон минимума Либиха: рост растений зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве.

Позднее закон минимума был расширен на все живые организмы и все факторы. В современной трактовке этот закон звучит следующим образом: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. То есть жизненные возможности организма лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близко к необходимому для данного организма минимуму. Дальнейшее снижение этих факторов ведет к гибели организма.

Однако не только снижение интенсивности действия какого-либо фактора, но и превышение сверх допустимых пределов может оказывать лимитирующее воздействие на организмы. Например, эффективность фотосинтеза, как известно, определяется количеством света, падающего на поверхность зеленого листа. Излишнее затенение может привести к подавлению жизнедеятельности растения и даже к его гибели. Это способствует возникновению теневыносливых видов растений. Однако, если увеличить поток света, например для получения большего урожая теневыносливых растений, то эффективность фотосинтеза у них падает. Оптимальные пределы величины светового потока имеют практически все растения.

Поэтому вместо закона минимума в настоящее время чаще говорят о законе лимитирующих (ограничивающих) факторов: фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы даже в случае оптимальных сочетаний других факторов. В соответствии с этим законом для каждого фактора по отношению к конкретному виду организмов можно вычертить диаграмму степени благоприятности данного фактора на организмы в зависимости от силы действия этого фактора. Почти всегда эта диаграмма имеет вид перевернутого колокола (рис.22). На ней можно отметить критические точки, определяющие пределы выносливости (толерантности, от латинского слова толеранция - терпение) данного вида организмов по отношению к рассматриваемому фактору (поэтому данная диаграмма называется кривой толерантности). Выход за эти пределы ведет к массовой гибели организмов. Зона вблизи максимума кривой называется зоной оптимальных условий. К ней обычно приурочена максимальная плотность популяции. За пределами этой зоны между критическими точками находятся зоны угнетения, в которых организмы находятся в состоянии стресса.

Таких кривых для данного вида организмов можно начертить множество - по каждому из факторов среды. Одна и та же среда обитания может предоставлять организмам такие сочетания различных факторов, что одни из них будут соответствовать зоне оптимальных условий для данного вида организмов, другие будут выходить за пределы этой зоны. Наиболее полно потенциальные возможности данного вида будут проявляться в том случае, если все факторы лежат в зоне оптимума. В соответствии с законом лимитирующих факторов выход за пределы толерантности хотя бы по одному из этих факторов чреват гибелью организмов. Точно также если один из факторов попадает в зону угнетения, то это будет иметь более существенное значение для организма, чем то, что все остальные факторы будут находиться в зоне оптимальных условий.

Правда, это правило имеет одно существенное ограничение, связанное с взаимодействием различных факторов. Так в 1930 г. Э.Рюбель сформулировал закон компенсации факторов: отсутствие или недостаток некоторых факторов может быть компенсирован другим близким фактором. В более общей формулировке он звучит следующим образом: одни факторы могут усиливать или смягчать действие других факторов. Например, недостаток света может в какой-то мере смягчаться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе.

Именно лимитирующие факторы определяют обычно границы распространения видов (популяций), то есть их ареалы, от них зависит продуктивность сообществ, численность особей и многие другие параметры жизни.

Кривые толерантности для разных факторов могут иметь более широкую или более узкую форму, соответственно различаются и пределы толерантности организма по отношению к разным факторам. Организмы с широким диапазоном толерантности по отношению к данному фактору называются эврибионтами (от греческих слов эури - широкий и биос - жизнь). Организмы с узким диапазоном толерантности по отношению к данному фактору называются стенобионтами (от греческих слов стенос - узкий). Один и тот же организм может быть стенобионтом по отношению к одним факторам и эврибионтом по отношению к другим. Более того в разные периоды жизни одного организма его требования к среде могут существенно меняться. Например, по отношению к температуре личинки насекомых обычно стенобионтны, в то время как куколки и взрослые особи могут относиться к эврибионтам.

Эврибионты хорошо выдерживают широкий диапазон колебаний факторов среды, например, типичным эврибионтом является верблюд, способный жить не только в условиях пустыни, выдерживая значительные колебания температуры, недостаток влаги и пищи, но и в условиях умеренного пояса. Виды с широкими диапазонами толерантности обычно первыми заселяют новые районы, в которых произошли какие-то специфические изменения окружающей среды, для которых у природы пока еще не выработаны адаптации, то есть определенные приспособления к действию данных факторов. Если условия среды изменяются в малых диапазонах, то это способствует формированию у организмов четких адаптаций, иногда в ущерб ширине диапазона толерантности. При этом они оказываются способными нормально существовать в достаточно суровых по нашим меркам условиях, например, в полярных водах, где температура хотя и низкая (около 2 о С), но достаточно стабильная, или в даже в жерлах вулканов. То есть эврибионты достойно выдерживают конкуренцию при достаточно широких и непредсказуемых колебаниях факторов среды. В более стабильных условиях в конкурентной борьбе как правило побеждают стенобионты.

Таким образом, появление в природе узких пределов толерантности можно рассматривать как форму специализации, в результате которой большая эффективность достигается в ущерб адаптивности организмов. Обычно с ростом стенобионтов в сообществе увеличивается разнообразие видов. То есть это есть одна из разновидностей дифференциации в природе.

Эта закономерность характерна для любого эволюционного процесса. В упоминавшемся уже процессе эволюции науки также можно наблюдать постепенную дифференциацию отдельных отраслей знания, которые все более сужают свой предмет. Специалисты в этих отраслях знания, как правило, характеризуются довольно узким кругозором, зато становятся отличными знатоками своего предмета. Подобные тенденции являются прямым следствием принципа оптимальности, так как в итоге система стремится к энергетически более выгодному состоянию. Узкая специализация способствует более эффективному преобразованию энергии, но при этом предъявляются повышенные требования к форме энергии на входе данной специализированной подсистемы. Такую форму должны обеспечить другие узкоспециализированные подсистемы, стоящие на предыдущих (а иногда и на более высоких) уровнях в цепи преобразования энергии. Но они в свою очередь по своему также требовательны к форме входной энергии. Так строится довольно сложная иерархичная, но достаточно запутанная, структура преобразования энергии данной системой, аналогичная трофической сети экосистем. Ее отличительная особенность в строгой увязке всех подсистем, в их взаимозависимости и в полной невозможности самостоятельного существования вне системы. Это как раз то, что отличает целостный живой организм от совокупности слабосвязанных друг с другом элементов. Именно благодаря узкой и взаимозависимой специализации отдельных особей можно считать живыми организмами такие биосистемы, как муравейник, термитник, улей, а также более крупные образования: коралловый риф, тропический лес, человеческий социум, биосфера в целом.

2. Соответствие между организмами и условиями среды

Жизнь развивается в тесном взаимодействии и единстве среды и населяющих ее организмов. Это один из важнейших законов эволюции, сформулированный В.И.Вернадским. Это значит, что в природе действует принцип экологического соответствия: форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни. И это соответствие закрепляется генетическими механизмами, поэтому каждый вид организмов может существовать только до тех пор, пока окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Если эта среда изменяется, то организмы вынуждены, либо мигрировать в поисках подходящей среды обитания, либо адаптироваться к новой среде, дав, возможно, начало новому виду, либо погибнуть. Это является основным механизмом действия закона давления среды на жизнь, или закона ограниченного роста, сформулированного Ч. Дарвином, более известного как закон естественного отбора: несмотря на то, что потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, стремится заполнить весь земной шар, имеются ограничения, не допускающие этого явления. Суть этих ограничений как раз и состоит в действии на организмы факторов среды. Вовсе не сильнейший выживает в естественном отборе, а тот, который наиболее адаптирован к факторам среды, то есть кто наиболее гармонично вписан в нее, в ком наиболее полно выражено подобие с системой более высокого иерархического уровня, то есть с экосистемой, с биосферой, с планетой, со Вселенной в целом, тот, кто, подчиняясь требованиям метасистемы, смог правильно изменить себя и своих потомков.

Явления адаптации в живой природе возникли со времени появления живых объектов на Земле и стали важнейшей теоретической проблемой, в которой возникают и требуют постоянного разрешения новые коллизию связанные как с общей эволюцией Земли, так и с обострившимися проблемами, вызванными деятельностью человека [Матишов, 2005].
Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться [Чернова, 2004].

Содержание работы

Введение………………………………………………………………………….3
1 Механизм возникновения адаптаций……………………………………4
2 Классификация адаптаций. Генетические пределы адаптаций………..7
3 Возможности адаптаций организмов к изменениям условий среды. 16
4 Адаптации к экстремально высоким и низким температурам………..29
5 Экологическая валентность…………………………………………..…45
6 Пределы выносливости организмов……………………………………48
Заключение……………………………………………………………………. 51
Список используемой литературы………

Файлы: 1 файл

Курсовая работа.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кафедра геоэкологии и природопользования

Допустить к защите –

канд. хим. наук, доц.

_________________ С.Н. Болотин

Работу выполнила Щербакова Дария Владимировна

Фамилия Имя Отчество

Нормоконтролер канд. биол. наук., доц. Ю.А. Постарнак

должность, учен. степень Подпись Дата Ф.И.О.

Краснодар, 2012
СОДЕРЖАНИЕ

1 Механизм возникновения адаптаций……………………………………4

2 Классификация адаптаций. Генетические пределы адаптаций………..7

3 Возможности адаптаций организмов к изменениям условий среды. 16

4 Адаптации к экстремально высоким и низким температурам………..29

5 Экологическая валентность…………………………………………..… 45

6 Пределы выносливости организмов……………………………………48

Список используемой литературы…………………………………………….53

ВВЕДЕНИЕ

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться [Чернова, 2004].

Основной целью моей курсовой работы является рассмотрение адаптаций организмов к условиям окружающей среды. Задачи курсовой работы: рассмотрение механизмов возникновения адаптаций, их классификация, возможности адаптаций организмов к изменениям условий окружающей среды, рассмотреть адаптации организмов к экстремальным высоким и низким температурам и пределы выносливости организмов.

1 Механизм возникновения адаптаций

Адаптация – приспособление организмов и видов к среде – фундаментальное свойство живой природы. Среда обитания любого живого существа, с одной стороны, медленно и неуклонно изменяется на протяжении жизни многих поколений соответствующего биологического вида, а с другой стороны, она предъявляет организму разнообразные требования, меняющиеся в короткие отрезки индивидуальной жизни [Николайкин, 2004].

В широком смысле слова под адаптацией понимается гармония организмов (в том числе и популяций, видов) со средой обитания. В узком смысле под адаптацией понимают специальные свойства, способные обеспечить выживание и размножение организмов в конкретной среде. Из этого ясно, что адаптации являются относительными: адаптация к одним факторам среды не обязательно останется таковой в других условиях.

При формировании адаптации происходит превращение случайного (элементарного адаптационного явления) в необходимое для популяции и вида формирование признаков и свойств. Случайные наследственные изменения в ходе эволюции направленно (и творчески) перерабатываются отбором для создания адаптаций.

Совершенство всякого приспособления определяется внешней средой, поэтому приспособление всегда относительно. Приспособление к одним условиям, к одному уровню организации, оно перестает быть таковым в других условиях, на других уровнях. Панцирь наземных черепах – надежная защита от многих врагов, но не эффективен против хищных птиц, которые поднимают черепах в воздух и сбрасывают на землю, разбивая панцирь.

2 КЛАССИФИКАЦИЯ АДАПТАЦИЙ

Адаптации – эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов. Адаптации бывают морфологическими (морфо – форма), физиологическими (меняются физиологические процессы), поведенческими (запугивание, затаивание). Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный отбор [Яблоков, 2006].

Многочисленны примеры физиологических (функциональных) адаптаций. Например, для растений известен комплекс физиолого-биохимических мутаций, приведших к выработке приспособлений, которые связаны с устранением недостатка кислорода: использование кислорода фотосинтеза, нитратов и органических кислот как дыхательного материала, переключение путей метаболизма. Разнообразны и физиологические механизмы приспособления растений и животных к недостатку воды или неблагоприятным температурам. Отбор во всех этих случаях способствовал выживанию и преимущественному размножению индивидуумов – носителей благоприятных мутаций в соответствующих условиях [Яблоков, 2006].

Разнообразные механизмы физиологической адаптации к неблагоприятным условиям выработали птицы и млекопитающие. Многие пустынные животные перед наступление сезона засухи, накапливают много жира: при его окислении образуется большое количество воды.птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, верблюд после долго лишение воды резко сокращает испарение как с дыхательных путей, так и через потовые железы. Очень интересны приспособления развивающиеся у ныряющих животных. Многие из них могут сравнительно долго обходиться без доступа кислорода в легкие. Например, тюлени ныряют на глубину 100-200 и даже 600 метров и остаются под водой более чем на час. Им позволяет нырять на столь долгий срок прежде всего большое количество особого пигмента, находящегося в мышцах, – миоглобина. Миоглобин способен связать в 10 раз больше кислорода, чем гемоглобин, находящийся в эритроцитах. У многих организмов возникают и совершенствуются приспособления, облегчающие поиск пищи или партнера для размножения. Самцы непарного шелкопряда улавливают запах ароматической железы самки с расстояния 3 км. У некоторых бабочек чувствительность вкусовых рецепторов в 1000 раз превосходит чувствительность рецепторов человека. У некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если их температур составляет всего 0,2°С. Многие животные прекрасно ориентируются в пространстве с помощью эхолокации: летучие мыши, совы, дельфины. Таким образом строение живых организмов очень тонко приспособлено к условиям существования. Любой признак или свойство носит приспособительный характер, целесообразен в данной среде и в данных жизненных условиях [Мантейфель, 1980].

Морфологические адаптации - это наличие таких особенностей внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях. Примером подобных адаптаций является выработанное в процессе длительной эволюции строение организмов, обитающих в воде. Это приспособления к скоростному плаванию у китообразных, к парению в воде у планктонных организмов. Растения, обитающие в пустыне, лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги [Денисов, 2002].

Поведенческие адаптации проявляются в самых различных формах. Примерами могут служить формы приспособительного поведения животных, направленные на обеспечение нормального теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, передвижение с целью выбора оптимальных температурных условий, особенно в условиях экстремальных температур [Денисов, 2002].

С эволюционной точки зрения важно не простое описание множества различных адаптаций, а классификация их по происхождению, принадлежности к разным аспектам среды, масштабу.

Пути происхождения адаптаций.

По происхождению различают преадаптивные, комбинативные и постадаптивные адаптации. В случае преадаптации потенциальные адаптационные явления возникают, опережая существующие условия. Мутационный процесс и скрещивание приводят к накоплению в популяциях скрытого (мобилизационного) резерва наследственной изменчивости. Часть его в будущем может быть использована для создания новых приспособлений.

При возникновении адаптаций комбинативным путем существенно взаимодействие новых мутаций друг с другом и с генотипом в целом. Эффект мутаций зависит от той генотипической среды, в состав который они в будущем войдут. Скрещивание особей дает разнообразное сочетание мутантного аллеля с другими аллелями того же и других генов. При этом может быть или усиление (комплиментация), или подавление (эпистаз) его выражения в фенотипе; кроме того, обычно мутантный аллель под действием многих генов проявляется градуировано (полимерия). Во всех случаях создается реальная возможность для быстрой смены одних адаптации другими. Комбинативный путь формирования адаптаций, видимо, распространенный в природе.

Постадаптивный путь возникновения адаптаций связан с редукцией ранее развитого признака и переводом определяющих его реализацию генов в рецессивное состояние (или использованием ранее существующего органа в других целях). При переводе генов, влияющих на развитие редуцируемых органов, в рецессивное состояние они включаются в скрытый резерв наследственной изменчивости. Эти гены сохраняются в генофонде популяций и время от времени могут проявляться фенотипически, например, атавизмы. В случае установления отбором положительной связи между такими генами и новыми условиями новых признаков и свойств.

При постадаптивном пути новые адаптации возникают посредством использования ранее существовавших структур в случае смены их функции. Так, висцеральный скелет у предков позвоночных состоял из жаберных дуг, представленных нерасчлененными кольцами и охватывавших передний конец пищеварительной трубки. Они служили как бы распоркой для пищеварительной трубки, препятствуя ее спаданию. Однако в ходе дальнейшей эволюции с усилением функции дыхания жаберные дуги становятся частью системы нагнетания жидкости. В дальнейшей эволюции жаберные дуги принимают на себя функции хватания и превращаются в челюсти.

Читайте также: