ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 11 клас

§ 3. Формування адаптацій на молекулярному та клітинному рівнях організації. Стратегії адаптацій організмів

Пригадайте!

Що таке адаптаціогенез?

Адаптаціогенез - це процес, за допомогою якого організм або популяція організмів пристосовуються до навколишнього середовища. Це процес природного відбору, під час якого організми з вигідними ознаками з часом стають більш поширеними в популяції. Цей процес керується навколишнім середовищем, яке може вибирати риси, корисні в конкретному середовищі. Приклади адаптаційного генезу включають розвиток камуфляжу у тварин, щоб допомогти їм ховатися від хижаків, розвиток крил у птахів, щоб вони могли літати, і розвиток міграційних моделей у тварин, щоб допомогти їм рухатися до більш сприятливого середовища.

Поміркуйте!

Температура арктичних й антарктичних вод може бути нижче від -2 °С. При цьому полярні види риб (як наприклад, нототенія мармурова (Notothenia rossii)) не перетворюються на шматок льоду: вони виробляють особливі білки, що гальмують замерзання рідини. Як формувалася ця адаптація?

Пристосування мармурової нототенії до виживання в холодних арктичних і антарктичних водах, ймовірно, є результатом природного відбору. З часом риби, які змогли вижити при більш низьких температурах, мали більше шансів вижити та розмножитися. Це дозволило їм передати свої гени наступному поколінню, а це означає, що їхні нащадки також мали більше шансів вижити при більш низьких температурах. У міру того, як цей процес тривав, риби поступово розвивали адаптації, які допомагали їм виживати в цих холодних умовах, наприклад, вироблення білків, які перешкоджають замерзанню рідини. Ця адаптація відома як переохолодження, і вона допомагає рибам виживати при температурах, які інакше були б занадто низькими для них.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Адаптація м'язів людини до фізичних навантажень має стадійний характер. У ній виокремлюють два етапи - термінову і довготривалу адаптацію. Пригадайте будову скелетного м'яза людини й зіставте його елементи (1 - 7) з їх назвами (А - Е). А - м'язове черевце; Б - протофібрили; В - міофібрили; Г - сухожилок; Д - м'язове волокно; Е - м'язовий пучок; Є - оболонка пучка. Застосуйте свої знання й поясніть молекулярні та клітинні механізми адаптації м'язів до фізичних навантажень.

Адаптація м’язів до вправ — це процес, за допомогою якого м’язи стають сильнішими та ефективнішими у відповідь на фізичну активність. Ця адаптація зумовлена рядом молекулярних і клітинних механізмів, включаючи збільшення кількості та розміру м’язових волокон, збільшення кількості капілярів і мітохондрій, а також зміни в експресії білків і ферментів. На молекулярному рівні фізичні вправи викликають збільшення виробництва білків, таких як міозин, актин і тропоміозин, які відповідають за скорочення та розслаблення м’язів. У той же час збільшується виробництво інших білків, таких як білки теплового шоку та ядерні респіраторні фактори, що допомагає захистити клітини від пошкодження та допомагає регулювати виробництво енергії.

Кашалот (Physeter catodon) може затримувати дихання на 90 хв і занурюватися на глибину до 3 км. Опишіть активні й пасивні адаптації кашалотів до пірнання на великі глибини.

Кашалот (Physeter catodon) має ряд пристосувань, які дозволяють йому занурюватися на велику глибину і тривалий час залишатися під водою. Найпомітнішою активною адаптацією є здатність уповільнювати частоту серцевих скорочень і метаболізм під час занурення, що дозволяє економити кисень і енергію. Кит також має кілька пасивних пристосувань, таких як товстий шар сала, який допомагає йому зігріватися на великих глибинах, і його унікальна форма, яка дозволяє йому плавати ефективніше. Крім того, кашалот має підвищену здатність накопичувати кисень у своїй крові та тканинах, що дозволяє йому залишатися під водою довше, не потребуючи спливати повітря. Ці адаптації дозволяють кашалоту занурюватися на глибину до 3 км і залишатися під водою до 90 хвилин за раз.

СТАВЛЕННЯ

За ефективністю природні білки-глікопротеїни полярних риб перевершують антифризи. Ймовірно, цим і пояснюється, що суто біологічні дослідження фінансував автоконцерн Volkswagen, зацікавлений у створенні нових матеріалів для автомобільної промисловості. Що таке антифризи? Спробуйте оцінити переваги природних антифризів перед штучними.

Антифризи — це сполуки, які використовуються для зниження температури замерзання рідини, що дозволяє їй залишатися в рідкому стані при низьких температурах. Антифризи зазвичай використовуються в автомобілях, щоб запобігти замерзанню двигуна в холодну погоду, а також можуть використовуватися в інших системах, таких як системи охолодження, системи кондиціонування повітря та водопровідні системи. Природні антифризи, такі як глікопротеїни, що містяться в полярній рибі, ефективніші за штучні антифризи, оскільки вони стабільніші та мають кращі термічні властивості. Природні антифризи також менш токсичні та менш корозійні, ніж штучні антифризи, що робить їх безпечнішими у використанні. Крім того, природні антифризи біологічно розкладаються і можуть використовуватися в більш широкому діапазоні температур і тисків, ніж штучні антифризи. Це робить їх більш екологічною альтернативою штучним антифризам.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що є найзагальнішою спільною особливістю адаптацій?

Найзагальнішою рисою адаптації є те, що вони є ознаками, які допомагають організму виживати та розмножуватися в навколишньому середовищі. Адаптаціями можуть бути фізичні особливості, такі як хутро, яке допомагає ізолювати від низьких температур, або поведінкові риси, такі як здатність вивчати нові навички або співпрацювати з іншими. Адаптації також можуть бути метаболічними, наприклад здатність зберігати енергію або більш ефективно переробляти їжу.

2. Наведіть приклад молекулярних процесів формування адаптацій.

Одним із прикладів молекулярного процесу формування адаптацій є експресія генів. Експресія гена — це процес, за допомогою якого інформація, що зберігається в гені, використовується для виробництва функціонального продукту, такого як білок. Ці білки можуть брати участь у багатьох різних процесах, таких як клітинний метаболізм, ріст і розвиток, і можуть змінюватися у відповідь на зміни в навколишньому середовищі. Змінюючи експресію генів, організм може виробляти різні версії білка, які можуть допомогти йому адаптуватися до навколишнього середовища. Наприклад, ген може кодувати білок, який допомагає організму виживати за низьких температур, і, змінюючи експресію цього гена, організм може виробляти різні версії білка, які можуть допомогти йому краще виживати за низьких температур.

3. Наведіть приклад клітинних адаптацій.

Одним із прикладів клітинної адаптації є гіпертрофія, тобто збільшення клітини в розмірах за рахунок збільшення кількості її органел або білків. Гіпертрофія може бути спричинена різноманітними стимулами, такими як гормони, фактори росту та підвищене навантаження або активність. Гіпертрофія може бути корисною в багатьох випадках, наприклад, коли клітина піддається підвищеному робочому навантаженню або активності, оскільки це може допомогти клітині краще виконувати свої функції. Іншим прикладом клітинної адаптації є гіперплазія, тобто збільшення кількості клітин внаслідок поділу клітин. Гіперплазія також може бути корисною в певних випадках, наприклад, коли тканину потрібно відновити або замінити.

4. Що таке стратегії формування адаптацій?

Стратегії формування адаптацій відрізняються залежно від конкретного контексту, але кілька загальних стратегій включають: поступову адаптацію, коли адаптація розподіляється в часі; швидка адаптація, де адаптація відбувається швидко; адаптація методом проб і помилок, коли різні стратегії перевіряються та вимірюються для пошуку найбільш ефективного рішення; і колективна адаптація, коли група працює разом над розробкою рішення. Крім того, також можна використовувати спільні стратегії навчання, коли різні сторони навчаються одна в одної. Кожна стратегія має свої переваги та недоліки, тому важливо враховувати конкретний контекст, щоб визначити, який підхід найкращий.

5. За якими критеріями розрізняють різні стратегії формування адаптацій?

Різні стратегії формування адаптації можна розрізнити за швидкістю процесу адаптації, рівнем складності процесу адаптації, ступенем співпраці чи координації між різними сторонами та кількістю ресурсів, доступних для завершення процесу адаптації. Крім того, кількість часу, доступного для завершення процесу адаптації, і рівень ризику, пов’язаного з процесом адаптації, також можуть бути прийняті до уваги під час оцінки різних стратегій.

6. Що відрізняє активний та пасивний шляхи формування адаптацій?

Активні способи формування адаптації передбачають активний пошук нових стратегій і рішень, а пасивні — просто реагування на зміни в навколишньому середовищі. Активні стратегії вимагають більше зусиль і часто потребують більше ресурсів, але можуть бути більш ефективними в довгостроковій перспективі. Пасивні стратегії вимагають менше зусиль і ресурсів, але можуть бути не такими ефективними в довгостроковій перспективі. Крім того, активні стратегії можна пристосувати до конкретного контексту, тоді як пасивні стратегії часто є більш загальними та менш ефективними.

7. Які молекулярні механізми адаптацій?

Молекулярні механізми адаптацій складні і варіюють залежно від типу адаптації. Як правило, вони включають зміни в експресії генів, синтезі білка та метаболічних шляхах. Наприклад, коли організм піддається дії стресора навколишнього середовища, можуть активуватися гени, залучені у відповідь на стрес, що призводить до виробництва захисних білків. Крім того, метаболічні шляхи можуть бути змінені, щоб генерувати енергію, необхідну для відповіді на стресор. У деяких випадках адаптація також може включати модифікацію існуючих білків або виробництво нових білків для забезпечення більш ефективної реакції.

8. Які клітинні механізми адаптацій?

Клітинні механізми адаптації включають зміни в експресії генів, синтезі білка та метаболічних шляхах. Наприклад, коли організм піддається дії стресора навколишнього середовища, можуть активуватися гени, залучені у відповідь на стрес, що призводить до виробництва захисних білків. Крім того, метаболічні шляхи можуть бути змінені, щоб генерувати енергію, необхідну для відповіді на стресор. У деяких випадках адаптація також може включати модифікацію існуючих білків або виробництво нових білків для забезпечення більш ефективної реакції. Крім того, зміни клітинної морфології, такі як гіпертрофія або гіперплазія, також можуть брати участь у процесах адаптації.

9. Що відрізняє різні стратегії формування адаптацій?

Різні стратегії формування адаптації можна розрізнити за швидкістю процесу адаптації, рівнем складності процесу адаптації, ступенем співпраці чи координації між різними сторонами та кількістю ресурсів, доступних для завершення процесу адаптації. Крім того, кількість часу, доступного для завершення процесу адаптації, і рівень ризику, пов’язаного з процесом адаптації, також можуть бути прийняті до уваги під час оцінки різних стратегій. Крім того, при визначенні відповідної стратегії слід також враховувати цілі процесу адаптації, наприклад, чи є метою зберегти існуючі функції чи запровадити нові.

10. Оцініть значення знань про адаптації для практичної діяльності людини.

Знання про адаптації є життєво важливими для практичної діяльності людини, оскільки вони можуть допомогти нам зрозуміти, як організми реагують на зміни в навколишньому середовищі, і розробити стратегії управління та реагування на ці зміни. Наприклад, розуміння того, як організми адаптуються до зміни клімату, може допомогти нам розробити стратегії пом’якшення несприятливих наслідків зміни клімату. Крім того, розуміння того, як організми пристосовуються до змін у навколишньому середовищі, може допомогти нам розробити стратегії управління нашим власним середовищем, наприклад, розробити стратегії збереження енергії або розробити практику сталого землеробства. Знання про адаптацію також може допомогти нам розробити стратегії управління власним здоров’ям, наприклад, розробити стратегії запобігання та лікування захворювань або зрозуміти, як наше тіло адаптується до різних видів фізичних вправ. Загалом, знання про адаптації є важливими для практичної діяльності людини, оскільки вони можуть допомогти нам розробити стратегії для кращого управління навколишнім середовищем і власним здоров’ям.