Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Андерсон - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Шановні одинадцятикласники та одинадцятикласниці!

Ця книжка продовжує серію підручників з курсу «Біологія», вивчення якого ви розпочали в попередніх класах. Щоб успішно опанувати навчальний матеріал, ви маєте пригадати раніше набуті знання щодо будови та життєдіяльності основних груп організмів, адже в цьому навчальному році підручник поведе вас шляхом пізнання властивостей живого. Ви вже знаєте, що підручник - не книжка для читання. Дуже важливо вміти працювати з ним: виокремлювати та запам'ятовувати головне, швидко знаходити потрібну інформацію. А для цього необхідно знати, як побудовано саме цю книжку. Отже, спочатку погортайте сторінки підручника, ознайомтеся з його структурою.

Щоб підручником було зручно користуватися, кожен параграф розпочинається на непарній сторінці, а закінчується - на парній. Рисунки, фотографії, схеми, таблиці розміщено в нижній частині тієї самої сторінки, де на них є покликання в тексті параграфа. Там само до них запропоновано завдання - це дасть вам змогу ретельно опрацьовувати частину змісту параграфа відразу під час його вивчення. Ви будете покроково сприймати інформацію, аналізувати її, узагальнювати щойно набуті знання, а значить, краще підготуєтеся до подальшої роботи над новим навчальним матеріалом.

Орієнтуватися в змісті параграфа вам допоможуть позначки, які структурують його за етапами уроку:

Виконуючи практичні роботи та проекти, ви матимете змогу безпосередньо застосовувати набуті знання, розвивати свою дослідницьку інтуїцію.

Тестові завдання рубрики «Самоконтроль навчальних досягнень» до кожної теми допоможуть вам ґрунтовно проконтролювати рівень власних навчальних досягнень, удосконалити навички роботи з тестовими завданнями різних форм. Це стане вам у пригоді під час підготовки до державної підсумкової атестації та складання зовнішнього незалежного оцінювання. Завдання з відкритою відповіддю спонукатимуть до роздумів над складними або проблемними питаннями.

За допомогою рубрики «Індивідуальні завдання» ви навчитеся аналізувати інформацію та робити висновки.

Водночас пам'ятайте, що сучасна біологія - захоплива, але дуже складна, багатогранна наука. І шкільний підручник - лише своєрідний дороговказ у світі знань про неї. А факти, закони, гіпотези й теорії надто численні, щоб умістити їх на сторінках підручника. Тож радимо вам користуватися додатковою літературою та інтернет-ресурсами - джерелами, які дадуть вам змогу розширювати межі відомого, поповнювати скарбницю власних знань, знаходити відповіді на найрізноманітніші та найскладніші запитання.

Зичимо успіхів в опануванні основ біологічної науки!

Автори

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

З історії відкриттів

Мислителі давнини у своїх філософських працях намагалися дати відповідь на запитання, які завжди цікавили людство: «У чому причина різноманіття організмів на нашій планеті? Чим пояснити пристосованість живих істот до умов існування?» Вагомий внесок у розвиток поглядів на живий світ зробили праці давньогрецьких філософів. Геракліт Ефеський (535-475 рр. до н. е.) уважав, що світ вічний і єдиний, у ньому все змінюється й нічого не повторюється. Видатний філософ Арістотель (384-322 рр. до н. е.) уважав, що організми з'являються внаслідок самозародження. Завдяки працям Арістотеля і його учнів закладено основи порівняльної анатомії та ембріології, учення про відповідність організмів, ідею градації. У філософській поемі «Про природу речей» давньоримський поет і філософ Тіт Лукрецій Кар (99-55 рр. до н. е.) висловлював ідею, що виживають і дають потомство лише найбільш пристосовані істоти.

Першою науковою спробою пояснити історичний розвиток живої природи була еволюційна теорія французького природодослідника Жана Батиста Ламарка, яку він виклав у праці «Філософія зоології» (1809). Учений розглядав еволюцію як безперервний процес набуття організмами корисних пристосувань, що успадковуються потомками. Він вважав, що еволюція обумовлена внутрішнім вродженим прагненням організмів до прогресу.

Наукові відповіді на ці питання надав видатний англійський учений Чарлз Роберт Дарвін у праці «Походження видів шляхом природного добору, або Збереження сприятливих порід у боротьбі за життя» (1859). Учений розглядав еволюцію як процес незворотних змін будови та функцій організмів протягом їхнього історичного існування, наслідком якого є пристосованість живого до умов навколишнього середовища. Як головну рушійну силу еволюції вчений виокремлює природний добір, а результатом є поява нових видів та адаптація організмів до умов існування.

У 1920-1950-х роках завдяки працям Ф. Добжанського, Дж. Холдейна, Е. Майра, Дж. Сімпсона і Дж. Хакслі, О. М. Сєвєрцова, І. І. Шмальгаузена створюється синтетична теорія еволюції, яка надала новий поштовх розвитку поглядів щодо еволюції.

Пріоритет започаткування уявлень про адаптацію належить ученню французького вченого Клода Бернара про сталість внутрішнього середовища. Надалі основні положення концепції цього вченого розвинув американський фізіолог Уолтер Бредфорд Кеннон. Саме йому належить уведення в науковий обіг для визначення сталості внутрішнього середовища нині широковживаного терміна «гомеостаз», збереження якого досягається завдяки процесу адаптації під час взаємодії організму та середовища.

Жан Батист Ламарк (1744-1829)

Клод Бернар (1813-1878)

§ 1. Адаптація як загальна властивість біологічних систем

Дайте означення поняття біологічна система.

До біологічних систем належать складні системи різних рівнів організації. На кожному рівні виявляється властивість пристосовуватися до змін умов існування - адаптація.

Адаптація як загальна властивість біологічних систем. В основі адаптаційних процесів, що відбуваються на більш високих рівнях організації живого, лежать молекулярно-біологічні та клітинні механізми. У багатьох випадках зміни функціонування клітин пов'язані зі зміною активності певних генів. У багатоклітинних організмах функціонування клітин визначає діяльність органів і систем органів. Прикладами адаптацій організмового рівня може слугувати зміна поведінки тварин, будови або функцій у межах спадкової норми реакції за зміни умов існування (рис. 1, а).

На популяційно-видовому та екосистемному рівнях організації живого адаптації можуть виявлятися як зміни чисельності організмів певних видів, зокрема популяційні хвилі, виникнення яких є результатом саморегуляції в екосистемах. Іншим знайомим вам прикладом екосистемних адаптацій є екологічні сукцесії.

Дія природного добору за зміни умов існування спричинює еволюційні зміни та, як наслідок, появу нових видів організмів (рис. 1, б). Ці процеси пов'язані зі змінами зустрічальності різних алелів, що вможливлює перебудову генофонду популяцій.

Рис. 1. Приклади адаптацій біологічних систем різних рівнів: а - організмового; б - популяційно-видового

Зміна забарвлення хутра у Вивірки звичайної впродовж року (особина влітку та взимку)

Виявом якої форми мінливості є сезонна зміна забарвлення хутра Вивірки звичайної? Поясніть механізм цього пристосування.

На основі якої форми мінливості відбувалися процеси утворення зображених видів?

У науковій літературі натрапляємо на різні означення поняття адаптації. В еволюційній біології адаптацією називають динамічний процес пристосування до тривалих змін умов існування, що призводить до еволюційних змін. Набуті організмами в цьому процесі видозміни також називають адаптаціями. Також адаптаціями до короткотривалих змін умов існування є фізіолого-біохімічні реакції, що відбуваються в організмах.

Адаптація (від. лат. adaptatio - пристосування) - властивість живого пристосовуватися до змін умов існування.

Можна виділити дві головні групи адаптаційних процесів. Одні є еволюційними та призводять до видозмін груп організмів у часі. Інші ж є переважно пристосувальними реакціями на рівні окремих організмів.

Адаптація та гомеостаз. Біологічні системи перебувають у процесі обміну речовин з навколишнім середовищем, що забезпечує їх необхідною енергією й зумовлює здатність до самооновлення. Як результат, відбувається динамічне оновлення хімічного складу, за якого стан рівноваги досягається завдяки здатності біологічних систем підтримувати гомеостаз.

Гомеостаз — сталість внутрішнього середовища біологічної системи, що досягається шляхом координованих реакцій, які вможливлюють відновлення рівноваги.

Найбільш детально ви вивчали механізми підтримки гомеостазу на прикладі організму людини. Це забезпечується регуляторними системами: нервовою, гуморальною та імунною. Деякі з таких змін є порівняно короткочасними — наприклад, прискорення серцевих скорочень та дихання під час фізичної активності, які повертаються до норми після її припинення. Інші ж можуть бути більш тривалими — наприклад, збільшення внаслідок фізичних тренувань об'єму м'язових волокон і кількості в них мітохондрій (рис. 2). Більш детально про механізми адаптацій ми поговоримо в наступних параграфах.

Рис. 2. У формуванні гомеостазу біологічних систем вищого рівня беруть участь механізми гомеостазу біосистем нижчого рівня