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

§ 5. Стратегії адаптацій організмів. Поняття про екологічно пластичні та екологічно непластичні види

Дайте означення поняття організм.

Які є складники організмового рівня організації живого?

Організм є складною інтегрованою біологічною системою, збереження гомеостазу якої досягається завдяки процесу адаптації під час взаємодії організму та середовища. Усі процеси, які відбуваються в організмі, забезпечують підтримання стану рівноваги у відповідь на вплив середовища. Тому в біологічній науці виник напрям вивчення сукупності еволюційних пристосувань, які забезпечують відновлення структури, функцій організму та спрямовані на виживання виду, - стратегій адаптацій організмів. Для кожного типу стратегії характерний свій комплекс адаптивних ознак.

Стратегії адаптацій організмів. Науковці довели, що здатність організмів витрачати різну кількість ресурсів на розмноження сформувалася в процесі природного добору і є специфічною ознакою виду. За розміром затрат енергії, потрібної для розмноження, види організмів можна поділити на дві групи: рудерали (r-стратеги) і конкуренти (К-стратеги) (рис. 15).

У першому випадку незалежно від індивідуальної пристосованості організмів умови середовища призводять до випадкової загибелі особин певного виду. Так виникає r-стратегія, притаманна, наприклад, більшості комах, гризунів, однорічних рослин (рис. 16). Ці організми мають невисоку тривалість життя, короткі життєві цикли, невеликі розміри, високу народжуваність, зазвичай одне розмноження протягом життя, здатність до переживання несприятливих періодів у стані спокою. За рахунок великої чисельності й швидкого розвитку r-стратеги першими займають нові середовища мешкання. Більшість потомків цих організмів не виживають, тому їхня чисельність дуже сильно коливається в часі.

Рис. 15. Затрати на розмноження К-стратегів і r-стратегів

За швидких змін умов навколишнього середовища більшу перевагу отримують r-стратеги, а за стабільних умов краще пристосованими виявляються К-стратеги.

Проаналізуйте діаграму. Порівняйте стратегії адаптацій організмів за часткою (%) затрат на самозбереження та конкуренцію з іншими видами.

Рис. 16. Щур є типовим r-стратегом

Наведіть приклади організмів, які мають r-стратегію адаптації.

У другому випадку особини популяцій виду у більшому ступені виживають завдяки індивідуальній пристосованості, вступаючи в міжвидову або внутрішньовидову конкуренцію. Таку сукупність пристосувань називають K-стратегія. Організми, які мають таку стратегію адаптації, характеризуються низькою смертністю на ранніх етапах розвитку і високою тривалістю життя. Завдяки високій пристосованості практично все потомство виживає, тому їхня чисельність коливається дуже слабо. Їм властива підвищена захищеність від хижаків, різні форми турботи про потомків. Така стратегія адаптацій характерна, наприклад, для великих ссавців, деревних рослин (рис. 17).

Ботанік Леонтій Раменський (1938) і незалежно від нього еколог Філіп Ґрайм (1979) запропонували розрізняти три основні типи рослин стосовно забезпеченості ресурсами (інтенсивності стресу) та порушень екосистеми, складником якої є ці рослини. Чинниками порушень може бути інтенсивний випас худоби, розорювання степу, землетруси, виверження вулканів, лісові пожежі, кислотні дощі тощо. Схематично систему стратегій адаптацій Раменського-Ґрайма можна зобразити у вигляді рівностороннього трикутника, літери в кутах якого (C, S, R) позначають три первинні типи стратегій, а комбінації двох і трьох літер - перехідні (вторинні) типи (рис. 18). Систему стратегій Раменського-Ґрайма успішно використовують не лише в ботаніці, а й у зоології та мікробіології. Далі ми наведемо опис трьох основних типів стратегій:

Рис. 17. Організм, який має K-стратегію

Слон африканський

Наведіть приклади організмів, які мають К-стратегію адаптації.

Рис. 18. Трикутник Ґрайма

Опишіть характеристики організмів, які мають стратегії адаптації CS, CR, SR.

Тип С (англ. competitor - конкурент) - віолент. Це зазвичай великі за розмірами організми, які витрачають значну частину енергії на підтримання життя дорослих особин, маючи низьку народжуваність і смертність. Такі організми переважають в екосистемах і є конкурентоспроможними за сприятливих умов і відсутності порушень (рис. 19). За погіршення умов (висихання ґрунту, засолення тощо) або за порушень екосистеми такі організми гинуть, не маючи пристосувань для переживання дії цих чинників.

Тип S (англ. stress-tolerant - стійкий до стресу) - патієнт. Це організми, здатні за рахунок спеціальних адаптацій переживати сильний стрес. Вони мешкають або в умовах дефіциту ресурсів, або в умовах, які обмежують споживання цих ресурсів (посуха, брак світла або ресурсів мінерального живлення, зависокі чи занизькі температури тощо), тому не мають великої конкуренції з іншими видами (рис. 20).

Тип R (лат. ruderis - бур'янистий) - експлерент. Ці організми заміщають віолентів під час сильних порушень середовищ мешкання внаслідок послаблення конкуренції. До цього типу зокрема відносять однорічні рослини, які утворюють велику кількість насіння. Воно або зберігається в ґрунті, або має пристосування для поширення. Ці організми також можуть використовувати ресурси в стабільних середовищах мешкання, але в період, коли вони виявляються тимчасово незатребуваними іншими видами (рис. 21).

Адаптивний потенціал виду. Багато видів рослин мають здатність у різних умовах використовувати різні пристосувальні можливості. Класичним прикладом пластичностість стратегії є болотна форма Сосни звичайної. Це карликова чагарникова форма висотою 60-80 см, довжина хвої якої не перевищує 1 см, а тривалість життя досягає 100 років. Ця сосна утворює шишки з насінням, з якого за сприятливих умов виростає звичайна сосна.

Рис. 19. Організм-віолент

Цуманська пуща. Полісся. Україна. Дуб.

Дуб має розлогу крону, за рахунок чого активно використовує ресурси середовища.

Рис. 20. Організм-патієнт

Піщані пустелі Австралії. Ящірка молох.

Вода, накопичена під час роси або туману, переміщається вздовж канавок шкіри прямо в ротову порожнину ящірки.

Рис. 21. Організм-експлерент

Національний парк «Долина смерті». Каліфорнія. США.

У пустелі однорічні ефемери за короткий період вегетації після дощів покривають поверхню ґрунту килимом.

Підготуйте повідомлення про організми, які мають різні стратегії адаптації.

Пригнічення життєдіяльності сосни пов'язано з впливом наростаючого вгору торф'яного субстрату.

Варто наголосити, що можливості адаптацій особин кожного виду не є безмежними. Здебільшого можливості виду є генетично детермінованими. У такому разі науковці говорять про адаптивний потенціал виду.

Адаптивний потенціал виду - ступінь пристосувальних можливостей виду в мінливих умовах навколишнього середовища.

Види, які мають високий адаптивний потенціал і можуть виживати в широкому діапазоні змін умов існування, називають екологічно пластичними, або еврибіонтними. Такі види здатні заселяти нові місця мешкання, адаптуватися за великих порушень гомеостазу екосистеми, пристосовуватися до різноманітності умов існування в різних частинах великого за площею ареалу. Натомість екологічно непластичні, або стенобіонтні види вузько спеціалізовані до умов середовища мешкання, погано пристосовуються навіть до незначних змін, тобто мають невисокий адаптивний потенціал (рис. 22).

Упродовж життя організму адаптивний потенціал може змінюватися. Зокрема, у людини підвищення адаптаційних можливостей організму можливе за рахунок фізичного тренування й загартовування. Загартовування - це систематичне використання природних чинників, що забезпечує підвищення стійкості організму до несприятливих умов. Загартовування полягає в тренуванні механізмів, за допомогою яких організм реагує на певні кліматичні чинники. У процесі таких тренувань реакції організму поступово стають швидшими й точнішими, унаслідок чого зростає стійкість організму. Фізичне тренування та загартовування поліпшують кровообіг, терморегуляцію й обмін речовин, підвищують імунітет, посилюють розумову діяльність і фізичну працездатність, що і є чинниками підвищення адаптивного потенціалу організму.

Рис. 22. Вид за адаптивним потенціалом: а - екологічно пластичний; б - екологічно непластичний

Ведмідь бурий

Панда велика

Підготуйте повідомлення про зображені види тварин. Виявіть ознаки, за якими їх відносять до різних груп за адаптивним потенціалом.

  • 1. Дайте означення понять стратегії адаптації організмів, адаптаційний потенціал виду.
  • 2. Схарактеризуйте різні підходи до класифікації стратегій адаптації організмів.
  • 3. Порівняйте стратегії адаптацій системи Раменського-Ґрайма.
  • 4. Наведіть приклади організмів з різними стратегіями адаптацій.
  • 5. Порівняйте екологічно пластичні та екологічно непластичні види.
  • 6. Обґрунтуйте можливі шляхи підвищення власного адаптивного потенціалу.
  • 7. Складіть план загартовування організму.