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

§ 3. ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ АДАПТАЦІЙ ТА ЇХНІ ВЛАСТИВОСТІ

Пригадайте, що таке адаптивний потенціал. Як регулюється активність генів? Що таке пенетрантність та експресивність генів? Які гени належать до регуляторних і структурних? Що таке генофонд популяції?

Генетичні основи формування адаптацій. Ви вже знаєте, що кожній групі організмів притаманний свій адаптивний потенціал, який визначається набором спадкової інформації - геномом. У свою чергу, спадкова інформація реалізується під контролем зовнішнього середовища.

Адаптації можуть виникати лише за певних передумов. Це стверджує правило відповідності умов середовища мешкання генетичній визначеності організму: будь-який вид організмів може існувати доти і настільки, наскільки особливості довкілля відповідатимуть генетичним можливостям пристосування цього виду до змін і коливань умов середовища.

Ви вже знаєте, що за певних умов одні гени можуть ставати неактивними, а інші - активуються. Реалізація спадкової інформації прямо залежить від умов середовища мешкання. Тому один і той самий генотип здатний визначати різні варіанти фенотипу, залежно від того, у яких умовах реалізується спадкова інформація особини (мал. 3.1).

Мал. 3.1. Представникові родини Вовчі - песцю, мешканцю Заполяр’я, властивий сезонний диморфізм у забарвленні хутра: під час осіннього линяння воно стає білим (1), що робить тварину менш помітною на тлі снігу. Під час весняного линяння хутро набуває бурих відтінків (2). Один з провідних чинників, які визначають колір хутра під час линяння, - це температура повітря

Спадковий матеріал організмів визначає не так саму ознаку, як межі, у яких вона може варіювати. Це явище називають нормою реакції. Що ширша норма реакції для певних ознак, то більше шансів адаптуватися до нових умов мешкання. Широка норма реакції дає змогу мешкати в мінливих умовах довкілля. Більшість ознак, які визначають адаптації організмів до умов існування, - це ознаки із широкою нормою реакції.

Поява нової адаптації є наслідком виникнення нових мутацій (мутаційна мінливість) або появи нових комбінацій мутантних алелів, що виникли раніше (комбінативна мінливість). Якщо мутація виявляється нейтральною (за певних умов, можливо, і корисною), то така особина здатна вижити й передати свій спадковий матеріал нащадкам. Згодом такий мутантний алель має шанс поширитися серед особин популяції, і його концентрація в генофонді зростатиме. Через певний час адаптація окремих особин може перетворитися на адаптацію, притаманну всім особинам популяції. Наприклад, у коників або богомолів протягом року весняно-літнє зелене забарвлення тіла змінюється на літньо-осіннє коричневе (мал. 3.2). Така зміна забарвлення комах пов’язана зі змінами забарвлення рослинності. Це приклад захисного забарвлення, яке робить тварин менш помітними на тлі довкілля. У разі можливості обміну спадковим матеріалом між особинами різних популяцій певного виду нова ознака, притаманна певній популяції, може згодом закріпитися на видовому рівні.

Мал. 3.2. Зміна забарвлення тіла богомола звичайного протягом весняно-осіннього періоду - адаптація до зміни забарвлення рослин, на яких він трапляється. Такі зміни забарвлення цих комах регулює особливий нейрогормон, який виробляють нейросекреторні клітини головного мозку

Значення преадаптацій у процесі формування адаптацій. Адаптації часто формуються на базі преадаптацій — властивостей або пристосувань організмів певного виду, що потенційно можуть мати адаптивну цінність. Концепція преадаптації полягає в тому, що багато органів та адаптацій сформувалися, первинно виконуючи інші функції, ніж на кінцевій стадії свого розвитку. У певний момент орган починає виконувати додаткову функцію, яка виявляється важливішою для організму, ніж початкова. Наприклад, перехід хребетних тварин з водойм до існування на суходолі був пов’язаний з певними преадаптаціями. Зокрема, скелет грудних плавців у риб посилився появою скелета їхніх поясів (мал. 3.3). Завдяки цьому згодом сформувалися парні кінцівки наземних тварин.

Еволюційний момент, коли орган набуває нової функції і починає виконувати нову адаптивну роль, називають преадаптаційним порогом. Орган, який змінився в процесі еволюції в новому напрямі, може втратити колишню функцію. Наприклад, нова функція передньої зябрової дуги риб - функція щелеп - виявилася такою важливою, що попередню функцію (участь у дихальних рухах) згодом було втрачено (мал. 3.4).

Термін «преадаптація» запропонував 1911 р. французький учений Люсьєн Кено (1866-1951). Під преадаптаціями він розумів такі особливості організмів, які виникають випадково (тобто внаслідок мутацій), але в подальшому набувають пристосувальної цінності. Але преадаптивний стан організму (або окремого органа) виникає не як безпосередній результат випадкових мутацій, а на основі попередньої пристосувальної еволюції.

Завдання. Стійкості рослин до забрудненості повітря певною мірою сприяють структури, які забезпечують підвищення їхньої посухостійкості (наприклад, кутикула, що вкриває поверхню листка). Поміркуйте, як це можна враховувати, зокрема, при підборі видів для озеленення міст з високим рівнем розвитку промисловості й інтенсивним рухом транспорту. Запропонуйте свій варіант таких рослин.

Мал. 3.3. У кистеперих риб (1) у процесі еволюції з’явилися кісткові пояси парних плавців (грудних і тазових), які, ймовірно, допомагали цим рибам підніматись над водою й дихати атмосферним повітрям; з них у процесі еволюції сформувалися пояси передніх і задніх кінцівок первісних наземних тварин (2 - одна з перших наземних тварин - іхтіостега)

Мал. 3.4. Зяброві дуги початково виконували опорну функцію для зябер (1), але в щелепноротих хребетних передня пара зябрових дуг перетворилася на щелепи (2, позначені зеленим кольором), за допомогою яких ці тварини можуть активно захоплювати їжу

У деяких організмів мутації генів-регуляторів спричиняють прискорення їхнього статевого дозрівання аж до виникнення неотенії. Виникнувши як преадаптація, неотенія може бути закріплена в процесі еволюції як адаптація.

Неотенія (від грец. неос - незрілий, теіно - розтягую, подовжую) — явище, за якого особини набувають здатності до статевого розмноження та завершення онтогенезу (індивідуального розвитку) на ранніх стадіях розвитку ще до досягнення дорослого стану.

Цікаво знати

Назва «аксолотль» з мови корінного населення Центральної Америки - ацтеків - перекладається як «водяне чудовисько». Це пов’язано з тим, що ця неотенічна личинка, завдовжки до 30 см, має велику та широку голову із широким ротовим отвором і маленькими очима, по боках якої стирчать зовнішні зябра (мал. 3.5,1). За постійного перебування у воді в аксолотлів не завершується метаморфоз і зберігаються зовнішні зябра. Але якщо тварин перемістити в більш сухе та прохолодне середовище (наприклад, значно понизити рівень води в акваріумі), це стимулює завершення метаморфозу: зовнішні зябра зникають, й аксолотль протягом кількох тижнів перетворюється на дорослу тварину - амбістому (мал. 3.5, 2). Процеси метаморфозу перебігають під контролем гормону щитоподібної залози - тироксину. Поміркуйте: у чому полягає адаптивне значення цього явища.

Мал. 3.5. 1 - аксолотль (неотенічна личинка); 2 - амбістома (завдання: визначте ряд амфібій, до якого належать ці тварини)

У процесі еволюції можлива і постадаптація — зміни організмів, які вдосконалюють уже наявну адаптацію до середовища мешкання. Прикладами постадаптацій є ускладнення та удосконалення у тварин органів травлення, кровообігу, дихання, нервової системи тощо.

Запам'ятаємо

Процеси формування нових адаптацій до певних умов внутрішнього або зовнішнього середовища біологічних систем називають адаптаціогенезом.

Ключові терміни та поняття

правило відповідності умов середовища мешкання генетичній визначеності організму, преадаптація, неотенія, постадаптація, адаптаціогенез.

Перевірте здобуті знання

1. Про що стверджує правило відповідності умов середовища мешкання генетичній визначеності організму? 2. Як спадковий матеріал організмів визначає їхню здатність формувати нові адаптації? 3. Що таке преадаптації та яке їхнє біологічне значення? 4. Чим постадаптації відрізняються від преадаптацій? 5. Що таке адаптаціогенез?

Поміркуйте

Які преадаптації стали основою для формування різноманітних адаптацій у рослин? Наведіть приклади.