Приспособление вида к условиям окружающей среды. Приспособленность организмов к условиям внешней среды

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с. Спасское

Тема: «Приспособленность организмов к условиям внешней среды как результат действия естественного отбора»

Разработала:

с. Спасское 2009г.

Урок биологии в 11 классе

Тема урока : «Приспособленность организмов к условиям внешней среды как результат действия естественного отбора»

Первое стрессовое состояние, по-видимому, подготавливает клетки к другим нагрузкам, которые требуют физиологически сходных ответов. Этот допуск может быть вызван синтезом защищающих ферментов, вызванных тепловым шоком, которые уже присутствуют и защищаются в клетках при обращении к условию низкого рН. Второй контекст - это фиксация полезных мутаций, которые впоследствии будут полезны в еще невидимых условиях. Простое объяснение этих перекрестных защит заключается в том, что они набирают функцию очень похожих наборов генов.

С точки зрения клеточного ответа воздействие кислоты, осмотический стресс или холодный шок могут быть более или менее похожими, поскольку они вызывают по меньшей мере частично идентичные молекулярные пути. Это говорит о том, что может быть общий ответ на все стрессы, и, таким образом, воздействие любого стресса может быть перекрестно защищено от других. Экспериментальное исследование этой гипотезы показало, что это не всегда так и может быть более сложным, предполагая, что защита преднапряжений может действовать несколько иначе, чтобы обеспечить перекрестную защиту.

Цель урока : 1. «Рассмотреть разнообразные приспособления к среде у растений и животных.

2. Объяснить возникновение приспособлений естественным отбором.

3. Раскрыть относительный характер приспособленности как результат естественного отбора.»

Оборудование: Плоды и семена с различными приспособлениями к распространению коллекции насекомых - типы защитных окрасок, рисунки животных с различными приспособлениями.

Общность генной экспрессии и физиологических программ, часто наблюдаемая в ответ на стресс, предполагает, что перекрестная защита посредством адаптивных мутаций может легко развиваться посредством мутаций, которые влияют на эти общие механизмы. В этом случае, изменяя регуляторы транскрипции, адаптивные мутации приводят к повышению пригодности в избирательной среде и придают устойчивость к антибиотикам в качестве побочного эффекта. Однако эти изменения оказались невыгодными в других средах и температурных условиях генетически зависимым от фона образом, показывая, что для отрицательной плейотропии перекрестная защита не является универсальной.

План урока.

1. Повторение материала:

А)сущность естественного отбора и борьбы за существование (беседы, рассказы)

2. Объявление темы и постановки цели урока

3. Изучение нового материала.

А) Приспособленность организмов (рассказ, самостоятельная работа).

Б) Возникновение приспособлений (беседа, рассказ)

Механизмы ожидания и памяти

Прогнозирование и ассоциативное обучение

Изменения окружающей среды могут происходить через регулярные промежутки времени или следовать предсказуемому курсу. Адаптивные стратегии в этом случае могут включать ожидание, при котором клетки используют один сигнал для прогнозирования и получения защиты от стресса. Во время теплового шока фракция клеток выражает гены, необходимые для защиты от окислительного стресса, позволяя этим клеткам «до» адаптироваться к новым стрессовым состояниям. Транскрипционный ответ на повышение температуры также подавил аэробное дыхание, чтобы предвидеть предстоящие анаэробные состояния, даже если уровень кислорода был все еще высоким.

В) Относительный характер приспособлений (беседа)

4. Закрепление материала (ответы на вопросы, тестирование)

Ход урока

1. Повторение материала о сущности естественного отбора естественного отбора и борьбы за существование.

А) Беседа с учащимися. Учитель задает вопросы классу: Какова интенсивность размножения организмов в природе? Все ли особи доживают до взрослого состояния и дают потомство?

Таким образом, адаптивные стратегии в изменяющейся среде могут включать эволюцию сенсорных систем, которые «учатся», чтобы подготовить клетки к стрессам. Ожидается, что такие адаптивные механизмы будут развиваться как долгосрочная стратегия, но скорость эволюции упреждающей регуляции генов еще предстоит измерить. Асимметричная перекрестная защита или ожидание эволюционировали, когда окислительный стресс защищает от солевого стресса, но не наоборот. Авторы не смогли четко разделить два возможных механизма, но показали возможное возникновение предвидения в течение 300 поколений, предполагая, что это может быстро развиваться.

Учащиеся приводят примеры интенсивного размножения организмов: лягушка выметывает до 10 тыс. икринок, 1 коробочка мака дает 40 тыс. семян.

Не все особи доживают до взрослого состояния и дают потомство, большинство из них погибают: из-за недостатка влаги, нападения врагов, засухи, сильных морозов, температуры.

Учитель делает вывод: каждый организм стремится выжить и дать потомство, поэтому в природе постоянно идет борьба за существование.

В мальтозных условиях клетки не активируют активацию лактозы. Ответ только асимметричен в связи с экологическим чередованием лактозы и мальтозы. Прогнозирующее регулирование может быть дорогостоящим и неадаптивным в условиях, отличных от конкретных последовательностей, встречающихся в пищеварительном тракте млекопитающих. В этом контексте память о прошлой активации может ускорить реактивацию перед новым источником углерода. Многие из мутантов демонстрировали снижение катаболитовой репрессии генов мальтозы, что, скорее всего, объясняет сокращение времени восстановления после резкого перехода к мальтозе.

Б) Рассказы учащихся: формы борьбы за существование. Уч-ся называют форму борьбы за существование и приводят примеры.

Кто же выживает в борьбе за существование?

Уч-ся отвечают:

В борьбе выживают наиболее приспособленные.

2. Учитель объявляет тему урока и ставит цель перед учащимися.

3. Изучение нового материала.

В обратной ситуации, когда глюкоза добавляется к системе, содержащей галактозу, посттранскрипционная регуляция связана с деградацией транскриптов галактозной сети. Эти результаты показывают, что способность отображать память и ожидание варьируется в естественных популяциях и что она может реагировать на селекцию в экспериментальной эволюции. Эта адаптивная мутация уменьшает подавление метаболического пути галактозы и, таким образом, повышает способность клеток быстро справляться с изменениями источников углерода.

Стохастичность событий и решения о судьбе клеток

Эти результаты показывают, что репрессии могут быть настроены, чтобы лучше предвидеть изменение условий, когда вариация частая. Экологическая стохастичность может исходить из биотических, а также абиотических факторов и их сочетания. Стратегия, возникшая при непредсказуемых изменениях микроорганизмов, представляет собой стохастическую фенотипическую коммутацию, также называемую хеджированием ставок.

А) Речь учителя. Приспособленность организмов. Дарвин обратил внимание на одну черту эволюционного процесса - приспособительный характер. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Приспособленность к условиям среды может быть совершенной, что повышает шансы организма на выживание и оставление большого числа потомков. Приспособленность - это соответствие среде. Приспособления самые разнообразные. Рассмотрим приспособления плодов и семян к распространению.

Было описано несколько факторов, влияющих на эту стратегию переключения, и включают возможность непосредственного зондирования окружающей среды, связанных с ней экологических проблем и баланса затрат и выгод. Скорость, с которой экспрессия гена переключается из одного состояния в другое, корректируется извне, что позволяет измерять пригодность каждой стратегии.

Наблюдая за ростом ячеек в изменяющихся средах с разными частотами переключения, авторы показали, что быстрые переключатели быстрее восстанавливаются после изменения окружающей среды, но демонстрируют более низкие темпы роста в устойчивом состоянии, чем низкопереключатели. В дополнение к демонстрации предсказаний, сделанных из теоретических моделей, это исследование является впечатляющим примером использования клеточной инженерии как мощного инструмента для разъяснения экологических и эволюционных вопросов.

Б) Работа учащихся с гербариями: Работа проводится группами: каждой группе задание: 1-ая группа - береза; тополь. 2-ая группа - горчица, белена. 3- я группа - репейник, череда. 4- ая группа – рябина, калина. Результаты работы учащиеся записывают в таблицу:

Растение Сложные регуляторные пути могут позволить более долгоживущий стохастический фенотип, чем экспрессия шумной гены. Как правило, появление стратегий хеджирования ставок регулируется петлями обратной связи. Ячейки персидерки характеризуются прекращением большинства клеточных процессов с низким уровнем перевода. Их толерантность к антибиотикам может быть следствием неактивных путей лекарственной мишени, потому что клетки остаются чувствительными к антибиотику при его регенерации. Было выявлено несколько других генов устойчивости, которые играют роль в образовании этих неактивных клеток, и они участвуют в различных процессах, таких как обмен углерода, аминокислот или липидов.	Характер приспособления	Способ распространения
	С обеих сторон плода каемки - крылья Однако понимание их возникновения и эволюции остается проблемой, особенно в контексте патогенных видов. Вместе стратегии случайного переключения фенотипов, хеджирования ставок и стойкости бактерий позволяют проводить длительные этапы реагирования на изменяющиеся среды и, таким образом, можно считать универсальной стратегией, поскольку субпопуляция способна выжить в различных условиях. В описанных выше системах исследования рассматриваются изменения окружающей среды, которые снижают работоспособность, но не приводят к исчезновению популяции, если адаптивные мутации не могут быстро произойти и исправить.
	Пучки волосков
Репейник	Раскрывающиеся стручки Другим ключевым фактором, который может повлиять на вероятность спасения, является скорость изменения окружающей среды. Понимание молекулярных основ эволюционного спасения поможет понять, связаны ли они с конкретными типами адаптивных молекулярных изменений и как геномная архитектура вовлеченных признаков может взаимодействовать с каждым из предыдущих описанных факторов. Однако генетические основы эволюционного спасения не изучались широко, кроме нескольких конкретных контекстов, таких как устойчивость к антибиотикам. Изменения в количестве копий хромосомы, по-видимому, являются быстрым механизмом адаптации в контексте резкого стресса, но также, по-видимому, налагают такую стоимость, что она быстро теряется, когда стресс удаляется или заменяется другими мутациями при непрерывном отборе. Раскрывающиеся коробочки Прищепки Прищепки	Растрескивание сухих плодов животными, человеком
	Яркоокрашенные Это наблюдение иллюстрирует, что эволюционное спасение может протекать через хромосомные изменения, позволяя выживаемость населения в краткосрочной перспективе, но требующие дополнительных изменений в долгосрочной перспективе. Одним из основных достижений эволюционного спасения является демонстрация того, что начальные генотипы определяют вероятность спасения и эффекты, связанные с адаптивными мутациями. Поэтому генетический фон может играть важную роль в определении того, какие гены мутируются в процессе спасения. Они эволюционировали путем спасения независимых популяций двух генотипов при высокой температуре, измеряли вероятность спасения и идентифицировали причинные мутации. Их результат показывает, что разные генетические фоны в значительной степени демонстрируют различные вероятности спасения, а также в значительной степени спасены различными молекулярными изменениями. Некоторое усиление функциональных мутаций специфично для одного генетического фона, в то время как потери функции конкретных сигнальных путей специфичны для другого.

В) Рассказ учителя о приспособленности животных:

Приспособленность животных учитель выражает в виде таблицы

Приспособленность организмов.

Виды приспособлений	Значение Опять же, адаптивные изменения включают анеуплоидии, которые также, как представляется, эволюционируют в генетическом контексте особым образом. В целом, несколько исследований, которые исследовали молекулярные изменения, связанные с эволюционным спасением, показали, что эти изменения часто имеют большие плейотропные эффекты и, таким образом, могут представлять собой краткосрочные решения эволюционной проблемы, о чем свидетельствуют изменения плоидности. Еще одно важное замечание состоит в том, что спасение может происходить по различным эволюционным путям в зависимости от исходных генотипов популяций.
Форма тела
Торпедообразная	Способствует избежанию образования завихрений потоков воды при движении	Акулы, дельфины Сильный вклад начального генотипа в вероятность спасения и связанные с этим изменения молекулярной массы говорят о том, что генетические вариации в потенциале, который может быть спасен, могут существовать в естественных популяциях. Наиболее важным следствием этого вывода является то, что экстраполяция того, что наблюдается для определенной популяции или генотипа другим популяциям, является рискованной, например, в случае устойчивости к антибиотикам или спасения в контексте сохранения генетики. Заключение и перспективы на будущее Хотя исследования, которые выявили молекулярные основания, благодаря которым адаптивные мутации обеспечивают преимущество или недостаток пригодности, ограничены в численности, они позволяют выявлять потенциальные тенденции будущих исследований. Во-первых, регуляторы транскрипции и сигнальные белки часто участвуют в адаптации, и потеря пластичности, вызванная мутациями в этих регуляторах, часто является причиной компрометации фитнеса. Мутации в этих регуляторах также могут привести к перекрестной защите, воздействуя на один и тот же набор генов и физиологических процессов в разных условиях.
Сучковидная, листовидная	Делает организм незаметным среди тех или иных предметов среды	Палочники, гусеницы, пядениц
Причудливая		Морские коньки

Окраска тела:

покровительственная	Скрывает на фоне окружающей среды	Белая куропатка, зеленый кузнечик
Предостерегающая	Сохранение численности видов, обладающих ядовитыми, обжигающими, жалящими свойствами	Пчелы, осы, капустницы
Мимикрия (подражание беззащитных животных хорошо защищенным и обладающим предостерегающей окраской)	Защита от истребления	Пчеловидки, яйца, откладываемые кукушкой.
Твердые покровы тел.	Защита от поедания плотоядными животными	Жуки, крабы, черепахи.
		Ехидны, дикобразы, ежи
Приспособительное поведение
Замирание		Жуки, птицы
Угрожающая поза		Бородатая ящерица, ушастая круглоголовка
Запасание корма	Переживание бескормицы	Кедровка, бурундук, белка
Забота о потомстве
Вынашивание икры в ротовой полости, в складке кожи на животе	Сохранение потомства	Самцы тиляпии, морского конька
Постройка гнезда и выведение в нем потомства		Некоторые рыбы (колюшки), птицы, белки
Выкармливание потомства		Птицы, млекопитающие
Обеспечение будущего потомства пищей		Наездники
Физиологические адаптации
Удаление избытка воды через почки в виде слабоконцентрированной мочи	Сохранение постоянства внутренней среды организма в условиях жизни в пресной воде	Пресноводные рыбы
Потребление большого количества воды и выделение небольшого количества концентрированной мочи	Сохранение постоянства внутренней среды организма в условиях жизни в гиперосмотической среде	Морские рыбы

Примеры по каждому виду приспособлений приводят учащиеся.

Получить полный текст

Возникновение приспособлений.

4. Беседа с учащимися: Образования длинных ног и длинной шеи у жирафа по Ламарку объясняют учащиеся. Ламарк утверждал, что жирафы живут в Африке в тех местах, где почва сухая и нет растительности. Это заставляет жирафа объедать листву деревьев и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до нее. В результате таких «упражнений» передние ноги стали длиннее задних, и шея удлинилась, а затем эти изменения сохраняются в следующих поколениях при размножении.

Учитель ставит вопрос: - «Можно ли возникновение всех приспособлений объяснить упражнением органов?» (Например: яйца птиц покрытых пятнами). Учащиеся отвечают: - «Нет». Значит, утверждение Ламарка является неверным.

5. Рассказ учителя. Учитель объясняет учащимся возникновение длинных ног и длинной шеи у жирафа по Дарвину. Он зачитывает высказывание Дарвина о возникновении длинных ног и длинной шеи у жирафа.

На основании прочитанного делается вывод: - «Дарвин объясняет возникновение приспособлений естественным отбором, в процессе длительного исторического развития».

Относительный характер приспособлений.

6. Беседа с учащимися. На конкретных примерах выясняем, что любая приспособленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась. Например, зеленый кузнечик живет в зеленой траве, так фон делает его незамеченным и предохраняет от врагов. А если кузнечика перенести на фон, где желтый покров, то его быстро уничтожат вредители. Учащимся предлагается привести примеры с другими видами приспособленности. И затем делаем вывод: - «Любая приспособленность организмов к среде выработана в процессе эволюции под действием естественных причин и не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления. Доказательством относительно характера приспособлений являются следующие факты: защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других (ядовитые змеи опасны для многих животных, однако ежи, свиньи их поедают). Полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже вредным в другой среде (перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда не опускаются в воду).

5.Закрепление материала.

1.Ответы на вопросы.

а) - «А какие приспособления выработались у растений к недостатку влаги?»

б)- «Какие приспособления у птиц, связанных с полетом?»

а) - «У растений длинные корни, листья узкие или ввиде иголочек, листовые пластинки покрыты кутикулой.

б) – «Передние конечности видоизменены в крылья, кости легкие – полые, развит киль, грудные мышцы, дышат легкими и воздушными мешками».

2.Тестирование: надо выбрать ответ.

1) Приспособленность организмов к среде обитания – это результат:

А) стремление особей к самоусовершенствованию;

Б) деятельность человека;

В) модификационная изменчивость;

Г) Взаимодействие движущих сил эволюции.

2) Растения могут жить в пустыне благодаря:

А) глубокому расположению корневой системы;

Б) очередному листорасположению;

В) супротивному листорасположения;

Г) крупным размерам вегетативных органов.

3) Причиной формирования приспособленности популяции к новым условиям жизни не является:

А) появление новых признаков;

Б) разнообразие биотических связей;

В) действие естественного отбора;

В ходе борьбы за существование происходит естественный отбор наиболее приспособленных к условиям среды особей.

Выработавшиеся в ходе филогенеза приспособления называются адаптациями. Адаптации касаются морфологии, физиологии и поведения организмов.

Наиболее характерными адаптациями можно назвать форму тела и конечностей. Так, у водоплавающих млекопитающих - дельфинов и китов - тело отвечает требованиям гидродинамики и позволяет развивать скорость до 40 км в час.

У птиц, например сокола сапсана, тело оптимизировано под требования аэродинамики и экономии веса. Благодаря этому, сокол может пикировать со скоростью до 300 км в час.

Более мелкие физиологические особенности, например форма клюва, не менее важны. Так стриж на лету ловит мелких насекомых, поэтому у него широкий рот и короткий клюв. Цапля ловит рыб и амфибий под водой, поэтому у нее длинный клюв (рис. 1).

Рис. 1. Примеры адаптаций: клювы стрижа - слева и цапли - справа

Незначительные, на первый взгляд, изменения на самом деле носят приспособительный характер.

Важную роль играет внешний вид особей. Адаптации, связанные с внешним видом особей, принято разделять на условные группы.

Первую группу составляет покровительственная окраска.

Покровительственная окраска делает особь менее заметной на фоне других объектов и затрудняет ее обнаружение.

Такая окраска встречается у видов, представители которых живут открыто и легко могут стать добычей хищников. Например, на севере многие виды окрашены в белый цвет, чтобы не выделяться на фоне снега (рис. 2).

Рис. 2. Покровительственная окраска делает животное почти невидимым на фоне окружающей среды

Другие виды - олени, тигры, некоторые змеи - имеют контрастную, расчленяющую окраску (рис. 3).

Рис. 3. Примеры расчленяющей окраски, которая тоже прекрасно маскирует животных

Если фон среды не остается постоянным, в зависимости от сезона года, то многие животные меняют свою окраску также в течение года (рис. 4).

Рис. 4. Сезонные изменения покровительственной окраски зайца

Покровительственная окраска характерна не только для самих особей, но также и для их яиц или гнездовий.

Вторая группа - это маскировка. Т. е. приспособление, при котором особь сливается с окружающими предметами.

Например, некоторые гусеницы своим внешним видом имитируют сучки. Некоторые клопы очень похожи на листья. А рыбы маскируются под камни и водоросли (см. видео).

Третья группа - это предупреждающая окраска. Это яркая, бросающаяся в глаза окраска, которая отличает жалящих или несъедобных существ.

Хищники реже атакуют таких опасных особей, выбирая более безобидных жертв (см. видео).

Четвертая группа - это мимикрия, т. е. достижение сходства с каким-то опасным для хищника видом.

Например, некоторые неядовитые насекомые как бы имитируют формой и окраской ядовитых сородичей (рис. 5). Фактически, это подражание предупреждающей окраски, какого-то действительно опасного вида. Хищники не нападают на таких животных, опасаясь последствий. Мимикрия тоже является результатом естественного отбора особей, похожих на представителей ядовитых или опасных видов.

Рис. 5. Пример мимикрии

Помимо морфологических адаптаций, выделяют также физиологические адаптации , т. е. все те изменения в работе тканей и органов, которые накопились в результате естественного отбора.

Например, пустынные животные перед наступлением засушливого периода накапливают запасы жира, при разложении которого в организме получается вода.

Значительную роль для естественного отбора играет приспособительное поведение . По аналогии с окраской, такое поведение может способствовать маскировке или, наоборот, отпугиванию врагов и соперников. Так, кобра, раскрывая свой капюшон, демонстрирует агрессивность своих намерений (см. видео).

Для выживания виды используют сложные поведенческие механизмы. Например, запасание. Полевка-эконом может собирать до 10 кг запасов кореньев, злаков, сена. Бобры устраивают на зиму склады обрубков деревьев. Их запасы могут достигать 20 м 3 .

Примером приспособительного поведения служит и время наиболее суточной активности. Так, в пустынных условиях многие хищники выходят на охоту ночью, когда спадает дневной зной.

Еще одним примером приспособительного поведения является забота о потомстве.

Так, многие рыбы охраняют икру, откладываемую между камнями, активно отгоняя врагов. А некоторые и вовсе вынашивают икру во рту, или даже в желудке (см. видео).

Наиболее ярко забота о потомстве проявляется у млекопитающих. Звери не только кормят свое потомство, но и обучают его ловить добычу. Представители нашего вида - обычно тоже весьма заботливые родители.

Следует помнить, что любые адаптации носят относительный характер. Даже самая совершенная адаптация может оказаться бесполезной или вредной при смене условий.

Например, у крыс постоянно растут резцы. Это адаптация к питанию жестким кормом. Но если крыс перевести на питание мягким кормом, то зубы перестанут стачиваться, достигнут огромных величин, и такая крыса погибнет. Аналогично, сокол, идеально приспособленный к полету, совершенно не может перемещаться в воде, или в густом лесу.

Таким образом, адаптации - это проявление изменчивости, которое дает преимущество в борьбе за выживание и закрепляется естественным отбором.

Список литературы

А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: ()
Д.К. Беляев. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е издание, стереотипное. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с. ()
В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. - 5-е издание, стереотипное. - М.: Дрофа, 2010. - 388 с. ()
В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е издание, дополненное. - М.: Дрофа, 2010. - 384 с. ()

Домашнее задание

Что понимают под приспособлением живых организмов к среде обитания?
Как связано морфологическое приспособление к окружающей среде с мутациями?
В чем отличие физиологической адаптации от поведенческой адаптации?
В че заключается эволюционный смысл мимикрии?
Как адаптированы к условиям среды представители нашего вида Человек разумный?
Обсудите с друзьями, какие поведенческие адаптации важны для современного человека.

Современная биология ().
Общая экология ().
ВикипедиЯ ().

Приспособление вида к условиям окружающей среды. Приспособленность организмов к условиям внешней среды

Механизмы ожидания и памяти

Прогнозирование и ассоциативное обучение

Стохастичность событий и решения о судьбе клеток

Заключение и перспективы на будущее