Приспособления организмов к среде называют. Шпаргалка: Приспособленность организмов и образование новых видов

Объяснив на основе естественного отбора происхождение видов как грандиозный и всеохватывающий процесс последовательной смены приспособлений, теория Дарвина объяснила и явление целесообразного строения органических форм. Формы приспособлений как отражение целесообразности бесконечно разнообразны: плавательный пузырь в теле рыбы наполнен воздухом и облегчает массу ее тела; преодолеть болота удобнее на длинных ногах с широко расставленными пальцами, как у цапли, или с широкими копытами, как у лося; у прыгающих животных сильнее развиты задние конечности (кенгуру, кузнечик, лягушка). У животных, ведущих подземный образ жизни, конечности лопатообразной формы и приспособлены для рытья земли. Существуют целесообразные приспособления у растений и животных на суточные и годичные колебания температуры и влажности.

Приверженцы идеалистических взглядов и служители церкви в явлениях приспособленности организмов и их целесообразного строения видели выражение общей гармонии природы, исходящей, якобы, от ее творца. Теория Ч. Дарвина отвергает какое бы то ни было участие в возникновении приспособлений сверхъестественных сил, она убедительно доказала, что весь животный и растительный мир со времени своего появления совершенствуется по пути целесообразных приспособлений к условиям обитания: к воде, воздуху, солнечному свету, силе тяжести. Удивительная гармония живой природы, ее совершенство создаются самой природой: борьбой за выживание. Эта борьба есть та сила, которая придает крепость корням, изощренную красоту цветам, вызывает причудливую мозаику листорасположения и оттачивает зубы, дает могучую силу мускулам, остроту зрения, слуха и чутья многим животным.

Приспособленность как выражение целесообразности проявляется во всем. Например, хищники имеют когти, клыки, клювы, ядовитые зубы, от которых жертве бывает очень трудно спастись. Но в борьбе за жизнь вырабатывались и средства защиты: одни на силу отвечают силой, других спасают ноги, у третьих возникла раковина, панцирь, иглы и т. п. Множество слабых и беззащитных насекомых, будучи безвредными или съедобными, за долгие годы действия естественного отбора переняли окраску и форму шершней, ос, стали похожи на ядовитые или несъедобные формы. Их подражательная окраска или форма в то же время охранительна, так как совпадает с фоном окружающей среды: хищников она делает незаметными и помогает им подкрадываться к добыче, преследуемым видам дает возможность скрыться от врагов. Если бы насекомые, преследуемые птицами, не имели окраски под цвет зеленой травы или древесной коры, их бы истребили пернатые. Оперение тундровой куропатки сливается с тоном скал и вершин, покрытых лишайниками, вальдшнеп незаметен среди засохшей и опавшей дубовой листвы и т. д. Выраженный приспособительный характер носит способность животных принимать "угрожающую" или "устрашающую" окраску и позу: у гусеницы винного бражника спереди имеются глазоподобные пятна, в момент опасности она приподнимает переднюю часть тела, отпугивая этим птиц.

Разнообразные приспособления исключают возможность самоопыления у большинства растений, позволяют им распространять плоды и семена или благодаря колючкам противостоять поеданию травоядными животными. Аромат и яркая окраска цветков возникли как приспособления для привлечения насекомых, которые, посещая цветки, перекрестно опыляют эти растения, либо как приспособление к более эффективному поглощению солнечных лучей определенной длины.

Покровительственная окраска. Покровительственная окраска развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов. Такая окраска делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности. У некоторых встречается яркий узор(окраска у зебры, тигра, жирафа) - чередование светлых и темных полос и пятен. Эта расчленяющая окраска как бы имитирует чередование пятен света и тени.

Маскировка. Маскировка - приспособление, при котором форма тела и окраска животного сливается с окружающими предметами. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки.

Мимикрия. Мимикрия - подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида. Это подражание может проявляться в форме тела, окраске и т.д. Так, некоторые виды неядовитых змей и насекомых похожи на ядовитых. Мимикрия - результат отбора сходных мутаций у различных видов. Она помогает незащищенным животным выжить, способствует сохранению организма в борьбе за существование.

Предупреждающая(угрожающая) окраска Виды нередко обладают яркой, запоминающейся окраской. Раз попытавшись отведать несъедобную божью коровку, жалящую осу, птица на всю жизнь запомнит их яркую окраску.

(По материалам личной страницы Иванова Андрея)

В учении о естественном отборе Дарвин не только материалистически обосновал приспособленность организмов (их целесообразное строение), но и показал ее относительный характер. Так, предупредительная и покровительственная окраска, различные другие защитные приспособления действуют далеко не на всех преследователей, но, имея приспособления, особи реже подвергаются нападению. Обладатели жала - осы, пчелы, шершни - без затруднения поедаются мухоловками, щурками. Летучая рыба, выскакивая из воды в воздух, ловко спасается от хищной рыбы, но этим пользуется альбатрос, настигающий свою добычу в воздухе. Панцирь черепахи - хорошая защита, однако орел поднимает ее в воздух и бросает на скалы; панцирь разбивается, и орел съедает черепаху.

Каждое животное и растение не может быть полностью приспособленным ко всем условиям, какие складывались в течение всей жизни на Земле. Любое приспособление сохраняется до тех пор, пока поддерживается естественным отбором, но исчезает, как только перестает быть полезным. В качестве примера смены приспособлений можно привести развитие покровительственной окраски у бабочки березовой пяденицы.

Таким образом, основа теории Дарвина - учение о естественном отборе - главном и направляющем факторе эволюции. В борьбе за существование на основе наследственной изменчивости происходит последовательная смена приспособлений и выживание наиболее приспособленных, возрастает многообразие форм живой природы, совершается процесс видообразования и осуществляется общее поступательное развитие растительного и животного мира. В этой теории получили разрешение две проблемы: механизм видообразования и происхождение целесообразности органического мира.

Приспособленность организмов как результат эволюции (Т.А. Козлова, В.С. Кучменко. Биология в таблицах. М.,2000)

«Приспособленность организмов и образование новых видов»

1. Приспособленность организмов и ее относительность

В XIXв. исследования приносили все новые данные, раскрывающие приспособленность животных и растений к условиям окружающей среды; вопрос же о причинах этого совершенства органического мира оставался открытым. Дарвин объяснил происхождение приспособленности в органическом мире с помощью естественного отбора.

Ознакомимся предварительно с некоторыми фактами, свидетельствующими о приспособленности животных и растений.

Примеры приспособленности в животном мире. В животном мире широко распространены различные формы защитной окраски. Их можно свести к трем типам: покровительственная, предостерегающая, маскировочная.

Покровительственная окраска помогает организму стать менее заметным на фоне окружающей местности. Среди зеленой растительности клопы, мухи, кузнечики и другие насекомые часто окрашены в зеленый цвет. Фауну Крайнего Севера (белый медведь, полярный заяц, белая куропатка) характеризует белая окраска. В пустынях преобладают желтые тона окраски животных (змеи, ящерицы, антилопы, львы).

Предостерегающая окраска ясно выделяет организм в окружающей среде яркими, пестрыми полосами, пятнами (форзац 2). Она встречается у ядовитых, обжигающих или жалящих насекомых: шмелей, ос, пчел, жуков-нарывников. Яркая, предостерегающая окраска обычно сопровождает другие средства защиты: волоски, шипы, жала, едкие или остро пахнущие жидкости. К этому же типу окраски относится угрожающая.

Маскировка может достигаться сходством по форме тела и окраске с каким-либо предметом: листом, веткой, сучком, камнем и т. д. При опасности гусеница бабочки-пяденицы вытягивается и застывает на ветке наподобие сучка. Бабочку совки-гнилушки в неподвижном состоянии легко принять за кусочек гнилого дерева. Маскировка достигается также мимикрией. Под мимикрией имеют в виду сходство в окраске, форме тела и даже в поведении и повадках между двумя или несколькими видами организмов. Например, шмеле видные и осовидные мухи, лишенные жала, очень похожи нашмелей и ос - жалящих насекомых.

Не следует думать, что защитная окраска обязательно и всегда спасает животных от истребления врагами. Но более приспособленные по окраске организмы или группы их погибают значительно реже, чем менее приспособленные.

Наряду с защитной окраской у животных сложились многие другие приспособления к условиям жизни, выражающиеся в их повадках, инстинктах, поведении. Например, перепела в случае опасности быстро опускаются на поле и замирают в неподвижной позе. В пустынях змеи, ящерицы, жуки прячутся от зноя в песок. В момент опасности многие животные принимают 16 угрожающие позы.

Примеры приспособленности у растений. Высокие деревья, кроны которых свободно обдувает ветер, как правило, имеют плоды и семена с летучками. Для подлеска и кустарников, где обитают птицы, характерны яркие, со съедобной мякотью плоды. У многих луговых трав плоды и семена имеют крючочки, которыми они прицепляются к шерсти млекопитающих.

Разнообразные приспособления препятствуют самоопылению и обеспечивают перекрестное опыление растений.

У однодомных растений мужские и женские цветки созревают не одновременно (огурцы). Растения с обоеполыми цветками защищены от самоопыления разновременным созреванием тычинок и пестиков или особенностями их строения и взаимного расположения (у первоцвета).

Укажем еще примеры: нежные ростки весенних растений - ветреницы, чистяка, голубой перелески, гусиного лука и др.- переносят температуры ниже нуля благодаря наличию концентрированного раствора сахара в клеточном соке. Очень медленный рост, низкорослость, мелколистность, поверхностное расположение корней у деревьев и кустарников в тундре (ива, береза, можжевельник), чрезвычайно быстрое развитие полярной флоры весной и летом - все это приспособления к жизни в условиях вечной мерзлоты.

Многие сорные растения производят неизмеримо большее количество семян, чем культурные, - это приспособительный признак.

Многообразие приспособлений. Виды растений и животных отличаются приспособленностью не только к условиям неорганической среды, но и друг к другу. Например, в широколиственном лесу травяной покров весной образуют светолюбивые растения (хохлатка, ветреница, медуница, чистяк), а летом - теневыносливые (будра, ландыш, зеленчук). Опылителями раннецветущих растений являются главным образом пчелы, шмели и бабочки; летнее цветущие растения опыляются обычно мухами. Многочисленные насекомоядные птицы (иволга, поползень), гнездясь в широколиственном лесу, уничтожают его вредителей.

В одной и той же среде обитания организмы обладают различными приспособлениями. Птица оляпка не имеет плавательных перепонок, хотя она добывает себе пищу род водой, ныряя, пользуясь крыльями и цепляясь ногами за камни. Крот и слепыш принадлежат к роющим животным, но первый роет конечностями, а второй проделывает подземные ходы головой и сильными резцами. Тюлень плавает при помощи ластов, а дельфин пользуется хвостовым плавником.

Происхождение приспособлений у организмов. Объяснение появления сложных многообразных приспособлений к конкретным условиям окружающей среды, данное Дарвином, в корне отличалось от понимания этого вопроса Ламарком. Эти ученые резко разошлись также в определении главных движущих сил эволюции.

Теория Дарвина дает вполне логичное материалистическое объяснение происхождения, например, покровительственной окраски. Рассмотрим возникновение зеленого цвета тела гусениц, живущих на зеленых листьях. Предки их могли быть окрашены в какой-либо другой цвет и не питаться листьями. Предположим, что в силу каких-то обстоятельств они вынуждены были перейти на питание зелеными листьями. Легко представить себе, что птицы склевали множество этих насекомых, хорошо заметных на зеленом фоне. В числе различных наследственных изменений, которые всегда наблюдаются в потомстве, могли быть изменения в окраске тела гусениц, делавшие их менее заметными на зеленых листьях. Из числа гусениц с зеленоватым оттенком какие-то особи сохранились и дали плодовитое потомство. В последующих поколениях процесс преимущественного выживания гусениц, менее заметных по окраске на зеленых листьях, продолжался. С течением времени благодаря естественному отбору зеленая окраска тела гусениц все более и более соответствовала основному фону.

Возникновение мимикрии может быть объяснено также лишь естественным отбором. Организмы с малейшими уклонениями в форме тела, окраске, поведении, усиливающими сходство с защищенными животными, имели больше возможности выжить и оставить многочисленное потомство. Процент гибели таких организмов был ниже тех, которые не обладали полезными изменениями. Из поколения в поколение полезное изменение усиливалось и совершенствовалось через накопление признаков сходства с защищенными животными.

Движущая сила эволюции - естественный отбор.

Теория Ламарка оказалась совершенно беспомощной в объяснении органической целесообразности, например, происхождения различных типов защитной окраски. Невозможно предположить, что животные «упражнялись» в окраске или фирме тела и путем упражнения приобрели приспособленность. Нельзя объяснить и взаимную приспособленность организмов друг к Другу. Например, совершенно необъяснимо возникновение соответствия хоботка у рабочих пчел строению цветка определенных видов опыляемых ими растений. Рабочие пчелы не размножаются, а пчелиные матки хотя и производят потомство, но не Могут «упражнять» хоботок, так как не собирают пыльцу.

Вспомним движущие силы эволюции по Ламарку: 1) «стремление природы к прогрессу», вследствие чего органический мир развивается от простых форм к сложным, и 2) изменяющее действие внешней среды (непосредственное на растения и низших животных и косвенное с участием нервной системы на высших животных).

Понимание Ламарком градации как постепенного повышения организации живых существ согласно «непреложным» законам, по существу, приводит к признанию веры в бога. Теория прямого приспособления организмов к условиям окружающей среды через появление у них только адекватных изменений и обязательного наследования приобретаемых этим путем признаков логически вытекает из представления об изначальной целесообразности. Наследование приобретаемых признаков экспериментально не подтвердилось.

Чтобы отчетливее показать основное различие у Ламарка и Дарвина в понимании механизма эволюции, приведем объяснение их собственными словами одного и того же примера.

Образование длинных ног и длинной шеи у жирафы

По Ламарку

«Известно, что это самое высокое из млекопитающих животных обитает во внутренних областях Африки и водится в местах, где почва всегда сухая и лишена растительности. Это заставляет жирафу объедать листву деревьев и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до нее. Вследствие этой привычки, существующей с давних пор у всех особей данной породы, передние ноги жирафы стали длиннее задних, а ее шея настолько удлинилась, что это животное, даже не приподнимаясь на задних ногах, подняв только голову, достигает шести метров (около двадцати футов) в высоту… Всякое же изменение, приобретенное органом благодаря привычному употреблению, достаточному для того, чтобы произвести данное изменение, сохраняется в дальнейшем путем размножения при условии, если оно присуще обоим индивидуумам, совместно участвующим в оплодотворении при воспроизведении своего вида. Это изменение передается дальше и переходит, таким образом, ко всем индивидуумам последующих поколений, подвергающимся воздействию тех же условий, Хотя потомкам уже не приходится приобретать его тем путем, каким оно действительно было создано».

По Дарвину

«Жирафа по своему высокому росту, очень длинной шее, передним ногам, голове и языку прекрасно приспособлена к обрыванию листьев с верхних ветвей деревьев… самые высокие особи, которые были на дюйм или на два выше других, могли часто сохраняться в периоды засух, бродя в поисках за кормом по всей стране. Эта незначительная разница в размерах, обусловливаемая законами роста и изменчивости, не имеет значения для большинства видов. Но иначе было с нарождавшейся 10 жирафой, если принять во внимание ее вероятный образ жизни, потому что те особи, у которых какая-либо или несколько разных частей тела были длиннее, чем обыкновенно, вообще должны были переживать. При скрещивании они должны были оставлять потомков или с теми же самыми особенностями строения, или с наклонностью изменяться в том же направлении, тогда как особи, организованные менее благоприятно в этом отношении, должны были оказаться наиболее склонными к гибели. …естественный отбор и охраняет и тем самым отделяет всех более высоких особей, давая им полную возможность скрещиваться, и способствует уничтожению всех более низких особей».

Теория прямого приспособления организмов к условиям окружающей среды через появление адекватных изменений и их наследование находит сторонников и в настоящее время. Вскрыть ее идеалистический характер возможно только на основе глубокого усвоения учения Дарвина о естественном отборе - движущей силе эволюции.

Относительность приспособлений организмов. Учение Дарвина о естественном отборе не только объяснило, как могла возникнуть приспособленность в органическом мире, но и доказало, что она всегда имеет относительный характер. У животных и растений наряду с полезными признаками встречаются бесполезные и даже вредные,

Вот несколько примеров бесполезных для организмов, нецелесообразных органов: грифельные косточки у лошади, остатки задних конечностей у кита, остатки третьего века у обезьян и человека, червеобразный отросток слепой кишки у человека.

Любое приспособление помогает организмам выжить только в тех условиях, в которых оно выработалось естественным отбором. Но и в этих условиях оно относительно. В яркий, солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. Заяц-беляк, незаметный на снегу в лесу, становится видным на фоне стволов, выбежав на опушку леса.

Наблюдения за проявлением инстинктов у животных в ряде случаев показывают их нецелесообразный характер. Ночные бабочки летят на огонь, хотя и гибнут при этом. Их влечет к огню инстинкт: они собирают нектар в основном со светлых цветков, хорошо заметных ночью. Самая лучшая защита организмов далеко не во всех случаях надежна. Овцы съедают без вреда для себя среднеазиатского паука-каракурта, чей укус ядовит для многих животных.

Узкая специализация органа может стать причиной гибели организма. Стриж не может взлететь с ровной поверхности, так как у него длинные крылья, но очень короткие ноги. Он взлетает, только оттолкнувшись от какого-то края, как от трамплина.

Приспособления растений, препятствующие поеданию животными, относительны. Голодный скот поедает и растения, защищенные колючками. Взаимная польза организмов, связанных отношениями симбиоза, также относительна. Иногда грибные нити лишайника разрушают сожительствующие с ними водоросли. Все эти и многие другие факты говорят, что целесообразность не абсолютна, а относительна.

Экспериментальные доказательства естественного отбора. Впосле дарвиновское время был проведен ряд экспериментов, подтвердивших наличие естественного отбора в природе. Например, рыбы (гамбузии) были помещены в бассейны с различно окрашенным дном. Птицы уничтожили 70% рыб в том бассейне, где они были более заметны, и 43% там, где они по окраске лучше подходили к фону дна.

В другом эксперименте наблюдали за поведением крапивника (отряд воробьиных), который не клевал гусениц пяденицы с покровительственной окраской, пока они не шевелились.

Опытами подтверждено значение предостерегающей окраски в процессе естественного отбора. На опушке леса разложили на досках насекомых, относящихся к 200 видам. Птицы прилетали около 2000 раз и склевывали только тех насекомых, у которых не было предостерегающей окраски.

Так же опытным путем было установлено, что большинство птиц избегает перепончатокрылых насекомых с неприятным вкусом. Клюнув осу, птица от трех до шести месяцев не трогает и осовидных мух. Потом начинает клевать их, пока не попадет на осу, после чего опять долго не трогает мух.

Производились опыты по «искусственной мимикрии». Птицы охотно поедали личинок жука - мучного хрущака, окрашенных безвкусной краской кармином. Часть личинок покрывали смесью краски с хинином или другим неприятным на вкус веществом. Птицы, натолкнувшись на таких личинок, перестали клевать всех окрашенных личинок. Опыт изменили: на теле личинок сделали различные рисунки, и птицы брали только тех, чей рисунок не сопровождался неприятным вкусом. Таким образом, у птиц возник условный рефлекс на предупреждающие яркие сигналы или рисунки.

Экспериментальное исследование естественного отбора проводилось и ботаниками. Оказалось, что сорные растения обладают рядом биологических особенностей, возникновение и развитие которых Можно объяснить только как приспособления к условиям, созданным человеческой культурой. Например, растения рыжик (сем. крестоцветных) и торица (сем. гвоздичных) имеют семена, очень похожие по величине и весу на семена льна, посевы которого они засоряют. То же можно сказать о семенах погремка бескрылого (сем. норичниковых), засоряющего посевы ржи. Сорные растения созревают обычно одновременно с культурными растениями. Семена тех и других трудно отделяются друг от друга при провеивании. Человек скашивал, обмолачивал сорняки вместе с урожаем, а потом и высеивал на поле. Невольно и бессознательно он способствовал естественному отбору семян различных сорных растений по линии сходства с семенами культурных растений.

2. Образование новых видов

С давних пор человека поражало многообразие органического мира. Как оно возникло? Учение о естественном отборе объяснило, как образуются новые виды в природе. Дарвин исходил из фактов, касающихся домашних пород. Первоначально породы домашних животных были менее разнообразными по сравнению с современными. Преследуя разные цели, люди проводили искусственный отбор в различных направлениях. В результате породы дивергировали, т. е. расходились в признаках между собой и с их общей родоначальной породой.

Дивергенция в естественных условиях. Дивергенция происходит все время в природе, и ее движущей силой является естественный отбор. Чем больше отличаются друг от друга потомки какого-либо вида, тем легче они расселяются по более многочисленным и более разнообразным ареалам, тем легче будут размножаться. Дарвин рассуждал таким образом. Какое-то хищное четвероногое по численности достигло предела возможности существования в данной местности. Допустим, что физические условия страны не изменились; может ли этот хищник размножаться дальше? Да, если потомки захватят места, занятые другими животными. А это может произойти в связи с переходом на другую пищу или в новые условия обитания (на деревьях, в воде и т. п.). Чем разнообразнее будут по своим признакам потомки этого хищника, тем шире они распространятся.

Дарвин приводит пример. Если на одном участке земли посеять травы одного вида, а на другом, похожем, - травы, относящиеся к нескольким различным видам или родам, то во втором случае общий урожай будет больше.

В природе на участке, площадью чуть большей 1 м2, Дарвин насчитал 20 различных видов растений, принадлежащих к 18 родам и 8 семействам.

Подобные факты подтверждают правильность положения, выдвинутого Дарвином: «… наибольшая сумма жизни осуществляется при наибольшем разнообразии строения...» Между растениями одного вида при их одинаковых потребностях в почве, влаге, освещении и т. д. происходит самое ожесточенное биологическое состязание. При естественном отборе будут сохраняться формы, наиболее отличающиеся друг от друга. Чем заметнее становятся различия между приспособительными признаками форм, тем больше расходятся и сами формы.

Благодаря естественному отбору процесс эволюции носит дивергентный характер: от одной исходной формы берет начало целый «веер» форм, как бы особые ветви от одного общего корня, но не все они получают дальнейшее развитие. Под действием естественного отбора в бесконечно длинном ряду поколений одни формы сохраняются, другие вымирают; одновременно с процессом дивергенции идет процесс вымирания, и оба они тесно связаны между собой. Наиболее расходящиеся по признакам формы обладают наибольшими возможностями выжить в процессе естественного отбора, так как они меньше конкурируют между собой, чем промежуточные и родоначальные, которые постепенно редеют и вымирают.

Разновидность - ступень к образованию вида. Дарвин представлял, что процесс образования новых видов в природе начинается с распадения вида на внутривидовые группы, которые он назвал разновидностями.

Благодаря естественному отбору и дивергенции разновидности приобретают все более различающие их наследственные признаки и становятся особыми, новыми видами.

Различие между разновидностью и видом очень велико. Разновидности одного вида скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство. Виды в естественных условиях, как правило, не скрещиваются, благодаря чему происходит биологическая изоляция видов.

Чтобы лучше пояснить, как идет процесс видообразования в природе, Дарвин предложил следующую схему (рис. 11).

На схеме изображены возможные пути эволюции 11 видов одного рода, обозначенных буквами А, В, С и т. д. - до L включительно. Расстояния между буквами показывают близость между видами.

Так, виды, обозначенные буквами D и Е или F и G, менее сходны друг с другом, чем виды А и В или К и L и т. п. Горизонтальные линии означают отдельные этапы в эволюции этих видов, причем каждый этап условно принят за 1000 поколений.

Проследим эволюцию вида А. Пучок пунктирных линий из точки А изображает его потомков. В силу индивидуальной изменчивости они будут отличаться друг от друга и от родоначального вида А. Полезные изменения сохранятся в процессе естественного отбора. При этом обнаружит свое полезное действие дивергенция: признаки, наиболее различные между собой (линии а1 и т1 пучка), сохранятся, будут накапливаться из поколения в поколение и все более расходиться. Со временем систематики признают а1 и т1 особыми разновидностями.

Пусть в течение первого этапа - первой тысячи лет - от вида А произошли две ясно выраженные разновидности а1 и т1. Под действием условий, вызвавших изменения родительского вида А, эти разновидности станут изменяться и дальше. Может быть, на десятом этапе они будут иметь такие различия между собой и с видом А, что их следует считать за два отдельных вида: а10 и т10. Часть разновидностей будет вымирать, и, возможно, десятого этапа достигнет только f10, образуя третий вид. На последнем этапе представлены 8 новых видов, взявших начало от вида A: a14, q14, р14, в14, f14, о14, е14 и т14. Виды a14, q14 и р14 ближе друг к другу, чем к остальным видам, и образуют один род, остальные-виды дают еще два рода. Эволюция вида I протекает сходным образом.

Судьба других видов иная: из них только виды Е и F доживают до десятого этапа, вид Е потом вымирает. Особо заметьте вид F14: он сохранился до нашего времени почти неизмененным по сравнению с родоначальным видом F. Так может произойти, если условия окружающей среды не изменяются или очень мало изменяются в течение длительного времени.

Дарвин подчеркивал, что в природе не всегда сохранялись лишь наиболее расходящиеся, крайние разновидности, средние также могли выжить и дать потомство. Один вид может обогнать другой в своем развитии; из крайних разновидностей иногда развивается только одна, но может развиться и три. Все зависит от того, как складываются бесконечно сложные отношения организмов между собой и с окружающей средой.

Примеры видообразования. Приведем примеры образования видов, причем будем пользоваться термином подвид, принятым в науке вместо «разновидность».

Широко расселенные виды, например медведь бурый, заяц-беляк, лисица обыкновенная, белка обыкновенная, встречаются от Атлантического до Тихого океана и имеют большое число подвидов. В средней полосе СССР произрастает более 20 видов лютика. Все они произошли от одного родоначального вида. Потомки его захватили различные места обитания - степи, леса, поля - и благодаря дивергенции постепенно обособились друг от друга сначала в подвиды, потом в виды (рис. 12). Ознакомьтесь с другими примерами на том же рисунке.

Видообразование продолжается и в наше время. На Кавказе живет сойка с черным оперением на затылке. За самостоятельный вид ее еще нельзя считать, это подвид обыкновенной сойки. В Америке встречается 27 подвидов певчего воробья. Большинство из них внешне мало отличаются один от другого, но некоторые имеют резкие отличия. Со временем промежуточные по своим признакам подвиды могут вымереть, а крайние станут самостоятельными молодыми видами, утеряв способность скрещиваться друг с другом.

Значение изоляции. Обширность территории расселения вида благоприятствует естественному отбору и дивергенции. Это происходит при расселении какого-либо вида в обособленных друг от друга местностях. В подобных случаях проникновение организмов из одной местности в другую сильно затруднено и возможность скрещивания между ними резко снижается или совершенно отсутствует.

Приведем примеры. На Кавказе в разделенных высокими горами местностях водятся особые подвиды бабочек, ящериц и пр. В озере Байкал живут многие виды и роды ресничных плоских червей, ракообразных и рыб, больше нигде не встречающихся. Это озеро отделено от других водных бассейнов горными хребтами уже около 20 млн. лет и только через реки сообщается с Северным Ледовитым океаном.

В других случаях организмы не могут скрещиваться вследствие биологической изоляции. Например, два вида воробья - домовый и полевой - зимой держатся совместно, но гнездятся они обычно по-разному: первый - под крышами домов, второй - в дуплах деревьев, по опушкам леса. Вид черного дрозда в настоящее время распадается на две группы, еще неразличимые внешне. Но одна из них обитает в глухих лесах, другая держится близ жилья человека. Это начало образования двух подвидов.

Конвергенция. Всходных условиях существования животные различных систематических групп иногда приобретают сходные приспособления к окружающей среде, если подвергаются действию одного и того же отбирающего фактора. Этот процесс получил название конвергенции - схождения признаков. Например, передние роющие конечности крота и медведки очень сходны, хотя эти животные относятся к разным классам. Сильно напоминают друг друга по форме тела китообразные и рыбы, сходны конечности у плавающих животных, относящихся к разным классам. Конвергентными бывают и физиологические особенности. Накопление жира у ластоногих и китообразных объясняется результатом естественного отбора в условиях водной среды: уменьшает потерю тепла организмом.

Конвергенция в пределах далеких систематических групп (типов, классов) объясняется только действием сходных условий существования на течение естественного отбора. На конвергенцию у сравнительно близкородственных животных влияет еще и единство их происхождения, которое как бы облегчает возникновение сходных наследственных изменений. Именно поэтому она и наблюдается чаще в пределах одного и того же класса.

Многообразие видов. Учение Дарвина об эволюции органического мира объясняет многообразие видов как неизбежный результат естественного отбора и связанной с ним дивергенции признаков.

Постепенно в процессе эволюции виды усложнялись, органический мир поднимался на все более высокую ступень развития. Однако повсюду в природе одновременно сосуществуют животные и растения, обладающие разной степенью сложности своей организации.

Почему же естественный отбор не «поднял» все низкоорганизованные группы на высшую ступень организации?

Естественным отбором все группы растений и животных приспособлены лишь к своим условиям существования, поэтому и не могли подняться все на одну и ту же высокую ступень организации. Если эти условия не требовали повышения сложности строения, то степень ее и не повышалась потому, что, по словам Дарвина, «при очень простых жизненных условиях высокая организация не оказала бы никакой услуги». В Индийском океане при более или менее постоянных условиях обитают виды головоногих моллюсков (наутилусов), почти не изменившиеся на протяжении многих сотен тысячелетий. То жеотносится к современным кистеперым рыбам.

Таким образом, одновременное сосуществование организмов разной сложности строения объясняется теорией естественного отбора и дивергенцией.

Результаты естественного отбора. Естественный отбор имеет три тесно связанных важнейших следствия: 1) постепенное усложнение и повышение организации живых существ; 2) приспособленность организмов к условиям внешней среды; 3) многообразие видов.

Список литературы

1. Азимов А. Краткая история биологии. М.,1997.

2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М.,2000.

3. Либберт Э. Общая биология. М.,1978 Льоцци М. История физики. М.,2001.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.,1999.

5. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М.,1993.

Соответствие строения органов выполняемым функциям (например, совершенство летательного аппарата птиц, летучих мышей, насекомых) всегда обращало на себя внимание человека и побуждало исследователей использовать принципы организации живых существ при создании многих машин и приборов. Не меньше поражают воображение гармоничные взаимоотношения растений и животных со средой обитания.

Факты, свидетельствующие о приспособленности живых существ к условиям жизни, столь многочисленны, что не представляется возможным дать сколько нибудь полное их описание. Приведем лишь некоторые яркие примеры приспособительной окраски?

Для защиты яиц, личинок, птенцов особенно важна покровительственная окраска . У открыто гнездящихся птиц (глухарь, гага, тетерев) самка, сидящая на гнезде почти неотличима от окружающего фона. Соответствует фону и пигментированная скорлупа яиц. Интересно, что у птиц, гнездящихся в дупле, самки нередко имеют яркую окраску (синицы, дятлы, попугаи).

Удивительное сходство с веточками наблюдается у палочников. Гусеницы некоторых бабочек напоминают сучки, а тело некоторых бабочек – лист. Здесь покровительственная окраска сочетается с покровительственной формой тела. Когда палочник замирает, то даже с близкого расстояния трудно обнаружить его присутствие – настолько сливается он с окружающей растительностью. Всякий раз, попадая в лес, на луга, в поле, мы даже не замечаем, как много насекомых скрывается на коре, листьях, в траве.

У зебры и тигра темные и светлые полосы на теле совпадают с чередованием тени и света окружающей местности. В этом случае животные малозаметны даже на открытом пространстве с расстояния 50-70 м. Некоторые животные (камбала, хамелеон) способны даже к быстрому изменению покровительственной окраски благодаря перераспределению пигментов в хроматофорах кожи. Эффект покровительственной окраски повышается при ее сочетании с соответствующим поведением: в момент опасности многие насекомые, рыбы, птицы замирают, принимая позу покоя.

Очень яркая предостерегающая окраска (обычно белая, желтая, красная, черная) характерна для хорошо защищенных ядовитых жалящих форм. Несколько раз попытавшись отведать клопа-«солдатика», божью коровку, осу птицы в конце концов отказываются от нападения на жертву с яркой окраской.

Интересные примеры адаптации связанны с мимикрией (от греческого мимос – актер). Некоторые беззащитные и съедобные животные подражают видам, которые хорошо защищены от нападения хищников. Например, некоторые пауки напоминают муравьев, а осовидные мухи внешне схожи с осами.

Эти и многие другие примеры говорят о приспособительном характере эволюции.

Относительность приспособленности.

В додарвиновский период развития биологии приспособленность живых существ служила доказательством бытия божия: без всемогущего творца сама природа не смогла бы так разумно устроить живые существа и так мудро приспособить их к среде. Господствовало мнение, что каждое отдельное приспособление абсолютно, так как соответствует определенной цели, заложенной творцом: ротовые части бабочки вытянуты в хоботок, чтобы она смогла ими достать нектар, спрятанный в глубине венчика; толстый стебель кактусу необходим для запасания воды и др.

Приспособленность организмов к среде выработана в процессе длительного исторического развития под действием естественных причин и не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления. Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении. Доказательством относительного характера приспособленности могут быть следующие факты:

защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других (например, ядовитых змей, опасных для многих животных, поедают мангусты, ежи, свиньи);

проявление инстинктов у животных может оказаться нецелесообразным (ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но так же летят и на огонь, хотя и гибнут при этом);

полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже относительно вредным в другой среде (перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда не опускаются на воду);

возможны и более совершенные приспособления к данной среде обитания. Некоторые виды животных и растений быстро размножались и широко распространялись в совершенно новых для них районах земного шара, куда были случайно или намеренно завезены человеком.

Таким образом, относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе.

Естественный отбор - движущая сила эволюции

Естественный отбор - это процесс, направленный на предпочтительное выживание более приспособленных и уничтожение менее приспособленных организмов. Более приспособленные особи имеют возможность оставить потомство. Материалом для отбора служат индивидуальные наследственные изменения. Вредные изменения снижают плодовитость и выживаемость особей, полезные - накапливаются в популяции. Отбор всегда имеет направленный характер: он сохраняет те изменения, которые наиболее соответствуют условиям окружающей среды, повышают плодовитость особей.

Отбор может быть индивидуальным, направленным на сохранение единичных особей с признаками, обеспечивающими успех в борьбе за существование в пределах популяции. Он может быть и групповым, закрепляющим благоприятные для группы признаки.

И. И. Шмальгаузен определил формы естественного отбора.

1. Стабилизирующий - направлен на поддержание средней нормы реакции признака против особей с крайними, отклоняющимися признаками. Отбор действует в постоянных условиях среды, консервативен, направлен на сохранение основных признаков вида в неизменности.

2. Движущий - приводит к закреплению уклоняющихся признаков. Отбор действует в изменяющихся условиях среды, приводит к изменению средней нормы реакции, эволюции вида.

3. Дизруптивный, разрывающий, - направлен на поддержание особей с крайними признаками и уничтожение особей со средними признаками. Действует в изменяющихся условиях, приводит к расколу единой популяции и образованию двух новых популяций с противоположными признаками. Отбор может привести к появлению новых популяций и видов. Например, популяции бескрылых и крылатых форм насекомых.

Любая форма отбора происходит не случайно, действует через сохранение и накопление полезных признаков. Отбор идет тем успешнее для вида, чем больше спектр изменчивости и больше разнообразие генотипов.

Приспособленность - относительная целесообразность строения и функций организма, являющаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных особей. Признаки возникают в результате мутаций. Если они повышают жизнеспособность организма, его плодовитость, позволяют расширить ареал, то такие признаки "подхватываются" отбором, закрепляются в потомстве и становятся приспособлениями.

Виды приспособлений.

Форма тела животных позволяет им легко передвигаться в соответствующей среде, делает организмы малозаметными среди предметов. Например, обтекаемая форма тела рыб, наличие длинных конечностей у кузнечика.

Маскировка - приобретение сходства организма с каким-либо предметом окружающей среды, например, сходство с сухим листом или корой деревьев крыльев бабочки. Форма тела палочника делает его незаметным среди сучьев растений. Рыба-игла не видна среди водорослей. У растений форма цветка: положение на побеге способствует опылению.

Покровительственная окраска скрывает организм в окружающей среде, делает его незаметным. Например, белая окраска у зайца, зеленая - у кузнечика. Расчленяющая окраска - чередование светлых и темных полос на теле создает иллюзию светотени, размывает контуры животного (зебры, тигры).

Предостерегающая окраска указывает на наличие ядовитых веществ или специальных органов защиты, на опасность организма для хищника (осы, змеи, божьи коровки).

Мимикрия - подражание менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида (или предметам среды), что оберегает его от истребления (осовидные мухи, неядовитые змеи).

Приспособительное поведение у животных - это угрожающая поза, предупреждающая и отпугивающая врага, замирание, забота о потомстве, запасание корма, постройка гнезда, норы. Поведение животных направлено на защиту и сохранение от врагов и вредных воздействий факторов среды.

У растений также выработались приспособления: колючки предохраняют от поедания; яркая окраска цветков привлекает насекомых-опылителей; разное время созревания пыльцы и семязачатков препятствует самоопылению; разнообразие плодов способствует распространению семян.

Все приспособления имеют относительный характер, так как действуют в определенных условиях, к которым адаптирован организм. При изменении условий приспособления могут не защитить организм от гибели, а следовательно, признаки перестают быть приспособительными. Узкая специализация может стать причиной гибели в изменившихся условиях.

Причина возникновения приспособлений заключается в том, что организмы, не соответствующие данным условиям, погибают и не оставляют потомства. Организмы, выжившие в борьбе за существование, имеют возможность передать свой генотип и закрепить его в поколениях.

Урок 8.

Приспособленность (целесообразность) организмов – результат эволюции. Многообразие видов.

Цель: сформировать знания у учащихся о приспособленности организмов к окружающей среде.

Задачи:

1) образовательные: формирование знаний о различных способах приспособленности организмов к окружающей среде;

2) развивающие: умение работать с учебником, анализировать, сравнивать, выделять главное, логически мыслить, работать с учебником;

3) воспитательные: содействие эстетическому воспитанию, формирование научного мировоззрения.

Оборудование : презентация «Приспособленность организмов»

План урока:

1. опрос
2. новая тема

Ø взгляды ученых на приспособленность организмов

Ø причины появления адаптаций

Ø примеры морфологической адаптации

Ø примеры этологической адаптации

Ø дивергенция и конвергенция

Ø универсальность и относительность приспособленности

1. закрепление (тест)

Структура и ход урока:

Опрос

? что такое естественный отбор?

? Что понимал Ч. Дарвин под понятием естественный отбор?

? Как действует естественный отбор?

? Можем ли мы наблюдать естественный отбор?

? Какова творческая роль естественного отбора?

Новая тема

Почему виды приспособлены к среде? Причины?

Разные ученые объясняли это по-разному. Вспомним К. Линнея : считал, что каждый вид создан творцом для определенной среды обитания, в которой он живет и сейчас. Для разных климатических зон и поясов творец создал разные, идеально приспособленные к ним формы.

Ж.Б. Ламарк : воздействие среды на организм идет через флюиды и зависит от того, на какие организмы воздействуют. Среда действует прямо, и возникают какие-либо приспособления, пример стрелолист. Среда действует косвенно – упражнение или неупражнение органа, пример жираф. Все изменения передаются по наследству. Неудачных не бывает, виды не вымирают, а только приспосабливаются.

Ч. Дарвин: причиной формирования приспособленности являются условия существования. Например, стриж на лету ловит мелких насекомых: у него широкий рот и короткий клюв, приспособлен к полету. А дятел – к жизни в лесу: у него крепкий длинный клюв и длинный язык, добывает из под коры личинок насекомых. каждоеприспособление организмов это результат действия движущих факторов эволюции в данных условиях существования: наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Давайте рассмотрим на примере. Возникновение покровительственной окраски тела гусениц, живущих на зеленых листьях. Предположим, что предки этих гусениц не питались листьями, но в силу каких-либо обстоятельств перешли на питание этими листьями. Так как в популяции окраска часто неоднородна, потомство оставляли преимущественно особи с зеленоватой окраской. С каждым последующим поколением этот наследственный признак закреплялся, и отбирались особи с окраской соответствующей фону окружающей среды. В результате произошла адаптация к изменившимся условиям среды.

Давайте запишем: Причины появления адаптаций :

1. Наследственная изменчивость и БЗС

2. ЕО полезных для данной особи признаков

3. Приспособления (адаптации) к условиям среды.

Примеры адаптаций :

примеры морфологической адаптации :

1. Покровительственная окраска – окраска у организмов, обитающих на открытых пространствах. Например: белый медведь, тигр, зебра, змеи.

2. Маскировка – форма тела и окраска сливаются с окружающими предметами. Например: морская игла, морской конек, гусеницы некоторых бабочек, палочник .

3. Мимикрия – подражание менее защищенного вида более защищенному. Например, муха-журчалка – осе; некоторые змеи. Необходимо, однако, чтобы численность вида-подражателя была значительно меньше численности модели. В противном случае мимикрия не приносит пользы: у хищника не вырабатывается стойкого условного рефлекса на форму или окраску, которой следует избегать.

4. Предупреждающая окраска – яркая окраска и защита от поедания (жало, яд и др). например, жук-коровка, жерлянка, тропические квакши.

5. Приспособление к экстремальным условиям . Например, верблюжья колючка имеет длинный корень, уходящий под землю на десятки метров и видоизмененные листья – колючки.

6. Коэволюция - приспособления одних видов к другим. Например, насекомоопыляемые цветы. Процесс эволюции и адаптации каждого вида не происходит в биологическом вакууме, независимо от других форм. Напротив, часто одни виды оказывают заметное влияние на эволюцию других. В результате этого возникают разнообразные взаимозависимости между видами. Некоторые растения не могут выжить в тех районах, где отсутствуют насекомые, опыляющие их.

адаптации этологические или поведенческие :

1. Замирание ( опоссумы, некоторые жуки, земноводные, птицы) и угрожающая поза (Бородатая ящерица, ушастая круглоголовка) - защита от поедания плотоядными животными.

2. Запасение корма (Кедровка, сойка, бурундук, белка, пищуха) - переживание бескормицы.

Все это свидетельствует о творческой роли естественного отбора.

Естественный отбор ведёт к дивергенции - расхождению признаков у родственных видов. Например, клест-сосновик и клест-еловик. У них разная форма клюва в связи питанием разными семенами. В то же время отбор может приводить и к конвергенции - схождению признаков у очень далёких видов, например, обтекаемая форма тела у дельфина и акулы.

Из сказанного следует сделать вывод, что приспособленность универсальна – характерна всем живым организмам и помогает выжить в тех условиях, в которых она сформировалась под влиянием движущих факторов эволюции: наследственная изменчивость, БЗС и ЕО. В то же время все приспособления носят относительный характер, они помогают организму выжить лишь в данных конкретных условиях. При изменении же этих условий приспособление может перестать быть полезным. Пример , полезная в одних условия адаптация может быть бесполезной в других. Заяц-беляк сменил шкурку на белый цвет и позднее выпадение снега . Морские рыбы обычно приспособлены к жизни при определённых границах давления и, следовательно, к жизни на определённой глубине. Животные, обитающие в поверхностных слоях воды, попав на большие глубины, оказываются раздавленными вследствие сильного внешнего давления, а глубоководные организмы, оказавшись на поверхности, обычно разрываются. Иногда миграции дают сбой и животные теряют направление и погибают. Опыт Фабра с гусеницами шелкопряда.

Таким образом , нет такого вида, который идеально приспособлен к данным условиям среды. Любой вид не успевает за изменениями условий в ходе формирования приспособлений. Если бы организм достиг этого совершенства, то эволюция прекратилась бы. Значит, целесообразность организмов дает многообразие видов и форм.

Закрепление:

1. Какое животное имеет покровительственную окраску?

А кузнечик

Б шмель

В пчела

Г божья коровка

А у зебры;

Б у некоторых видов мух;

В у жирафов;

Г у детёнышей дикого кабана.

А естественный отбор

Б

В

Г конкуренция между видами

А мимикрии;

Б покровительственной окраски;

В предупреждающей окраски;

Г маскировки.

Дз: параграф 8

Приспособленность организмов

Тест

1. Какое животное имеет покровительственную окраску?

А кузнечик

Б шмель

В пчела

Г божья коровка

2. Примером мимикрии является чередование полос разного цвета:

А у зебры;

Б у некоторых видов мух;

В у жирафов;

Г у детёнышей дикого кабана.

3. Какой фактор играет решающую роль в возникновении приспособлений?

А естественный отбор

Б внутреннее стремление приспособиться к среде

В модификационная изменчивость

Г конкуренция между видами

4. Окраска жерлянки является примером:

А мимикрии;

Б покровительственной окраски;

В предупреждающей окраски;

Г маскировки.