біологія
Тема Поняття про екологічно пластичні та непластичні види. Поняття про адаптивну радіацію. Життєві форми тварин та рослин як адаптації до середовища.
Адаптивний потенціал
Різні види живих організмів завдяки особливостям своєї будови, обміну речовин та адаптаційної стратегії мають різні можливості пристосування до існування в різноманітних умовах. Деякі з них можуть легко пристосовуватися до зміни умов існування, а інші гинуть навіть за їх незначної зміни. Міру пристосувальних можливостей виду в мінливих умовах довкілля називають адаптивним потенціалом виду. Чим вищий у виду адаптивний потенціал, тим легше він адаптується до зміни умов.
Крім адаптивного потенціалу, види живих організмів мають іще одну важливу властивість — екологічну пластичність. Екологічна пластичність — це здатність організму існувати в певному діапазоні значень екологічного чинника. Чим більший діапазон значень, тим вища екологічна пластичність виду за певним чинником.
За рівнем екологічної пластичності виокремлюють еврибіонтів (види, які здатні існувати в широкому діапазоні умов) і стенобіонтів (види, які здатні існувати тільки у вузькому діапазоні умов).
Екологічно непластичні види
Стенобіонти є видами з низькою екологічною пластичністю. Для нормальної життєдіяльності таких організмів потрібен вузький діапазон одного або кількох факторів середовища. Ці фактори можуть бути різними. Так, у коали таким фактором є їжа. Цей вид адаптований до споживання листя евкаліптів і не може використовувати інші джерела їжі.
Мал. Представники стенобіонтів
Коала
Вельвічія
Фактори, які обмежують поширення вельвічії, — температура і вологість. Ці рослини адаптувалися до дуже сухих і жарких умов пустель південно-західної Африки і в більш вологих або прохолодних умовах рости не можуть.
Один вузький діапазон умов існування не завжди означає невеликий ареал виду. Наприклад, паразитичні черви, такі як свинячий ціп'як, можуть жити тільки в сталих умовах середовища кишечника ссавців. Але разом зі своїми хазяями ці паразити поширилися по всіх континентах.
Екологічно пластичні види
Еврибіонти є видами з високою екологічною пластичністю, вони можуть успішно жити в різноманітних умовах середовища. Так, подорожник поширився разом з європейськими колоністами по різних континентах. А ареал вовка нещодавно охоплював усю Євразію і Північну Америку і зменшився лише під активним тиском людини.
Мал. Представники еврибіонтів
Подорожник
Вовк
Та найбільш екологічно пластичним видом можна вважати людину. Людина заселила всі континенти нашої планети. Люди навчилися виживати навіть в Антарктиді. Це пов'язано з тим, що людина використовує для адаптації до різноманітних умов середовища не тільки біологічні, але й культурні механізми. Крім того, люди навчилися змінювати середовище під свої потреби і будувати споруди зі штучним середовищем.
Еврибіонти зазвичай мають більший адаптивний потенціал, ніж стенобіонти. Це не дивно, бо, якщо ти пристосований до широкого спектра умов середовища, то й до змін самого середовища пристосуватися буде набагато легше.
Поняття адаптивної радіації
Як ви вже знаєте, під час пристосування до різних умов існування популяції певного виду або види однієї систематичної групи виробляють різноманітні адаптації. І ці адаптації можуть суттєво різнитися між собою, бо умови існування в різних місцях є різними. Результатом цього є те, що організми стають дедалі більш несхожими одні на одних. Цей процес називають адаптивною радіацією.
Результатом адаптивної радіації є утворення нових форм живих організмів. Залежно від того, на якому рівні відбуваються адаптації, можуть утворюватися нові підвиди, види або систематичні групи більш високого рангу. Так, появу різноманітних порід собак (мал. 4.1) можна розглядати як штучну адаптацію людиною різних популяцій цього виду під свої різноманітні потреби.
Приклади адаптивної радіації організмів
Існує багато прикладів адаптивної радіації організмів. Фактично будь-яка систематична група виникає як результат адаптивної радіації. Класичним прикладом цього процесу є галапагоські зяблики (або в'юрки). Їх часто називають зябликами Дарвіна, бо Чарльз Дарвін займався їх дослідженням.
Галапагоські зяблики є невеликими птахами з ряду Горобцеподібні й походять від одного предкового виду. Приблизно 2-3 млн років тому їхній предок потрапив на Галапагоські острови і заселив їх. На кожному з островів птахам довелося адаптуватися до дещо різних умов існування. Вони адаптувалися до різних типів харчування та місць проживання. Результатом адаптивної радіації одного предкового виду стало утворення 14 нових видів, які різняться розміром, формою дзьоба, забарвленням і співом.
Мал. Галапагоські зяблики
Наслідком адаптивної радіації було й формування різноманіття хвойних дерев (мал. 4.3). Сосни пристосовувалися до більш посушливих умов і великої кількості світла. Ялини адаптувалися до зростання в більш вологих умовах і щільному насадженні, де світла обмаль. Модрина пристосовувалася до життя у важких умовах навколополярного регіону.
Мал. Хвойні дерева адаптовані до різних умов існування
Сосна
Ялина
Модрина
Адаптивна радіація в еволюції людини
Адаптивна радіація відіграла суттєву роль і в еволюції людини. Після утворення еволюційної лінії людиноподібних мавп різні її представники адаптувалися до різних умов. Орангутани й гібони залишилися жити на деревах. Гібони водночас виробили дуже специфічний спосіб пересування по деревах за допомогою передніх кінцівок — брахіацію.
Шимпанзе стали досить багато часу проводити не на деревах, а на землі. А горили майже повністю перейшли на наземний спосіб життя. Ці два види залишилися жителями тропічного лісу й почали пересуватися по землі, спираючись на фаланги пальців передніх кінцівок.
Люди перейшли до прямоходіння на задніх кінцівках і переселилися в савани. Усе це позначилося на будові скелетів цих організмів.
Мал.Результати адаптивної радіації у приматів
Адаптивна радіація мала місце і на більш пізніх етапах еволюції. Наразі еволюційна лінія людини нараховує сім родів і приблизно тридцять видів. Хоча всі інші види, крім Homo sapiens, є вимерлими. У процесі еволюції наші предки поширювалися на різних континентах і адаптувалися до різних умов.
Мал. Поширення предків людини по різних континентах
Так, нащадки роду Австралопітек розділилися на дві групи — рід Paranthropus (парантропи) і рід Homo (люди), які адаптувалися до різних типів харчування. Парантропи харчувалися майже повністю або переважно рослинною їжею, а люди були всеїдними із суттєвою часткою м'яса в раціоні. Різні способи харчування позначилися на будові черепа цих гомінід.
Різна будова черепів родів Paranthropus і Homo — наслідок дії адаптивної радіації
Тема Екологічна ніша як наслідок адаптації організмів певного виду до існування в екосистемі.
Екологічна ніша. Адаптивний потенціал кожного виду організмів обмежений фізіологічними особливостями, межами норми реакції, мутаційними можливостями тощо. Адаптуючись до умов фізичного середовища мешкання, популяції окремого виду також постійно взаємодіють з популяціями інших видів. Так формується їхня екологічна ніша.
Екологічна ніша — це просторове і трофічне положення популяції виду, яке вона займає в екосистемі, комплекс її зв’язків з популяціями інших видів і вимог до фізичного середовища мешкання.
Екологічні ніші різних популяцій одного виду можуть відрізнятись. Наприклад, серед нематод є види, особини яких здатні вести як вільний, так і паразитичний спосіб життя. Так, особини стронгілоїдеса можуть як мешкати у ґрунті, споживаючи органічні рештки, так і паразитувати в кишечнику людини. Це свідчить про широкий спектр адаптацій виду.
Різні екологічні ніші можуть бути притаманні й різним фазам життєвого циклу гетеротопних організмів, у яких частина життєвого циклу проходить у воді, а інша частина - у повітряному середовищі (наприклад, бабкам, одноденкам). Личинки бабок мешкають у прісних водоймах, полюючи на водних тварин; статевозрілі особини (імаго) входять до складу наземних екосистем, полюючи на наземних безхребетних. Те, що різні фази розвитку одного виду можуть займати різні екологічні ніші, є адаптаціями до повнішого використання ресурсів.
Навіть досконалі адаптації до умов неживої природи та достатні запаси їжі не завжди забезпечують процвітання виду в певній екосистемі. Для цього ще потрібні адаптації до співіснування з популяціями інших видів.
Мал. Бабка дозорець-імператор, що належить до гетеротопних організмів: 1 - личинка - мешканець прісних водойм - із впольованою рибою; 2 - імаго бабки з впольованою комахою
Адаптації, які формуються у представників того чи іншого виду, спрямовані не лише на повніше освоєння існуючих екологічних ніш, але й на формування нових ніш, чим забезпечується ефективніше використання ресурсів.
Характеристики екологічної ніші містять два виміри - ширину ніші та ступінь перекривання ніші із сусідніми. Розширюватися або звужуватися екологічна ніша може через вплив інших видів. За відсутності тиску інших видів (конкурентів, хижаків, паразитів тощо) екологічна ніша може бути ширшою. Між популяціями видів з подібними екологічними вимогами, що мешкають в одному біогеоценозі, конкуренція загострюється. Наслідком такої конкуренції є або витискання одного виду іншим, або зниження її гостроти завдяки розходженню вимог обох видів щодо характеру їжі, просторового розміщення, часу розмноження тощо. На графіку, що ілюструє екологічні ніші двох конкуруючих видів, гостроту конкуренції демонструє ступінь їхнього перекривання.
Отже, перекривання екологічних ніш залежить від характеру використання обома популяціями тих самих ресурсів середовища мешкання, що зумовлює конкуренцію між ними. Високий ступінь перекривання екологічних ніш видів, які конкурують, унеможливлює їхнє спільне існування в одній екосистемі.
Співіснувати в одному біогеоценозі дає можливість розходження екологічних ніш конкуруючих видів. Наприклад, завдяки диференціюванню споживання ресурсів різні види копитних тварин, які випасаються у саванах, по-різному використовують їжу на пасовищах. Зебри переважно споживають верхівки трав; антилопи гну - рештки рослин певних видів, що залишаються після живлення зебр; газелі поїдають найнижчі трави, а антилопи топі - високі сухі стебла, які оминають інші види тварин.
За просторового диференціювання види з подібними екологічними вимогами в одному біогеоценозі розподіляються по різних мікромісцеіснуваннях. Наприклад, у кишечнику скатів є специфічні зони мешкання різних видів стьожкових червів, які чітко відмежовані одна від одної: одні паразитують у передній частині кишечнику цих риб, інші - ближче до його середньої частини, деякі - у задній третині. Два види травневих хрущів - хрущ травневий західний та хрущ травневий східний - трапляються по всій території України, але західний віддає перевагу відкритим просторам, а східний - заселює затінені місця.
Мал. Графік, який ілюструє перекривання екологічних ніш двох видів, що мешкають в одному біогеоценозі: екологічна ніша виду 1 (1) вужча, що свідчить про його спеціалізацію, тоді як виду 2 (2) - ширша, що може забезпечити успіх у конкуренції; 3 - зона перекривання екологічних ніш цих конкуруючих видів: що більше перекриваються екологічні ніші двох видів, то менше в них шансів спільно існувати в одному біогеоценозі
Мал. Наслідок конкуренції: розходження екологічних ніш конкуруючих видів
Екологічні ніші можуть розходитися в часі. У пустелях мешкають мурашки, які добувають їжу на поверхні. Серед них є види, які споживають рештки комах, а також живих дрібних комах (активні в найспекотнішу частину доби), нічні хижаки (полюють на малорухомих комах з м’якими покривами або щойно перелинялих членистоногих) і ті, що живляться насінням рослин (активні протягом усієї доби).
Розходження екологічних ніш двох видів з подібними екологічними вимогами може створити передумови для вселення в екосистему нового виду.
• Правило обов’язковості заповнення екологічної ніші стверджує, що екологічна ніша не може бути тривалий час не зайнятою: якщо вона звільнилася, то зазвичай заповнюється іншим видом з подібними екологічними вимогами. Якщо в певному місцеіснуванні виникають вільні ділянки (унаслідок пожеж, зсувів, тривалих розливів річок тощо), їх заселяють здебільшого нові види, а не ті, що мешкали там раніше. Згодом види, які заселили такі ділянки, можуть витискатися більш конкурентоспроможними. А «першопоселенці» можуть переселятися на нові незаселені ділянки.
Екологічно пластичні та екологічно непластичні види. За комплексом адаптацій до середовища мешкання види поділяють на екологічно пластичні та екологічно непластичні. Екологічно пластичні види мають широку норму реакції, тобто вони добре пристосовані до різних умов середовища мешкання. Їм притаманний високий адаптивний потенціал. Саме такі види здатні заселяти нові місця проживання або ті, які дуже змінилися (після пожежі, вирубування, тривалого перебування під водою тощо). Вузька спеціалізація екологічно непластичних видів забезпечує максимальне використання певних ресурсів середовища мешкання, але водночас знижує здатність виду пристосовуватися до нових умов, знижуючи його екологічну пластичність. Ми вже згадували про види-монофаги та поліфаги.
Цікавим прикладом екологічно пластичного виду є карась сріблястий, який колись мешкав лише в басейні річки Амур і прилеглих водоймах. Його було штучно акліматизовано в 60-х роках XX ст. у багатьох водоймах Сибіру та Європи, згодом - Південної Америки, Індії тощо. При цьому в європейських та сибірських водоймах цей вид поступово майже повністю витіснив карася звичайного (золотого).
Мал. Карась сріблястий (1) та звичайний (золотий) (2)
Отже, певний вид не може однаково добре пристосуватися до всього комплексу умов довкілля (пригадайте правило відносної незалежності адаптацій). На відміну від спеціалізованих видів (екологічно непластичних), екологічно пластичним видам притаманні неповні адаптації до дії окремих екологічних чинників. Це називають адаптивним компромісом.
Гіпотезу адаптивного компромісу запропонував відомий зоолог і палеонтолог Олександр Расніцин (народ. 1936). Вона базується на тому, що адаптації організмів не можуть бути абсолютно досконалими, вони лише відносні (наведіть приклади). Організмам доводиться адаптуватись не до одного певного чинника, а до цілого їхнього комплексу. Тому добра адаптованість до дії одного екологічного фактору не означає такої самої пристосованості до дії іншого.
Слід також враховувати явище взаємодії екологічних факторів (пригадайте, у чому воно полягає). В організмів з високим рівнем організації різні частини тіла пов’язані не тільки просторово, а й функціонально. Тому зміна в процесі еволюції одного органа може спричинити зміни й інших, функціонально пов’язаних з ним (пригадайте явище корелятивної мінливості). Але такі зміни не завжди мають адаптивний характер і тому можуть знижувати загальну пристосованість організму. Образно кажучи, неможливо досягти ідеальної досконалості в усьому й відразу, чимось доводиться жертвувати, шукаючи адаптивний компроміс.
Екологічно пластичні види не лише адаптуються до умов існування, які змінюються, але й самі здатні їх змінювати. Своєю діяльністю вони створюють умови для вселення в екосистему, що розвивається, інших видів, більш пристосованих до нових умов, створених попередниками, і тому більш конкурентоспроможних. Такі види здатні заступати види-попередники. Поступово в екосистемі починають переважати види, високо спеціалізовані до мешкання.
Отже, спеціалізація видів слугує адаптацією до більш повного використання певних ресурсів середовища й зменшення гостроти конкуренції з боку близьких за екологічними вимогами видів. Але вона знижує екологічну пластичність виду (його адаптивний потенціал), що за зміни умов існування може призвести до його зникнення з певної екосистеми.
Мал. Приклади спеціалізованого (1) та неспеціалізованого (2) видів тварин: 1 - коала (представник сумчастих) мешкає на заході та півдні Австралії; живиться лише листками і пагонами евкаліпта, які містять сполуки, отруйні для інших тварин, тому конкурентами коали можуть бути тільки деякі інші сумчасті, як-от, кільцехвостий опосум та сумчаста летяга; 2 - єнот-полоскун (ракун звичайний) - всеїдна тварина (поліфаг): якщо навесні та на початку літа єнот живиться переважно безхребетними та хребетними тваринами, то у другій половині літа та восени споживає більше рослинної їжі (плоди, овочі, зерно тощо); його первинний ареал - Північна та Центральна Америка, згодом був акліматизований у різних країнах Європи та Азії
Підручник Задорожний К. Біологія 11 клас рівень стандарту
https://uahistory.co/pidruchniki/zadorozhnij-biology-and-ecology-11-class-2019-standard-level/
§5 - опрацювати
§10 - опрацювати
С.19 пит.6 - письмово
С.39 пит.6 - письмово
дайте письмову відповідь на питання:
Чому екологічну нішу, яку займає популяція певного виду в екосистемі, можна розглядати як комплекс адаптацій, набутих у процесі еволюції виду?
