Адаптация организмов

2.2. Адаптации организмов 

Приспособления  организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как  обеспечивает и саму возможность  ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации  проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных  организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.

Экологические факторы среды оказывают на живые  организмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Основные  механизмы адаптации на уровне организма:

1) биохимические– проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;

2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

3) морфо-анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.;

5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

1) Используются основные типы стратегии биохимической адаптации, характерные для взаимодействий организма со средой, также и при адаптации к давлению.

 Подобно  тому как в разных группах организмов мы находим различные анатомические решения одних и тех же проблем адаптации            (например, использование эндоскелетов у хордовых и экзоскелетов у членистоногих), так и стратегия биохимической адаптации к какому-либо внешнему фактору может сильно варьировать у разных организмов. Несомненно, это касается и приспособления экскреторных механизмов к дефициту воды. [“Биохимическая адаптация” П.Хочачка. Пер. с англ. - Издательство: Мир, 1988 г.стр.343]

 Хотя  многим организмам удается уменьшить  или устранить опасность замерзания  путем миграции в области, где  температура сравнительно высока и (или) нет льда, который мог бы вызвать фазовый переход в переохлажденных жидкостях тела, для многих других организмов не остается иного выхода, кроме биохимической адаптации. Наиболее остро проблемы устойчивости или толерантности к замерзанию стоят, конечно, перед наземными эктотермными животными и некоторыми беспозвоночными, обитающими в литоральной зоне, где во время отлива температура воздуха может быть ниже точки замерзания.

 Повернув предыдущее рассуждение на 180, можно сказать, что биохимическая адаптация к среде ( в той части, в какой она связана с изменениями в скоростях и направлениях метаболических процессов) может, по крайней мере теоретически, осуществляться несколькими различными способами: организм имеет в своем распоряжении ряд различных стратегических механизмов биохимической адаптации.

Хотя нас  интересует главным образом адаптация  на биохимическом уровне, из этого  не следует, что организм также отдает предпочтение этому типу адаптации. В действительности биохимическая адаптация часто является, крайним средством, к которому организм прибегает тогда и только тогда, когда у него нет поведенческих или физиологических способов избежать неблагоприятного воздействия среды. Как правило, биохимическая адаптация - не легкий путь; часто оказывается, например, проще найти подходящую среду путем миграции, чем перестроить основной химизм клетки.

 В монографии  рассматриваются механизмы влияния факторов внешней среды (содержание кислорода и углекислоты, влажность, температура, давление) и изменения состава внутренней среды на процессы обмена веществ, обусловливающие адаптацию живых организмов к этим воздействиям. В основе биохимической адаптации лежит изменение типов макромолекул, входящих в состав живых систем, их количества и строения или регуляции их функций. С этих позиций обсуждаются проблемы гомеостаза и физиологической адаптации. На примере строения и функционирования гемоглобина рассматривается адаптация в онтогенезе.

 В связи  с разработкой проблем экологической  физиологии в рассматриваемый период были получены новые материалы в результате изучения сложных форм врожденного и приобретенного видового поведения и анализа структурных и биохимических основ импринтинга. Значительно расширился круг исследований физиологических и биохимических адаптации к различным географическим зонам и механизмов резистентности к повреждающим факторам внешней среды. [Выдержка из книги Ланге К.А. «Развитие и организация физиологической науки в СССР» 1988 г. стр.213]

 Сухопутные эктотермные формы могут подвергаться воздействию температур - 50 °C и ниже. У этих последних организмов мы находим едва ли не самые поразительные примеры биохимической адаптации, позволяющей сохранять жизнь при крайне низких температурах.

2) Физиологические адаптации к дефициту кислорода вызвали к жизни сходные адаптации в разных, далеко не родственных группах животных - например, однонаправленные изменения свойств гемоглобина в виде повышения его сродства к кислороду у ряда видов рыб, с одной стороны, и у высокогорных млекопитающих - с другой. Перестройка типов азотистого метаболизма при смене водной среды на воздушную характеризует многие таксоны как беспозвоночных, так и позвоночных животных.

 Физиологические  адаптации проявляются, например, в особенностях ферментативного  набора в пищеварительном тракте  животных, определяемого составом пищи. Так, верблюд способен обеспечивать потребности во влаге путем биохимического окисления собственного жира.

Физиологическая адаптация, если она и существует на эффективных уровнях воздействия вещества - явление быстро проходящее. Соприкосновение организма с химическим загрязнением среды на еще более низких уровнях после возможных ориентировочных реакций должно заканчиваться истинным приспособлением организма. Именно здесь должна пролегать граница между адаптацией и компенсацией.

 Физиологические  адаптации заключаются в особенностях  ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи. Обитатели сухих пустынь способны обеспечивать потребность во влаге , за счет биохимического окисления жиров.

Много структурных  и физиологических адаптации  к зиме демонстрируют деревья умеренных широт. Например, лиственные деревья осенью сбрасывают листву (под влиянием особого фитогормона - абсцизовой кислоты), резко снижая тем самым интенсивность транспирации на период замерзания почвенного раствора (опадение листьев помогает также избежать повреждений снегом и ветром в то время, когда фотосинтез все равно был бы резко снижен из-за слабой освещенности, низких температур, дефицита воды и питательных веществ. В течение этих периодов зоны будущего роста - почки, защищенные видоизмененными чешуйчатыми листьями - впадают в состояние покоя и их метаболическая активность подавляется абсцизовой кислотой. В северных и высокогорных лесах преобладают хвойные породы с игловидными листьями, покрытыми толстой кутикулой. Такое строение снижает интенсивность транспирации летом, а также вероятность повреждения ветром и снегом зимой, а с наступлением теплового периода позволяет сразу же начать фотосинтез, что дает этим породам преимущество перед листопадными. Разнообразные виды однолетних растений имеют короткие периоды роста и переносят холодный период, образуя холодостойкие семена и подземные органы. [Выдержка из книги Тейлор Д. «Биология Том2 Изд3» издательство: Мир. 2004 г. стр.405] 

Растения  не способны укрываться от зноя, перемещаясь, как животные, в тень, поэтому  избегают перегрева с помощью  структурных и физиологических адаптации.

Сложность физиологической  адаптации человека к большой  высоте состоит в наличии многочисленных потенциальных маладаптивных реакций. Хотя каждый синдром описан отдельно, они частично совпадают. Болезни типа острой гипоксии, острой горной болезни, высотного отека легких и высотного отека мозга наиболее вероятно представляют спектр расстройств, имеющих похожую патофизиологию.