Primjeri bihejvioralnih adaptacija. Adaptacija organizama na uslove života. Upozoravajuća ili prijeteća boja

Dom

Adaptacije (uređaji)

Biologija i genetika

Relativna priroda adaptacije: u skladu sa specifičnim staništem, adaptacije gube na značaju kada se mijenjaju tokom kašnjenja u zimskom periodu ili tokom odmrzavanja u rano proljeće, uočljivo je na pozadini oranica i drveća; vodene biljke umiru kada se vodena tijela presuše, itd. Primjeri adaptacije Vrsta adaptacije Karakteristike adaptacije Primjeri Poseban oblik i struktura tijela Aerodinamičan oblik tijela škrge peraje Riba peraja Zaštitna obojenost Može biti čvrsta ili raskomadana; formira se u organizmima koji žive otvoreno i čini ih nevidljivima...

Adaptacije Adaptacija (ili adaptacija) je kompleks morfoloških, fizioloških, bihevioralnih i drugih karakteristika pojedinca, populacije ili vrste koji osiguravaju uspjeh u nadmetanju s drugim jedinkama, populacijama ili vrstama i otpornost na utjecaj faktora..

okruženje

■ Adaptacija je rezultat djelovanja evolucijskih faktora.

Relativna priroda adaptacije: u skladu sa određenim staništem, adaptacije gube na značaju kada se ono mijenja (zec bijeli, kada je zima odložena ili tokom odmrzavanja, uočljiva je u rano proljeće na pozadini oranica i drveća; vodene biljke umiru kada se vodena tijela osuše itd.).

Živi organizmi su prilagođeni uslovima životne sredine u kojima su njihovi preci dugo živeli. Adaptacije na uslove okoline se takođe nazivaju adaptacije. Oni nastaju u procesu evolucije populacije, formirajući novu podvrstu, vrstu, rod, itd. U populaciji se akumuliraju različiti genotipovi koji se manifestiraju u različitim fenotipovima. Oni fenotipovi koji najbolje odgovaraju uslovima životne sredine imaju veće šanse da prežive i ostave potomstvo. Dakle, cjelokupna populacija je „zasićena“ adaptacijama korisnim za dato stanište.

Adaptacije se razlikuju po svojim oblicima (tipovima). Mogu uticati na strukturu tela, ponašanje, izgled, ćelijska biohemija itd. Razlikuju se sljedeći oblici adaptacija.

Adaptacije tjelesne građe (morfološke adaptacije). Mogu biti značajne (na nivou redova, klasa itd.) ili male (na nivou vrste). Primjeri prvih su pojava dlake kod sisara, sposobnost letenja kod ptica i pluća kod vodozemaca. Primjer malih adaptacija je različita struktura kljuna blisko povezanih vrsta ptica koje se hrane na različite načine.

Fiziološke adaptacije. Ovo je restrukturiranje metabolizma. Svaka vrsta, prilagođena svojim životnim uslovima, ima svoje metaboličke karakteristike. Dakle, neke vrste jedu mnogo (na primjer ptice), jer je njihov metabolizam prilično brz (pticama je potrebno mnogo energije za let). Neke vrste možda neće dugo piti (deve). Morske životinje mogu piti morsku vodu, dok slatkovodne i kopnene životinje ne mogu.

Biohemijske adaptacije. Ovo posebna struktura proteini, masti, koji organizmima daju mogućnost da žive u određenim uslovima. Na primjer, na niskim temperaturama. Ili sposobnost organizama da proizvode otrove, toksine, mirisne tvari za zaštitu.

Zaštitna boja. Mnoge životinje u procesu evolucije dobijaju boju tijela koja ih čini manje uočljivima na pozadini trave, drveća, tla, odnosno mjesta gdje žive. To nekima omogućava da se zaštite od grabežljivaca, dok se drugi mogu neprimjećeno prišunjati i napasti. Bebe sisara i pilići često imaju zaštitnu boju. Dok odrasle osobe možda više nemaju zaštitnu boju.

Upozoravajuća (preteća) boja. Ova boja je svijetla i nezaboravna. Karakteristika peckanja i otrovnih insekata. Na primjer, ptice ne jedu ose. Nakon što su ga jednom probali, pamte karakterističnu boju ose do kraja života.

Otrovni vodozemci, ubodni i otrovni insekti, nejestive i goruće biljke- vanjska sličnost sa otrovnim ili ubodnim vrstama, opasnim životinjama. Omogućava vam da izbjegnete da vas pojedu grabežljivci koji „izgledaju“ ispred njih opasan izgled. Tako su muhe lebdeće slične pčelama, neke neotrovne zmije slične su otrovnicama, a na krilima leptira mogu biti uzorci slični očima grabežljivaca.

slične boje otrovnim- sličnost oblika tijela organizma sa objektom nežive prirode. Ovdje se ne pojavljuje samo zaštitna boja, već i sam organizam svojim oblikom podsjeća na predmet nežive prirode. Na primjer, grana, list. Kamuflaža je uglavnom karakteristična za insekte.

Adaptacije ponašanja. Svaka vrsta životinje razvija poseban tip ponašanja koji dozvoljava na najbolji mogući način prilagođavaju se specifičnim uslovima života. To uključuje skladištenje hrane, brigu o potomstvu, ponašanje pri parenju, hibernaciju, skrivanje prije napada, migraciju itd.

Često su različite adaptacije međusobno povezane. Na primjer, zaštitna boja se može kombinirati sa smrzavanjem životinje (s adaptacijom ponašanja) u trenutku opasnosti. Također, mnoge morfološke adaptacije su posljedica fizioloških.

Udžbenik je usklađen sa Federalnim državnim obrazovnim standardom za srednje (potpuno) opšte obrazovanje, preporučeno od strane Ministarstva obrazovanja i nauke Ruske Federacije i uključeno u Saveznu listu udžbenika.

Udžbenik je namijenjen učenicima 11. razreda i namijenjen je za nastavu predmeta 1 ili 2 sata sedmično.

Moderan dizajn, pitanja i zadaci na više nivoa, dodatne informacije i mogućnost paralelnog rada sa elektronskom aplikacijom doprinose efikasnoj asimilaciji nastavnog materijala.

Rice. 33. Zimsko bojanje zeca

Dakle, kao rezultat akcije pokretačke snage evolucijom, organizmi se razvijaju i poboljšavaju prilagođavanje na uslove okoline. Konsolidacija različitih adaptacija u izoliranim populacijama može u konačnici dovesti do stvaranja novih vrsta.

Pregledajte pitanja i zadatke

1. Navedite primjere prilagođavanja organizama uslovima života.

2. Zašto neke životinje imaju jarke, demaskirajuće boje, dok druge, naprotiv, imaju zaštitne boje?

3. Šta je suština mimikrije?

4. Da li se radnja primjenjuje? prirodna selekcija o ponašanju životinja? Navedite primjere.

5. Koji su biološki mehanizmi za nastanak adaptivne (skrivajuće i upozoravajuće) obojenosti kod životinja?

6. Da li su fiziološke adaptacije faktori koji određuju nivo kondicije organizma u cjelini?

7. Šta je suština relativnosti svake adaptacije na uslove života? Navedite primjere.

Razmisli! Uradi to!

1. Zašto ne postoji apsolutna adaptacija na uslove života? Navedite primjere koji dokazuju relativnu prirodu bilo kojeg uređaja.

2. Mladunci vepra imaju karakterističnu prugastu boju koja nestaje s godinama. Navedite slične primjere promjene boje kod odraslih u odnosu na potomstvo. Može li se ovaj obrazac smatrati zajedničkim za cijeli životinjski svijet? Ako ne, onda za koje životinje i zašto je to karakteristično?

3. Prikupite informacije o životinjama s bojama upozorenja koje žive u vašem području. Objasnite zašto je poznavanje ovog materijala važno za sve. Napravite informativni štand o ovim životinjama. Održite prezentaciju na ovu temu učenicima osnovnih škola.

Rad sa računarom

Pogledajte elektronsku aplikaciju. Proučite gradivo i završite zadatke.

Ljudski

Adaptacije ponašanja su urođeno, bezuslovno refleksno ponašanje. Urođene sposobnosti postoje kod svih životinja, uključujući i ljude. Novorođenče može sisati, gutati i variti hranu, treptati i kijati, reagirati na svjetlo, zvuk i bol. Ovo su primjeri bezuslovnih refleksa. Takvi oblici ponašanja nastali su u procesu evolucije kao rezultat prilagođavanja određenim, relativno konstantnim uvjetima okoline. Bezuslovni refleksi se nasljeđuju, pa se sve životinje rađaju sa gotovim kompleksom takvih refleksa.

Svaki bezuslovni refleks javlja se kao odgovor na strogo definisani stimulus (pojačanje): jedni - za hranu, drugi - za bol, treći - za pojavu novih informacija itd. Refleksni lukovi bezuslovnih refleksa su konstantni i prolaze kroz kičmenu moždinu. ili moždanog stabla.

Jedna od najpotpunijih klasifikacija bezuslovnih refleksa je klasifikacija koju je predložio akademik P. V. Simonov. Naučnik je predložio podelu svih bezuslovnih refleksa u tri grupe, koje se razlikuju po karakteristikama interakcije pojedinaca jedni s drugima i sa okolinom. Vitalni refleksi(od latinskog vita - život) imaju za cilj očuvanje života pojedinca. Nepoštivanje istih dovodi do smrti jedinke, a implementacija ne zahtijeva učešće druge jedinke iste vrste. U ovu grupu spadaju refleksi hrane i pića, homeostatski refleksi (održavanje stalne tjelesne temperature, optimalna brzina disanja, otkucaja srca itd.), defanzivni, koji se pak dijele na pasivno-odbrambene (bježanje, skrivanje) i aktivne. one odbrambene (napad na prijeteći objekt) i neke druge.

TO zoosocijalni, ili igranje uloga refleksi uključuju one varijante urođenog ponašanja koje nastaju tokom interakcije sa drugim jedinkama njihove vrste. To su seksualni, dijete-roditeljski, teritorijalni, hijerarhijski refleksi.

Treća grupa je refleksi samorazvoja. One nisu vezane za prilagođavanje određenoj situaciji, već izgledaju kao da su usmjerene ka budućnosti. To uključuje istraživačko, imitativno i igrivo ponašanje.

Životinje i biljke su prisiljene da se prilagode mnogim faktorima, a te se prilagodbe razvijaju u određenom vremenskom periodu, često u procesu evolucije i prirodne selekcije, fiksirane na genetski nivo.

Adaptacija(od latinskog adapto - prilagođavati) - prilagođavanje strukture i funkcija organizama uvjetima okoline u procesu evolucije.

Kada se analizira organizacija bilo koje životinje ili biljke, uvijek se otkriva upadljiva podudarnost između oblika i funkcija organizma i uslova okoline. Dakle, među morskim sisarima delfini imaju najnaprednije adaptacije za brzo kretanje vodena sredina: u obliku torpeda, posebne strukture kože i potkožnog tkiva, što povećava aerodinamičnost tijela, a time i brzinu klizanja u vodi.

Postoje tri glavna oblika ispoljavanja adaptacija: anatomsko-morfološki, fiziološki i bihevioralni.

Anatomski i morfološki adaptacije su neke vanjske i unutrašnje karakteristike u građi određenih organa biljaka i životinja, koje im omogućavaju da žive u određenoj sredini u određenu kombinaciju faktori životne sredine. Kod životinja se često povezuju sa životnim stilom i obrascima hranjenja. primjeri:

· Kornjače imaju čvrst oklop koji pruža zaštitu od grabežljivih životinja

· Detlić – kljun u obliku dleta, tvrdi rep, karakterističan raspored prstiju.

fiziološki adaptacije su sposobnost organizama da promijene neke od svojih fizioloških procesa nakon nastupanja kritičnih perioda u životu

· Miris cvijeta može poslužiti za privlačenje insekata i time potaknuti oprašivanje biljke.

· Duboko mirovanje kod mnogih biljaka koje rastu u srednjim geografskim širinama sjeverne hemisfere neke životinje padaju u omamljenost ili hibernaciju s početkom hladnog perioda;

· Biološki antifrizi koji povećavaju viskoznost unutrašnjih medija i sprečavaju stvaranje kristala leda koji bi uništili ćelije (do 10% kod mrava, do 30% kod osa).

· U mraku, osjetljivost oka na svjetlost se povećava više hiljada puta u roku od jednog sata, što je povezano kako sa obnavljanjem vida i pigmenata, tako i sa promjenama u nervnim elementima i nervnim ćelijama kore velikog mozga.

· Na primjeru fiziološke adaptacije Postoje i karakteristike enzimskog skupa u probavnom traktu životinja koje su određene setom i sastavom hrane. Tako su stanovnici pustinje u stanju da zadovolje svoje potrebe za vlagom putem biohemijske oksidacije masti.

Behavioral(etološke) adaptacije su oblici adaptivnog ponašanja životinja. primjeri:

· Obezbediti normalnu razmenu toplote sa okolinom: stvaranje skloništa, dnevne i sezonske migracije životinja u cilju odabira optimalnih temperaturnih uslova.

· Kolibri Oreotrochis estella, živi u visokim Andima, gradi gnijezda na stijenama, i to na strani okrenutoj prema istoku. Tokom noći, kamenje oslobađa toplotu akumuliranu tokom dana, čime se osigurava ugodna temperatura do jutra.

· U područjima sa oštrom klimom, ali sa snježnim zimama, temperatura ispod snijega može biti 15-18ºS viša od vanjske. Procjenjuje se da bijela jarebica, prenoćivši u snježnoj rupi, štedi i do 45% energije.

· Mnoge životinje koriste grupno prenoćište: rod pikas Certhia(ptice) se okupljaju hladno vrijeme grupe do 20 pojedinaca. Sličan fenomen opisan je i kod glodara.

· Adaptivno ponašanje se može pojaviti kod grabežljivaca u procesu praćenja i potjere za plijen.

Većina adaptacija je kombinacija navedenih tipova. Na primjer, sisanje krvi kod komaraca postiže se složenom kombinacijom adaptacija kao što je razvoj specijaliziranih dijelova oralni aparat, prilagođena sisanju, formiranju ponašanja u potrazi za pronalaženjem plijena životinje, kao i razvoju pljuvačne žlezde posebne izlučevine koje sprečavaju zgrušavanje isisane krvi.

Jedno od temeljnih svojstava žive prirode je cikličnost većine procesa koji se u njoj odvijaju, što osigurava prilagođavanje biljaka i životinja tokom njihovog razvoja na osnovne periodične faktore. Zaustavimo se na takvom fenomenu u živoj prirodi kao što je fotoperiodizam.

fotoperiodizam - reakcija organizama na sezonske promjene u dužini dana. Otkrili su ga W. Garner i N. Allard 1920. godine tokom oplemenjivačkog rada sa duvanom.

Svetlost ima vodeći uticaj na ispoljavanje dnevne i sezonske aktivnosti organizama. Ovo je važan faktor, jer upravo promjena osvjetljenja određuje smjenu perioda odmora i intenzivne životne aktivnosti, mnoge biološke pojave u biljkama i životinjama (tj. utiče na bioritmove organizama).

na primjer, 43% sunčevih zraka dopire do površine Zemlje. Biljke mogu uhvatiti od 0,1 do 1,3%. Oni apsorbuju žuto-zelenu boju spektra.

A signal da se zima približava biljkama i životinjama je smanjenje dužine dana. Biljke prolaze kroz postepeno fiziološko restrukturiranje, akumulaciju energetskih rezervi prije zimskog mirovanja. By fotoperiodične reakcije biljnih organizama dijele se u dvije grupe:

· Kratkodnevni organizmi – cvetanje i plodonošenje se javlja sa 8-12 sati svetlosti (heljda, proso, konoplja, suncokret).

· Organizmi dugog dana. Za cvjetanje i plodonošenje kod biljaka dugog dana potrebno je produžiti dan na 16-20 sati (biljke umjerenih geografskih širina), za koje je smanjenje dužine dana na 10-12 sati signal približavanja nepovoljne situacije. jesensko-zimski period. To su krompir, pšenica, spanać.

· Neutralno po dužini za biljku. Cvatnja se javlja u bilo kojoj dužini dana. To su maslačak, senf i paradajz.

Slično se nalazi i kod životinja. Tokom dana, svaki organizam je aktivan u određenim satima. Mehanizmi koji omogućavaju organizmima da ciklički mijenjaju svoje stanje nazivaju se "biološki satovi".

Bibliografija to section

1. Galperin, M.V. Opća ekologija: [udžbenik. za srednje prof. obrazovanje] / M.V. Galperin. - M.: Forum: Infra-M, 2006. – 336 str.

2. Korobkin, V.I. Ekologija [Tekst] / V.I. Korobkin, L.V. Peredelsky. – Rostov na Donu: Feniks, 2005. – 575 str.

3. Mirkin, B.M. Osnove opšte ekologije [Tekst]: udžbenik. priručnik za studente prirodnih nauka. specijalnosti / B.M. Mirkin, L.G. Naumova; [ed. G.S. Rosenberg]. - M.: Univ. knjiga, 2005. – 239 str.

4. Stepanovskikh, A.S. Opća ekologija: [udžbenik. za fakultete u ekologiji. specijalnosti] / A.S. Stepanovsky. - 2. izd., dop. i obrađeno - M.: JEDINSTVO, 2005. – 687 str.

5. Furyaev, V.V. Opća ekologija i biologija: udžbenik. beneficija za studente specijalnosti 320800 sa punim radnim vremenom. oblici obuke / V.V. Furyaev, A.V. Furyaeva; Feder. obrazovna agencija, Sib. stanje technol. Univerzitet, Institut za šume po imenu. V. N. Sukacheva. - Krasnojarsk: SibSTU, 2006. – 100 str.

6. Golubev, A.V. Opća ekologija i zaštita životne sredine: [udžbenik. priručnik za sve specijalnosti] / A.V. Golubev, N.G. Nikolaevskaya, T.V. Sharapa; [ed. auto] ; Država obrazovanje ustanova visokog stručnog Obrazovanje "Moskovski državni univerzitet za šumarstvo". – M.: MGUL, 2005. – 162 str.

7. Korobkin, V.I. Ekologija u pitanjima i odgovorima [Tekst]: udžbenik. priručnik za studente / V.I. Korobkin, L.V. Peredelsky. - 2. izd., revidirano. i dodatne - Rostov n/d: Phoenix, 2005. - 379 str. : sheme. - Bibliografija: str. 366-368. - 103,72 rub.

Test pitanja za dio 3

1. Pojam staništa, njegovi tipovi.

2. Šta su faktori životne sredine, kako se klasifikuju?

3. Koncept ograničavajućeg faktora, primjeri.

4. Zakon optimuma-pesimuma (slika). Primjeri.

5. Zakon interakcije faktora sredine. Primjeri.

6. Zakon tolerancije (Shelford). Primjeri.

7. Ekološka pravila: D. Allen, K. Bergman, K. Gloger.

8. Adaptacije živih organizama, njihovi putevi i oblici. Primjeri.

9. Fotoperiodizam, biološki ritmovi: pojam, primjeri.

ODJELJAK 4: EKOLOGIJA STANOVNIŠTVA

Reakcije na nepovoljne faktore sredine štetne su za žive organizme samo pod određenim uslovima, ali u većini slučajeva imaju adaptivni značaj. Stoga je Selye ove reakcije nazvao „sindrom generalne adaptacije“. U kasnijim radovima koristio je pojmove “stres” i “sindrom generalne adaptacije” kao sinonime.

Adaptacija je genetski određen proces formiranja zaštitnih sistema koji osiguravaju povećanu stabilnost i tok ontogeneze u za nju nepovoljnim uvjetima.

Adaptacija je jedan od najvažnijih mehanizama koji povećava stabilnost biološkog sistema, pa i biljnog organizma, u promenjenim uslovima postojanja. Kako bolje telo prilagođen nekom faktoru, otporniji je na njegove fluktuacije.

Genotipski određena sposobnost tijela da mijenja metabolizam u određenim granicama ovisno o djelovanju spoljašnje okruženje pozvao norma reakcije. Kontroliše ga genotip i karakterističan je za sve žive organizme. Većina modifikacija koje se javljaju unutar normalnog raspona reakcije imaju adaptivni značaj. Oni odgovaraju promjenama u okolišu i osiguravaju bolji opstanak biljaka u promjenjivim uvjetima okoline. U tom smislu, takve modifikacije imaju evolucijski značaj. Termin "reakciona norma" uveo je V.L. Johansen (1909).

Što je veća sposobnost neke vrste ili sorte da se modificira u skladu sa okolinom, to je veća brzina njezine reakcije i veća sposobnost prilagođavanja. Ovo svojstvo razlikuje otporne sorte usjeva. U pravilu, male i kratkotrajne promjene faktora sredine ne dovode do značajnijih poremećaja u fiziološkim funkcijama biljaka. To je zbog njihove sposobnosti da održe relativnu dinamičku ravnotežu unutrašnje okruženje i stabilnost osnovnih fizioloških funkcija u promjenjivom vanjskom okruženju. Istovremeno, iznenadni i dugotrajni udari dovode do poremećaja mnogih funkcija biljke, a često i do njene smrti.

Adaptacija obuhvata sve procese i adaptacije (anatomske, morfološke, fiziološke, bihevioralne, itd.) koji doprinose povećanju stabilnosti i doprinose opstanku vrste.

1.Anatomski i morfološki uređaji. Kod nekih predstavnika kserofita, dužina korijenskog sistema doseže nekoliko desetina metara, što biljci omogućava da koristi podzemne vode i ne doživi nedostatak vlage u uvjetima tla i atmosferske suše. Kod ostalih kserofita, prisustvo debele kutikule, pubescentnih listova i transformacija listova u bodlje smanjuju gubitak vode, što je veoma važno u uslovima nedostatka vlage.

Ubodne dlake i bodlje štite biljke od toga da ih životinje pojedu.

Drveće u tundri ili na visokim planinskim visinama izgleda kao zdepasto puzavo grmlje, zimi je prekriveno snijegom, što ih štiti od jakih mrazeva.

U planinskim predjelima s velikim dnevnim temperaturnim kolebanjima, biljke često imaju oblik raširenih jastuka s brojnim gusto raspoređenim stabljikama. To vam omogućava da održavate vlažnost unutar jastuka i relativno ujednačenu temperaturu tokom cijelog dana.

U močvarnim i vodenim biljkama formira se poseban vazdušni parenhim (aerenhim) koji je rezervoar vazduha i olakšava disanje delova biljke uronjenih u vodu.

2. Fiziološko-biohemijske adaptacije. Kod sukulenta, adaptacija za uzgoj u pustinjskim i polupustinjskim uslovima je asimilacija CO 2 tokom fotosinteze putem CAM puta. Ove biljke imaju puči koji su zatvoreni tokom dana. Tako biljka čuva svoje unutrašnje rezerve vode od isparavanja. U pustinjama je voda glavni faktor koji ograničava rast biljaka. Stoma se otvara noću i u to vrijeme CO 2 ulazi u fotosintetska tkiva. Naknadno učešće CO 2 u fotosintetskom ciklusu dešava se tokom dana kada su puči zatvoreni.

Fiziološke i biohemijske adaptacije uključuju mogućnost otvaranja i zatvaranja stomata, ovisno o tome spoljni uslovi. Sinteza u stanicama apscizinske kiseline, prolina, zaštitnih proteina, fitoaleksina, fitoncida, povećana aktivnost enzima koji se suprotstavljaju oksidativnom razgradnji organskih tvari, nakupljanje šećera u stanicama i niz drugih promjena u metabolizmu doprinose povećanju otpornosti biljaka na nepovoljne uslovi životne sredine.

Istu biohemijsku reakciju može izvesti nekoliko molekularnih oblika istog enzima (izoenzima), pri čemu svaka izoforma pokazuje katalitičku aktivnost u relativno uskom rasponu nekih parametara okoline, kao što je temperatura. Prisustvo brojnih izoenzima omogućava biljci da izvodi reakcije u mnogo širem temperaturnom rasponu u poređenju sa svakim pojedinačnim izoenzima. To omogućava biljci da uspješno obavlja vitalne funkcije u promjenjivim temperaturnim uvjetima.

3. Adaptacije ponašanja, odnosno izbjegavanje nepovoljnog faktora. Primjer su efemera i efemeroidi (mak, čičak, krokusi, tulipani, snježne kapljice). Cijeli razvojni ciklus prolaze u proljeće za 1,5-2 mjeseca, čak i prije početka vrućine i suše. Stoga se čini da odlaze ili izbjegavaju da padnu pod utjecaj stresora. Slično, rano sazrele sorte poljoprivrednih kultura formiraju žetvu prije početka nepovoljnih sezonskih pojava: avgustovske magle, kiše, mrazevi. Stoga je odabir mnogih poljoprivrednih kultura usmjeren na stvaranje sorti ranog zrenja. Višegodišnje biljke prezimljuju u obliku rizoma i lukovica u tlu pod snijegom, što ih štiti od smrzavanja.

Adaptacija biljaka na nepovoljne faktore odvija se istovremeno na više nivoa regulacije - od pojedinačne ćelije do fitocenoze. Što je viši nivo organizacije (ćelija, organizam, populacija), veći je broj mehanizama koji su istovremeno uključeni u adaptaciju biljaka na stres.

Regulacija metaboličkih i adaptacionih procesa unutar ćelije vrši se pomoću sistema: metaboličkih (enzimskih); genetski; membrana Ovi sistemi su usko povezani. Dakle, svojstva membrana zavise od aktivnosti gena, a diferencijalna aktivnost samih gena je pod kontrolom membrana. Sinteza enzima i njihova aktivnost kontrolišu se na genetskom nivou, dok istovremeno enzimi regulišu metabolizam nukleinskih kiselina u ćeliji.

On nivo organizma novi se dodaju ćelijskim mehanizmima adaptacije, odražavajući interakciju organa. U nepovoljnim uvjetima biljke stvaraju i zadržavaju takvu količinu voćnih elemenata koja je dovoljno opskrbljena potrebnim tvarima za formiranje punopravnog sjemena. Na primjer, u cvatovima kultiviranih žitarica i u krošnjama voćke u nepovoljnim uslovima može otpasti više od polovine formiranih jajnika. Takve promjene temelje se na kompetitivnim odnosima između organa za fiziološki aktivne tvari i hranjive tvari.

U uslovima stresa, procesi starenja i opadanja donjih listova naglo se ubrzavaju. U isto vrijeme, tvari potrebne biljkama prelaze iz njih u mlade organe, odgovarajući na strategiju preživljavanja organizma. Zahvaljujući recikliranju nutrijenata iz donjih listova, mlađi, gornji listovi, ostaju održivi.

Mehanizmi za regeneraciju izgubljenih organa djeluju. Na primjer, površina rane je prekrivena sekundarnim slojem pokrivajuće tkivo(periderma rane), rana na deblu ili grani se zacjeljuje čvorovima (kalusima). Kada se apikalni izdanak izgubi, u biljkama se bude uspavani pupoljci i intenzivno se razvijaju bočni izdanci. Regeneracija listova u proljeće umjesto onih koji su opali u jesen također je primjer prirodne regeneracije organa. Regeneracija kao biološki uređaj koji obezbjeđuje vegetativno razmnožavanje biljaka segmentima korijena, rizoma, steljke, stabljike i lisnih reznica, izolovanih ćelija, pojedinačnih protoplasta, od velikog je praktičnog značaja za biljarstvo, voćarstvo, šumarstvo, ukrasnu hortikulturu itd.

Hormonski sistem takođe učestvuje u procesima zaštite i adaptacije na biljnom nivou. Na primjer, pod utjecajem nepovoljnih uvjeta u biljci, naglo se povećava sadržaj inhibitora rasta: etilena i apscizinske kiseline. Oni smanjuju metabolizam, inhibiraju procese rasta, ubrzavaju starenje, gubitak organa i prelazak biljke u stanje mirovanja. Inhibicija funkcionalne aktivnosti u uslovima stresa pod uticajem inhibitora rasta je karakteristična reakcija za biljke. Istovremeno se smanjuje sadržaj stimulansa rasta u tkivima: citokinina, auksina i giberelina.

On nivo populacije dodaje se selekcija, što dovodi do pojave prilagođenijih organizama. Mogućnost selekcije određena je postojanjem intrapopulacijske varijabilnosti otpornosti biljaka na različite faktore sredine. Primjer unutarpopulacijske varijabilnosti otpornosti može biti neujednačeno nicanje sadnica na slanom tlu i povećanje varijacije u vremenu klijanja s povećanjem stresora.

Vrsta u savremenom konceptu sastoji se od velikog broja biotipova - manjih ekoloških jedinica koje su genetski identične, ali pokazuju različitu otpornost na faktore sredine. IN različitim uslovima nisu svi biotipovi podjednako vitalni, a kao rezultat konkurencije ostaju samo oni koji najbolje ispunjavaju date uslove. Odnosno, otpornost populacije (varijeteta) na jedan ili drugi faktor određena je otporom organizama koji čine populaciju. Otporne sorte uključuju skup biotipova koji pružaju dobru produktivnost čak iu nepovoljnim uvjetima.

Istovremeno, tokom dugotrajnog uzgoja sorti mijenja se sastav i odnos biotipova u populaciji, što utiče na produktivnost i kvalitet sorte, često ne na bolje.

Dakle, adaptacija obuhvata sve procese i prilagodbe kojima se povećava otpornost biljaka na nepovoljne uslove sredine (anatomske, morfološke, fiziološke, biohemijske, bihejvioralne, populacijske itd.)

Ali da biste odabrali najefikasniji put adaptacije, glavna stvar je vrijeme tokom kojeg se tijelo mora prilagoditi novim uvjetima.

U slučaju iznenadnog djelovanja ekstremnog faktora, reakcija se ne može odgoditi, ona mora uslijediti odmah kako bi se izbjeglo nepovratno oštećenje biljke. Uz produženo izlaganje maloj sili, adaptivne promjene nastaju postupno, a izbor mogućih strategija se povećava.

U tom smislu, postoje tri glavne strategije prilagođavanja: evolucijski, ontogenetski I hitno. Cilj strategije je efikasno korišćenje raspoloživih resursa za postizanje glavnog cilja – opstanak organizma pod stresom. Strategija adaptacije je usmjerena na održavanje strukturnog integriteta vitalnih makromolekula i funkcionalne aktivnosti ćelijskih struktura, očuvanje sistema regulacije života i snabdijevanje biljaka energijom.

Evolucijske ili filogenetske adaptacije(filogenija - razvoj biološke vrste u vremenu) su adaptacije koje nastaju tokom evolutivnog procesa zasnovane na genetskim mutacijama, selekciji i naslijeđuju se. Oni su najpouzdaniji za preživljavanje biljaka.

U procesu evolucije svaka biljna vrsta razvila je određene potrebe za životnim uslovima i prilagodljivošću zanimanju kojim se bavi. ekološka niša, uporna adaptacija organizma na okolinu. Kao rezultat formirana je otpornost na vlagu i hlad, otpornost na toplinu, hladnoću i druge ekološke karakteristike pojedinih biljnih vrsta. dugog djelovanja odgovarajućim uslovima. Tako su biljke koje vole toplinu i biljke kratkog dana karakteristične za južne geografske širine, dok su manje zahtjevne biljke koje vole toplinu i biljke dugog dana karakteristične za sjeverne geografske širine. Poznate su brojne evolucijske adaptacije biljaka kserofita na sušu: ekonomično korištenje vode, duboko ležeći korijenski sistem, opadanje lišća i prelazak u stanje mirovanja i druge adaptacije.

S tim u vezi, sorte poljoprivrednih biljaka pokazuju otpornost upravo na one faktore okoline na čijoj pozadini se vrši uzgoj i selekcija produktivnih oblika. Ako se selekcija odvija u nizu uzastopnih generacija u pozadini stalnog utjecaja nekog nepovoljnog faktora, tada se otpornost sorte na nju može značajno povećati. Prirodno je da su sorte uzgojene u Istraživačkom institutu za poljoprivredu Jugoistoka (Saratov) otpornije na sušu od sorti stvorenih u uzgojnim centrima moskovske regije. Na isti način, u ekološkim zonama sa nepovoljnim zemljišno-klimatskim uslovima formirane su otporne lokalne biljne sorte, a endemske biljne vrste otporne su upravo na stresor koji je izražen u njihovom staništu.

Karakteristike otpornosti sorti jare pšenice iz kolekcije Sveruskog instituta za uzgoj biljaka (Semyonov et al., 2005.)

U prirodnom okruženju, uslovi životne sredine se obično menjaju veoma brzo, a vreme tokom kojeg faktor stresa dostigne štetni nivo nije dovoljno za formiranje evolucionih adaptacija. U tim slučajevima biljke koriste ne trajne, već stresorom inducirane odbrambene mehanizme, čije je formiranje genetski predodređeno (definirano).

Ontogenetske (fenotipske) adaptacije nisu povezani s genetskim mutacijama i nisu naslijeđeni. Formiranje ove vrste adaptacije traje relativno dugo, zbog čega se nazivaju dugotrajnim adaptacijama. Jedan od ovih mehanizama je sposobnost brojnih biljaka da formiraju fotosintetski put CAM tipa koji štedi vodu u uslovima nedostatka vode uzrokovane sušom, salinitetom, niskim temperaturama i drugim stresorima.

Ova adaptacija je povezana sa indukcijom ekspresije gena fosfoenolpiruvat karboksilaze, koji je „neaktivan“ u normalnim uslovima, i gena drugih enzima CAM puta asimilacije CO2, sa biosintezom osmolita (prolina), sa aktivacija antioksidativnih sistema i promjena u dnevnim ritmovima stomatalnih pokreta. Sve to dovodi do vrlo ekonomične potrošnje vode.

U ratarske kulture, na primjer, u kukuruzu, aerenhim je odsutan u normalnim uslovima rasta. Ali u uslovima poplave i nedostatka kiseonika u tkivima korena, neke od ćelija primarnog korteksa korena i stabljike umiru (apoptoza, ili programirana ćelijska smrt). Na njihovom mjestu se formiraju šupljine kroz koje se kisik prenosi iz nadzemnog dijela biljke do korijenskog sistema. Signal za smrt ćelije je sinteza etilena.

Hitna adaptacija javlja se sa brzim i intenzivnim promjenama životnih uslova. Zasniva se na formiranju i funkcionisanju sistema odbrane od udara. Sistemi odbrane od šoka uključuju, na primjer, sistem proteina toplotnog šoka, koji se formira kao odgovor na brzo povećanje temperature. Ovi mehanizmi obezbeđuju kratkoročne uslove za preživljavanje pod uticajem štetnog faktora i na taj način stvaraju preduslove za formiranje pouzdanijeg dugoročnog specijalizovani mehanizmi adaptacija. Primjer specijalizovanih mehanizama adaptacije je novo formiranje antifriz proteina na niskim temperaturama ili sinteza šećera tokom prezimljavanja ozimih usjeva. U isto vrijeme, ako štetni učinak nekog faktora premašuje zaštitne i reparacijske sposobnosti tijela, tada smrt neizbježno nastupa. U tom slučaju organizam umire u fazi hitne ili u fazi specijalizirane adaptacije, ovisno o intenzitetu i trajanju ekstremnog faktora.

Razlikovati specifičan I nespecifičan (opći) reakcije biljaka na stresore.

Nespecifične reakcije ne zavise od prirode faktora koji djeluje. Isti su pod uticajem visokih i niskih temperatura, nedostatka ili viška vlage, visoke koncentracije soli u tlu ili štetnih gasova u vazduhu. U svim slučajevima povećava se propusnost membrana u biljnim stanicama, disanje je poremećeno, povećava se hidrolitička razgradnja tvari, povećava se sinteza etilena i apscizinske kiseline, inhibira se dioba i elongacija stanica.

U tabeli je prikazan kompleks nespecifičnih promjena koje se javljaju u biljkama pod utjecajem razni faktori spoljašnje okruženje.

Promjene fizioloških parametara u biljkama u uslovima stresa (prema G.V. Udovenko, 1995.)

Na osnovu podataka u tabeli može se vidjeti da je otpornost biljaka na više faktora praćena jednosmjernim fiziološkim promjenama. To daje razlog za vjerovanje da povećanje otpornosti biljaka na jedan faktor može biti praćeno povećanjem otpornosti na drugi. Ovo je potvrđeno eksperimentima.

Eksperimenti na Institutu za fiziologiju bilja Ruske akademije nauka (Vl. V. Kuznjecov i drugi) pokazali su da je kratkotrajna toplotna obrada biljaka pamuka praćena povećanjem njihove otpornosti na naknadnu salinizaciju. A prilagođavanje biljaka na slanost dovodi do povećanja njihove otpornosti na visoke temperature. Toplotni šok povećava sposobnost biljaka da se prilagode kasnijoj suši i, obrnuto, tokom suše se povećava otpornost organizma na visoke temperature. Kratkotrajno izlaganje visokim temperaturama povećava otpornost na teške metale i UV-B zračenje. Prethodna suša pospješuje opstanak biljaka u zaslanjenim ili hladnim uvjetima.

Proces povećanja otpornosti organizma na to faktor životne sredine kao rezultat prilagođavanja faktoru drugačije prirode naziva se unakrsna adaptacija.

Za proučavanje općih (nespecifičnih) mehanizama rezistencije od velikog je interesa odgovor biljaka na faktore koji uzrokuju nedostatak vode u biljkama: salinitet, sušu, niske i visoke temperature i neke druge. Na nivou cijelog organizma, sve biljke na isti način reaguju na nedostatak vode. Karakterizira ga inhibicija rasta izdanaka, povećan rast korijenskog sistema, sinteza apscizinske kiseline i smanjena provodljivost stomata. Nakon nekog vremena donji listovi brzo stare i opaža se njihovo odumiranje. Sve ove reakcije imaju za cilj smanjenje potrošnje vode smanjenjem površine isparavanja, kao i povećanjem upijajuće aktivnosti korijena.

Specifične reakcije- To su reakcije na djelovanje bilo kojeg faktora stresa. Tako se fitoaleksini (supstance sa antibiotskim svojstvima) sintetiziraju u biljkama kao odgovor na kontakt sa patogenima.

Specifičnost ili nespecifičnost reakcija odgovora podrazumijeva, s jedne strane, odnos biljke prema različitim stresorima, as druge strane, specifičnost biljnih reakcija. razne vrste i sorte na isti stresor.

Ispoljavanje specifičnih i nespecifičnih odgovora biljaka zavisi od jačine stresa i brzine njegovog razvoja. Specifične reakcije se češće javljaju ako se stres sporo razvija, a tijelo ima vremena da se obnovi i prilagodi mu. Nespecifične reakcije se obično javljaju kod kraćeg i jačeg stresora. Funkcionisanje nespecifičnih (općih) mehanizama otpornosti omogućava biljci da izbjegne visoki troškovi energije za formiranje specijalizovanih (specifičnih) mehanizama adaptacije kao odgovor na svako odstupanje od norme njihovih životnih uslova.

Otpornost biljaka na izlaganje stresu zavisi od faze ontogeneze. Najstabilnije biljke i biljni organi su u stanju mirovanja: u obliku sjemena, lukovica; drvenaste trajnice - u stanju dubokog mirovanja nakon opadanja listova. Biljke su najosjetljivije u mladosti, jer se u uslovima stresa prvo oštećuju procesi rasta. Drugi kritični period je period formiranja gameta i oplodnje. Dejstvo stresa tokom ovog perioda dovodi do smanjenja reproduktivnu funkciju biljke i smanjeni prinos.

Ako se stresni uslovi ponavljaju i slabog su intenziteta, onda doprinose otvrdnjavanju biljaka. Ovo je osnova za metode povećanja otpornosti na niske temperature, toplotu, salinitet i povećan nivo štetnih gasova u vazduhu.

Pouzdanost Biljni organizam je određen njegovom sposobnošću da spriječi ili eliminiše kvarove na različitim nivoima biološke organizacije: molekularnoj, supćelijskoj, ćelijskoj, tkivnoj, organskoj, organskoj i populacijskoj.

Kako bi se spriječili poremećaji u životu biljaka pod utjecajem nepovoljnih faktora, primjenjuju se principi redundantnost, heterogenost funkcionalno ekvivalentnih komponenti, sistemi za popravku izgubljenih konstrukcija.

Redundantnost struktura i funkcionalnost- jedan od glavnih načina da se osigura pouzdanost sistema. Redundancija i višak imaju različite manifestacije. Na subćelijskom nivou, redundantnost i dupliciranje doprinose povećanju pouzdanosti biljnog organizma genetski materijal. To se osigurava, na primjer, dvostrukom spiralom DNK i povećanjem ploidnosti. Pouzdanost funkcionisanja biljnog organizma u promjenjivim uvjetima potkrepljena je i prisustvom različitih molekula RNK glasnika i stvaranjem heterogenih polipeptida. To uključuje izoenzime koji kataliziraju istu reakciju, ali se razlikuju po svojim fizičko-hemijskim svojstvima i stabilnosti molekularne strukture u promjenjivim uvjetima okoline.

Na ćelijskom nivou, primjer redundancije je višak ćelijskih organela. Tako je ustanovljeno da je dio raspoloživih hloroplasta dovoljan da biljci obezbijedi fotosintetske proizvode. Čini se da preostali hloroplasti ostaju u rezervi. Isto važi i za ukupan sadržaj hlorofila. Redundancija se takođe manifestuje u velikoj akumulaciji prekursora za biosintezu mnogih jedinjenja.

Na nivou organizma, princip redundancije se izražava u formiranju i polaganju u različito vrijeme više nego što je potrebno za smjenu generacija, broj izdanaka, cvjetova, klasića itd. ogroman broj polen, ovule, sjemenke.

Na nivou populacije, princip redundancije se manifestuje u velikom broju pojedinaca koji se razlikuju po otpornosti na određeni faktor stresa.

Sistemi reparacije također djeluju na različitim nivoima - molekularnom, ćelijskom, organizmu, populaciji i biocenotičkom. Procesi popravke zahtijevaju energiju i plastične tvari, tako da je popravak moguć samo ako se održava dovoljna brzina metabolizma. Ako se metabolizam zaustavi, prestaje i popravak. IN ekstremnim uslovima posebno spoljno okruženje velika vrijednost ima očuvanje disanja, jer je disanje ono koje daje energiju za procese popravke.

Restorativna sposobnost ćelija adaptiranih organizama određena je otpornošću njihovih proteina na denaturaciju, odnosno stabilnošću veza koje određuju sekundarnu, tercijarnu i kvarternu strukturu proteina. Na primjer, otpornost zrelog sjemena na visoke temperature, u pravilu, zbog činjenice da nakon dehidracije njihovi proteini postaju otporni na denaturaciju.

Glavni izvor energetskog materijala kao supstrata za disanje je fotosinteza, stoga opskrba energijom ćelije i povezani procesi popravke zavise od stabilnosti i sposobnosti fotosintetskog aparata da se oporavi nakon oštećenja. Za održavanje fotosinteze u ekstremnim uvjetima u biljkama, aktivira se sinteza komponenti tilakoidne membrane, inhibira se oksidacija lipida, a ultrastruktura plastida se obnavlja.

Na nivou organizma, primjer regeneracije može biti razvoj zamjenskih izdanaka, buđenje uspavanih pupoljaka kada su tačke rasta oštećene.

Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.