Формування адаптацій на молекулярному та клітинному рівнях організації. Стратегії адаптацій організмів. Поняття про екологічно пластичні та екологічно непластичні види. Поняття про адаптивну радіацію.
11 клас Урок 3,4 15.09.2020
Формування адаптацій на молекулярному та клітинному рівнях організації.
Для різноманітних адаптацій є спільний механізм виникнення, а саме: пристосувальні ознаки формуються впродовж біологічної еволюції завдяки природному добору особин, які мають ознаку в найбільш вираженій формі, а не виникають одразу в готовому вигляді. Формування адаптацій відбувається двома шляхами: на молекулярному та клітинному рівнях.
Адаптації на молекулярному рівні
Молекулярною основою усіх пристосувальних реакцій організму є будова і властивості його білків. Для того щоб організм одержав нові можливості використовувати своє середовище існування, необхідні пристосувальні зміни його білків, закріплені генетично. Вони можуть бути кількісними та якісними. До них належать:
· збільшення або зменшення концентрації білків унаслідок відповідних змін у їх синтезі. Уже під час дії несприятливого фактора інтенсифікуються і біосинтетичні процеси, що зумовлюють пристосувальний синтез різних білків, і відновлення запасів енергії;
· приєднання до існуючих макромолекул різних речовин, які модифікують їх властивості і просторову організацію. Це можуть бути як активатори, так і інгібітори;
·
Адаптації на молекулярному рівні
зміна регуляторних функцій білків на посттранскрипційному і посттрансляційному рівнях, також у наслідок нервових і гуморальних впливів;
· зміна просторової організації біополімерів залежно від параметрів середовища. Це явище широко розповсюджене у природі, оскільки забезпечує максимальну функціональну різноманітність при мінімальному використанні необхідного матеріалу. Наприклад, білок пуротонін А міститься і в отруті гримучих змій, і в зерні пшениці, борошні. Отрутна модифікація відзначається одним зайвим дисульфідним зв'язком, який утворюється тільки у клітинах отруйних залоз. Це один із варіантів регуляції експресії генів за допомогою факторів середовища;
· синтез нового типу макромолекул унаслідок мутацій та інших змін геному.
Молекулярний рівень
•Молекулярною основою усіх пристосувальних реакцій організму є будова і властивості його білків
Види мутацій
Схема 1
Адаптації на клітинному рівні
Функціонування будь-якої клітини залежить від взаємодії різних її структурних компонентів. Наведемо деякі приклади. Ви знаєте, що є одноклітинні еукаріоти, які можуть існувати як в аеробних умовах, так і в анаеробних.
Адаптації на клітинному рівні насамперед пов’язані зі змінами активності процесів пластичного та енергетичного обмінів. Оскільки більшість процесів метаболізму в клітині відбувається з витратами енергії, основним напрямом адаптацій є підтримання синтезу молекул АТФ на рівні, потрібному для забезпечення функціонування як окремих клітин, так і всього організму.
У багатоклітинних організмів адаптації на клітинному рівні слугують основою для формування адаптацій на більш високому рівні організації - тканин, органів, систем органів і цілісного організму.
Клітинний рівень
У багатоклітинних організмів адаптації на клітинному рівні слугують основою для формування адаптацій на більш високому рівні організації - тканин, органів, систем органів і цілісного організму.
Стратегії формування адаптацій
Стратегія адаптацій організмів – це певний загальний напрям формування пристосувань організмів різних видів, що забезпечує їхнє існування в часі. За тривалістю формування адаптацій розрізняють 3 стратегічні напрями формування адаптацій.
1. Стратегія еволюційних адаптацій має найбільш тривалий харатер формування пристосувань до змін середовища і потребує змін багатьох поколінь. Відбувається зміни генетичної інформації. Завдяки еволюційним адаптаціям можуть виникати нові молекули білків, що надають організмам здатності до засвоєння нових місць існування. До цієї групи належать ідіоадаптації, ароморфози, загальна дегенерація.
2. Стратегія акліматизації: використовується генетична інформація, що була в геномі організмів від народження. Наприклад сезонні зміни будови, життєдіяльності вбо поведінки організмів.
3. Стратегія негайної адаптації здійснюється завдяки змінам активності ферментів. Наприклад позитивні або негативні таксиси рослин, адаптація еритроцитів до умов високогір’я.
Стратегії формування адаптацій
За характером формування адаптивних механізмів:
1. Стратегія за принципом резистентності (активний шлях адаптації) передбачає формування адаптивних механізмів підтримки гомеостазу внутрішнього середовища незалежно від змін середовища. Наприклад, підтримання сталої температури тіла, протидія втратам води у рослин.
2. Стратегія за принципом толерантності (пасивний шлях адаптації) – підпорядкування життєвих функцій організмів змінам умов середовища. Виявляється у зниженні метаболізму, сповільненням поділу, росту й розвитку клітин. Наприклад, заціпеніння у риб і амфібій, сплячка ссавців тощо.
3. Стратегія уникнення несприятливих впливів – формування в організмів життєвих циклів і проявів поведінки, що дають змогу уникнути несприятливих змін чинників сереовища. Наприклад, сезонні міграції тварин.
Екологічна пластичність виду
Екологічна пластичність виду - це здатність організмів виду до існування в певному діапазоні значень екологічного чинника. Це характеристика пристосованості організмів виду до змін чинників середовища існування. Кількісно екологічна пластичність виражається діапазоном чинника середовища, в межах якого даний вид зберігає життєдіяльність. Що ширшим є діапазон коливань чинника, в межах якого даний вид може існувати, то більшою є його екологічна пластичність, то ширшими є його діапазон витривалості й поширеність.
Види, які можуть виживати в широкому діапазоні змін умов існування, називають екологічно пластичними. Наприклад, бурий ведмідь вирізняється широкою пластичністю у використанні кормових компонентів, що дає йому змогу заселяти різні території. До екологічно пластичних видів належать також вовк звичайний, горобець польовий, кульбаба лікарська, очерет звичайний
Екологічно непластичні види
Екологічно непластичні види - види з вузьким діапазоном екологічної пластичності до чинників середовища. Такі організми погано пристосовуються навіть до незначних змін умов існування і вузько спеціалізовані до умов середовища життя. Наприклад, форель струмкова віддає перевагу швидким річкам з чистою й прохолодною водою, багатою на кисень. Екологічно непластичними видами є також коала сірий, який вживає листя й молоді пагони лише деяких видів евкаліптів, велика панда - вид, який тепер відносять до родини Ведмежі і який живиться бамбуком.
Отже, екологічну пластичність виду характеризує певний діапазон витривалості до коливань екологічного чинника та поширеність у середовищі існування.
Адаптивний потенціал
Адаптивний потенціал (від лат. potentia - сила) - міра пристосувальних можливостей виду в мінливих умовах довкілля. Ця здатність має спадковий характер, і міра її прояву залежить від біотичного потенціалу, що відображає здатність популяцій до розмноження й виживання за оптимальних умов. Пластичність видів визначається нормою реакції, тобто здатністю генотипу залежно від умов середовища формувати в онтогенезі різні фенотипи.
Різні види мають різну екологічну пластичність, що формується в процесі еволюції на основі генетичної пластичності (англ. genetic flexibility) - здатності генотипів змінюватися й забезпечувати пристосованість до змін навколишнього середовища.
Адаптивний потенціал
Високий адаптивний потенціал мають екологічно пластичні види. Саме такі види здатні заселяти нові місця проживання або ті, які дуже змінилися. В умовах руйнування екосистем вони завдяки екологічній пластичності встигають набути нових адаптацій і виживають. Екологічно непластичні види з низьким адаптивним потенціалом і високою спеціалізацією за цих умов вимирають.
Отже, екологічну пластичність виду визначають генетична пластичність та адаптивний потенціал.
Адаптивна радіація
Адаптивна радіація - еволюційний процес виникнення в межах певної систематичної групи форм, пристосованих до різних умов існування. Цей процес властивий для будь-якої систематичної групи, яка існує вже тривалий час. Згідно з правилом адаптивної радіації, що його сформулював відомий американський палеонтолог Г. Ф. Осборн (1857-1935) ще у 1902 р., історичний розвиток будь-якої групи супроводжується її розділенням на окремі філогенетичні стовбури, що розходяться в різних адаптивних напрямах від якогось вихідного середнього стану. Класичним прикладом адаптивної радіації є урізноманітнення плацентарних ссавців, що розпочалося одразу після вимирання динозаврів наприкінці мезозойської ери (близько 66 млн років тому). У ті давні часи ці ссавці були дрібними комахоїдними істотами, подібними до землерийок. Саме ці тварини еволюціонували в сучасні групи бігаючих, літаючих, плаваючих ссавців
Адаптивна радіація плацентарних ссавців
Вихідними видами в адаптивній радіації є зазвичай екологічно пластичні види. Згідно з правилом походження від неспеціалізованих предків (Е. Кон, 1904), нові великі групи беруть початок не від вищих представників предкових груп, а від порівняно неспеціалізованих. Ссавці виникли не від високоспеціалізованих, а від неспеціалізованих видів рептилій. Квіткові рослини виникли не від голонасінних, а від неспеціалізованих насінних папоротей. Причиною походження нових груп від неспеціалізованих предків є те, що відсутність спеціалізації визначає можливість виникнення нових пристосувань.
Отже, адаптивна радіація пов'язана з пластичними видами і дає змогу новим групам рівномірно зайняти простір і різні місця існування.
Завдання
Підручник В.І. Соболь Біологія і екологія https://4book.org/uchebniki-ukraina/11-klass/biologiya-i-ekologiya-11-klas-sobol-2019
Опрацювати § 3,4 ст 12-17. Заповнити таблицю ст 17
Переглянути презентації https://naurok.com.ua/prezentaciya-do-uroku-formuvannya-adaptaciy-na-molekulyarnomu-ta-klitinnomu-rivnyah-organizaci-121398.html