Приспособления — основной результат эволюции

Долгое время приспособленность организмов к среде обитания считалась изначальной и данной творцом. Эволюционная теория Дарвина доказала, что появление приспособлений — адаптаций — закономерный результат действия естественного отбора. Как и почему меняются свойства живых организмов? Что обеспечивает устойчивое воспроизведение этих свойств в ряду поколений? Эти вопросы являются предметом исследований эволюционной биологии.

Механизм возникновения адаптаций

Каждое приспособление и весь их комплекс у организмов не появляются в готовом виде. Они формируются постепенно в процессе борьбы за существование путем естественного отбора случайных наследственных изменений, повышающих жизнеспособность организмов в конкретной среде. Классическим примером, позволяющим проследить механизм возникновения адаптаций, является развитие темной покровительственной окраски у бабочек вида березовая пяденица. Чуть более 100 лет назад в Англии были широко распространены березовые пяденицы светлой окраски с небольшим числом темных пятен. Днем они сидели на стволах берез и были практически незаметны. В связи с развитием промышленности дым и копоть постепенно оседали на стволах берез, и их кора приобрела темный цвет. На этом фоне светлые бабочки стали хорошо заметны и активно поедались птицами. В результате мутаций у некоторых бабочек появилась темная окраска. Она давала им преимущество в борьбе за существование, так как делала менее заметными для птиц. Темные бабочки сохранялись в результате естественного отбора и оставляли потомство. Постепенно они вытеснили светлых бабочек в промышленных районах, и те сохранились только в сельской местности. Так за относительно короткий срок у бабочек выработалась адаптация к новым условиям среды в виде покровительственной окраски.

Следовательно, для возникновения адаптации необходимо наличие элементарного эволюционного материала (мутации и их комбинации) и движущих сил эволюции (борьба за существование и естественный отбор). Появление в популяции удачного фенотипа — носителя ценных мутаций — еще нельзя рассматривать как адаптацию. Необходимо, чтобы случайные полезные отклонения отдельных особей под действием естественного отбора превратились в полезный признак для всей популяции или вида в целом.

Виды адаптаций

Существуют следующие виды адаптаций организмов: морфологические, физиологические, биохимические, поведенческие (этологические).

Морфологические адаптации — особенности окраски и строения тела, повышающие выживаемость организмов в данной среде. Из большого числа морфологических адаптаций наиболее значимыми являются средства пассивной защиты: покровительственная и предостерегающая окраска, мимикрия. Они повышают шанс особей выжить и оставить потомство.

Покровительственная окраска — окраска тела организмов, позволяющая им слиться с фоном среды и стать менее заметными для врагов. Покровительственная окраска бывает однотонной или расчленяющей. Например, зеленые гусеница и кузнечик почти не заметны на фоне листьев и травы. Заяц беляк, песец, горностай не видны на фоне белого снега. Хамелеон и камбала могут менять окраску под цвет среды путем перераспределения пигментов в кожных покровах. Тигры едва заметны даже на небольшом расстоянии из-за совпадения полос на их теле с чередованием света и тени в среде.

Предостерегающая окраска — яркая, хорошо заметная окраска тела у несъедобных или имеющих средства защиты организмов. Хищник, пытающийся съесть такую жертву, получает отпор и в дальнейшем не трогает особей с такой окраской. Божья коровка имеет ярко-красную окраску с черными точками, которая является сигналом ее токсичности. Осы, пчелы и шмели чередованием ярких желтых и черных полос предупреждают о наличии у них жала. Ядовитые змеи обычно имеют хорошо заметный, контрастный рисунок на теле.

Мимикрия (от греч. mimikos — подражательный) — подражание незащищенных и съедобных видов представителям видов, имеющих средства защиты или несъедобных. При этом объектом подражания могут быть как животные, так и растения. Вид-подражатель вводит в заблуждение хищника и повышает свой шанс выжить. Некоторые мухи (большеголовка, сирфида, журчалка) и бабочки (стеклянница) подражают шершням и пчелам. В лесах Амазонии среди ядовитых бабочек геликонид встречаются очень на них похожие съедобные бабочки из семейства белянок.

К средствам пассивной защиты также относятся твердые покровы (раковины моллюсков, панцири черепах) и иглы (ежи, дикобразы). У растений эту роль играют колючки (барбарис, шиповник, боярышник, акация) и жгучие железистые волоски (крапива, шалфей, борщевик).

Физиологические адаптации — особенности процессов жизнедеятельности, благоприятные для жизни в данной среде. Это адаптации по поддержанию постоянной температуры тела: потоотделение, тепловая одышка, мышечная дрожь, расширение и сужение сосудов кожи и др. К недостатку кислорода у жителей высокогорий выработалась адаптация в виде повышенного количества эритроцитов и гемоглобина в крови. У ныряющих водных животных в мышцах содержится большое количество миоглобина, связывающего кислород. К физиологическим адаптациям можно отнести способность животных и растений поддерживать водный баланс в организме при разной обеспеченности среды водой.

Биохимические адаптации — особенности химического состава тела и биохимических реакций, позволяющие организму реагировать на изменения окружающей среды. При увеличении освещенности ускоряется процесс фотосинтеза у растений. При низкой температуре среды у животных усиливается энергетический обмен. Для привлечения насекомых-опылителей у растений синтезируются эфирные масла, придающие цветкам аромат.

Поведенческие (этологические) адаптации — особенности поведения отдельных организмов или их групп, направленные на выживание и размножение в данной среде. Ряд поведенческих реакций у организмов носит врожденный характер (инстинкты). Они проявляются в виде активного сооружения гнезд или нор, насиживания яиц, заботы о потомстве, брачных игр, сезонных миграций и др. В течение жизни у особей появляются приобретенные адаптации (условные рефлексы). Это выбор мест для ночевки, защиты от холода или жары, объединение в стаи для успешной охоты, выбор троп к водопою и др.

Относительный характер приспособленности

Любое приспособление относительно в пространстве и во времени, так как полезно только в данной среде и в данное время. Существует целый ряд фактов, доказывающих относительный характер приспособленности.

Во-первых, при изменении условий среды или переходе в другую среду полезные приспособления могут стать бесполезными или даже вредными. Например, заяц беляк в бесснежную зиму еще более заметен для хищников. Темноокрашенные березовые пяденицы хорошо заметны для птиц на светлых стволах
берез в сельской местности.

Во-вторых, ни одно защитное приспособление не обеспечивает абсолютную безопасность для их обладателей. Так, еж и мангуст могут без вреда для себя ловить ядовитых змей, имеющих предупреждающую окраску. Некоторые птицы поедают ос и пчел, несмотря на жало. Крупные хищные птицы кормятся черепахами, чье тело защищает твердый панцирь.

В-третьих, наличие нецелесообразных признаков или неоправданного поведения организмов доказывает, что не все признаки полезны. Например, у горных гусей имеются перепонки, хотя они не плавают. Зимой при наступлении теплой погоды некоторые растения могут зацветать. Холодной весной может наблюдаться прилет водоплавающих птиц еще до вскрытия водоемов.

В-четвертых, наличие у организмов рудиментов — органов, утративших свое значение и находящихся на стадии исчезновения. Это доказывает, что приспособления временны и могут исчезать. Например, у человека есть копчик, состоящий из рудиментарных хвостовых позвонков, хорошо развитых у далеких предков человека, живших на деревьях. При наземном образе жизни хвост утратил свое значение и постепенно удаляется естественным отбором.

Для возникновения адаптации необходимо наличие элементарного эволюционного материала (мутаций и их комбинаций) и движущих сил эволюции (борьбы за существование и естественного отбора). Адаптации могут быть морфологические, физиологические, биохимические, поведенческие. Любое приспособление относительно в пространстве и во времени, так как полезно в данной среде и в данное время.