Адаптації у рослин і тварин як доказ еволюційного розвитку



Докази еволюції — наукові дані і концепції, які підтверджують походження всіх живих істот на Землі від спільного предка[~ 2]. Завдяки цим доказам основи еволюційної теорії отримали визнання наукової спільноти, а провідною системою уявлень про процеси видоутворення стала синтетична теорія еволюції[1][~ 3].

Еволюційні процеси спостерігаються як в природних, так і в лабораторних умовах. Відомі випадки утворення нових видів[2]. Описані також випадки розвитку нових властивостей завдяки випадковим мутаціям[3]. Факт еволюції на внутрішньовидовому рівні доведений експериментально, а процеси видоутворення спостерігались безпосередньо в природі.

З метою отримання відомостей про еволюційну історію життя, палеонтологи аналізують викопні рештки організмів. Ступінь спорідненості між сучасними видами можливо визначити порівнюючи їх будову[4], геноми, розвиток ембріонів (ембріогенез)[5]. Додаткове джерело інформації про еволюцію — закономірності географічного поширення тварин і рослин, які вивчає біогеографія[

У ході еволюції кожний новий організм не проектується з нуля, а утворюється зі старого за рахунок послідовності невеликих змін. В утворених таким чином структур є ряд характерних особливостей, які вказують на їх еволюційне походження. Порівняльно-анатомічні дослідження дозволяють виявити такі особливості.

Зокрема, еволюційне походження виключає можливість цілеспрямованого запозичення вдалих конструкцій в інших організмів. Тому у різних, не споріднених видів для вирішення схожих завдань використовуються різні органи. Наприклад, крило метелика і крило птаха розвиваються з різних зародкових листків, крила птахів є видозміненими передніми кінцівками, а крила метелика — складки хітинового покриву. Подібність між цими органами поверхневе і є наслідком їх конвергентного походження. Такі органи називають аналогічними[83][84].

Протилежна ситуація спостерігається у близькоспоріднених видів: для абсолютно різних завдань використовуються схожі за будовою органи. Наприклад, передні кінцівки хребетних виконують найрізноманітніші функції, але при цьому мають загальний план будови, займають подібне положення і розвиваються з одних і тих же зачатків, тобто є гомологічними[4]. Подібність будови крила кажана і лапи крота неможливо пояснити з точки зору корисності. У той же час, теорія еволюції дає пояснення: єдину структуру кінцівки чотириногі хребетні успадкували від спільного предка[85].

Кожний вид успадковує від предкового виду більшість його властивостей — в тому числі іноді й ті, які для нового виду марні. Зміни зазвичай відбуваються за рахунок поступового послідовного перетворення ознак предкового виду. Подібність гомологічних органів, не пов'язана з умовами їх функціонування — свідчення їх розвитку в ході еволюції із спільного прототипу, наявного у предкового виду. Інші приклади еволюційних змін морфології — рудименти, атавізми, а також численні випадки специфічної недосконалості будови організмів.

Нижчі водні рослини поглинають воду всією поверхнею тіла. Нижчі наземні рослини з вологого субстрату поглинають воду зануреними в неї частинами слані, а дощову воду, росу та туман – усією поверхнею.
Серед вищих наземних рослин мохоподібні поглинають воду з грунту ризоїдами, а інші наземні коренями. В клітинах кореня утворюється всмоктувальна сила в кілька атмосфер. Лісові дерева помірної зони розвивають всмоктувальну силу коренів близько 30 атм., лісові трави, такі як суниця, медунка – до 20 атм., а рослини сухих областей – до 60 атм.
Коли у безпосередній близькості до коренів запаси води у грунті вичерпуються, вони збільшують активну поверхню шляхом росту, отже коренева система рослин постійно перебуває у русі. У степових та пустельних рослин часто можна бачити ефемерні корені, які швидко виростають в періоди зволоження грунту, а з настанням посушливого періоду засихають. За типом галуження розрізняють кореневі системи екстенсивні та інтенсивні. Екстенсивна коренева система охоплює велику площу грунту, але порівняно слабко розгалужується, отже, грунт пронизаний корінням негусто. Це в основному у степових та пустельних рослин (саксаул, верблюжа колючка), у дерев помірної зони (сосна, береза), а із трав у волошки, люцерни. Інтенсивна коренева система охоплює невеликий обсяг грунту, але густо пронизує його численними, сильно розгалуженими коренями, як наприклад, у степових деревовидних злаків (ковили, типчака) та у жита і пшениці.
Кореневі системи дуже пластичні. Вони різко реагують на зміну умов зволоженості. В разі нестачі вологи коренева система стає екстенсивнішою. При вирощуванні жита в різних умовах загальна довжина коренів (без кореневих волосків) у 1000 кв.м грунту варіює від 90 м до 13 км, а поверхня кореневих волосків може збільшуватися в 400 разів.

Порівняно з рослинами, тварини наділені різноманітними можливостями регулювати, постійно або тимчасово, температуру власного тіла. Основні шляхи температурних адаптацій у тварин такі:
- хімічна терморегуляція – активна зміна величини теплопродукції у відповідь на зміну температури

середовища;
- фізична терморегуляція – зміна рівня тепловіддачі, здатність утримувати тепло або навпаки розсіювати його надлишок. Вона здійснюється завдяки особливим анатомічним і морфологічним рисам будови тварин: волосяному і пір’яному покривам, деталям будови кровоносної системи, розподілу жирових запасів, можливостям випаровувальної тепловіддачі;
- поведінка організмів – при переміщеннях тварин у просторі, вони можуть уникати крайніх температур. Для багатьох тварин поведінка – майже єдиний і дуже ефективний спосіб підтримання теплового балансу.
Пойкілотермні тварини відзначаються більш низьким рівнем обміну речовин порівняно з гомойотермними, навіть при однаковій температурі тіла. У зв’язку з пониженим рівнем обміну власного тепла у холоднокровних тварин виробляється мало, отже можливості хімічної терморегуляції у них мізерні. З пониженням температури середовища всі процеси життєдіяльності дуже уповільнюються і тварини впадають у заціпеніння. В такому неактивному стані вони характеризуються високою холодостійкістю, яка забезпечується біохімічними адаптаціями. Щоб перейти до активності, тварини спочатку мають дістати певну кількість тепла ззовні.
Основні способи регуляції температури тіла у холоднокровних поведінкові – зміна пози, активний пошук сприятливих мікрокліматичних умов, зміна місць поселення, та ряд інших спеціалізованих форм поведінки.
Зміною пози тварина може посилити чи послабити нагрівання тіла за рахунок сонячної радіації. Наприклад, деякі комахи вранці підставляють сонячному промінню широкі бокові поверхні, а опівдні – вузьку спину. В спеку тварини, як і люди ховаються в тінь або тікають у нори. У пустелях ящірки та змії заповзають на рослини, щоб уникнути дотику до розпеченої поверхні піску.
Суспільні комахи: бджоли, мурахи, терміти будують свої житла так, щоб температура добре регулювалася, а в зимовий період лишалася сталою.
Деякі пойкілотермні (холоднокровні) тварини можуть підтримувати оптимальну температуру тіла за рахунок роботи м’язів, однак із припиненням рухової активності вироблення тепла припиняється, і в зв’язку з недосконалими механізмами фізичної терморегуляції, воно з організму швидко розсіюється. Наприклад, джмелі розігрівають тіло спеціальними м’язовими скороченнями – тремтінням – до +35⁰С, що дає їм змогу злітати і годуватися в прохолодну погоду.
Теплокровні тварини відзначаються настільки ефективною регуляцією надходження й віддачі тепла, що це дає їм змогу підтримувати сталу оптимальну температуру тіла в усі пори року. Теплокровність виникла із холоднокровності внаслідок удосконалення способів регуляції теплообміну. Здатність до такої регуляції у малят ссавців та пташенят виражена слабо і повністю проявляється лише у дорослому віці.

2 анаеробний та аеробний енергетичний обмін. поняття про цикл Кребса

Безкисневий етап енергетичного обміну відбувається в клітинах. Його ще називають анаеробним (від грец. ан - частинка, що означає заперечення, та аер - повітря), оскільки мономери, які утворилися на попередньому етапі, зазнають подальшого багатоступеневого розщеплення без участі кисню.

Анаеробне розщеплення, або анаеробне дихання, - це найпростіша форма утворення та запасання енергії у високоенергетичних зв'язках молекул АТФ. Деякі мікроорганізми і безхребетні тварини (здебільшого паразити) не можуть використовувати кисень у процесах енергетичного обміну. Тому необхідну енергію вони можуть одержати лише у результаті анаеробного розщеплення органічних сполук (анаеробного дихання). Більшість організмів у процесах енергетичного обміну здатна використовувати кисень. Але в них кисневому (аеробному) етапу енергетичного обміну завжди передує безкисневий (анаеробний).

Найважливішим на безкисневому етапі енергетичного обміну в клітинах є розщеплення молекул глюкози за допомогою гліколізу (від грец. глікіс -солодкий та лізіс - розчинення). Під час гліколізу молекула глюкози (С6Н1206) розщеплюється на дві молекули піровиноградної (С3Н403) або (наприклад, у клітинах м'язів) молочної (С3Н603) кислот.

Завершальним етапом енергетичного обміну є кисневий, або аеробне дихання.
Що відбувається на кисневому етапі енергетичного обміну? Кисневий етап енергетичного обміну можливий лише за наявності кисню. Тому його ще називають аеробним (від грец. аер — повітря). Під час цього етапу органічні сполуки, які утворилися на попередньому, безкисневому, окиснюються до кінцевих продуктів - С02 і Н20. Ці процеси відбуваються також у клітинах. Сукупність реакцій окиснення, які відбуваються в живих клітинах, називають біологічним окисненням. Завдяки йому організм дістає значну кількість енергії, необхідної для забезпечення процесів життєдіяльності. Частина цієї енергії запасається в високоенергетичних зв'язках молекул АТФ.

Пригадаймо, що під час окиснювально-відновних реакцій електрони переносяться від відновника (сполука, яка їх постачає) до окисника (сполука, що їх приймає). Процес біологічного окиснення органічних сполук пов'язаний з відщепленням від них гідрогену і приєднанням його до молекулярного кисню за допомогою особливих біологічно активних речовин-переносників. Унаслідок цього утворюється вода. Як і будь-які біохімічні процеси, реакції біологічного окиснення каталізують певні ферменти.

Аеробне дихання відбувається в мітохондріях. Важливе місце в аеробному енергетичному обміні належить так званому циклу Кребса.
Яке біологічне значення циклу Кребса? Цикл Кребса - це послідовне перетворення певних органічних кислот, що відбувається в матриксі мітохондрій. Цей процес названо на честь англійського біохіміка Ханса Адольфа Кребса, який відкрив його у 1937 році.

На початку циклу піровиноградна кислота (яка є продуктом гліколізу) реагує з щавлевооцтовою,утворюючи лимонну кислоту. Остання через низку послідовних реакцій перетворюється на інші кислоти. Внаслідок таких перетворень відтворюється щавлевооцтова кислота, яка знову реагує з піровиноградною, і цикл повторюється.

У чому полягає біологічне значення цих складних перетворень? Унаслідок кожного циклу Кребса може утворюватися одна молекула АТФ. Крім того, в ході біохімічних реакцій циклу від органічних кислот відщеплюються атоми гідрогену, які є носіями енергії. Ці атоми відновлюють певні сполуки. Енергія, запасена в атомах гідрогену, згодом частково використовується для синтезу молекул АТФ. А молекули вуглекислого газу, які утворюються під час цих перетворень, залишають мітохондрії та з часом виводяться з клітини.


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1392; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!