Читать книгу Рассказы о животных - Александр Георгиевский - Страница 8

Термин «адаптация» (лат. adaptare – приспособление) в биологии употребляется в двух значениях: как процесс, и в этом смысле используется еще понятие «адаптациогенез», и как результат процесса, заключающийся в наличии полезных признаков у организмов. Для разделения этих двух аспектов в английском языке используют соответственно слова «приспособляемость» (англ. adaptability) и приспособленность (adaptation), в русском языке они редко употребляются.

В далекой древности человеку была очевидна удивительная приспособленность организмов к среде обитания, но ее происхождение представляло неразрешимую загадку. Нетрудно было догадаться, что обтекаемое тело у рыб способствует быстрому передвижению в водной среде, белая окраска шерсти у зайца зимой повышает шансы выживания при нападении хищников. В то же время многие из признаков не поддаются объяснению с научных позиций. Почему зайцы-беляки зимой имеют белую защитную окраску, а их родственники зайцы-русаки темную, хищные лисица и волк также не маскируются своей «одеждой» под снежный фон? Остается считать подобные несоответствия закону адаптации игрой случая.

Заяц-беляк

Сам факт борьбы за существование в живой природе был очевиден, но его объяснение скрывалось за учениями о воле господней, о неизбежной конкуренции за «место под солнцем», уводившими от познания истинных причин адаптивной эволюции организмов. Ч. Дарвин внес ясность в решение загадочной проблемы теорией естественного отбора, согласно которой в борьбе за существование выживают более приспособленные и на этой основе возникают новые организмы, как сложные по строению, так и более простые.

Чтобы гипотеза была признана научной теорией, требовалось доказать ее правильность на фактах. После выступления Дарвина первостепенной задачей становится изучение приспособлений диких животных как результата естественного отбора. Первые экспедиции направляются в экваториальные области, где в более сложных условиях среды возникают самые экзотические виды птиц и насекомых. В книгах английских биологов Г. Бетса «Натуралист на реке Амазонке» (1863), А. Уоллеса «Географическое распространение животных» (1871), немецкого путешественника А. Брема «Жизнь животных» (1863) приведен ярко иллюстрированный материал по адаптациям животных в доказательство теории естественного отбора. На его основе создаются классификации адаптаций по признакам окраски, формам тела, поведенческим реакциям, адаптивной организации популяций, видов, биоценозов и биосферы в целом.

С момента возникновения жизнь была организована в четыре основные формы: организменную, популяционную, биоценотическую, биосферную. Организменная форма представлена отдельными индивидами (особями), популяционная – группами особей одного вида, биоценотическая – системой взаимосвязанных популяций разных видов, биосферная – всеми формами жизни на планете. Соответственно этому делению строится классификация адаптаций.

Покровительственные окраски. Представляют собой наиболее доказательные факты приспособления отдельных организмов на основе естественного отбора. Наблюдения за выживаемостью богомолов зеленой и бурой окраски на деревьях и заборах показали избирательное их истребление птицами.

Уже отмечалось, что имеются факты, не соответствующие положению о естественном отборе как причине создания адаптаций. Белая окраска зайцев, горностаев, куропаток зимой значительно увеличивает шансы оставаться незамеченными. Большинство животных европейской зоны со снежным покровом (лисицы, волки, вороны) такого приспособления не имеют. Отсюда было выдвинуто понятие относительной целесообразности – полезного значения признаков в тех условиях, в которых они создавались. Белая окраска у зайца-беляка является защитной зимой, но не летом, поэтому имеет сезонное значение, является относительно полезной (целесообразной).

Защитная функция поведения. Для всех животных важнейшую роль в борьбе за существование играет активное поведение. Одноклеточные простейшие стараются избегать вредного воздействия яркого света, окрашенные личинки насекомых сохраняются на зеленом фоне ветвей и листвы, пчелы способны отыскивать своими локаторами медоносные растения за несколько километров и возвращаться к родным ульям. Некоторые животные формой тела поразительно схожи с частями растений и становятся совершенно незаметными для хищников, причем выбирают для маскировки подходящие места на деревьях. Поразительный пример сходства с листьями растения и затаивания в неподвижной позе демонстрирует листохвостный геккон, у которого даже трудно разобрать, где голова, а где туловище.

Листохвостный геккон

Эволюция шла по пути совершенствования форм поведения от беспозвоночных животных с примитивной ганглиозной системой управления внутренними процессами к позвоночным животным с централизованной регуляцией физиологического обмена веществ и поведенческих реакций. В итоге появился человек, обладающий второй сигнальной системой, на ее основе сознательным поведением и обменом информацией посредством членораздельной речи.

Популяционно-видовые адаптации. В природе организмы не живут изолированно друг от друга, как может показаться, на первый взгляд, они организованы в популяции, которые являются основной единицей существования и эволюции вида. Только фантасты и шарлатаны от науки показывают мифического «снежного» человека в виде отшельника, подобного некоему Робинзону Крузо. С момента эволюционного становления предки человека могли существовать в суровых условиях жизни только в организованных сообществах (микропопуляциях).

Популяционно-видовые адаптации связаны с размножением организмов, начиная с образования брачных пар и заканчивая воспитанием и защитой потомства. Они не всегда столь очевидны как индивидуальные, подобно покровительственной окраске, и требуют определенного абстрактного восприятия. К таким адаптациям относится мутабильность – частота возникновения мутаций на один ген или на одно поколение. Средняя мутабильность у плодовой мушки дрозофилы по окраске глаз (желтые, бесцветные) составляет одно изменение на сто тысяч особей, частота заболеваний гемофилией у человека одно на двадцать тысяч здоровых людей. Приведенные примеры относятся к отрицательным мутациям, в качестве адаптивного признака вида, мутабильность регулируется отбором. Высокая концентрация вредных мутаций, как и низкая частота полезных мутаций уменьшают приспособленность популяции и эволюционную пластичность вида в целом. Поэтому для экологической устойчивости и способности вида к эволюционному развитию необходима оптимальная величина мутационной изменчивости.

Биоценотические адаптации. Представляют класс приспособлений у системы взаимосвязанных популяций разных видов – биоценозов (или экосистем). Типичным примером простого биоценоза является зеленая роща из разных видов растений, которыми кормятся насекомые, грызуны, копытные, представляющие пищу паразитам и хищникам. Следовательно, биоценоз состоит из двух блоков: продукционного и деструкционного. В продукционном блоке зелеными растениями из углекислого газа, воды и солнечного света путем фотосинтеза создаются органические вещества (глюкоза). В деструкционном блоке органика потребляется растительноядными и плотоядными животными, в том числе человеком.

Таким образом, если популяционная форма организации жизни обеспечивает размножение организмов, биоценотическая форма ее существование и развитие. Поэтому связи в биоценозе между организмами разных видов и являются его адаптациями. Особенно наглядно они проявляются в системе «жертва-хищник»: волки снижают численность жертв и тем самым поддерживают ее на оптимальном уровне, что препятствует полному уничтожению кормовых растений и массовому распространению среди них болезней. Все пищевые отношения между организмами разных видов имеют для каждого из них определенное полезное значение, а вместе они составляют систему адаптаций биоценоза как целостного образования.

Биосферные адаптации. В свою очередь, взаимосвязанные биоценозы создают высшую форму организации жизни на планете – биосферу, со своим специфическим комплексом адаптаций. Фотосинтезирующий блок Мирового океана в виде гигантской массы фитопланктона, вместе с лесами Амазонии и Сибири, являются основными поставщиками атмосферного кислорода для всех организмов. Биосфера находится под защитным от космической радиации озоновым экраном, которая в свободном доступе к земной поверхности губительна для всего живого. В начале эволюции жизни на Земле не было свободного кислорода, фотосинтезирующие организмы не только создали самозащиту от радиации, но и обеспечили процесс кислородного дыхания для всего живого. В этих двух полезных функциях заключается основная адаптация биосферы.