Проработав эти темы, Вы должны уметь:

1. Сформулировать своими словами определения: эволюция, естественный отбор, борьба за существование, адаптация, рудимент, атавизм, идиоадаптация, биологический прогресс и регресс.
2. Кратко описать, каким образом та или иная адаптация сохраняется отбором. Какую роль играют в этом гены, генетическая изменчивость, частота генов, естественный отбор.
3. Объяснить, почему в результате отбора не образуется популяция идентичных, безупречно адаптированных организмов.
4. Сформулировать, что такое генетический дрейф; привести пример ситуации, в которой он играет важную роль, и объяснить, почему его роль особенно велика в небольших популяциях.
5. Описать два способа возникновения видов.
6. Сравнивать естественный и искусственный отбор.
7. Кратко перечислить ароморфозы в эволюции растений и позвоночных, идиоадаптация в эволюции птиц и млекопитающих, покрытосеменных растений.
8. Назвать биологические и социальные факторы антропогенеза.
9. Сравнивать эффективность потребления растительной и животной пищи.
10. Кратко описать черты древнейшего, древнего, ископаемого человека, человека современного типа.
11. Указать черты развития и сходства человеческих рас.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

• Тема 14. "Эволюционное учение." §38, §41-43 стр. 105-108, стр.115-122
• Тема 15. "Приспособленность организмов. Видообразование." §44-48 стр. 123-131
• Тема 16. "Доказательства эволюции. Развитие органического мира." §39-40 стр. 109-115, §49-55 стр. 135-160
• Тема 17. "Происхождение человека." §49-59 стр. 160-172

Водная среда существенно отличается от наземной. В ней особый температурный и световой режимы, другие газовый и минеральный составы, иная плотность среды.

Свет и глубина

В водоёме всегда меньше света, чем на суше, так как часть солнечный лучей отражается от водной поверхности, другая -- поглощается её толщей. Интенсивность проникающего в водоём света зависит от прозрачности воды. Так, в океанах с большой прозрачностью на глубину 140 м попадает 1% радиации, а в небольших озёрах с мутной водой на глубину 2 метра -- десятые доли процента. С глубиной изменяется и спектральный состав света. В глубокие слои воды доходят в основном зелёные, а ещё глубже -- синие и фиолетовые лучи. Погружённым растениям приходится приспосабливаться не только к недостатку света, но и к изменению его состава путём выработки дополнительных пигментов. Известно, что водоросли, обитающие на разных глубинах, имеют различную окраску: в мелководных зонах преобладают зелёные водоросли, в более глубоких встречаются бурые , а ещё глубже обитают красные водоросли. В малопрозрачных водах растения встречаются в основном в поверхностных слоях, а в водоёмах с прозрачной водой -- на глубине до 100 м и более.

Газовый состав воды (содержание кислорода)

Важный фактор в жизни водных растений -- содержание в воде кислорода. Он поступает в воду из воздуха и выделяется растениями при фотосинтезе. В воде обычно мало кислорода, особенно на дне водоёма, где вода не перемещается течениями, поэтому у водных растений во всех органах развита система воздухоносных полостей

Минеральный состав воды

Минеральные соли, необходимые для питания растений, содержатся в воде в незначительных количествах. Они поглощаются всех поверхностью погружённых растений, или их частей. Для поглощения водными растениями растворённых газов и минеральных веществ необходима большая поверхность контакта с водной средой. Поэтому листья водных растений, погружённые в воду, сильно рассечены на узкие нитевидные доли (роголистник , пузырчатка обыкновенная -- Utriculariavulgaris , или имеют очень тонкую просвечивающую пластинку (листья погружённых рдестов). У них совершенно не развита кутикула и нет устьиц. У некоторых погружённых растений корни редуцированы (роголистник, пузырчатка ), у других они развиты слабо (элодея канадская ) и не играют существенной роли в поглощении питательных веществ. Корни укореняющихся гидрофитов слабоветвистые, без корневых волосков. Вместе с тем, ряд видов имеют толстые и прочные корневища (кубышка, кувшинка ), которые играют роль «якоря», хранилища запасных веществ и органа вегетативного размножения.

У растений, частично погружённых в воду, хорошо выражена разнолистность -- различие строения надводных и подводных листьев на одном растении. Первые имеют черты, обычные для листьев наземных растений, вторые -- рассечённые или очень тонкие листовые пластинки (кувшинка, кубышка, стрелолист, поручейник широколистный- Siumlatifolium)

Плотность воды

Вода отличается от воздуха большей плотностью, что отражается на строении тела гидрофитов. У них сильно редуцированы механические ткани, поскольку растения поддерживаются самой водой. Механические элементы и проводящие пучки часто располагаются в центре стебля или листового черешка, что даёт способность изгибаться при движении воды.

Погружённые гидрофиты обладают хорошей плавучестью, которая создаётся как специальными приспособлениями (воздушные камеры, вздутия), так и увеличением поверхности тела.

Температура воды

Температурный режим в воде отличается меньшим притоком тепла и большей стабильностью. Вода медленно нагревается и остывает, и это отражается на развитии растений: гидрофиты весной пробуждаются значительно позднее, чем сухопутные растения. Суточные и годовые колебания температуры меньше, чем на суше. Температура не опускается меньше, чем +4 °C.

Размножение водных растений

Водная среда создаёт специфические условия и для семенного размножения растений. Пыльца некоторых гидрофитов переносится с помощью воды. Большую роль вода играет и в распространении плодов и семян, которые у многих водных растений обладают способностью долгое время оставаться на поверхности воды.

Для каждого вида организмов существуют свои оптимальные параметры экологических факторов, то есть свой диапазон толерантности. При постоянном воздействии какого-либо экологического фактора сверх лимитируемых пределов организм должен либо адаптироваться к новым параметрам, либо погибнуть. У различных видов организмов - различные способности к адаптации. Адаптациями называют эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие их нормальную жизнедеятельность при колебании уровней экологических факторов.

Адаптация развивается под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (искусственный) отбор. Выделяют следующие формы адаптации:

морфологическая адаптация – это приспособление внешней формы организма к окружающей среде;

физиологическая адаптация – это приспособление внутреннего строения организма к окружающей среде;

поведенческая этологическая адаптация – это, например, суточные и сезонные кочевки млекопитающих.

Живые организмы хорошо адаптированы к периодическим факторам. Непериодические факторы могут вызвать болезни организма, и даже смерть. Однако, длительное воздействие непериодических факторов – вызывать к ним адаптацию. Адаптация живых организмов происходит в определенных генетических пределах, характерных для каждого вида.

При изменении любого из экологических факторов вид выживает по одному из трех способов:

переход в состояние временной пониженной физиологической активности (спячка, оцепенение, анабиоз). Снижая свою физиологическую активность, организмы как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом энергию на своё существование. Например, в период спячки у животных значительно снижается уровень обмена веществ и потребление кислорода (в 1020 раз). В результате млекопитающие (особенно пресмыкающиеся, земноводные и большинство беспозвоночных) впадают в глубокое оцепенение. Особым из приспособлений к неблагоприятным условиям служит анабиоз (греч. anabiosis  оживление, возвращение к жизни)  состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедляются, что отсутствуют все видимые признаки жизни;

поддержание постоянства внутренней среды организма, несмотря на колебания воздействий внешних факторов;

миграция, т.е. перемещение, вызываемое сменой условий существования, активный поиск других, более благоприятных мест обитания. Миграции бывают суточными, связанными со сменой освещённости, температуры, влажности и других факторов в течение суток, и осуществляются многими животными на сравнительно небольшие расстояния.

3. Экосистема – основная структурная единица экологии

3.1. Основные типы экосистем и их классификация

Впервые термин "Экосистема" был предложен в 1935 году английским экологом А. Тенсли. Экосистема – это основная структурная единица экологии, представляет собой единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные экологические компоненты, объединены причинно-следственными связями, обменом веществ и распределением потока энергии. Любая экологическая система является открытой, поскольку всегда взаимодействует с внешней средой. Экосистемы очень разнообразны. Существует несколько классификаций экосистем.

По происхождению различают следующие типы экосистем.

Природные (естественные) экосистемы  это такие экосистемы, в которых биологический круговорот протекает без прямого участия человека. По энергетическому признаку они делятся на два вида:

экосистемы, полностью зависящие от прямого солнечного излучения, получающие мало энергии, и поэтому малопродуктивны. Однако они крайне важны, так как занимают огромные площади, на которых очищаются большие объемы воздуха, формируются климатические условия и т.д.

экосистемы, получаемые энергию и от Солнца, и от других естественных источников. Данные экосистемы намного продуктивнее первых.

Антропогенные (искусственные) экосистемы  экосистемы, созданные человеком, которые способны существовать только при поддержке человека. Среди данных экосистем выделяют:

агроэкосистемы (греч. agros  поле)  искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека;

техноэкосистемы  искусственные экосистемы, возникающие в результате промышленной деятельности человека;

урбаноэкосистемы (лат. urbanus  городской)  экосистемы, возникающие в результате создания поселений человека. В индустриально-городских экосистемах энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Потребность в энергии плотно заселенных городов на 23 порядка больше того потока, который поддерживает жизнь в эстественных экосистемах, движимых Солнцем. Существуют и переходные между природными и антропогенным типы экосистем, например, экосистемы естественных пастбищ, используемых человеком для выпаса сельскохозяйственных животных. Все экосистемы взаимосвязаны и взаимозависимы.

Существует классификация естественных экосистем в зависимости от природных и климатических условий, основанная на преобладающем типе растительности в крупных регионах-биомах. Биом – совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне. К основным типам природных экосистем и биомов (по Ю. Одуму, 1986) относятся следующие наземные экосистемы:

вечнозеленый тропический дождевой лес;

полувечнозеленый тропический лес (выраженный влажный и сухой сезоны);

пустыня травянистая кустарниковая;

чапараль – районы с дождливой зимой и засушливым летом;

тропические злаковники (грасленд) и саванна;

степь умеренной зоны;

листопадный лес умеренной зоны;

бореальные хвойные леса;

тундра арктическая и альпийская.

В водных местообитаниях, где растительность малозаметна, в основе выделения экосистем находятся гидрологические и физические особенности среды, например "стоячая вода", "текучая вода". Водные экосистемы делятся на пресноводные и морские.

Пресноводные экосистемы:

ленточные (стоячие воды) – озера, пруды и т.д.;

лотические (текучие воды) – реки, ручьи и т.д.;

заболоченные угодья – болота и болотистые леса.

Морские экосистемы:

открытый океан (пелагическая экосистема);

воды континентального шельфа (прибрежные воды);

районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством);

эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек и др.);

глубоководные рифтовые зоны.

Биология 4. 02. 20015

Группа 41.

Тема: Приспособление организмов к разным средам обитания

1. Изучите теоретический материал по теме.

2. Ответьте на вопросы после теоретического материала.

1. Теоретический материал.

Рассмотрите рисунки 158—163. В чем заключаются приспособления у изображенных на рисунках организмов к условиям обитания? Подумайте, сохранятся ли эти приспособления у организмов, если условия их обитания изменятся.

Все организмы обладают разнообразными приспособления к условиям обитания. Эти приспособления развиваются в процессе эволюции в два этапа. Вначале у организмов вследствие мутационной и комбинативной изменчивостей появляются новые признаки. Затем эти признаки испытываются естественным отбором на их соответствие условиям среды.

Примеры приспособлений организмов. Примеры приспособлений организмов к условиям обитания столь многочисленны, что описать их все практически невозможно. Приведем лишь некоторые примеры.

Рис. 158. Покровительственная окраска у животных: 1 — сплошная окраска зимнего оперения у тундровой куропатки; 2 — расчленяющая окраска у оленей-аксисов

К приспособлениям относят, встречающиеся у разных организмов, различные типы покровительственной, предостерегающей окраски, маскировки и средств пассивной защиты.

Покровительственная окраска развивается у особей, живущих открыто, что делает их менее заметными на окружающем фоне. Такая окраска бывает сплошной (белый цвет оперения у тундровой куропатки зимой), если окружающий фон однородный, либо расчленяющей (светлые и темные точки на шкуре оленей-аксисов), если на окружающем фоне чередуются пятна света и тени (рис. 158). Эффект покровительственной окраски усиливается соответствующим поведением животного. В момент опасности они затаиваются, что делает их еще менее заметными на окружающем фоне.

Предостерегающая окраска развивается у особей, имеющих химические средства защиты от врагов. К ним относят, например жалящих или ядовитых насекомых, несъедобные или обжигающие растения. В процессе эволюции у них выработались не только ядовитые химические вещества, но и яркая, обычно красночерная или желточерная окраски (рис. 159). Некоторые животные с предостерегающей окраской в момент опасности демонстрируют хищнику яркие пятна, принимают угрожающую позу, чем приводят врага в замешательство.

Рис. 159. Предостерегающая окраска у лягушек-древолазов

Маскировка — защита, которой служит не только окраска, но и форма тела. Различают два типа маскировки. Первый заключается в том, что маскирующийся организм по своему внешнему виду напоминает какой-либо предмет — лист, сучок, камень и т. п. Такой тип маскировки широко встречается у насекомых: палочников, клопов и гусениц бабочек пядениц (рис. 160).

Рис. 160. Маскировка у клопов-листотелок

Второй тип маскировки основан на подражательном сходстве незащищенных организмов с защищенными. Так, безобидные бабочки-стеклянницы окраской брюшка напоминают жалящих насекомых — ос, поэтому насекомоядные птицы их не трогают (рис. 161).

Рис. 161. Маскировка у бабочки-стеклянницы

Средства пассивной защиты увеличивают вероятность сохранения организма в борьбе за существование. Например, панцири черепах, раковины моллюсков, иглы ежей защищают их от нападения врагов. Шипы на стеблях розы и колючки у кактусов препятствуют поеданию этих растений травоядными млекопитающими (рис. 162).

Рис. 162. Средства пассивной защиты у кактуса-опунции

Физиологические приспособления обеспечивают устойчивость организмов к изменению температуры, освещенности и других условий неживой природы.

Так, при понижении температуры окружающего воздуха у земноводных и пресмыкающихся в организме понижается уровень обмена веществ и наступает зимний сон. У птиц и млекопитающих, наоборот, при понижении температуры окружающего воздуха обмен веществ в организме усиливается, что увеличивает теплопродукцию. Развивающийся при этом густой перьевой, шерстный покров и подкожный слой жира препятствует потере организмом тепла (рис. 163).

Рис. 163. Зимний мех белки отличается густым подшерстком

Поведенческие приспособления встречаются только у животных с высокоразвитой нервной системой. Они представляют собой различные формы поведения, направленные на выживание как отдельных особей, так и вида в целом.

Все поведенческие приспособления можно разделить на врожденные и приобретенные. К врожденным относят, например брачное поведение, защиту и выкармливание потомства, избегание хищников, миграции. Так, львица при вылизывании своих детенышей запоминает их запах. Этот же процесс пробуждает у нее потребность защищать львят от врагов (рис. 164, 1).

Рис. 164. Поведенческие приспособления организмов: 1 — львица, вылизывающая львят; 2 — макаки японские, греющиеся в горячем источнике; 3 — водоплавающие птицы, зимующие на незамерзающем в городе

Важную роль в жизни животных играют и приобретенные поведенческие приспособления. Например, самый северный вид обезьян — макак японский, встречающийся на севере Японии, перешел к снежно-водному образу жизни (рис. 164, 2). Зимой при наступлении более сильных морозов эти обезьяны спускаются с гор к горячим источникам, где греются в теплой воде. Другой наглядный пример. В крупных городах средней полосы России изменилось поведение перелетных птиц. Так, некоторые водоплавающие птицы перестали улетать на зимовку в теплые края. Они собираются в большие стаи на незамерзающих водоемах, где всегда есть необходимая пища (рис. 164, 3).

Относительная целесообразность приспособлений. Все приспособления у организмов вырабатываются в конкретных условиях их среды обитания. Если условия среды меняются, приспособления могут утратить свое положительное значение, иными словами, они обладают относительной целесообразностью.

Существует множество доказательств относительной целесообразности приспособлений: защита организма от одних врагов оказывается неэффективной от других; поведение организма может стать бессмысленным; полезный в одних условиях орган оказывается бесполезным в других. Например, камышевка, благодаря родительскому инстинкту, выкармливает кукушонка, вылупившегося из яйца, подброшенного в гнездо кукушкой (рис. 165).

Рис. 165. Относительная целесообразность приспособлений организмов — камышевка, выкармливающая кукушонка

Итак, основным результатом действия движущих сил эволюции является появление у организмов новых и совершенствование имеющихся приспособлений. Поскольку условия существования организмов изменяются, абсолютных приспособлений в природе не бывает, и процесс их появления бесконечен. У особей, относящихся к одному виду, различия в имеющихся приспособлениях незначительны. Закрепление же этих различий в условиях изоляции, приводит к появлению новых видов, т. е. к видообразованию.

Задание2. Вопросы по теоретическому материалу.

Как возникают приспособления у особей к среде обитания? В чем проявляется относительная целесообразность приспособлений? Ответ проиллюстрируйте примерами. Могут ли у организмов в ходе длительной эволюции возникнуть абсолютные, т. е. совершенные, приспособления? Ответ аргументируйте.

Задание 3: Лабораторная работа № 8

Тема: Приспособление организмов к разным средам обитания (к водной, наземно-воздушной, почвенной).

Цель работы: научиться выявлять адаптивные приспособления организмов к условиям среды и причины относительности этих приспособлений

Ход работы

1. Рассмотрите предложенный вам гербарный или живой образец растения, картинку животного (рис.1,2), определите название растения и среду его обитания.

а) Определите особенности строения растения и животного, приспосабливающие эти организмы к среде обитания (можно пользоваться дополнительной литературой).

б) Заполните таблицу:

в) Сделайте предположения о надежности этих приспособлений.

г) Сделайте вывод о значении адаптаций и об относительности этих приспособлений.

2. Заполнить таблицу:

3.Выбрать приспособления (физиологические адаптации), связанные с обитанием в воде и представляющие крокодила как хищника (рис.1). Заполните таблицу.

4.Заполните таблицу: формы приспособленности к засухе:

Цель: выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора.

Оборудование: коллекции насекомых, чучела птиц и млекопитающих, кабинетные растения, гербарные экземпляры растений, рисунки животных различных мест обитания, тетрадь, ручка, постой карандаш, линейка.

Ход работы:

1. Рассмотрите гербарные растения.

2. Определите среду обитания каждого из образцов.

3. Опишите черты приспособленности к условиям среды обитания.

4. Заполните таблицу

Как возникли данные приспособления и почему они носят относительный характер? Сформулируйте вывод.

По гербарным образцам рассмотрите внешнее строение следующих видов растений:

а) не поедаемых животными: крапива жгучая, боярышник колючий, борщевик сибирский

б) раннецветущих: чистяк, гусиный лук, ландыш майский.

Таблица «Отличительные особенности растений»:

а) не поедаемых животными:

б) раннецветущих:

При выполнении задания определите:

А). Какие особенности строения первой группы растений защищают их от поедания животными, а второй – обеспечивают ранее цветение.

Б). Определите, с какими факторами связаны приспособительные черты организации.

7. Изучив все предложенные организмы и заполнив таблицу, на осно­вании знаний о движущих силах эволюции объясните механизм возникно­вения приспособлений и запишите общий вывод.

3. Соотнесите приведённые примеры приспособлений с их характером.

Вывод

· Покровительственная окраска

Окраска жирафа

Окраска шерсти белого медведя

· Маскировка

Форма цветочного богомола

Форма тела палочника

· Предупреждающая окраска

Окраска шмеля

Окраска божьей коровки

· Яркие пятна у гусениц

Мимикрия

Внешний вид мухи-журчалки

· Строение цветка орхидеи

Приспособительное поведение

Поведение жука-бомбардира

Вывод (I-вариант): Все растения и животные на земле приспособлены к своей среде обитания. Приспособленность бывает самая разнообразная, начиная от окраски, и заканчивая строением тела. Приспособленность помогает выжить различным растениям и животным в самых неблагоприятных условиях.