Po przepracowaniu tych tematów powinieneś być w stanie:

1. Sformułuj własnymi słowami definicje: ewolucja, dobór naturalny, walka o byt, adaptacja, rudyment, atawizm, idioadaptacja, postęp i regresja biologiczna.
2. Krótko opisz, w jaki sposób dana adaptacja zostaje zachowana w wyniku selekcji. Jaką rolę odgrywają w tym geny, zmienność genetyczna, częstotliwość genów, dobór naturalny.
3. Wyjaśnij, dlaczego dobór nie tworzy populacji identycznych, doskonale przystosowanych organizmów.
4. Sformułuj, czym jest dryf genetyczny; podaj przykład sytuacji, w której odgrywa on ważną rolę i wyjaśnij, dlaczego jego rola jest szczególnie ważna w małych populacjach.
5. Opisz dwa sposoby powstawania gatunków.
6. Porównaj dobór naturalny i sztuczny.
7. Krótko wymień aromatozy w ewolucji roślin i kręgowców, idioadaptacje w ewolucji ptaków i ssaków oraz okrytonasiennych.
8. Wymień biologiczne i społeczne czynniki antropogenezy.
9. Porównaj efektywność spożywania pokarmów roślinnych i zwierzęcych.
10. Krótko opisz cechy najstarszego, starożytnego, kopalnego człowieka, współczesnego człowieka.
11. Wskaż cechy rozwojowe i podobieństwa ras ludzkich.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Biologia ogólna”. Moskwa, „Oświecenie”, 2000

• Temat 14. „Nauczanie ewolucyjne”. §38, §41-43 s. 105-108, s. 115-122
• Temat 15. „Przystosowalność organizmów. Specjacja”. §44-48 s. 123-131
• Temat 16. „Dowody ewolucji. Rozwój świata organicznego”. §39-40 s. 109-115, §49-55 s. 135-160
• Temat 17. „Pochodzenie człowieka”. §49-59 s. 160-172

Środowisko wodne znacznie różni się od lądowego. Ma specjalne reżimy temperaturowe i świetlne, różne składy gazów i minerałów oraz inną gęstość ośrodka.

Światło i głębia

W zbiorniku wodnym zawsze jest mniej światła niż na lądzie, ponieważ część promieni słonecznych odbija się od powierzchni wody, a część jest pochłaniana przez jej grubość. Natężenie światła wnikającego do zbiornika wodnego zależy od przezroczystości wody. Tak więc w oceanach o dużej przezroczystości 1% promieniowania dociera do głębokości 140 m, a dziesiąte części procenta docierają do głębokości 2 metrów w małych jeziorach z mętną wodą. Skład widmowy światła zmienia się również wraz z głębokością. Do głębokich warstw wody docierają głównie promienie zielone, jeszcze głębiej docierają promienie niebieskie i fioletowe. Zanurzone rośliny muszą przystosować się nie tylko do braku światła, ale także do zmian w jego składzie, wytwarzając dodatkowe pigmenty. Wiadomo, że glony żyjące na różnych głębokościach mają różne kolory: w strefach płytkiej wody dominują zielone algi, znalezione głębiej brązowy i żyć jeszcze głębiej czerwone algi. W wodach słabo przezroczystych rośliny występują głównie w warstwach powierzchniowych, a w zbiornikach z czystą wodą - na głębokości 100 m i więcej.

Skład gazowy wody (zawartość tlenu)

Ważnym czynnikiem w życiu roślin wodnych jest zawartość tlenu w wodzie. Dostaje się do wody z powietrza i jest uwalniany przez rośliny podczas fotosyntezy. W wodzie jest zwykle mało tlenu, szczególnie na dnie zbiornika, gdzie woda nie jest poruszana przez prądy, dlatego rośliny wodne mają rozwinięty system jam powietrznych we wszystkich narządach

Skład mineralny wody

Sole mineralne niezbędne do odżywiania roślin zawarte są w wodzie w niewielkich ilościach. Pochłaniają całą powierzchnię zanurzonych roślin lub ich części. Aby rośliny wodne mogły absorbować rozpuszczone gazy i minerały, wymagana jest duża powierzchnia kontaktu ze środowiskiem wodnym. Dlatego liście roślin wodnych zanurzone w wodzie są silnie podzielone na wąskie, nitkowate płaty ( rogatek, pęcherzyca zwykła -- Utriculariavulgaris lub mają bardzo cienką półprzezroczystą płytkę (liście zanurzone rdestnica). Mają całkowicie nierozwinięty naskórek i nie mają aparatów szparkowych. Niektóre rośliny zanurzone mają zredukowane korzenie ( rogatek, rogowiec), w innych są słabo rozwinięte (Elodea kanadyjska) i nie odgrywają znaczącej roli we wchłanianiu składników odżywczych. Korzenie ukorzeniających hydrofitów są słabo rozgałęzione i pozbawione włośników. Jednocześnie wiele gatunków ma grube i trwałe kłącza ( lilia wodna, lilia wodna), które pełnią rolę „kotwicy”, skarbnicy substancji rezerwowych i narządu rozmnażania wegetatywnego.

U roślin częściowo zanurzonych w wodzie występuje dobrze określona różnorodność liści – różnica w budowie liści nadziemnych i podwodnych tej samej rośliny. Te pierwsze mają cechy wspólne dla liści roślin lądowych, te drugie mają rozcięte lub bardzo cienkie blaszki liściowe (lilia wodna, kapsułka jajowa, liść strzały, trawa pastwiskowa szerokolistna - Siumlatifolium)

Gęstość wody

Woda różni się od powietrza większą gęstością, co znajduje odzwierciedlenie w budowie ciała hydrofitów. Ich tkanki mechaniczne są znacznie zmniejszone, ponieważ rośliny są podtrzymywane przez samą wodę. Elementy mechaniczne i wiązki przewodzące często znajdują się pośrodku łodygi lub ogonków liściowych, co daje możliwość uginania się pod wpływem ruchu wody.

Zanurzone hydrofity mają dobrą pływalność, którą wytwarzają zarówno specjalne urządzenia (komory powietrzne, obrzęki), jak i wzrost powierzchni ciała.

Temperatura wody

Reżim temperaturowy w wodzie charakteryzuje się mniejszym dopływem ciepła i większą stabilnością. Woda powoli nagrzewa się i ochładza, co przekłada się na rozwój roślin: hydrofity budzą się wiosną znacznie później niż rośliny lądowe. Dobowe i roczne wahania temperatury są mniejsze niż na lądzie. Temperatura nie spada poniżej +4°C.

Rozmnażanie roślin wodnych

Środowisko wodne stwarza specyficzne warunki do rozmnażania roślin przez nasiona. Pyłek niektórych hydrofitów przenoszony jest przez wodę. Woda odgrywa także ważną rolę w dystrybucji owoców i nasion, które u wielu roślin wodnych mają zdolność długiego utrzymywania się na powierzchni wody.

Każdy typ organizmu ma swoje optymalne parametry czynników środowiskowych, czyli własny zakres tolerancji. Przy ciągłym narażeniu na czynniki środowiskowe wykraczające poza ograniczone limity organizm musi albo przystosować się do nowych parametrów, albo umrzeć. Różne typy organizmów mają różne zdolności adaptacyjne. Adaptacje to ewolucyjnie rozwinięte i dziedzicznie utrwalone cechy organizmów żywych, które zapewniają ich normalne funkcjonowanie, gdy zmienia się poziom czynników środowiskowych.

Adaptacja rozwija się pod wpływem trzech głównych czynników: dziedziczności, zmienności i doboru naturalnego (sztucznego). Wyróżnia się następujące formy adaptacji:

adaptacja morfologiczna to przystosowanie zewnętrznej formy organizmu do środowiska;

adaptacja fizjologiczna to przystosowanie wewnętrznej struktury organizmu do środowiska;

behawioralna adaptacja etologiczna to np. codzienne i sezonowe migracje ssaków.

Organizmy żywe są dobrze przystosowane do czynników okresowych. Czynniki nieokresowe mogą powodować choroby w organizmie, a nawet śmierć. Jednak długotrwałe narażenie na czynniki nieokresowe powoduje przystosowanie się do nich. Adaptacja organizmów żywych zachodzi w pewnych granicach genetycznych charakterystycznych dla każdego gatunku.

Kiedy zmienia się którykolwiek z czynników środowiskowych, gatunek przeżywa na jeden z trzech sposobów:

przejście do stanu przejściowo zmniejszonej aktywności fizjologicznej (hibernacja, odrętwienie, zawieszenie ożywienia).

Organizmy, ograniczając swoją aktywność fizjologiczną, zdają się poddawać wpływom środowiska, oszczędzając jednocześnie energię na swoje istnienie. Na przykład podczas hibernacji poziom metabolizmu i zużycia tlenu u zwierząt znacznie spada (10–20 razy). W rezultacie ssaki (zwłaszcza gady, płazy i większość bezkręgowców) popadają w głębokie odrętwienie. Szczególnym przystosowaniem do niesprzyjających warunków jest anabioza (gr. anabioza - odrodzenie, powrót do życia) - stan organizmu, w którym procesy życiowe spowalniają tak bardzo, że nie ma żadnych widocznych oznak życia;

utrzymanie stałego środowiska wewnętrznego organizmu, pomimo wahań wpływu czynników zewnętrznych;

migracja, tj.

ruch spowodowany zmianą warunków życia, aktywnym poszukiwaniem innych, korzystniejszych siedlisk.

Migracje mają charakter dzienny, wiążą się ze zmianami oświetlenia, temperatury, wilgotności i innych czynników w ciągu dnia i przeprowadzane są przez wiele zwierząt na stosunkowo krótkich dystansach.

3. Ekosystem – podstawowa jednostka strukturalna ekologii

Ekosystemy naturalne to ekosystemy, w których cykl biologiczny zachodzi bez bezpośredniego udziału człowieka. Ze względu na energię dzieli się je na dwa typy:

ekosystemy, które są całkowicie zależne od bezpośredniego promieniowania słonecznego, otrzymują niewiele energii i dlatego są nieproduktywne. Są jednak niezwykle ważne, ponieważ zajmują ogromne obszary, w których oczyszczane są duże ilości powietrza, powstają warunki klimatyczne itp.

ekosystemy czerpiące energię zarówno ze Słońca, jak i innych źródeł naturalnych. Te ekosystemy są znacznie bardziej produktywne niż pierwsze.

Ekosystemy antropogeniczne (sztuczne) to ekosystemy stworzone przez człowieka, które mogą istnieć jedynie przy wsparciu człowieka. Wśród tych ekosystemów są:

agroekosystemy (gr. agros – pole) – sztuczne ekosystemy powstałe w wyniku działalności rolniczej człowieka;

technoekosystemy – sztuczne ekosystemy powstałe w wyniku działalności przemysłowej człowieka;

ekosystemy miejskie (łac. urbanus – miejskie) – ekosystemy powstałe w wyniku powstania osiedli ludzkich. W ekosystemach przemysłowo-miejskich energia paliwowa nie uzupełnia, ale zastępuje energię słoneczną. Zapotrzebowanie na energię w gęsto zaludnionych miastach jest o 2-3 rzędy wielkości większe niż przepływ, który podtrzymuje życie w naturalnych ekosystemach napędzanych przez Słońce.

Istnieją także ekosystemy przejściowe pomiędzy naturalnymi a antropogenicznymi, np. ekosystemy naturalnych pastwisk wykorzystywanych przez człowieka do wypasu zwierząt gospodarskich. Wszystkie ekosystemy są ze sobą powiązane i współzależne.

Istnieje klasyfikacja ekosystemów naturalnych w zależności od warunków naturalnych i klimatycznych, oparta na dominującym typie roślinności w dużych regionach biomów. Biom to zbiór różnych grup organizmów i ich siedlisk w określonej strefie krajobrazowo-geograficznej. Do głównych typów naturalnych ekosystemów i biomów (według Yu. Oduma, 1986) zaliczają się następujące ekosystemy lądowe:

wiecznie zielony tropikalny las deszczowy;

półzimozielony las tropikalny (wyraźna pora mokra i sucha);

pustynia zielna;

chaparral - obszary o deszczowych zimach i suchych latach;

tropikalne łąki (łąki) i sawanna;

umiarkowany step;

umiarkowany las liściasty;

borealne lasy iglaste;

W siedliskach wodnych, gdzie roślinność jest niepozorna, identyfikacja ekosystemów opiera się na cechach hydrologicznych i fizycznych środowiska, np. „woda stojąca”, „woda płynąca”. Ekosystemy wodne dzielą się na słodkowodne i morskie.

Ekosystemy słodkowodne:

wstęga (wody stojące) - jeziora, stawy itp.;

lotic (wody płynące) – rzeki, strumienie itp.;

tereny podmokłe – bagna i lasy bagienne.

Ekosystemy morskie:

otwarty ocean (ekosystem pelagiczny);

wody szelfu kontynentalnego (wody przybrzeżne);

obszary upwellingu (żyzne obszary z produktywnymi połowami);

ujścia rzek (zatoki przybrzeżne, cieśniny, ujścia rzek itp.);

strefy ryftów głębinowych.

Biologia 4. 02. 20015

Grupa 41.

Temat: Przystosowanie organizmów do różnych siedlisk

1. Przestudiuj materiał teoretyczny na ten temat.

2. Odpowiedz na pytania po materiale teoretycznym.

1. Materiał teoretyczny.

Spójrz na rysunki 158-163. Jakie są przystosowania organizmów przedstawionych na ilustracjach do warunków życia? Zastanów się, czy te adaptacje pozostaną w organizmach, jeśli zmienią się ich warunki życia.

Wszystkie organizmy mają różnorodne przystosowania do warunków życia. Przystosowania te rozwijają się w procesie ewolucji w dwóch etapach. Początkowo w organizmach pojawiają się nowe cechy w wyniku zmienności mutacyjnej i kombinacyjnej. Cechy te są następnie testowane przez dobór naturalny pod kątem ich przydatności do warunków środowiskowych.

Przykłady adaptacji organizmów. Przykłady przystosowania organizmów do warunków życia są tak liczne, że niemal niemożliwe jest opisanie ich wszystkich. Podajmy tylko kilka przykładów.

Ryż. 158. Ubarwienie ochronne u zwierząt: 1 - jednolite wybarwienie zimowego upierzenia kuropatwy tundrowej; 2 - rozczłonkowanie ubarwienia jelenia osiowego

Przystosowania obejmują występujące u różnych organizmów różne rodzaje ubarwienia ochronnego, ostrzegawczego, kamuflażu i środków ochrony biernej.

U osobników żyjących otwarcie rozwija się ubarwienie ochronne, przez co są one mniej zauważalne na tle otoczenia. Zabarwienie to może być jednolite (białe upierzenie kuropatwy tundrowej zimą), jeśli otaczające tło jest jednolite, lub rozłączne (jasne i ciemne kropki na skórze jelenia osiowego), jeśli na otaczającym tle naprzemiennie pojawiają się plamy światła i cienia (ryc. 158). Efekt koloryzacji ochronnej wzmacnia odpowiednie zachowanie zwierzęcia. W momencie zagrożenia chowają się, przez co są jeszcze mniej zauważalne na tle otoczenia.

Zabarwienie ostrzegawcze rozwija się u osób posiadających chemiczne środki obrony przed wrogami. Należą do nich na przykład kłujące lub trujące owady, rośliny niejadalne lub płonące. W procesie ewolucji wytworzyły się nie tylko toksyczne substancje chemiczne, ale także jasne, zwykle czerwono-czarne lub żółto-czarne kolory (ryc. 159). Niektóre zwierzęta o ubarwieniu ostrzegawczym w momencie zagrożenia pokazują drapieżnikowi jasne plamki i przyjmują groźną pozę, co dezorientuje wroga.

Ryż. 159. Ostrzegawcze zabarwienie żab dart

Kamuflaż to ochrona, której służy nie tylko kolor, ale także kształt ciała. Istnieją dwa rodzaje kamuflażu. Po pierwsze, organizm kamuflażowy swoim wyglądem przypomina jakiś przedmiot - liść, gałązkę, kamień itp. Ten rodzaj kamuflażu jest powszechnie spotykany u owadów: patyczaków, pluskiew i gąsienic ćmy (ryc. 160).

Ryż. 160. Kamuflaż pluskiew liściowych

Drugi rodzaj kamuflażu opiera się na imitacyjnym podobieństwie organizmów niechronionych do chronionych. Zatem nieszkodliwe motyle szklane kolorem odwłoka przypominają kłujące owady - osy, dlatego ptaki owadożerne ich nie dotykają (ryc. 161).

Ryż. 161. Kamuflaż szklanego motyla

Środki biernej obrony zwiększają prawdopodobieństwo zachowania organizmu w walce o byt. Na przykład muszle żółwi, muszle mięczaków i igły jeża chronią je przed atakami wrogów. Ciernie na łodygach róż i ciernie na kaktusach uniemożliwiają roślinożernym ssakom zjadanie tych roślin (ryc. 162).

Ryż. 162. Środki biernej obrony u kaktusa opuncji

Przystosowania fizjologiczne zapewniają odporność organizmów na zmiany temperatury, światła i innych warunków przyrody nieożywionej.

Tak więc, gdy temperatura otoczenia spada u płazów i gadów, poziom metabolizmu w organizmie spada i rozpoczyna się sen zimowy. Natomiast u ptaków i ssaków, gdy temperatura otoczenia spada, metabolizm w organizmie wzrasta, co zwiększa produkcję ciepła. Grube pióra, sierść i powstająca podskórna warstwa tłuszczu zapobiegają utracie ciepła przez organizm (ryc. 163).

Ryż. 163. Zimowe futro wiewiórki ma gruby podszerstek

Adaptacje behawioralne występują tylko u zwierząt z wysoko rozwiniętym układem nerwowym. Reprezentują różne formy zachowań, których celem jest przetrwanie zarówno jednostki, jak i gatunku jako całości.

Wszystkie adaptacje behawioralne można podzielić na wrodzone i nabyte. Do wrodzonych zaliczają się na przykład zachowania godowe, ochrona i karmienie potomstwa, unikanie drapieżników i migracje. Dlatego lwica liżąc swoje młode zapamiętuje ich zapach. Ten sam proces budzi w niej potrzebę ochrony lwiątek przed wrogami (ryc. 164, 1).

Ryż. 164. Przystosowania behawioralne organizmów: 1 - lwica liżąca młode lwiątka; 2 - Makaki japońskie wygrzewające się w gorącym źródle; 3 - zimowanie ptactwa wodnego na terenach wolnych od lodu w mieście

Nabyte adaptacje behawioralne również odgrywają ważną rolę w życiu zwierząt. Na przykład najbardziej wysunięty na północ gatunek małp, makak japoński, występujący w północnej Japonii, przeszedł na tryb życia w wodzie śnieżnej (ryc. 164, 2). Zimą, gdy nastają silne mrozy, małpy te schodzą z gór do gorących źródeł, gdzie wygrzewają się w ciepłej wodzie. Kolejny wyraźny przykład. W dużych miastach środkowej Rosji zmieniło się zachowanie ptaków wędrownych. W związku z tym część ptactwa wodnego przestała latać na zimę do cieplejszych regionów. Gromadzą się w dużych stadach na niezamarzających zbiornikach, gdzie zawsze znajduje się niezbędny pokarm (ryc. 164, 3).

Względna wykonalność urządzeń. Wszystkie adaptacje organizmów rozwijają się w specyficznych warunkach ich środowiska. Jeśli zmienią się warunki środowiskowe, adaptacje mogą stracić swoje pozytywne znaczenie, innymi słowy, mają względną celowość.

Istnieje wiele dowodów na względną celowość adaptacji: obrona organizmu przed niektórymi wrogami jest nieskuteczna w przypadku innych; zachowanie ciała może stać się pozbawione znaczenia; Narząd przydatny w jednych warunkach okazuje się bezużyteczny w innych. Przykładowo gajówka, dzięki swemu instynktowi rodzicielskiemu, karmi pisklę kukułki z jaja wrzuconego przez kukułkę do gniazda (ryc. 165).

Ryż. 165. Względna celowość przystosowania organizmów - wodniczka, kukułka karmiąca

Zatem głównym rezultatem działania sił napędowych ewolucji jest pojawienie się nowych adaptacji w organizmach i ulepszenie już istniejących. Ponieważ zmieniają się warunki życia organizmów, w przyrodzie nie ma absolutnych adaptacji, a proces ich pojawiania się jest nieskończony. U osobników należących do tego samego gatunku różnice w dostępnych adaptacjach są nieznaczne. Konsolidacja tych różnic w warunkach izolacji prowadzi do pojawienia się nowych gatunków, czyli specjacji.

Zadanie 2. Pytania dotyczące materiału teoretycznego.

W jaki sposób jednostki dostosowują się do swojego środowiska? Jaka jest względna użyteczność urządzeń? Zilustruj swoją odpowiedź przykładami. Czy w ciągu długiej ewolucji organizmy mogą wykształcić absolutne, czyli doskonałe adaptacje? Podaj powody swojej odpowiedzi.

Zadanie 3: Praca laboratoryjna nr 8

Temat: Przystosowanie organizmów do różnych siedlisk (wodnych, lądowo-powietrznych, glebowych).

Cel pracy: nauczyć się identyfikować adaptacyjne adaptacje organizmów do warunków środowiskowych i przyczyny względności tych adaptacji

Postęp

1. Weź pod uwagę oferowany ci zielnik lub żywy okaz rośliny, zdjęcie zwierzęcia (ryc. 1, 2), określ nazwę rośliny i jej siedlisko.

a) Określ cechy strukturalne roślin i zwierząt, które przystosowują te organizmy do swojego środowiska (można skorzystać z dodatkowej literatury).

b) Wypełnij tabelę:

c) Przyjmij założenia dotyczące niezawodności tych urządzeń.

d) Wyciągnij wniosek na temat znaczenia adaptacji i względności tych adaptacji.

2. Wypełnij tabelę:

3. Wybierz adaptacje (przystosowania fizjologiczne) związane z życiem w wodzie i przedstawiające krokodyla jako drapieżnika (ryc. 1). Wypełnij tabelę.

4. Wypełnij tabelę: formy przystosowania się do suszy:

Cel: poznać mechanizm powstawania adaptacji do środowiska i ich względny charakter, dojść do wniosku, że adaptacja jest wynikiem działania doboru naturalnego.

Sprzęt: kolekcje owadów, wypchanych ptaków i ssaków, rośliny gabinetowe, okazy roślin zielnikowych, rysunki zwierząt różnych siedlisk, notes, długopis, ołówek, linijka.

Postęp:

1. Weź pod uwagę rośliny zielnikowe.

2. Określ siedlisko każdego okazu.

3. Opisać cechy przystosowania do warunków środowiskowych.

4. Wypełnij tabelę

Jak powstały te urządzenia i dlaczego są względne? Podaj swój wniosek.

Korzystając z okazów zielnikowych, zbadaj strukturę zewnętrzną następujących gatunków roślin:

a) niespożywane przez zwierzęta: pokrzywa, głóg kolczasty, barszcz syberyjski

b) wczesne kwitnienie: chistyak, cebula gęsia, konwalia.

Tabela „Cechy charakterystyczne roślin”:

a) nie zjedzone przez zwierzęta:

b) wczesne kwitnienie:

Wykonując zadanie określ:

A). Jakie cechy strukturalne roślin pierwszej grupy chronią je przed zjedzeniem przez zwierzęta, a drugiej grupy zapewniają wcześniejsze kwitnienie.

B). Określ, jakie czynniki są powiązane z cechami adaptacyjnymi organizacji.

7. Po przestudiowaniu wszystkich proponowanych organizmów i wypełnieniu tabeli, w oparciu o wiedzę o siłach napędowych ewolucji, wyjaśnij mechanizm adaptacji i zapisz ogólny wniosek.

3. Dopasuj podane przykłady urządzeń do ich charakteru.

Wniosek

· Kolorystyka ochronna

Kolorowanka żyrafa

Kolor futra niedźwiedzia polarnego

· Przebranie

Forma modliszki kwiatowej

Kształt ciała owada

· Kolorystyka ostrzegawcza

Kolorowanie trzmiela

Kolorystyka Biedronki

· Jasne plamy na gąsienicach

Mimika

Wygląd bzygowatego

· Struktura kwiatu orchidei

Zachowanie adaptacyjne

Zachowanie chrząszcza Bombardiera

Wniosek (I-opcja): Wszystkie rośliny i zwierzęta na ziemi są przystosowane do swojego środowiska. Adaptacja może być bardzo zróżnicowana, począwszy od ubarwienia po budowę ciała. Adaptacja pomaga różnym roślinom i zwierzętom przetrwać w najbardziej niesprzyjających warunkach.