что такое адаптация в биологии
Адаптация (биология)
Приспособленность живых существ к естественным условиям внешней среды была осознана людьми ещё в античные времена. Вплоть до середины XIX века это объяснялось изначальной целесообразностью природы. В теории эволюции Чарльза Дарвина было предложено научное объяснение адаптационного процесса на основе естественного отбора.
Адаптации видов в рамках одного биоценоза зачастую тесно связаны друг с другом (одним из наиболее поразительных примеров межвидовой коадаптации является жёсткая привязка строения органов некоторых видов цветковых растений и насекомых друг к другу с целью опыления и питания). Если адаптационный процесс у какого-либо вида не находится в равновесном состоянии, то эволюционировать может весь биоценоз (иногда — с негативными последствиями) даже в стабильных условиях окружающей среды.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Биологическая эволю́ция (от лат. evolutio — «развёртывание») — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.
Абиоти́ческий фа́ктор (др.-греч. α — отрицание, βίος — жизнь) — совокупность прямых или косвенных воздействий неорганической среды на живые организмы; подразделяется на физический (климат, орография), химический (состав атмосферы, воды, почвы). Приспособление растений и животных к жаре, холоду, атмосферному давлению, подводной глубине, зимняя или летняя спячка некоторых животных и прочее связано с абиотическими факторами.
АДАПТАЦИЯ (в биологии)
Полезное
Смотреть что такое «АДАПТАЦИЯ (в биологии)» в других словарях:
адаптация — Состояние динамического соответствия, равновесия между живой системой (человеком) и внешней средой. Способность живого организма приспосабливаться к изменениям окружающей среды, внешних (внутренних) условий существования путем сохранения и… … Большая психологическая энциклопедия
АДАПТАЦИЯ — (от позднелат. adaptatio приспособление) социальная, вид взаимодействия личности или социальной группы с социальной средой, в ходе которого согласовываются требования и ожидания его участников. Важнейший компонент А. согласование… … Философская энциклопедия
Адаптация Пчёл — Основная информация Жанр … Википедия
АДАПТАЦИЯ — (на средневековой латыни adaptatio приспособление), в биологии приспособление живых организмов к меняющимся условиям существования в результате изменения морфологических и физиологических особенностей и поведения. Адаптацией называется также… … Современная энциклопедия
АДАПТАЦИЯ — (от средневекового лат. adaptatio приспособление) в биологии совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и др. особенностей биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни особей в определенных… … Большой Энциклопедический словарь
АДАПТАЦИЯ — (позднелат. adaptatio приспособление, прилаживание) термин первоначально использовался в биологической науке для обозначения процесса приспособления строения и функций организмов (популяций, видов) и их органов к определенным условиям внешней… … Новейший философский словарь
АДАПТАЦИЯ — (позднелат. adaptatio приспособление, прилаживание, от лат. adapto прилаживаю), совокупность морфофизиол., поведенческих, популя ционных и др. особенностей данного би ол. вида, обеспечивающая возможность специфич. образа жизни в определ. условиях … Биологический энциклопедический словарь
АДАПТАЦИЯ — (от позднелат. Adaptatio приспособление) социальная, вид взаимодействия личности или социальной группы с социальной средой, в ходе к рого согласовываются требования и ожидания его участников. Важнейший компонент А. согласование самооценок и… … Демографический энциклопедический словарь
Адаптация (биологическая) — АДАПТАЦИЯ (на средневековой латыни adaptatio приспособление), в биологии приспособление живых организмов к меняющимся условиям существования в результате изменения морфологических и физиологических особенностей и поведения. Адаптацией называется… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Адаптация (биология) — Эта статья должна быть полностью переписана. На странице обсуждения могут быть пояснения. У этого термина существуют и другие значения, см. Адаптация … Википедия
Адаптация (биология)
Биологическая адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.
Приспособленность живых существ к естественным условиям внешней среды была осознана людьми ещё в античные времена. Вплоть до середины XIX века это объяснялось изначальной целесообразностью природы. В теории эволюции Чарльза Дарвина было предложено научное объяснение адаптационного процесса на основе естественного отбора.
Адаптации видов в рамках одного биоценоза зачастую тесно связаны друг с другом (одним из наиболее поразительных примеров межвидовой коадаптации является жёсткая привязка строения органов некоторых видов цветковых растений и насекомых друг к другу с целью опыления и питания). Если адаптационный процесс у какого-либо вида не находится в равновесном состоянии, то эволюционировать может весь биоценоз (иногда — с негативными последствиями) даже в стабильных условиях окружающей среды.
Содержание
Проблема определения адаптации
Философ Ю. Урманцев указывает на то, что по объёму и содержанию «адаптация» — понятие не только междисциплинарное, но и весьма сложное. Он обращает внимание на недостатки определений, предлагаемые энциклопедиями, а именно [1] :
Процесс развития жизни на земле предполагает наличие адаптации у организмов. Начинается эта адаптация с самых примитивных видов — приспособления к окружающей среде и к существующим условиям. Возникновение и выживание организмов возможно только при соответствии организмов окружающей среде. Выживают те организмы, которые вырабатывают лучшие формы своего сохранения. Их развитие, переход организмов на более высокую ступень обусловлены необходимостью адаптации. Таким образом, эволюция и адаптация суть процессы, неотделимые друг от друга.
В более широком смысле, адаптациями в биологии называют возникновение и развитие определенных, конкретных морфофизиологических свойств, значения которых для организма связаны с теми или иными общими или частными условиями его абиотической и биотической среды.
Адаптация, как адаптационный ответ
Адаптация, как адаптационный ответ, может осуществляться на различных уровнях:
С учетом этого H. Hensel выделяет различные уровни адаптационных процессов [3] :
История представлений об адаптации в биологии и медицине
«Биологическая адаптивность и есть жизнь». Ганс Селье
В философских предпосылках
В античности Фалес Милетский, Парменид, Демокрит, Гиппократ, Платон, Аристотель, Плутарх, Гален, Флавий Ренат Вегеций, а также позже Авиценна в том или ином виде замечали и указывали, что заболевания, поведение и некоторые другие виды психической деятельности зависят от внешних факторов, внешней среды окружающей человека.
В теориях эволюции
Тем не менее, научное обоснование идей адаптации разрабатывалось медленнее, чем философские воззрения и эмпирические знания на этот счёт и кардинально не менялось практически до 1809 года, когда французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк создал первое целостное учение об эволюции живой природы, основные идеи которого были изложены в «Философии зоологии».
На основе законов Ламарка сложилось направление, обычно называемое ламаркизмом или неоламаркизмом, а более точно эктогенезом — эктос — внешний (греч.), эктогенез — эволюция под действием внешних сил. В рамках этого направления эволюция рассматривалась как адаптивный процесс, основанный на всеобщем свойстве живых существ — «наследовании благоприобретённых свойств» (признаков). Следовательно, приспособленность рассматривалась как причина, а не результат эволюции. Единицей эволюции в рамках эктогенеза, является потомство родителей, которые передали своим потомкам результаты «упражнения или неупражнения органов», то есть череда поколений.
Дальнейшее развитие вопросы влияния внешней среды на человека получили в трудах английского естествоиспытателя, создателя теории эволюции Чарльза Роберта Дарвина. В 1859 году он выпустил книгу «Происхождение видов путём естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», в которой было показано, как развивались все виды живого, согласно выдвинутому им положению о «выживании наиболее приспособленных».
Дарвин рассматривал приспособление (адаптацию) лишь в качестве средства для выживания. Согласно дарвинизму, эволюция представляет собой процесс адаптации организмов к условиям окружающей среды, причем приспособленность организмов является результатом эволюции.
В физиологии
Во многом идеи К. Бернара получили продолжение в работах физиолога Ивана Петровича Павлова и американского ученого Уолтера Брейдфорда Кеннона.
Уолтер Кеннон, ввел в 1929 году в физиологию понятие гомеостаз считая, что постоянство внутренней среды организма поддерживается благодаря симпатической нервной системе и гормонам.
Категория поведения как особой формы саморегуляции жизни складывалась у И. П. Павлова (по образцу учения К. Бернара о гомеостазе), то есть об основных константах (давлении, температуре и др.), которые удерживают эту систему в стабильном состоянии в крайне неустойчивой внутренней среде. И. П. Павлов применил эту идею к взаимоотношениям организма с ещё более неустойчивой, непредсказуемой средой — внешней. Открытые им условно-рефлекторные механизмы служили достижению «уравновешивания» организма с этой средой.
Связь с условным рефлексом
И. П. Павлов и У. Кеннон, в своих работах переходили к поведению целостного организма, то есть к особому типу его взаимодействия со средой. Ведь и условные рефлексы, и эмоции страха и ярости, ставшие (наряду с болью и голодом) главным объектом направления кенноновских исследований, выступают в качестве реакций, которые носят особый интегральный характер. Они даны в системе «организм — среда» и не могут быть объяснены вне её. Это не значит, что великий принцип единства организма и среды действует в полную силу лишь с переходом к условнорефлекторным и эмоциональным регуляциям. Речь идет о различных формах реализации этого принципа. Он выступает на многих уровнях: молекулярном, энергетическом, химическом, а также на уровнях функционирования различных физиологических и психологических систем. В условном рефлексе как поведенческом акте задействован физиологический механизм (по И. П. Павлову — кора и ближайшая к ней подкорка), но он становится поведенческим только тогда, когда в нём представлены условия среды в виде различаемых мозгом внешних (средовых) раздражителей, играющих роль сигналов.
Множество операций, проведенных в кенноновской школе над животными, доказали, что внешне наблюдаемые признаки поведения, которые можно назвать эмоциональными, порождаются глубинными сдвигами в нейрогуморальных процессах. Эти сдвиги готовят организм к критическим ситуациям, которые требуют повышенной траты энергии, снятия усталости, предотвращения кровопотери и т. п. На одном из докладов о своих открытиях У. Кеннон сообщил, что благодаря выбрасываемому в кровь при сильных эмоциях адреналину в числе других его «мобилизационных» эффектов происходит увеличение в крови поступающего к мышцам сахара.
Саморегуляция
Таким образом, английская мысль внесла идею адаптации к среде внешней, как задаче, непрерывно решаемой организмом, французская мысль — идею саморегуляции процессов в этом организме, а русская — категорию поведения как особой формы саморегуляции жизни, что прекратило длившиеся многие годы прошлого столетия споры между «нервистами» и «гуморалистами», представляющие ныне лишь исторический интерес.
Адаптация и стресс
Cиндром стресса, или, иначе, общий адаптационный синдром (ОАС), проходит три стадии:
По признанию Г. Селье, он заимствовал у И. П. Павлова очень многое. То, что Павлов трактовал с точки зрения нервной системы, он перевел на язык и термины гуморальной системы. Павлов указывал, что организм как целое непрерывно адаптируется к окружающей среде. Эту идею целостности и адаптации Селье почерпнул у Павлова, и это было положено в основу теории стресса. То, что внешние воздействия приводят только к расходу и исчерпанию адаптационных возможностей, в течение многих лет было убеждением Г. Селье, которое он лаконично формулировал как «wear and tear». Это убеждение основывалось на том, что он использовал преимущественно сильные патогенные воздействия.
«Стресс есть неспецифический ответ организма на любое предъявление ему требования. … С точки зрения стрессовой реакции не имеет значения, приятна или неприятна ситуация, с которой мы столкнулись. Имеет значение лишь интенсивность потребности в перестройке или в адаптации.» [17]
Измерение адаптированности
В результате обработки многолетних наблюдений при сравнительном анализе популяций и групп, находящихся в различных экологических условиях (на Крайнем Севере и в средних широтах Сибири), А. Н. Горбанем и Е. И. Смирновой под руководством ак. АМН СССР К. Р. Седова получен вывод: наибольшую информацию о степени адаптированности популяции к экстремальным или просто изменившимся условиям несут корреляции между физиологическими параметрами.
В типичной ситуации при увеличении адаптационной нагрузки уровень корреляций повышается, а в результате успешной адаптации — снижается. Показано, что этот эффект группового стресса связан с организацией системы факторов, действующих на группу.
Если система факторов организована в соответствии с принципом Либиха (монолимитирование) то с ростом адаптационного напряжения размерность облака точек, представляющего группу в пространстве физиологических параметров, снижается, растет сумма абсолютных величин коэффициентов корреляции и, в то же время, растет разброс этого облака — возрастают дисперсии.
Если происходит взаимное усиление давления различных факторов (синергичные системы), то, напротив, с ростом адаптационного напряжения размерность облака точек, представляющего группу в пространстве физиологических параметров, растет, падает сумма коэффициентов корреляции. Дисперсии в то же время возрастают — так же, как и в предыдущем случае.
Адаптация в биологии
К биологическим системам относятся сложные системы различных уровней организации. На каждом таком уровне проявляется свойство приспосабливаться к изменениям условий существования — адаптация.
В основе адаптационных процессов, происходящих на более высоких уровнях организации живого, лежат молекулярно-биологические и клеточные механизмы. Во многих случаях изменения функционирования клеток связаны с изменением активности определенных генов. В многоклеточных организмах функционирования клеток определяет деятельность органов и систем органов. Примерами адаптации организменного уровня может служить изменение поведения животных, строения или функций в рамках наследственной нормы реакции при изменении условий существования.
На популяционно-видовом и экосистемном уровнях организации живого, адаптации могут проявляться как изменения численности организмов определенных видов, в частности популяционные волны, возникновение которых является результатом саморегуляции в экосистемах. Другим знакомым вам примером экосистемных адаптации являются экологические сукцессии.
Действие естественного отбора при изменении условий существования вызывает эволюционные изменения и, как следствие, появление новых видов организмов. Эти процессы связаны с изменениями встречаемости различных аллелей, что делает возможным перестройку генофонда популяций.
В научной литературе мы встречаем различные определения понятия адаптации. В эволюционной биологии адаптацией называют динамический процесс приспособления к длительным изменениям условий существования, что приводит к эволюционным изменениям. Приобретенные организмами в этом процессе видоизменения также называют адаптациями. Также адаптациями к краткосрочных изменений условий существования является физиолого-биохимические реакции, происходящие в организмах.
Адаптация (от. лат. Adaptatio — приспособление) — свойство живого приспосабливаться к изменениям условий существования. Можно выделить две основные группы адаптационных процессов. Одни являются эволюционными и приводят к видоизменений групп организмов во времени. Другие же являются преимущественно приспособительными реакциями на уровне отдельных организмов.
Адаптация и гомеостаз
Биологические системы находятся в процессе обмена веществ с окружающей средой, что обеспечивает их необходимой энергией и вызывает способность к самообновлению. Как результат, происходит динамическое обновление химического состава, при котором состояние равновесия достигается благодаря способности биологических систем поддерживать гомеостаз.
Гомеостаз — постоянство внутренней среды биологической системы, достигается путем координированных реакций, которые делают возможным восстановление равновесия.
Наиболее подробно вы изучали механизмы поддержания гомеостаза на примере организма человека. Это обеспечивается регуляторными системами: нервной, гуморальной и иммунной. Некоторые из таких изменений является сравнительно кратковременными — например, ускорение сердечных сокращений и дыхания во время физической активности, которые возвращаются к норме после ее прекращения. Другие же могут быть более длительными — например, увеличение вследствие физических тренировок объема мышечных волокон и количества в них митохондрий. Более подробно о механизмах адаптации вы также можете прочитать в статьях Адаптация как свойство биологических систем и Биохимические адаптации.
Общие закономерности формирования адаптаций
Каковы результаты эволюции органического мира? Приспособленность живых существ к условиям окружающей среды была осознана человеком еще в античные времена. Однако, до середины XIX века это объясняли начальной целесообразностью природы.
Научное объяснения приспособленности живых существ дал Чарлз Роберт Дарвин, изложив его в труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных пород в борьбе за жизнь». Ученый считал, что приспособленность не является извечной и абсолютной, а вырабатывается в процессе эволюции. Он рассматривал эволюцию как процесс необратимых изменений строения и функций организмов в течение их исторического существования, следствием которого является приспособленность живого к условиям окружающей среды. В работе также отмечено, что все современные виды являются потомками вымерших предковых форм.
Дарвин приводил примеры различных взаимоотношений между организмами и между организмами и условиями неживой природы, которые назвал борьбой за существование. Уступая в эти сложные взаимоотношения, одни организмы выживают, а другие — погибают. Почему же не все имеют шанс выжить? В природе существует противоречие между способностью организмов к неограниченному размножению и ограниченностью ресурсов среды обитания (еда, территория и т.п.). В результате борьбы за существование происходит естественный отбор — процесс выживания наиболее приспособленных организмов определенного вида к условиям существования. Ч. Р. Дарвин в своей книге отмечал: «Естественный отбор действует только путем сохранения и накопления малых наследственных изменений, каждое из которых, если оно выгодно для существа, сохраняется». Новые виды возникают на основе случайных изменений, происходящих в каждом организме индивидуально, передаются потомкам и не имеют приспособительного характера, то есть материалом для эволюции служит наследственная изменчивость.
В основе индивидуальной адаптации лежит генотип — закодированная в структуре молекул ДНК наследственная информация, которая реализуется в фенотип — совокупность признаков и свойств. Фенотип является результатом взаимодействия генотипа и условий среды обитания. Это согласуется с утверждением И. И. Шмальгаузена: наследственным является не внешнее проявление какого-то признака, а способность реагировать определенным образом на изменения в окружающей среде, то есть норма реакции на эти условия. Наличие такой пластичности позволяет поддерживать гомеостаз, несмотря на различия условий, в которых происходит развитие отдельных особей. Под нормой адаптивной реакции понимают пределы изменений биологической системы под влиянием действующих на нее факторов среды, при которых не нарушается гомеостаз. Адаптацию, приобретенную в ходе индивидуальной жизни организма при его взаимодействии с окружающей средой, называют фенотипической.
Процесс выработки адаптации начинается с элементарного адаптационного явления — появления ценного генотипа. Если в отношении него начинает действовать движущая форма отбора, возникает устойчивое изменение генофонда популяции. Это формирование в процессе эволюции новых приспособлений, способствующих адаптации биологических систем к условиям окружающей среды, называют адаптогенезом.
Основу нового приспособления часто составляет структура, сформировавшаяся ранее с участием естественного отбора и выполнявшая определенную функцию, а при изменении условий взяла на себя и новую функцию без ущерба для старой. Наличие структур, способных расширить или изменить круг функций, называют преадаптации. В своей работе Ч. Р. Дарвин так писал о преадаптации: «Но свойства, приобретенные таким посредственным путем и в начале совсем бесполезные для вида, могли быть впоследствии обращены в пользу измененных потомков при новых условиях их жизни и обретенных привычках».
Непосредственным результатом естественного отбора являются постадаптации (от лат. Post — после и адаптация) — эволюционные изменения организмов, которые совершенствуют имеющиеся приспособления этого вида к уже освоенным им условиям существования или уже используемую функцию этого органа. Примерами постадаптации есть усложнения и совершенствования у животных органов пищеварения, кровообращения, дыхания и тому подобное.
Свойства адаптации
Адаптация биологических систем к изменениям условий существования начинается с стрессовых реакций — различными средствами, затратами, ресурсами компенсировать критические внешние воздействия. Адаптация является постоянным процессом, который может быть вызван как природными, так и антропичних факторами. Адаптация является не только способностью биологических систем реагировать на изменения среды обитания, но и способностью этих систем активно влиять, изменять и преобразовывать саму среду. Каждая адаптация полезна относительно определенного условия среды.
Полезность любой адаптации зависит от условий, которые почти не бывают абсолютно стабильными как в пространстве, так и во времени.
Относительный характер адаптации
Относительность адаптации в пространстве и времени обусловлена тем, что в генетически гетерогенной популяции естественный отбор из множества случайных разнонаправленных изменений сохраняет и накапливает те из них, которые имеют приспособительное значение. На определенную биологическую систему может одновременно влиять несколько факторов среды, повышая адаптивность по отдельной признаку, но снижая ее по другим признакам. Такие факторы как изоляция, малый размер популяции, дрейф генов, которые могут приводить к снижению жизнеспособности биологической системы, также вызывают относительность адаптации.
Дарвин подчеркивал, что степень приспособленности организмов относительна — конечно возможны и более совершенные формы приспособленности к свойствам среды. Это можно доказать многочисленными примерами чрезвычайно быстрого размножения и широкого распространения целого ряда видов животных и растений в совершенно новых для них районах земного шара, куда они были случайно или намеренно завезены человеком (кролики в Австралии, кошки и собаки на островах Океании, канадская элодея в водах Европы и т.д.). Все эти виды возникли в других географических районах, но оказались более приспособленными к условиям новых для себя сред обитания, чем виды, издавна населявших эти территории.
Часто относительность адаптации иллюстрируют наличием «бесполезных» структур в организации биосистем, в том числе рудиментарных органов. Однако установлено, что различные рудиментарные органы могут иметь определенные функции, хотя бы и отличные от исходной. Доказано также, что рудиментарные органы могут служить основой для эволюционного формирования новых адаптаций.
Пример относительного характера адаптации: белая куропатка имеет зимой белое оперение за исключением черных перьев хвоста — рулевого. Защитное значение белого окраса очевидно, а черные перья у затаившейся птицы незаметны. Однако они очень заметны в полете. Поскольку белые куропатки зимой сбиваются в стаи, то черный цвет хвоста, вероятно, облегчает возможность птицам не потерять друг друга в снегах при слабом освещении. Такая окраска куропатки — пример удачного «компромисса» в эволюционном выполнении двух важных задач: быть мало заметным для хищников и достаточно заметным для особей своего вида.
Значение преадаптаций в процессе формирования адаптаций
Адаптации часто формируются на базе преадаптаций — свойств или приспособлений организмов определенного вида, которые могут иметь адаптивную ценность. Концепция преадаптации заключается в том, что многие органы и адаптации сформировались, первично выполняя другие функции, чем на конечной стадии своего развития. В определенный момент орган начинает выполнять дополнительную функцию, которая оказывается важнее для организма, чем начальная. Например, переход позвоночных животных из водоемов к существованию на суше был связан с определенными преадаптациями. В частности, скелет грудных плавников у рыб усилился появлением скелета их поясов. Благодаря этому впоследствии сформировались парные конечности наземных животных.
Эволюционный момент, когда орган приобретает новую функцию и начинает выполнять новую адаптивную роль, называют преадаптационным порогом. Орган, который изменился в процессе эволюции в новом направлении, может потерять прежнюю функцию. Например, новая функция передней жаберной дуги рыб — функция челюстей — оказалась такой важной, что предыдущая функция (участие в дыхательных движениях) впоследствии была утрачена.
Термин «преадаптация» предложил в 1911 г. французский ученый Люсьен Кено (1866-1951). Под преадаптацией он понимал такие особенности организмов, которые возникают случайно (то есть в результате мутаций), но в дальнейшем приобретают приспособительную ценность. Но преадаптивное состояние организма (или отдельного органа) возникает не как непосредственный результат случайных мутаций, а на основе предварительной приспособительной эволюции.
У некоторых организмов мутации генов-регуляторов вызывают ускорение их полового созревания вплоть до возникновения неотении. Возникнув как преадаптация, неотения может быть закреплена в процессе эволюции как адаптация. Неотения (от греч. néos — незрелый, téino — вытягивание, удлинение) — явление, при котором особи приобретают способность к половому размножению и завершению онтогенеза (индивидуального развития) на ранних стадиях развития еще до достижения взрослого состояния.