Підручники з Біології / Біологія 11 клас / Соболь В.І. Біологія 11 клас. 2019

ЯК ПРАЦЮВАТИ З ПІДРУЧНИКОМ?

«Найстрашніше у світі – це бути заспокоєним», – відомі рядки харківського поета Михайла Кульчицького (1919 – 1943). Можна спокійно спостерігати, як маршрутне таксі викидає клуби смердючого диму, спокійно слухати повідомлення про загибель лебедів від забруднення озера нафтопродуктами, спокійно дивитися на вирубані карпатські полонини і порожні пляшки в лісі під час грибного полювання… А можна щось робити відповідно до своїх сил і можливостей. Ви завершуєте шкільне навчання і вступаєте в життя, яке гостро потребує доброго ставлення до інших людей та природи.

Ця книжка є продовженням підручника «Біологія і екологія (рівень стандарту)» для 10 класу. Ви зрозумієте необхідність пізнання живої природи, її найзагальніші закономірності функціонування та збереження за умов екологічної кризи.

Зміст підручника ґрунтується на засадах продуктивного вивчення біології із застосуванням компетентнісного підходу. Книжка допоможе вам не лише в здобутті теоретичних знань, а й у продуктивній і творчій діяльності та формуванні ставлення до навколишнього світу.

Матеріал підручника поділено на теми й окремі параграфи. Основними частинами параграфів підручника є такі рубрики.

Вступна частина містить епіграф до параграфа, рубрики «Основні по­ няття й ключові терміни», «Пригадайте!», «Знайомтеся!», «У сві­ ті цікавого», «Новини науки», «Поміркуйте!», а також ілюстративні завдання, вступні вправи, класичні експерименти для формування мотивації до навчання. Крім того, подано завдання, кольорові ілюстрації, відомості про

живу природу, що є потужним стимулом до діяльності.

«ЗМІСТ» містить матеріал для засвоєння й формування знань, умінь, на-

вичок, способів діяльності та переконань. Великими літерами синього

кольору виділено ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ, що організовують найважливішу інформацію, а малими синіми літерами – ключові терміни, що узагальнюють певну частину інформації. Основні поняття й ключові терміни є обов’язковими для запам’ятовування на відміну від понять, поданих курсивом. Матеріал «Змісту» поділений на частини, до яких подається запитання, а в кінці – узагальнювальний висновок. Ілюстративний апарат підручника містить малюнки, рисунки, світлини, таблиці, схеми тощо.

«ДІЯЛЬНІСТЬ» містить матеріал для формування способів продуктивної

діяльності, розвитку творчої активності й дослідницьких умінь, здійснення міжпредметних зв’язків тощо. Цей матеріал слугуватиме зміцненню, поглибленню, розширенню знань шляхом самостійного виконання завдань

та створення власних освітніх продуктів. У цій частині наводяться теми проектів, творчі завдання, міжпредметні завдання «Біологія + …» тощо. Для формування практичних й дослідницьких умінь подано самостійні та практичні роботи, дослідницькі завдання.

«СТАВЛЕННЯ» містить завдання для формування світоглядних переко-

нань, емоційно-оцінних норм щодо природи, життя, науки, суспільства та власного здоров’я.

«РЕЗУЛЬТАТ» містить завдання для закріплення, контролю й корекції знань та самооцінювання навчальної діяльності. Вони подаються з поступовим

ускладненням та із зазначенням рівня їхньої складності й оцінки в балах.

Щиро зичимо вам успіхів у навчанні й добрих справ у житті!

Як працювати з підручником?

3

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

4

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

Біологічна адаптивність і є життям.

Ганс Сельє

§ 1. АДАПТАЦІЯ ЯК ЗАГАЛЬНА ВЛАСТИВІСТЬ БІОСИСТЕМ

Основні поняття й ключові терміни: АДАПТАЦІЯ. Принцип єдності організмів і середовища.

Пригадайте! Що таке біосистеми?

Знайомтеся!

Основи теорії адаптації закладено канадським ученим Гансом Сельє (1936–1989). Він увів у науку поняття адаптації, виявив фази адаптаційного процесу, сформулював уявлення про загальний адаптаційний синдром і стрес. Що ж таке адаптація?

ЗМІСТ

Чому адаптація є загальною властивістю біосистем?

ЖИТТЯ! ЖИТТЯ! ЖИТТЯ! Якими складними й багатогранними є прояви цього феномену природи. Але, незважаючи на дивовижне різноманіття, для живого характерні певні загальні властивості. Однією із них і є адаптація. Ця властивість живого настільки всеосяжна, що нерідко ототожнюється із самим поняттям життя.

У найпростішому тлумаченні під адаптацією розуміють здатність організмів пристосуватися до мінливих умов зовнішнього середовища. Прикладами адаптацій можуть бути: маскування птаха дрімлюги, який в Україні гніздиться по всій території, але мало хто його бачив (іл. 1); формування імунітету проти інсектицидів у комах-шкід- ників; збільшення сили м’язів людини внаслідок тренувань.

Адаптація реалізується не лише на рівні організму. Її прояви існують на кожному з рівнів організації біосистем і притаманні їм усім.

Клітинними адаптаціями є пристосування на рівні одноклітинних організмів або окремих клітин багатоклітинних організмів. Так, під дією ультрафіолетового випромінювання на мембрани епітеліоцитів синтезується фермент тирозиназа й утворюється меланін; нестача кисню стимулює збільшення кількості мітохондрій і посилення процесу біологічного окиснення; поява нового джерела поживних речовин спричиняє появу нових ферментів у клітинах бактерій.

Організмовими адаптаціями є морфоанатомічні структури, фізіологічні явища або прояви поведінки організму, що сформувалися в процесі еволюції і підвищують довготривалий репродуктивний успіх організму. Це найбільш вивчена група адаптацій.

До популяційних адаптацій належать: спільне добування їжі зграєю вовків або прайдом левів, зростання в популяціях кількості самок і збільшення плодючості та кількості яєць у кладках птахів у сильно забрудненому середовищі.

Видовими адаптаціями є шлюбні танці журавлів або турнірні бої оленів, результатом яких є добір самців й самок для успішної репродукції виду, нерест у прохідних риб, світлова комунікація у світляків (іл. 2).

Прикладами екосистемних адаптацій можуть бути симбіотичні відносини між видами у біогеоценозах: мікориза орхідей з базидіальними грибами, бактеріориза бульбочкових бактерій роду Rhizobium з бобовими рослинами, мутуалізм риб-клоунів з актиніями.

Отже, АДАПТАЦІЯ (від лат. adaptatio – пристосування) в біології – загальна властивість усіх біосистем щодо формування й розвитку нових біологічних ознак відповідно до змін умов навколишнього середовища.

У чому суть принципу єдності організмів і середовища мешкання?

Біологічні та екологічні системи є відкритими і виявляють свої властивості лише у взаємодії із середовищем. Ці взаємовідносини організовуються у вигляді постійного обміну речовин, енергії та інформації. Середовище для системи, з одного боку, є джерелом речовин (біоелементів), енергії (світлової або хімічної) та інформації про довкілля. З іншого боку, в процесі життєдіяльності система вивільняє в середовище енергію, речовини та інформацію, активно змінюючи його. При цьому система є провідним компонентом цієї взаємодії, а її склад та властивості визначають закономірності взаємодії та її результат. Серед таких закономірностей – принцип єдності організмів і середовища існування, в різний час сформульований К. Ф. Рульє, І. М. Сеченовим та В. І. Вернадським.

Життя розвивається внаслідок постійного обміну речовин та інформації на ґрунті потоку енергії у динамічній єдності організмів

й середовища мешкання.

Принцип єдності організмів і середовища існування є основою для того, щоб зрозуміти значення адаптацій. Потік речовин, енергії та інформації, що пронизує біосистеми, є мінливим процесом, а для оптимального функціонування живого велике значення має сталість параметрів внутрішнього середовища. У зв’язку із цим адаптація виконує дві важливі біологічні функції: забезпечення гомеостазу

та збереження динамічної рівноваги біосистем.

Оскільки організм і середовище перебувають у динамічній рівновазі, адаптаційні процеси мають здійснюватися постійно впродовж існування біосистеми в просторі й часі. Адаптація як властивість спрямована на підтримання динамічної

§ 1. Адаптація як загальна властивість біосистем

5

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

6

рівноваги не лише за даних умов середовища (гомеостазис), а й у разі їх зміни в процесі еволюції (гомеорезис).

Отже, адаптація – загальна властивість усіх біосистем підтримувати гомеостаз і динамічну рівновагу за певних умов існування та за їх змін у процесі індивідуального та історичного розвитку.

Як класифікують адаптації організмів?

Термін «адаптація» застосовують і для позначення окремих ознак організмів, що виникли як пристосування будови, життєдіяльності та поведінки. Отже, розрізняють структурні (морфологічні), фізіологічні та етологічні адаптації організмів. Структурні адаптації – це ознаки будови й форми тіла організму, що допомагають йому виживати в природних умовах. Такими адаптаціями можуть бути великі вуха слонів або кроликів для терморегуляції, обтічна форма тіла дельфінів або риб, видозміни вегетативних органів рослин для здійснення додаткових функцій. Фізіологічні адаптації – це особливості процесів життєдіяльності за конкретних

Залежно від часу виникнення та значення для життя особин адаптації класифікують на онтогенетичні та філогенетичні. Онтогенетичні адаптації виникають упродовж індивідуального розвитку, мають неспадковий і короткочасний характер та забезпечують реалізацію норми реакції ознак за конкретних умов існування. Наприклад, формування умовних рефлексів, гормональні зміни під час стресів. Філогенетичні адаптації формуються в процесі еволюції під дією природного добору, мають спадковий довготривалий характер і пов’язані з перетворенням норми реакції ознак (мімікрія, маскування, застережне або захисне забарвлення).

Адаптації класифікують і за іншими принципами. Так, згідно з даними М. В. Ти- мофєєва-Ресовського розрізняють: за походженням (преадаптивні, комбінативні й постадаптивні), за характером змін (адаптації з ускладненням та адаптації зі спрощенням організації), за еволюційним масштабом (спеціальні та загальні), за тривалістю збереження в онтогенезі (короткочасні, ритмічні й постійні) та ін.

Отже, поняття «адаптація» застосовується в біології для того, щоб позначити загальну властивість біосистем і найрізноманітніші пристосування організмів до умов середовища.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею. Причини різноманітності адаптацій

Наведіть приклади адаптацій (пристосувань) з кожної групи та визначте їхнє значення. Сформулюйте висновок про причини різноманітності адаптацій.

Структурні

Фізіологічні

Етологічні

Біологія + Екологія. Різноманітність адаптацій

Зіставте наведені ілюстрації (I – V) із адаптаціями (1 – 5) та їх значеннями. Сформулюйте висновок про значення адаптацій в еволюції органічного світу.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Етологія. Поведінкові реакції тварин

У одному з наукових описів зазначено: «Є чимало свідчень дивних адаптивних здібностей восьминогів. До таких розповідей треба ставитися з обережністю: часто спостерігач не може уникнути Сцилли антропоморфізму і приписує піддослідним тваринам людські почуття. У той же час бажано оминути і Харибду механіцизму, коли тварину представляють примітивною системою, що

реагує на подразники строго заданим і незмінним чином». Що означає вислів «між Сциллою і Харибдою»? Візьміть до уваги ці застереження і наведіть приклади дивовижних адаптацій восьминогів.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке адаптація? 2. Наведіть приклади адаптацій у різних біосистем. 3. Що 1 – 6 таке принцип єдності організмів і середовища існування? 4. Наведіть приклади впливу середовища на організм і організмів – на середовище мешкання. 5. Яке

значення адаптацій? 6. Назвіть основні групи адаптацій організму.

7. Чому адаптація є загальною властивістю біосистем? 8. У чому суть принципу 7 – 9 єдності організмів і середовища мешкання? 9. Як класифікують адаптації орга-

нізмів?

10 – 12 10. Яке значення адаптацій в еволюції органічного світу?

§ 1. Адаптація як загальна властивість біосистем

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

8

Адаптації є пристосуваннями, що постійно виникають, змінюються, вдосконалюються та інколи зникають.

М. В. Тимофєєв-Ресовський

§2. ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ АДАПТАЦІЙ

Основні поняття й ключові терміни: АДАПТАЦІОГЕНЕЗ. Преадаптація. Постадаптація.

Пригадайте! Що таке адаптації?

У світі цікавого

Їжакоподібні – ряд ссавців надряду Комахоїдні (Insectivora). Це одна з найдавніших і найпримітивніших груп плацентарних ссавців, до якої належать 24 види, серед яких їжак білочеревий (Erinaceus roumanicus), поширений в Україні. Відмінністю їжаків є наявність твердих голок. Так, у дорослого їжака їх до 16 тисяч, довжина – 2–3 см, а товщина

– близько 1 мм. Цікаво, як виникла ця адаптація їжаків?

ЗМІСТ

Які особливості різних способів формування адаптацій?

АДАПТАЦІОГЕНЕЗ (від лат. adaptatio – пристосування і грец. генезис – походження ) – процес формування нових пристосувань або удосконалення існуючих до певних умов існування завдяки зміні генетичної структури популяції під дією еволюційних чинників. Механізм цього процесу полягає у формуванні корисних ознак в організмів певної популяції, що є елементарною одиницею еволюції. Процес формування адаптацій починається найчастіше з появи дрібних спадкових ознак в окремих особин (елементарний еволюційний матеріал). Так, у предків їжаків тіло було вкрите густою жорсткою шерстю. У окремих організмів завдяки спадковій мінливості виникла мутація, що зумовила появу окремих жорсткіших волосин. Схрещування цих особин супроводжувалося взаємодією мутаційного алеля з іншими алельними або неалельними генами і формуванням густішого колючого покриву, що сприяло кращому захисту від хижаків. Цю зміну волосяного покриву «посилив» природній добір. Більш пристосовані особини давали численне потомство, ознака поширювалася, що привело до стійкої зміни генетичної структури популяції (елементарне еволюційне явище). Відбулося виникнення адаптації. Появу в популяції вдалого фенотипу ще не можна вважати адаптацією. Вона має місце лише після формування ознаки у більшості особин популяції. Цей спосіб формування пристосувань називають комбінативним і вважають найпоширенішим у природі.

Основу нового пристосування часто становить структура, яка сформувалася раніше і виконувала певну функцію, а за зміни умов існування набула і нової функції. Наприклад, черепашки молюсків, що сформувалися у водному середовищі, стали корисними під час опанування суходолу, захищаючи організм не лише від хижаків, а й від пересихання. Оперення птахів виникло для регуляції температури тіла, а згодом адаптовано для польоту; луска акул, що формувалась для захисту,

згодом набула функції формування зубів (іл. 4). Такий спосіб формування пристосувань називають преадаптивним. Преадаптації – еволюційні зміни, що забезпечують появу нових пристосувань за участі сформованих структур організмів у змінених умовах існування.

У природі має місце ще один спосіб адаптаціогенезу, за якого нові адаптації виникають через зміну функцій уже сформованих органів. Так, зяброві дуги у предків хребетних були опо-

рою водних органів дихання, а в ході подальшої еволюції почали виконувати хватальну функцію й перетворилися на щелепи. Апендикс, що виконував вихідну еволюційну функцію допоміжного травлення, у людини став органом імунної системи. Такий спосіб формування пристосувань називають пост­ адаптивним. Постадаптація – еволюційні зміни організмів, що удосконалюють існуючі пристосування даного виду до вже освоєних ним умов існування.

Отже, за походженням розрізняють три основні способи адаптаціогенезу: комбінативний, преадаптивний та постадаптивний.

У чому суть найзагальніших закономірностей формування адаптацій?

Закономірності адаптаціогенезу є предметом досліджень екології, еволюційної біології, біогеографії, порівняльної анатомії, фізіології, цитології, біохімії, молекулярної біології, генетики популяцій, етології, що свідчить про складність цього прояву життя. На сьогодні сформульовано цілу низку правил і законів, серед яких ми виокремимо такі.

Правило адаптивності: у відповідь на дію умов середовища в усіх біосистем на всіх рівнях організації живої матерії формуються пристосування. Згідно із цим правилом усе живе здатне пристосовуватися до умов існування (адаптивність), наслідком чого є певна сукупність пристосувань (адаптованість). Вихідною закономірністю для правила адаптивності була аксіома адаптованості, що її сформулював Ч. Дарвін: кожний вид адаптований до певної, специфічної для нього, сукупності умов існування – екологічної ніші.

Правило екологічної індивідуальності: кожен вид специфічний за екологічними можливостями адаптації, двох ідентичних видів не існує. Кожен вид організмів у мінливому середовищі життя по-своєму адаптований. Навіть

§ 2. Загальні закономірності формування адаптацій

9

Тема 5. АДАПТАЦІЇ

10

Правило двох рівнів адаптації: біосистеми адаптуються до умов існування двома способами: шляхом функціональних адаптацій у межах сталого рівня стабілізації системи та шляхом зміни цього загального рівня стабілізації. Так, на рівні організмів розрізняють онтогенетичні (спрямовані на підтримку гомеостазу впродовж індивідуального розвитку) і філогенетичні (забезпечення адаптованості впродовж історичного розвитку) адаптації. На рівні надвидових таксонів застосуванням правила є концепція ідіоадаптацій та ароморфозів.

Отже, за всієї різноманітності адаптивних реакцій біосистем та умов існування існують і загальні закономірності формування адаптацій.

Які властивості адаптації є найзагальнішими?

Пристосованість, як жодна інша ознака живого, яскраво ілюструє один із фундаментальних законів природи – закон єдності протилежностей. Так, адаптації бувають загальними й спеціальними, онтогенетичними й філогенетичними, генотиповими й фенотиповими, спадковими й неспадковими. До найзагальніших властивостей усього різноманіття адаптації належать індивідуальність, відносна доцільність і непостійність.

Індивідуальність. Процес адаптації, незважаючи на те, що відбувається згідно із загальними закономірностями, завжди індивідуальний, оскільки залежить від генотипу організмів, що визначає індивідуальність адаптацій наступних рівнів організації життя.

Відносна доцільність. Будь-яка адаптація допомагає організмам вижити лише за тих умов, за яких вона формувалася. Доказами відносного характеру пристосованості слугують такі факти: захисні пристосування від одних ворогів є неефективними від інших (наприклад, отруйних змій поїдають мангусти); прояв інстинктів у тварин може не мати доцільності (наприклад, нічні метелики летять на вогонь і гинуть); корисний за одних умов орган стає непотрібним і навіть шкідливим в іншому середовищі (наприклад, перетинки на лапах у гірських гусей).

Непостійність: адаптації змінюються в процесі індивідуального й історичного розвитку окремих біосистем залежно від змін умов існування. Так, із послабленням впливу сонячного світла змінюється засмага людини, через харчову спеціалізацію змінюється форма дзьоба у в’юрків. Ознаки, що стали непотрібними, перетворюються на рудименти і зникають у ході еволюції, якщо не набудуть нових функцій (наприклад, очі у крота).

Отже, різноманітні адаптації є індивідуальними й непостійними та характеризуються відносною доцільністю тільки за конкретних умов існування біосистем і на певному етапі еволюції.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на зіставлення. Адаптаціогенез

Пригадайте матеріал 9 класу з теми «Еволюція органічного світу» й зіставте запитання (1 – 9) з відповідями (А – Я). Заповніть табличку відповідей та отримайте назву поняття, яким позначають індивідуальні (фенотипові) адаптації організму до чинників середовища.