Планета, которую мы называем своим домом, также является таковым и для неисчерпаемого количества жизней, начиная от мельчайших микроскопических бактерий и заканчивая крупнейшими возвышающимися деревьями.
Каждый живой организм занимает определенную нишу в своем окружении. Тем не менее, выжить в нашем мире, где ограничено пространство и не хватает еды, не так-то просто.
Это как раз тот случай, когда адаптация вступает в игру. Адаптация может быть структурной (то есть организм претерпевает какие-либо физические изменения для того, чтобы выжить) или поведенческой (определенные изменения в поведении повышают шансы на выживание). Адаптации, такие как миграция птиц на юг или использование животными подручных инструментов для того, чтобы добыть себе пищу, происходят как на индивидуальном уровне, так и на популяционных уровнях.
Так что же заставляет организмы адаптироваться?
Экологические факторы, в том числе борьба за ресурсы, хищничество, инфекционные заболевания, климат и сезонность играют большую роль. Чем больше мы узнаем о том, как жизнь адаптируется к окружающей среде, тем яснее мы видим, что у некоторых организмов приспособление происходит всего за несколько поколений, тогда как другим требуется гораздо больше времени. Для начала посмотрим на пищеварительные процессы.
Почему люди полагаются на такую еду как фрукты и овощи, чтобы выжить, тогда как некоторые бактерии очень уютно себя чувствуют, питаясь углеродом?
10. Различия в пищеварении
Для нас горстка травы символизирует совсем несъедобный вариант еды. Но для коров и других любителей травы, — это праздник желудка. Аналогичное мы можем сказать и об углероде, который является единственным источником питания для некоторых бактерий.
Для каждой формы жизни питание свое, однако, что же означает такое понятие как «адаптивная диета»?
Во-первых, взгляните на жвачных животных, таких как крупный рогатый скот и олени, которые обладают многокамерными желудками, что помогает им размалывать жесткую растительную пищу и превращать ее в питательные вещества. Исследователи обнаружили, что употребление в пищу травы и другой растительности, богатой целлюлозой, провоцирует брожение в желудке, которому помогают специальные микробы. Хотя эволюция пищеварительной системы жвачных животных – это постепенный и сложный процесс, известно, что в прошлом, когда пищи было мало, те животные, которые могли переваривать траву, вероятно, жили дольше тех, кто этого делать не умел.
Более того, многие животные научились вырабатывать специальную слюну для обработки пищи, что не было свойственно их ближайшим предкам. К примеру, олени, некоторые насекомые, белки и другие грызуны, приспособились потреблять танин (компонент, найденный в желудях и других растениях) в условиях окружающей среды, где его особенно много.
Форма зубов некоторых животных также приспособилась к определенным продуктам питания. Для того, чтобы предположить чем питались предки человека, ученые также анализировали ископаемые отпечатки их зубов.
9. Распространение семян у растений
Жизнь использует уникальную репродуктивную тактику для того, чтобы увеличить шансы передачи своего генетического материала следующему поколению.
Растения разработали интересные приспособления для распространения своих семян. Некоторые семена имеют крошечные крючки, которые цепляются за мех или перья проходящих или пролетающих мимо животных. Другие могут выглядеть очень аппетитно для некоторых животных, которые потребляя их, также распространят это растение посредством помета в других местах.
Одно исследование продемонстрировало, что некоторые виды сорняков, растущие на небольших участках в новой для них городской среде, увеличили количество «нераспространяющихся» семян, то есть тех, которые остаются вблизи материнского растения. У таких семян, возможно, шансов выжить больше, чем у диспергирующих, которые не могут пустить корни на определенных поверхностях вдали от материнского растения. В этом случае жизнь быстро адаптируется к окружающей среде, особенно с учетом того, что растения одного вида, не произрастающие в городских условиях, не производят большого количества «нераспространяющихся» семян.
8. Телесная защита
Вы никогда не задумывались над тем, почему некоторые виды крабов находят себе разного размера ракушки для того, чтобы в них жить? Некоторые раки-отшельники используют пустые ракушки, чтобы избежать «высыхания» или перегрева на солнце между океанскими приливами. Крабы, которые ищут себе пищу в таких местах, могут застрять в песке во время отлива, что делает их уязвимыми перед солнцем или перед голодными хищниками на пляже.
Таким образом, использование пустой ракушки в качестве крыши над головой – это поведенческая адаптация, которая позволяет ракам-отшельникам с меньшими потерями для себя пережить отлив, в результате которого они оказываются «высаженными» на берег.
Аналогичным образом улитки и двустворчатые моллюски выращивают свои собственные оболочки для обеспечения защиты от непогоды и хищников. К примеру, ученые обнаружили, что форма оболочки улитки, проживающей в пресной воде, зависит от проживающих в тех же условиях хищников. Далее ученые объясняют, как форма ракушки улитки соответствует стратегии поведения главных любителей улиток – раков и рыб. Таким образом, различия в оболочках являются адаптивными.
7. Приобретенная устойчивость
Как показал нам естественный отбор, многие факторы окружающей среды разделили генетические формы конкретных популяций. В этих случаях организмы, которые выжили, — это именно те, которые сумели приспособиться.
К примеру, можно проанализировать использование пестицидов на насекомых. Сначала полагалось, что использование пестицидов поможет избавиться от них. Однако, все оказалось гораздо сложнее. Поскольку не каждое насекомое является генетически идентичным, есть шанс, что у некоторых из них разовьется иммунитет или устойчивость к воздействию на них химических веществ, тем самым они выживут и смогут воспроизводить потомство с аналогичными свойствами.
После применения пестицидов, оказалось, что каждое новое поколение насекомых становилось все более терпимым к химикатам. Перед тем, как это узнавал человек, целая популяция насекомых становилась полностью устойчивой к пестицидам. Некоторые специалисты называют этот процесс искусственным отбором.
Хотя человеческий организм не является «окружающей средой», безусловно, он является домом для многих микроорганизмов. Адаптация может происходить и в пределах нашего тела. Стремясь предотвратить развитие устойчивым к антибиотикам штаммов бактерий, врачи назначают антибиотики пациентам с бактериальными инфекциями крайне редко.
6. Избегание солнечного света
В средах, где наблюдается сильнейшая жара, присутствует немного воды, организмы, включая слонов, пустынных растений, рептилий и даже людей, адаптируются, чтобы выжить. Оставаться в неперегретом состоянии жизненно необходимо. Для достижения этой цели слоны хлопают своими тонкокожими ушами для того, чтобы рассеивать тепло и распространять прохладную кровь по организму.
Для того, чтобы избежать обезвоживания в пустыне организмы часто хранят воду в своем теле. К примеру, пустынная ящерица, найденная на юго-западе США, хранит разбавленную воду в своем мочевом пузыре спустя несколько минут после того, как попьет. Также можно отметить состояние кактусов и верблюдов, которые используют свое тело для хранения воды.
У нашей кожи своя собственная адаптация – это загар. Люди приспособились к ультрафиолетовым лучамсолнца путем выработки меланина, особого пигмента, который придает коже цвет. Меланин является щитом для более глубоких слоев кожи, предотвращает разрушительное воздействие солнечных лучей на фолиевую кислоту, которая играет важнейшую роль при «починке» кровяных телец.
При краткосрочной адаптации большинство людей загорают под воздействием солнца. В долгосрочной перспективе цвет человеческой кожи зависит от того, как эволюционировали его предки, были ли они темнокожие, как близко проживали к экватору, и сколько солнца было в их месте проживания.
5. Использование инструментов
Несмотря на то, что животные не пользуются компьютерами для выполнения задач, как это делают люди, они, тем не менее, создают инновационные решения, используя различного рода инструменты. Как правило, животные начинают использовать инструменты или видоизмененные природные объекты для того, чтобы адаптироваться к экологическим ограничениям, которые могут встать у них на пути получения пищи.
Некоторые виды голодных птиц именно так и поступают. Египетский гриф, например, использует камень для того, чтобы вскрывать страусиные яйца. Другой вид птицы из семейства дятловых часто использует кактусовый шип для того, чтобы извлечь вкусную личинку из дупла дерева. Кроме того, цапли часто замечаются в роде деятельности, похожей на рыбалку: они бросают на поверхность воды мелкие приманки и ожидают пока к объекту подплывет рыба, чтобы съесть ее.
Эти приспособления не распространены географически широко. Помимо прочего, они могут использоваться для самообороны. В одном исследовании ученые сообщили о группе осьминогов у берегов Австралии, которые присасывались к кокосовой скорлупе на случай, если в будущем им придется прятаться от хищника.
4. Выживание в условиях с ограниченным количеством кислорода
Также как и люди, большинство организмов нуждаются в кислороде для того, чтобы выжить. Тем не менее, жизнь может адаптироваться к условиям с низким содержанием кислорода.
К примеру, морские млекопитающие, такие как моржи, обладают большим количеством обогащенной кислородом крови, циркулирующей через их органы, что позволяет им находиться достаточно длительный период времени под водой без кислорода. Также животные в состоянии замедлять скорость сердечных сокращений и скорость циркуляции крови для сохранения кислорода.
Высота также определяет типы жизни, которые могут выжить в данной среде. Человек может адаптироваться к постепенному снижению кислорода, при этом люди часто акклиматизируются или, в конечном счете, адаптируются к высотным климатическим условиям. Для того, чтобы добиться этого, тело вырабатывает больше красных кровяных клеток и капилляров, чтобы помочь организму большим количеством кислорода. Однако, по сей день мы платим цену за подобную адаптацию – это усталость, которая приводит к невозможности выполнять повседневную деятельность одинаково качественно.
С течением времени человеку удалось разработать более усовершенствованную адаптацию к жизни на больших высотах с низким содержанием кислорода. К примеру, некоторые жители высотных регионов Боливии и Перу способны вырабатывать большее количество гемоглобина, чем обычные люди, это, в свою очередь, несет дополнительный кислород в кровь и позволяет людям посредством своих легких потреблять больше кислорода.
3. Камуфляж
Жизнь, особенно в животном мире, известна своими мастерскими способностями маскировки. Животные используют маскировку, чтобы гармонировать с окружающей средой или имитировать других животных в своей среде.
Камуфляж – это полезная адаптация, поскольку те, кто ее используют, как правило, не становятся добычей хищника, так как остаются незамеченными. Хамелеон – это яркий пример использования маскировки, поскольку животное может менять окрас кожи в зависимости от окружающей обстановки.
Однако, другие способы камуфляжа могут быть присущи с рождения и не выбираются добровольно. К примеру, палочный жук знаменит тем, что по внешним признакам он очень похож на обычную палку, а листовые насекомые мастерски сливаются с цветной листвой.
Изменения во внешнем виде организма также могут провоцироваться другими животными из их окружения. К примеру, птицы не едят бабочек – монархов из-за того, что они ядовиты. Так как птицы идентифицируют этих бабочек по внешнему виду, другой вид бабочек научился имитировать внешность бабочек – монархов для того, чтобы также не стать добычей хищника.
2. Выживание при очень низких температурах
С изменением времени года, меняются и жизненные адаптации. Подобно тому, как некоторые животные приспосабливаются к жаре, другие вынуждены приспосабливаться к холоду, независимо от того, сезонно ли это или постоянно. Организмы, живущие в холодном климате, естественно, обладают более крупными телами, более толстой кожей и мехом. Но многие организмы приспособились и к сезонному холоду.
Животные, которые впадают в спячку во время холодов, используют такой «режим поведения» чтобы выжить в периоды низких температур, когда пища доступна в очень ограниченных количествах. До спячки такие животные запасаются жиром, чтобы в течение всей зимы сжигать его. В некоторых случаях животные, такие, как, к примеру, американский черный медведь, могут проспать около 100 дней, не просыпаясь для того, чтобы попить, поесть или сходить в туалет.
Многие авторитетные источники утверждают, что изменение климата оказывает негативное воздействие на циклы животных, которые зимой впадают в спячку, поскольку эти изменения заставляют их выходить из спячки раньше обычного. Эти ранние пробуждения демонстрируют нам, как легко жизнь может адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды.
Также есть такие животные, которые в зимний период времени приспособились «замораживаться» и «оттаивать» весной. К примеру, древесная лягушка зимует под опавшими листьями, где она может заморозиться и вернуться к жизни в весенний период.
1. Сенсорная специализация
Люди и другие приматы во многом зависят от своего зрения, чтобы интерпретировать окружающий их мир. Другие формы жизни также делают это, но часто полагаются на не связанные со зрением органы чувств, некоторые из которых человеку даже неизвестны. Летучие мыши, к примеру, используют эхолокацию (излучение и прием высокочастотных звуков) для того, чтобы перемещаться в темноте. Этот способ позволяет летучим мышам заполнить экологическую нишу ночных жителей. Аналогичное можно сказать и о хищных птицах, которые обладают очень острым зрением и способны видеть на больших расстояниях, или о способностях акул собирать электромагнитные токи.
Идея потери ненужных органов также может быть применена к некоторым сенсорным приспособлениям животных. В пример можно привести кротов, которые, живя под землей, потеряли зрение, или один из видов глубоководных пещерных рыб, которые потеряли глаза. В лабораторных условиях ученые скрестили несколько безглазых рыб и обнаружили, что некоторые из их потомков рождались с функционирующими глазами, поскольку в ДНК рыбы еще содержался ген, ответственный за работу глаз, однако он не был ярко выражен из-за того, что рыба жила в темных глубоководных пещерах.
Источник