Адаптация, как адаптационный ответ

Адаптация, как адаптационный ответ, может осуществляться на различных уровнях:

1. на уровне клетки в виде функциональных или морфологических изменений;
2. на уровне органа или группы клеток, имеющих одинаковую функцию;
3. на уровне организма как морфологического так и функционального целого, представляющего собой совокупность всех физиологических функций, направленных на сохранение витальных функций и самой жизни.

С учетом этого H. Hensel выделяет различные уровни адаптационных процессов ^[3]:

1. привыкание - начальный процесс адаптации под влиянием кратковременного воздействия стрессора,
2. функциональную адаптацию - продолжительное состояние, возникающее под влиянием определенных раздражителей, приводящих к физиологическим изменениям гомеостаза человека,
3. трофо-пластическую адаптацию - дальнейшая ступень адаптационных процессов, не принадлежит к терапевтической области реабилитационной медицины, так как при ней наступают морфологические изменения органов и систем человеческого организма.

Главное содержание адаптации, по мнению Т. Пилат, — это внутренние процессы в системе, которые обеспечивают сохранение её внешних функций по отношению к среде. Если структура системы обеспечивает ей нормальное функционирование в данных условиях среды, то такую систему следует считать адаптированной к этим условиям. На этой стадии устанавливается динамическое равновесие, при котором происходит изменение физиологических показателей в границах нормы. Организм клинически здорового человека с высокими адаптивными способностями обладает значительным потенциалом саморегуляции и самовосстановления. Для поддержания здоровья ему достаточно вести здоровый образ жизни, соблюдать принципы сбалансированного питания ^[4].

При этом, по мнению Ю. Малова, здоровье или норма — состояние относительно стабильное, но оно не может сохраняться в течение всей жизни, ибо в природе не существует абсолютно адаптированных к данной среде индивидов. Длительное пребывание в одних и тех же условиях всё же рано или поздно приведет к развитию какой-либо болезни, которая является механизмом элиминации индивида ^[5].

среды.

Организмы — реальные носители жизни, дискретные единицы обмена веществ. В процессе обмена организм потребляет из окружа­ющей среды необходимые вещества и выделяет в нее продукты обмена, которые могут быть использованы другими организмами; умирая, организм становится источником питания определенных видов живых существ. Деятельность отдельных организмов лежит в основе проявления жизни на всех уровнях ее организации. Под­держание устойчивого обмена веществ в колеблющихся условиях внешней среды невозможно без специальных адаптации. Изучение этих адаптации — задача экологии. Адаптации к средовым факторам могут основываться на структур­ных особенностях организма — Морфологические адаптации — или на специфических формах функционального ответа на внешние воздей­ствии — Физиологические адаптации. У высших животных важную роль в адаптации играет высшая нервная деятельность, на базе которой формируются приспособительные формы поведения — Этологические адаптации. В эко­логии физиологические показатели служат критериями реакции орга­низма на внешние условия, а физиологические процессы рассматриваются как механизм, обеспечивающий беспе­ребойное осуществление фундаментальных физиологических функций в сложной и динамичной среде. Диапазон действия, или Зона толерантности, Экологического фактора ограничен сооответствующими крайними пороговыми зна­чениями (точками минимума и максимума) данного фактора, при ко­тором возможно существование организма. Максимально и минимально переносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которых наступает смерть. Пределы выносливо­сти между критическими точками называют Экологической валентно­стью Живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам имеют э Врибионты — Это организмы широкой приспособленности, выносящие значительные колебания факторов: - бурый медведь, волк, лисица, из растений - тростник, ряска, крапива. Неспособность переносить незначительные колебания факторов, или узкая экологическая валентность, являются стенобионты - виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия: форель, глубоководные рыбы, орхидеи. Стено - или эврибионтность не характеризует специфичность вида по отношению к любому экологическому фак­тору. Вид может иметь узкую экологическую валентность по отношению к одному экологическому фактору и широкую - по отношению к другому. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Например, эвритермные морс­кие звезды и мидии отличаются отношением к солености. Мидии являются эвригалинными, звезды - стеногалинными (они не выносят опреснения). Благоприятные силы воздействия называются Зоной оптимума экологического фактора Или Зоной комфорта. Точки оптимума, минимума и мак­симума составляют три кардинальные точки, определяющие возмож­ность реакции организма на данный фактор. Чем сильнее отклоне­ние от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данно­го фактора на организм — Зона пессимума (или Зона угнетения). Эти закономерности воздействия экологичес­ких факторов на организмы - это Правило оптимума. Классификация факторов. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Они делятся на абиотические, биотические и антропоген­ные. Абиотические факторы - температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение давление, влажность воздуха, ветер, течения — это все свойства не­живой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые орга­низмы: выделяют климатические, эдафические (почвенные), гидрологические, орографические (элементы рельефа – горы, возвышенности, равнины, котловины). Биотические факторы — это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир— составная часть сре­ды каждого живого существа. Взаимные связи организмов — основа существования популяций и биоценозов. К ним относятся симбиотические: протокооперация, мутуализм, комменсализм, нейтрализм, аменсализм, паразитизм, хищничество, конкуренция. Антропогенные факторы — это формы действия человека, кото­рые приводят к изменению природы как среды обитания других ви­дов или непосредственно сказываются на их жизни. Человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов. Основными способами антропогенного влияния яв­ляются завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничто­жение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесови т. п.В науке принято рассматривать живое как совокупность биосистем, или живых систем, обладающих рядом особенностей:

1. Живые системы - целостные сложные системы, состоящие из простых элементов. Например, элементами клетки как целостной системы являются молекулы, ее части и органоиды, связанные между собой; элементами организма - клетки, ткани, органы и системы органов; элементами вида - особи и популяции; элементами биосферы - все живые организмы, связанные со средой обитания и образующие биогеоценозы.
2. Биосистемам присуща иерархичность. Это означает, что система одного уровня организации может рассматриваться как элемент системы высшего ранга. Например, клетка - элемент системы более высокого ранга - организма, а организм - элемент вида. Системы низкого ранга, хотя и подчинены системам более высокого ранга, обладают определенной самостоятельностью, поскольку связаны с окружающей средой обменом веществ, энергии и информации.
3. Каждый элемент биосистемы выполняет определенные функции. Например, в организме животного кровеносная система транспортирует вещества.
4. Живые системы устойчивы, саморазвиваются, эволюционируют. Любая живая система обладает способностью противостоять влиянию •внешней среды, использовать получаемую извне энергию. В то же время системы изменяются в ходе индивидуального и исторического развития.
5. Живым системам свойственна адаптация, т. е. приспособленность к среде обитания.

Особенность биологических объектов как иерархических систем обусловила выделение основных уровней организации живой природы: клеточного, организменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного. От уровня к уровню наблюдается усложнение биосистем, появление у них новых качеств.

Вы будете изучать основные свойства биосистем разного уровня: клетку, организм, популяцию, вид, биоценоз, биосферу.

Гармония взаимосвязей на всех уровнях организации устойчивых (климаксных - в экологии) биосистем - эволюционная закономерность.

Связанные в молекулу атомы имеют связанные гармонией ритмы. Это же относится к молекулам и надмолекулярным структурам. Связанный ритм какой-либо частицы является соподчиненным ритму всех агрегированных частиц системы, т.е. они имеют синхронизированный ритм. Гармоничные ритмы последующих уровней объединяют органеллы, клетки, органы, организм. Многосложные автоколебательные ритмы молекул, формирующих биообъект, при патологическом состоянии организма утрачивают гармонию [108].

Как мы уже говорили, в ходе эволюции экосистем существует тенденция к уменьшению отрицательных взаимодействий между видами за счет положительных (кооперативных, симбиотических) взаимодействий, увеличивающих выживание взаимодействующих видов [4]. Кульминацией развития экосистем является стабилизированная система, в которой на единицу имеющегося потока энергии приходится максимальная биомасса и максимальное число симбиотических связей между организмами [4].

У. Олли (1951)[см. 4] полагает, что та или иная степень кооперации между видами животных и растений встречается в природе повсюду. Казалось бы парадоксально, но, например, ель и вредители на ней образуют естественную самоподдерживающуюся систему [4].

Аналогично экосистемам существует гармоническая взаимосвязь элементов, составляющих одно- и многоклеточные организмы. Например, лишайники - это симбиотическая система определенных грибов и водорослей; некоторые компоненты живой клетки являются продуктом перехода комменсализма микроорганизмов в мутуализм с протоклеткой и т.д.

Как уже говорилось, связанные в молекулу атомы имеют связанные гармонией ритмы. Гармонические ритмы последующих уровней объединяют органеллы, клетки, органы, организм.

На основании вышеизложенных принципов, которые присущи биологическим системам всех уровней от клеток до экологических систем, можно сказать, что клетки или отдельные многоклеточные организмы подобны природным экосистемам и являют собой системы со сближенными элементами, находящиеся между собой в гармонической взаимосвязи.

Многоклеточные организмы представляют собой, так сказать, уплотненные экосистемы, и им присущи, как это указывалось выше, общие закономерности и общие принципы функционирования последних.

Организмы и экосистемы обладают одними и теми же принципами организации. Помимо этого у всего живого одна генетическая основа - нуклеиновые кислоты, одни и те же кирпичики, из которых построены биообъекты, - аминокислоты.

Насколько принципиально близки отдельный организм и экосистема, видно на примере экологии фиба-слизневика [109|. Гриб-слизневик - это система, которая в зависимости от внешних условий может находиться либо в виде независимо существующих одноклеточных амеб, либо в виде единого многоклеточного организма.

Когда среда достаточно богата пищей, амебы живут и питаются независимо друг от друга и никакого целостного организма нет.

Резкая метаморфоза происходит при истощении запасов пищи. В этом случае в среду начинают поступать управляющие сигналы: некоторые из амеб, перешедшие «порог голодания», периодически выбрасывают порции сигнального химического вещества - циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Когда диффундирующий в среде «сигнал тревоги» - цАМФ - улавливается рецепторами других амеб, они разворачиваются и двигаются по градиенту этого вещества, в свою очередь, выделяя его. На заключительной стадии описанного процесса вся популяция сползается вместе; здесь отдельные амебы соединяются друг с другом и формируют единый многоклеточный организм - плазмодий, который, имея зачатки органов движения, передвигается в поисках пищи (делает он это быстрее, чем отдельная амеба). Найдя пишу, плазмодий «рассыпается» на свободных амеб, и они снова начинают индивидуальное существование.

Если же пища так и не найдена, в действие вступает программа размножения, обеспечивающая выживание вида: плазмодий дифференцируется с образованием плодового тела - стебелька, на конце которого в специальном мешочке образуются споры. Созревшее плодовое тело лопается, споры рассыпаются и, пережив неблагоприятные условия, дают начало новым амебам.

Даже сообщество бактерий одного и того же вида, растущих на жидкой, а особенно на плотной среде (бактериальные колонии, биоплёнки бактерий на различных поверхностях), представляют собой не простую сумму особей с независимым поведением, а как отдалённый прообраз многоклеточного организма [110].

Адаптация — процесс приспособления, процесс возникновения признака, соответствующего условиям среды. Процесс возникновения приспособлений И. И. Шмальгаузен назвал адаптациогенезом, а процесс приспособительного преобразования организмов — адаптациоморфозом. Георгиевский пришел к заключению, что "по своему содержанию естественный отбор и адаптациогенез — понятия тождественные". Знак равенства ставил между ними и Ч. Дарвин, характеризуя отбор как "выживание наиболее приспособленных".

Термин "адаптация" имеет три важных смысла: приспособление, процесс приспособления, приспособленность.

Адаптация — приспособление. Это любая структура, любой признак, возникший в процессе эволюции, обеспечивающий успешное выживание и размножение. Особенности габитуса, внешнего строения. Крючочки на плодах лопуха — приспособление для распространения животными, покрытыми шерстью. Длинный мех — адаптация к холоду. Корни верблюжьей колючки уходят на глубину до 30 м — приспособление к жизни в пустыне. Ботрии и ботридии цестод — адаптация для прикрепления паразита к стенке кишечника хозяина. Аскарида имеет многослойную и сложную кутикулу Это приспособление к обитанию в среде, богатой ферментами.

Приспособительная окраска — покровительственная, предостерегающая, мимикрия. Покровительственная окраска — это окраска, делающая организмы менее заметными в местах их обитания.

Покровительственная окраска — это криптическая окраска, маскировка животных: обитатели пустыни имеют желто-бурую окраску тела; яйца птиц, гнездящихся в траве, имеют цвет, соответствующий фону; сезонная окраска зайца-беляка, песца, горностая, белой куропатки; серое оперение перепела; темная окраска верха и светлая окраска низа у рыб; расчленяющая окраска тигра и зебры.

Предостерегающая окраска - яркая, контрастная (красная с черным, черная с желтым) окраска у животных, имеющих ядовитые или пахучие железы. Предупреждающая окраска — это сигнал опасности для хищников о несъедобности данных организмов (осы, пчелы).

Мимикрия (греч. мимикос — уподобление, подражание) — подражательное сходство незащищенного организма с защищенным или несъедобным. Мимикрия бейтсовская — это сходство беззащитного съедобного с несъедобным ярко окрашенным. Мюллеровская мимикрия — сходство между двумя (и более) несъедобными видами (многие виды ос сходны по окраске и форме тела).

Миметизм - внешнее сходство незащищенных животных с растениями и предметами неживой природы (морской конек похож на водоросль, яйца кулика-сороки - на гальку);

Загар — адаптация к увеличению инсоляции. У дрожжей дупликация гена, контролирующего синтез фосфатазы, позволяет им жить в среде с более низкими концентрациями нужного субстрата. Богатые кремнием оболочки растений предохраняют их от поедания.

Физиологические адаптации — это функциональные адаптации (поддержание постоянной температуры, постоянства сахара в крови, выработка устойчивости к колебаниям солености, влажности). Скорость кровогока у эскимосов при охлаждении, в среднем, вдвое больше, чем у европейцев. Это приспособление позволяет эскимосам значительно легче, чем европейцам, сохранять тепловой баланс при охлаждении. Собака в покое в жаркую погоду увеличивает число дыхательных актов с 20 до 30 в минуту: частое дыхание - адаптация против жары. У кедрового стланника ветви с наступлением морозов полегают — это адаптация против сильных ветров и морозов.