В 1862 году английский натуралист Генри Бейтс, одиннадцать лет собиравший бабочек в лесах Амазонии, заметил странное: многие съедобные бабочки как две капли воды похожи на ядовитых геликонид, которых птицы не трогают. Сходство было настолько точным, что Бейтс сам путал их в полёте. Он объяснил это естественным отбором: птицы чаще ловили тех съедобных бабочек, которые меньше походили на ядовитых, и из поколения в поколение сходство становилось всё полнее. Так была описана мимикрия — один из самых наглядных примеров того, как отбор создаёт приспособления.
Это шестая статья серии о разделе 6 кодификатора ЕГЭ-2027 (хаб серии), продолжение статьи «Естественный отбор». В ней — что такое приспособленность и как она возникает, виды приспособлений, окраска и мимикрия, ароморфозы и идиоадаптации, относительность приспособленности. В конце — что спрашивают на ЕГЭ, раздел для олимпиад и восемь заданий с разбором.
- Что такое приспособленность
- Как возникают приспособления
- Виды приспособлений
- Окраска и форма тела
- Мимикрия
- Идиоадаптации и ароморфозы
- Относительность приспособленности
- Что спрашивают на ЕГЭ
- Для олимпиад
- Задания с разбором
- Литература
Что такое приспособленность
Определение. Приспособленность (адаптация) — соответствие строения, процессов жизнедеятельности и поведения организмов условиям их обитания, повышающее вероятность выжить и оставить потомство. Приспособленность — результат естественного отбора.
В эволюционной биологии у слова «приспособленность» два смысла. Первый — сами приспособления, то есть признаки, полезные в данных условиях: обтекаемое тело дельфина, колючки кактуса, зимняя спячка ежа. Второй — количественная мера: сколько потомков в среднем оставляет особь с данным генотипом по сравнению с другими. Об этой мере (относительной приспособленности) — в статье о естественном отборе; здесь речь о приспособлениях.
Как возникают приспособления
Среда не создаёт полезные признаки «по заказу». Сначала в популяции возникают случайные мутации и их сочетания — без всякой связи с тем, понадобятся ли они. Затем особи с вариантами, полезными в данных условиях, чаще выживают и оставляют больше потомков, и из поколения в поколение доля таких особей растёт. Так, зелёная окраска гусениц сложилась не потому, что гусеницы «старались» быть незаметными, а потому, что птицы чаще склёвывали заметных.
Частая ошибка в развёрнутых ответах. «Животные приспособились, потому что им это было нужно», «у жирафа шея вытянулась, потому что он тянулся» — это объяснение Ламарка, его не засчитывают. Правильная логика ответа: наследственная изменчивость → борьба за существование → естественный отбор сохраняет особей с полезными признаками → признак накапливается в ряду поколений.
Виды приспособлений
| Вид приспособлений | Что меняется | Примеры |
|---|---|---|
| Морфологические | строение, форма, окраска | обтекаемое тело рыб и дельфинов, колючки кактуса, густой мех северных зверей, маскирующая окраска |
| Физиологические | процессы жизнедеятельности | зимняя спячка, запас жира, белки-антифризы в крови антарктических рыб, выделение очень концентрированной мочи у пустынных грызунов, получение воды при окислении жиров |
| Поведенческие (этологические) | поведение | запасание корма, перелёты птиц, замирание при опасности, угрожающие позы, брачные ритуалы, забота о потомстве |
У одного организма приспособления всех трёх видов действуют вместе. Тушканчик в пустыне днём прячется в норе (поведение), получает воду из пищи и выделяет концентрированную мочу (физиология), а длинные задние ноги позволяют ему быстро передвигаться по песку (морфология).
Окраска и форма тела
| Тип | Суть | Примеры |
|---|---|---|
| Покровительственная (маскирующая) | окраска под цвет фона делает животное незаметным | белый заяц-беляк зимой, зелёный кузнечик в траве, камбала, меняющая окраску под цвет дна |
| Расчленяющая | пятна и полосы разбивают контур тела | тигр в зарослях, жираф в саванне |
| Противотень | спина темнее брюха, и объём тела при свете сверху не виден | многие рыбы, птицы, копытные |
| Предостерегающая | яркая окраска ядовитых, жалящих, несъедобных животных; хищник запоминает её | оса, божья коровка, древолазы, саламандра огненная |
| Маскировка формой | сходство с несъедобным предметом | палочник, гусеница пяденицы, похожая на сучок; бабочка каллима со сложенными крыльями, похожая на сухой лист |
Не путайте. Предостерегающая окраска — у самого защищённого животного (оса). Мимикрия — у незащищённого животного, похожего на защищённое (муха-журчалка, похожая на осу). Маскировка — сходство с несъедобным предметом (палочник), а не с другим животным.
Мимикрия
Мимикрия — сходство одного вида с другим, которое помогает выжить. Различают две формы.
Бейтсовская мимикрия (Генри Бейтс, 1862): незащищённый вид подражает защищённому. Муха-журчалка окрашена как оса, неядовитая молочная змея — как ядовитый коралловый аспид, стеклянница — как шершень. Такая мимикрия работает, только пока подражателей меньше, чем образцов: если хищнику попадается в основном съедобная «оса», он перестаёт бояться окраски.
Мюллерова мимикрия (Фриц Мюллер, 1878): несколько защищённых видов похожи друг на друга. Осы, пчёлы, шмели окрашены в жёлто-чёрные полосы; хищнику достаточно один раз «обжечься», чтобы избегать всех. Выигрывают все участники: каждый вид теряет меньше особей на «обучение» хищников.
Мимикрия есть и у растений. Цветки некоторых орхидей-офрисов похожи на самку определённого вида пчёл и даже пахнут ею; самцы пытаются спариться с цветком и переносят пыльцу.
Идиоадаптации и ароморфозы
По масштабу приспособления делят на частные и общие. Идиоадаптации — частные приспособления к конкретным условиям без изменения общего уровня организации: форма клюва, покровительственная окраска, колючки кактуса, ласты тюленя. Ароморфозы — крупные изменения, повышающие общий уровень организации и открывающие новые возможности: появление лёгких, теплокровности, семени, цветка. И те и другие складываются под действием естественного отбора из микроэволюционных изменений. Подробно — в статьях «Пути и формы эволюции», «Ароморфозы животных» и «Главные ароморфозы растений».
Относительность приспособленности
Любое приспособление полезно только в тех условиях, в которых оно сложилось. Стоит условиям измениться — и признак становится бесполезным или вредным. Это и называют относительностью приспособленности.
| Приспособление | Когда оно не помогает или вредит |
|---|---|
| Белая зимняя шерсть зайца-беляка | заметна на тёмной земле, если снег выпал поздно или рано сошёл |
| Иглы ежа | не защищают от лисы, которая сталкивает свернувшегося ежа в воду |
| Жало пчелы с зазубринами | застревает в коже млекопитающего, и пчела гибнет |
| Ориентация ночных бабочек по источнику света | у фонаря и костра бабочки кружат до изнеможения и гибнут |
| Длинный хвост павлина | привлекает самок, но мешает спасаться от хищников |
| Питание только бамбуком у большой панды | при массовом отмирании бамбука панды голодают |
| Бейтсовская мимикрия | не работает, если подражателей становится больше, чем образцов |
Причины относительности: условия среды меняются быстрее, чем идёт отбор; одно приспособление часто достигается ценой другого (хвост павлина помогает в размножении, но мешает выживанию); отбор работает только с тем, что есть, и не может «перепроектировать» организм заново — поэтому сохраняются исторические несовершенства, например перекрёст глотки и гортани у человека, из-за которого можно поперхнуться.
Что спрашивают на ЕГЭ
Приспособленность и её относительность — элемент 6.2, частый в линиях 17, 19 (соответствие «пример — тип окраски или приспособления») и особенно 26: «объясните возникновение приспособления с позиций эволюционной теории» и «докажите относительный характер приспособленности».
Что чаще всего путают.
- Мимикрия — подражание другому виду; маскировка — сходство с предметами окружающей среды.
- Предостерегающая окраска — у защищённого вида; мимикрия — у того, кто ему подражает.
- Расчленяющая окраска разбивает контур тела, а не просто совпадает с фоном.
- Спячка и концентрированная моча — физиологические приспособления; запасание корма и миграции — поведенческие.
- Приспособления не возникают «потому что нужно» и не передаются от упражнения органов.
- Приспособленность всегда относительна — абсолютных приспособлений нет.
Для тренировки — тема 6.2 в тренажёре ЕГЭ по биологии.
Для олимпиад
Опыты с мимикрией
Линкольн Брауэр в 1950–1960-х годах кормил голубых соек ядовитыми бабочками-монархами: съев одну, птица срыгивала и после этого избегала и монархов, и похожих на них вице-королей (позже выяснилось, что вице-короли и сами невкусны, так что это скорее мюллерова мимикрия). Джейн Брауэр в 1960 году давала птицам личинок, окрашенных одинаковыми полосками: часть — горькие (образцы), часть — съедобные (подражатели). Чем меньше была доля подражателей, тем лучше они были защищены — прямая проверка условия бейтсовской мимикрии.
Цена приспособления
Любой признак требует ресурсов. Тепловые рецепторы, яд, рога, мех — всё это расходует энергию и вещества, которые иначе пошли бы на рост и размножение. Поэтому в условиях, где признак не нужен, отбор его ослабляет: у пещерных рыб редуцируются глаза, у паразитов — органы чувств и пищеварения, у островных птиц без хищников — способность к полёту.
Экзаптации
Признак, возникший для одной функции, может со временем использоваться для другой. Перья, по-видимому, появились у динозавров для теплоизоляции и демонстрации и лишь потом стали служить полёту. Такие признаки называют экзаптациями; они показывают, что отбор работает «по случаю», а не по плану.
Задания с разбором
Задание 1. Работа с текстом (линия 17)
Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых описаны примеры мимикрии.
(1) Муха-журчалка окрашена в жёлто-чёрные полосы, как оса. (2) Заяц-беляк зимой белый. (3) Неядовитая молочная змея окрашена так же, как ядовитый коралловый аспид. (4) Палочник похож на сухую веточку. (5) Бабочка-стеклянница похожа на шершня. (6) Божья коровка ярко окрашена и несъедобна.
Разбор
Мимикрия — подражание незащищённого вида защищённому: 1, 3, 5. Предложение 2 — покровительственная окраска, 4 — маскировка формой, 6 — предостерегающая окраска.
Ответ: 135.
Задание 2. Установите соответствие (линия 19)
Установите соответствие между примером и типом приспособления: 1) морфологическое; 2) физиологическое; 3) поведенческое.
| Пример | Тип |
|---|---|
| А) зимняя спячка сурка | 1) морфологическое 2) физиологическое 3) поведенческое |
| Б) обтекаемая форма тела дельфина | |
| В) запасание желудей сойкой | |
| Г) белки-антифризы в крови антарктических рыб | |
| Д) угрожающая поза ящерицы с раскрытым воротником | |
| Е) колючки кактуса |
Разбор
Морфологические — строение (Б, Е); физиологические — процессы жизнедеятельности (А, Г); поведенческие — поведение (В, Д).
Ответ: 213231.
Задание 3. Установите соответствие (линия 19)
Установите соответствие между примером и типом защитной окраски или формы: 1) покровительственная окраска; 2) предостерегающая окраска; 3) мимикрия.
| Пример | Тип |
|---|---|
| А) яркая окраска лягушки-древолаза | 1) покровительственная 2) предостерегающая 3) мимикрия |
| Б) зелёная окраска кузнечика | |
| В) сходство журчалки с осой | |
| Г) жёлто-чёрная окраска осы | |
| Д) окраска камбалы под цвет дна | |
| Е) сходство безобидной змеи с ядовитым аспидом |
Разбор
Покровительственная — незаметность на фоне (Б, Д); предостерегающая — у самих защищённых (А, Г); мимикрия — подражание защищённым (В, Е).
Ответ: 213213.
Задание 4. Найдите ошибки (линия 24)
Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.
(1) Приспособленность — результат естественного отбора. (2) Приспособления возникают у организмов в ответ на потребность. (3) Покровительственная окраска делает животное незаметным на фоне среды. (4) Мимикрия — сходство животного с несъедобными предметами окружающей среды. (5) Зимняя спячка — поведенческое приспособление. (6) Любое приспособление полезно лишь в определённых условиях.
Разбор
- Предложение 2: приспособления возникают на основе случайной наследственной изменчивости, а естественный отбор сохраняет полезные варианты; «потребность» не вызывает изменений.
- Предложение 4: мимикрия — сходство незащищённого вида с защищённым; сходство с предметами — маскировка.
- Предложение 5: зимняя спячка — физиологическое приспособление (снижение обмена веществ).
Задание 5. Обобщение знаний (линия 26)
Объясните с позиций синтетической теории эволюции, как у мухи-журчалки возникло сходство с осой.
Разбор
- У предков журчалок существовала наследственная изменчивость окраски (мутации, комбинативная изменчивость).
- Птицы, обученные на осах, избегали жёлто-чёрных насекомых; мухи, больше похожие на ос, чаще выживали и оставляли потомство.
- Естественный (движущий) отбор из поколения в поколение накапливал признаки сходства, и они распространялись в популяции.
- Сходство полезно, пока журчалок меньше, чем ос: иначе птицы перестают связывать окраску с жалом.
Задание 6. Обобщение знаний (линия 26)
Докажите на примере зайца-беляка относительный характер приспособленности. Почему отбор не создаёт «идеальных» приспособлений?
Разбор
- Белая зимняя шерсть делает беляка незаметным на снегу, но если снег выпадет поздно или рано растает, белый заяц хорошо виден на тёмной земле.
- Значит, приспособление полезно только в тех условиях, в которых оно сформировалось, — приспособленность относительна.
- Условия среды меняются, а отбор отстаёт от изменений; признак, выгодный в одном, часто невыгоден в другом.
- Отбор работает только с имеющейся наследственной изменчивостью и не может создать признак «с нуля» под любые условия.
Задание 7 (олимпиадное). Сколько подражателей допустимо
Птица, съевшая хотя бы одно ядовитое насекомое определённой окраски, затем избегает такой окраски. Каждая птица из стаи в начале сезона ловит наугад одно насекомое с этой окраской. а) Какая доля птиц «научится» избегать окраски, если среди насекомых такой окраски ядовитые составляют 90 %; 50 %; 10 %? б) Почему бейтсовская мимикрия выгодна подражателям только при их малой доле?
Разбор
а) Доля обученных птиц равна доле ядовитых среди пойманных: 90 %, 50 % и 10 %.
б) Чем больше подражателей, тем чаще птица с первого раза ловит съедобное насекомое, «узнаёт», что окраска не опасна, и продолжает охоту; защита подражателей исчезает, а заодно страдают и образцы. Поэтому численность подражателей ограничена отбором, зависящим от частоты.
Задание 8 (олимпиадное). Пещерные рыбы
У мексиканской рыбы астианакса есть зрячие речные и слепые пещерные популяции одного вида; если скрестить рыб из разных пещер, у части потомков зрение восстанавливается. Объясните происхождение слепоты и результат скрещивания.
Разбор
В темноте глаза бесполезны, а их развитие и работа требуют ресурсов; отбор не поддерживал зрение (а возможно, поддерживал экономию энергии), и мутации, нарушающие развитие глаз, накапливались. В разных пещерах слепоту вызвали мутации в разных генах; у гибридов дефектный аллель одного родителя компенсирован нормальным аллелем другого по тому же гену (комплементация), поэтому часть потомков видит.
Литература
- Bates H. W. Contributions to an insect fauna of the Amazon valley // Transactions of the Linnean Society of London. 1862. Vol. 23. P. 495–566.
- Яблоков А. В., Юсуфов А. Г. Эволюционное учение. 6-е изд. М.: Высшая школа, 2006.
- Северцов А. С. Теория эволюции. М.: ВЛАДОС, 2005.
- Ruxton G. D., Sherratt T. N., Speed M. P. Avoiding Attack: The Evolutionary Ecology of Crypsis, Warning Signals and Mimicry. Oxford University Press, 2004.
Обсуждение
Загружаем обсуждение…