I evolutionsprocessen, som ett resultat av naturligt urval och kampen för tillvaron, uppstår anpassningar av organismer till vissa livsvillkor. Evolutionen i sig är i huvudsak en kontinuerlig process av anpassningar, som sker enligt följande schema: reproduktionsintensitet -> kamp för tillvaron -> selektiv död -> naturligt urval -> kondition.

Anpassningar påverkar olika aspekter av organismers livsprocesser och kan därför vara av flera slag.

Morfologiska anpassningar

De är förknippade med förändringar i kroppsstrukturen. Till exempel uppkomsten av hinnor mellan tårna hos sjöfåglar (groddjur, fåglar, etc.), tjock päls hos nordliga däggdjur, långa ben och en lång hals hos vadande fåglar, en flexibel kropp hos grävande rovdjur (till exempel vesslor), etc. Hos varmblodiga djur observeras, när man flyttar norrut, en ökning av medelkroppsstorleken (Bergmanns regel), vilket minskar den relativa ytan och värmeöverföringen. Bottenfiskar utvecklar en platt kropp (rockor, flundra, etc.). Växter på nordliga breddgrader och högfjällsregioner har ofta krypande och kuddformade former, som är mindre skadade av hårda vindar och bättre värms upp av solen i jordlagret.

Skyddande färg

Skyddsfärgning är mycket viktig för djurarter som inte har ett effektivt skydd mot rovdjur. Tack vare det blir djuren mindre märkbara i området. Till exempel är fågelhonor som kläcker ägg nästan omöjliga att skilja från områdets bakgrund. Fågelägg är också färgade för att matcha färgen på området. Bottenlevande fiskar, de flesta insekter och många andra djurarter har en skyddande färg. I norr är vita eller ljusa färger vanligare, vilket hjälper till att kamouflera i snön (isbjörnar, polarugglor, fjällrävar, barnfåglar - ekorrar, etc.). Ett antal djur har fått en färg som bildas av omväxlande ljusa och mörka ränder eller fläckar, vilket gör dem mindre märkbara i buskar och täta snår (tigrar, unga vildsvin, zebror, sikahjort, etc.). Vissa djur kan ändra färg mycket snabbt beroende på förhållandena (kameleoner, bläckfiskar, flundra, etc.).

Maskera

Kärnan i kamouflage är att kroppens form och färg gör att djur ser ut som löv, kvistar, grenar, bark eller taggar av växter. Finns ofta hos insekter som lever på växter.

Varning eller hotfull färgning

Vissa typer av insekter som har giftiga eller luktande körtlar har ljusa varningsfärger. Därför minns rovdjur som en gång stöter på dem denna färg under lång tid och attackerar inte längre sådana insekter (till exempel getingar, humlor, nyckelpigor, Colorado-potatisbaggar och ett antal andra).

Härmning

Mimik är färgen och kroppsformen hos ofarliga djur som imiterar deras giftiga motsvarigheter. Till exempel liknar vissa icke-giftiga ormar giftiga. Cikador och syrsor liknar stora myror. Vissa fjärilar har stora fläckar på sina vingar som liknar rovdjurens ögon.

Fysiologiska anpassningar

Denna typ av anpassning är förknippad med en omstrukturering av metabolismen i organismer. Till exempel uppkomsten av varmblodighet och termoreglering hos fåglar och däggdjur. I enklare fall handlar det om en anpassning till vissa livsmedelsformer, miljöns saltsammansättning, höga eller låga temperaturer, luftfuktighet eller torrhet i jord och luft m.m.

Biokemiska anpassningar

Beteendeanpassningar

Denna typ av anpassning är förknippad med beteendeförändringar under vissa förhållanden. Till exempel leder vård av avkommor till bättre överlevnad för unga djur och ökar stabiliteten i deras populationer. Under parningstider bildar många djur separata familjer och på vintern förenas de i flockar, vilket gör det lättare för dem att föda eller skydda (vargar, många fågelarter).

Anpassningar till periodiska miljöfaktorer

Dessa är anpassningar till miljöfaktorer som har en viss periodicitet i sin manifestation. Denna typ inkluderar dagliga växlingar av perioder av aktivitet och vila, tillstånd av partiell eller fullständig anabios (utgjutelse av löv, vinter- eller sommaruppehåll hos djur, etc.), djurvandringar orsakade av säsongsmässiga förändringar, etc.

Anpassningar till extrema levnadsförhållanden

Växter och djur som lever i öknar och polarområden får också ett antal specifika anpassningar. Hos kaktusar har bladen förvandlats till taggar (minskar avdunstning och skyddar dem från att ätas av djur), och stjälken har förvandlats till ett fotosyntetiskt organ och reservoar. Ökenväxter har långa rotsystem som gör att de kan få vatten från stora djup. Ödlor kan överleva utan vatten genom att äta insekter och få vatten genom att hydrolysera deras fetter. Utöver tjock päls har norrländska djur också ett stort utbud av underhudsfett, vilket minskar kroppskylan.

Relativ karaktär av anpassningar

Alla enheter är endast lämpliga för vissa förhållanden under vilka de utvecklades. Om dessa förhållanden förändras kan anpassningar förlora sitt värde eller till och med orsaka skada på de organismer som har dem. Den vita färgen på harar, som skyddar dem väl i snön, blir farlig under vintrar med lite snö eller kraftiga tinningar.

Den relativa karaktären av anpassningar är väl bevisad av paleontologiska data, som indikerar utrotningen av stora grupper av djur och växter som inte överlevde förändringen i levnadsförhållandena.

Allmän förståelse för biokemiska mekanismer

Levande organismers anpassning till miljön

Det finns 3 typer av adaptiva mekanismer:

1. Anpassning av makromolekylära komponenter i celler eller kroppsvätskor.

Det finns två typer av sådana enheter:

- kvantitetsförändring(koncentrationer) av redan existerande typer av makromolekyler, såsom enzymer;

- bildning av nya typer av makromolekyler till exempel nya isoenzymer som ersätter tidigare existerande makromolekyler.

2. Anpassning av mikromiljön i vilken makromolekyler fungerar. Till exempel förändras mediets osmotiska egenskaper eller sammansättningen av lösta ämnen.

3. Anpassning på funktionsnivå. I detta fall är förändringen i effektiviteten hos makromolekylära system, speciellt enzymer, inte associerad med en förändring i antalet makromolekyler som finns i cellen eller deras typer. I detta fall säkerställs anpassning genom en förändring i användningen av redan existerande makromolekylära system i enlighet med aktuella lokala behov för en viss aktivitet. Detta utförs på nivån av metabolisk reglering genom att öka eller minska enzymaktiviteten.

Adaptiva förändringar i enzymsystem

Det finns två huvudfunktioner hos enzymer: katalytisk och reglerande.

Orsaker till behovet av att genomföra anpassning genom att ändra uppsättningen av enzymer eller deras koncentration:

1. en förändring i kroppens behov när miljön förändras eller övergången till ett nytt utvecklingsstadium;

2. förändringar i fysiska miljöfaktorer (temperatur, tryck, etc.);

3. förändring av kemiska miljöfaktorer.

Anpassningar på mikromiljönivå av makromolekyler

· Vikten av osmoreglering.

· Val av vissa typer av lösta ämnen som "osmotiska effektorer."

· Betydelsen av makromolekylers lipidmiljö.

· Säkerställande av pH-värdet.

Med korrekt reglering av mikromiljön hos makromolekyler kan anpassning av organismen till förändringar i den yttre miljön inte kräva några förändringar i själva makromolekylerna.

Anpassning genom att förändra metabolisk aktivitet

Denna anpassning kan vara ett svar på:

1. förändringar i energibehov;

2. förändring av syretillförseln;

3. Exponering för faktorer som är förknippade med migration och svält.

4. förändring av fysiska miljöförhållanden;

5. förändring i hormonstatus.

Hastighet för biokemisk anpassning

Ju mer tid som ges för adaptiva förändringar, desto större val av möjliga adaptiva mekanismer.

Genetisk anpassning sker under många generationer. Mutationer förekommer i regulatoriska gener, aminosyrasubstitutioner med bildning av nya isoenzymer och uppkomsten av nya molekyler.

Exempel: uppkomsten av glykoproteinpolypeptid "frostskyddsmedel" i marina benfiskar som lever bland is.

2.1 Biokemiska anpassningar

Problemet med organismens stabilitet, dess anpassning till förändrade miljöfaktorer förblir ett av biologins centrala problem. Detta ämne har studerats av sådana forskare som A.N. Severtsov, I.I. Shmalhausen, K.M. Zavadsky, S.S. Schwartz, E.M. Kreps et al.

Problemet med anpassning täcker ett brett spektrum av frågor om organismens anpassning till miljöförhållanden. Detta problem är i centrum för många allmänna biologiska discipliner, eftersom det påverkar ett antal grundläggande egenskaper hos levande organismer. Men trots den stora variationen av typer, nivåer och mekanismer för anpassning, kan de betraktas som en övergångsprocess orsakad av en förändring i miljön eller dess individuella faktorer: övergången av ett levande system på vilken organisationsnivå som helst från ett stabilt tillstånd till annan.

Varje organism lever i en multikomponent livsmiljö, som ständigt förändras och organismen tvingas ständigt anpassa sig till den. Det är viktigt att veta här att vissa arter har smala, andra - bred anpassningsförmåga.

Det viktigaste med anpassningar är deras relativa natur, enligt vilken en organism eller population är bättre eller sämre anpassad till en specifik typ av naturlig miljö för tillfället. De väsentliga egenskaperna hos adaptiva processer är: systemisk natur, fas och kostnad för anpassning, inklusive mängden resurser som spenderas av organismen eller befolkningen för att anpassa sig till nya förhållanden.

Anpassningar till miljöförhållanden, som ett universellt biologiskt fenomen, bildas och manifesteras på olika nivåer av biologisk organisation, från molekylär till biokenotisk. På beteendenivån tenderar organismer att agera på sätt som verkar öka deras chanser att överleva i en given miljö och använda den miljön. På den anatomiska nivån visar en organisms strukturer ofta uppenbar överensstämmelse med dess sätt att leva. På den fysiska nivån återspeglar de sätt på vilka livsfunktioner utförs ofta de yttre förhållanden som en given art står inför.

Biokemiska förändringar är adaptiva för det mesta på nivån av grundläggande metaboliska funktioner och uppträder därför inte mikroskopiskt. Framgångsrik anpassning av enzymsystem, membran, andningspigment etc. till vissa miljöförhållanden indikerar inte identiteten av dessa system i olika organismer, även om deras yttre adaptiva egenskaper är likartade. För att identifiera dessa egenskaper i anpassningen av biokemiska system, har Nemova N.N. och Vysotskaya R.U. Vi övervägde först de biokemiska strukturer och funktioner som är absolut nödvändiga för alla levande system och uppvisar känslighet för förändringar i miljöfaktorer. Detta gäller först och främst biokemiska anpassningar som syftar till:

Bevarande av integriteten och funktionella aktiviteten hos makromolekyler (nukleinsyror, enzymer, strukturella och kontraktila proteiner) och supramolekylära komplex (kromatin, kromosomer, ribosomer, membran);

Att förse kroppen med energikällor och näringsämnen som används för biosyntesen av proteiner, nukleinsyror, kolhydrater och lipider som utgör kroppens vävnader och är reserver av näringsmaterial;

Upprätthålla regulatoriska mekanismer för metabolism och dess förändringar beroende på varierande miljöförhållanden.

De listade funktionerna är nödvändiga för alla levande system, oavsett vilka förhållanden de befinner sig i. Eftersom organismers metaboliska aktivitet är strikt beroende av makromolekyler såsom enzymer och nukleinsyror, bör anpassningsprocesser begränsas till att säkerställa att makromolekylernas funktioner är av en sådan typ och utförs med sådana hastigheter att organismens vitala processer fortskrider på ett tillfredsställande sätt. trots störningar från miljöaspekter. I anpassningsprocessen uppnår kroppen vektorhomeostas av metaboliska funktioner. Uttrycksvektorn homeostas understryker att i processen för anpassning till den yttre miljön "justeras" både hastigheten och riktningen av metaboliska reaktioner så att kroppen kontinuerligt får de produkter den behöver.

I arbetet av N.N. Naumova och R.U. Vysotskaya noterade att i verkligheten är biokemisk anpassning ofta en sista utväg som kroppen tar till när den inte har beteendemässiga eller fysiologiska sätt att undvika de negativa effekterna av miljön. Biokemisk anpassning är som regel inte det lättaste, det är ofta lättare att hitta en lämplig miljö genom migration än att omorganisera cellens kemi. Metabolismreglering utförs med hjälp av en hel hierarki av mekanismer som är inneboende i gener och realiseras genom syntes av motsvarande proteiner.

När man överväger biokemiska anpassningar på mikromiljönivå, är rollen för lipidmiljön i vilken många enzymer fungerar, särskilt de som är associerade med membran, viktig. Lipider, som inte är mikromolekyler, kan också, liksom en vattenhaltig miljö, skapa en mikromiljö som är gynnsam för proteiners funktion. När man diskuterar anpassningsprocesser som involverar membranlipider och osmolyter bör man ta hänsyn till de processer som ger önskat pH-värde i enzymernas omedelbara miljö. Valet av detta värde och buffertsystemen för att upprätthålla det var förmodligen det viktigaste problemet som levande organismer var tvungna att lösa i början av cellulär evolution. Enligt N.N. Naumova och R.U. Vysotskaya, detta följer av det faktum att pH-reglering finns i alla organismer som studerats hittills.

Biologisk och social anpassning av människor

Människans anpassning till miljöfaktorer är indirekt. Miljöfaktorers verkan förmedlas alltid av resultaten av mänskliga produktionsaktiviteter...

Lysosomala enzymers roll i fiskens ekologiska och biokemiska anpassning till förändrade miljöfaktorer; Biokemiskt integralindex - BII...

Biokemisk indikation på fiskens tillstånd

Miljöfaktorers inverkan på organismers livsaktivitet

Djur och växter tvingas anpassa sig till många faktorer i ständigt föränderliga levnadsförhållanden. Dynamiken hos miljöfaktorer i tid och rum beror på astronomiska, helioklimatiska...

Anpassningar av organismer till miljön kallas anpassning. Anpassningar är alla förändringar i organismers struktur och funktion som ökar deras chanser att överleva...

Begränsande faktorer. Anpassning av organismer till faktorer

De viktigaste anpassningsmekanismerna på organismnivå: 1) biokemiska - manifesterar sig i intracellulära processer, som till exempel en förändring i enzymernas arbete eller en förändring i deras kvantitet; 2) fysiologiskt - till exempel...

Organismen och dess livsvillkor

Fysiologiska anpassningar av växter till ljusförhållandena i mark-luftmiljön täcker olika vitala funktioner. Det har konstaterats att hos ljusälskande växter reagerar tillväxtprocesser känsligare på brist på ljus jämfört med skuggiga växter...

Grundläggande miljöfrågor

Anpassningar av organismer till miljön kallas anpassning. Anpassningar är alla förändringar i struktur och funktion hos organismer som ökar deras chanser att överleva. Förmågan att anpassa sig är en av livets huvudegenskaper i allmänhet...

Ekologi och människors hälsa

I vår planets historia (från dagen för dess bildande till nutid) har storslagna processer i planetarisk skala kontinuerligt inträffat och pågår och förvandlar jordens yta...

Människans ekologi

Biologisk anpassning av en person är en evolutionär anpassning av människokroppen till miljöförhållanden, uttryckt i en förändring av de yttre och inre egenskaperna hos ett organ, funktion eller hela organismen till förändrade miljöförhållanden...

Människans ekologi

Anpassningar skapas i förhållande till faktorer av både den naturliga och artificiella miljön, därför är de inte bara miljömässiga, utan också socioekonomiska till sin natur...

Anpassning är en uppsättning processer i kroppen som formar dess motstånd mot förändrade existensvillkor. Beroende på nivån av adaptiva reaktioner kan fysiologisk (systemisk) och biokemisk (cellulär) anpassning särskiljas.

Fysiologisk anpassning är förknippad med omstruktureringen av aktiviteten hos kroppens systemiska funktioner (till exempel blodcirkulation, andning, nervsystemet, etc.), vilket gör det möjligt att upprätthålla konstantheten i den inre miljön i kroppen och underlätta organens aktivitet och vävnader, förbättra deras tillförsel av näringsämnen och syre, påskynda avlägsnandet av avfallsprodukter.

Celler, som är en del av kroppen, har sina egna mekanismer för att omstrukturera ämnesomsättningen, baserat på förändringar i förloppet av biokemiska reaktioner inuti cellerna.

De två typerna av anpassning är nära relaterade till varandra och gör det möjligt för kroppen att anpassa sig till ogynnsamma förhållanden.

Anpassning är förknippad med reglering, eftersom ämnesomsättningen endast kan styras i rätt riktning med hjälp av ett system av extracellulära regulatorer. Biokemisk anpassning och reglering kan vara omedelbar och långsiktig.

Brådskande anpassning är förknippad med en snabb omstrukturering av ämnesomsättningen som sker i början av en kritisk situation. Dessutom orsakas alla förändringar i metabolism av införandet av brådskande mekanismer för reglering av cellulär metabolism, nämligen effekten av neurohormonella stimuli på permeabiliteten av cellmembran och enzymaktivitet.

Om omedelbar anpassning är inriktad på cellens överlevnad, syftar långsiktig anpassning till att bevara dess livskraft under ogynnsamma förhållanden. Under långvarig anpassning beror omstruktureringen av ämnesomsättningen på införandet av långsiktiga regleringsmekanismer, d.v.s. påverkan av neurohormonella stimuli på syntesen av enzymer och andra funktionella proteiner som ger en annan typ av metabolism motsvarande förändrade förhållanden.

Om neurohormonell reglering av någon anledning störs, kan kroppen inte anpassa sig till de rådande miljöförhållandena under lång tid, vilket visar sig i form av anpassnings- och acklimatiseringssjukdomar.

1. Berezov T.T., Korovkin B.F. Biologisk kemi. - M.: Medicin, 1999.

2. Hoffman E. Dynamisk biokemi. - M.: Medicin, 1971.

3. Goodman M., Morehouse F. Organiska molekyler i aktion. M.: Mir, 1977

4. LeningerA. Biokemi. - M.: Mir, 1986.

5. Murray R., Grenner D., Mace P., Roduel V. Human biochemistry. M.: Mir, 1993.

6. Nikolaev A.Ya. Biologisk kemi. - M.: Högre skola 1989.

7. Nikolaev L.A. Livets kemi. - M.: Utbildning, 1973.

8. Strayer L. Biochemistry. I 3 vol. - M.: Mir, 1984.

9. Stroev E.A. Biologisk kemi. - M.: Högre skola, 1986.

10. White A., Hendler F., Smith E. et al. Fundamentals of biochemistry. - M. Mir, 1981.

11. Filippovich Yu.B. Grunderna i biokemi. - M.: Agar, 1999.

Reaktioner på ogynnsamma miljöfaktorer är skadliga för levande organismer endast under vissa förhållanden, men i de flesta fall har de adaptiv betydelse. Därför kallades dessa svar "allmänt anpassningssyndrom" av Selye. I senare verk använde han termerna "stress" och "allmänt anpassningssyndrom" som synonymer.

Anpassningär en genetiskt bestämd process för bildandet av skyddssystem som säkerställer ökad stabilitet och förloppet av ontogenes under ogynnsamma förhållanden för det.

Anpassning är en av de viktigaste mekanismerna som ökar stabiliteten i ett biologiskt system, inklusive en växtorganism, under förändrade tillvaroförhållanden. Ju bättre en organism är anpassad till en viss faktor, desto mer motståndskraftig är den mot dess fluktuationer.

Den genotypiskt bestämda förmågan hos en organism att ändra ämnesomsättning inom vissa gränser beroende på den yttre miljöns verkan kallas reaktionsnorm. Den styrs av genotypen och är karakteristisk för alla levande organismer. De flesta modifieringar som sker inom det normala reaktionsintervallet har adaptiv betydelse. De motsvarar förändringar i miljön och säkerställer bättre växtöverlevnad under fluktuerande miljöförhållanden. I detta avseende har sådana modifieringar evolutionär betydelse. Begreppet ”reaktionsnorm” infördes av V.L. Johannsen (1909).

Ju större förmåga en art eller sort har att modifieras i enlighet med miljön, desto större är dess reaktionshastighet och desto högre förmåga att anpassa sig. Denna egenskap särskiljer resistenta sorter av grödor. Som regel leder små och kortvariga förändringar i miljöfaktorer inte till betydande störningar i växternas fysiologiska funktioner. Detta beror på deras förmåga att upprätthålla en relativ dynamisk balans i den inre miljön och stabiliteten hos grundläggande fysiologiska funktioner i en föränderlig yttre miljö. Samtidigt leder plötsliga och långvariga effekter till störningar av många funktioner hos växten, och ofta till dess död.

Anpassning omfattar alla processer och anpassningar (anatomiska, morfologiska, fysiologiska, beteendemässiga etc.) som bidrar till ökad stabilitet och bidrar till artens överlevnad.

1.Anatomiska och morfologiska anordningar. Hos vissa representanter för xerofyter når rotsystemets längd flera tiotals meter, vilket gör att växten kan använda grundvatten och inte uppleva brist på fukt under förhållanden med jord och atmosfärisk torka. Hos andra xerofyter minskar närvaron av en tjock nagelband, pubescenta blad och omvandlingen av löv till taggar vattenförlust, vilket är mycket viktigt under förhållanden med brist på fukt.

Stickande hårstrån och ryggar skyddar växter från att ätas av djur.

Träd på tundran eller på höga bergshöjder ser ut som buskar som kryper på huk, på vintern är de täckta med snö, vilket skyddar dem från svår frost.

I bergsområden med stora dagliga temperaturfluktuationer har växter ofta formen av utspridda kuddar med många stjälkar tätt placerade. Detta gör att du kan behålla fukten inuti kuddarna och en relativt jämn temperatur under hela dagen.

I kärr- och vattenväxter bildas ett speciellt luftbärande parenkym (aerenkym), som är en luftreservoar och underlättar andningen av delar av växten nedsänkta i vatten.

2. Fysiologisk-biokemiska anpassningar. Hos suckulenter är en anpassning för att växa i öken- och halvökenförhållanden assimileringen av CO 2 under fotosyntesen via CAM-vägen. Dessa växter har stomata som är stängda under dagen. Således bevarar växten sina inre vattenreserver från avdunstning. I öknar är vatten den viktigaste faktorn som begränsar växternas tillväxt. Stomata öppnar sig på natten, och vid denna tidpunkt kommer CO 2 in i de fotosyntetiska vävnaderna. Den efterföljande inblandningen av CO 2 i fotosyntescykeln sker under dagen när stomata är stängda.

Fysiologiska och biokemiska anpassningar inkluderar stomatas förmåga att öppna och stänga, beroende på yttre förhållanden. Syntesen i celler av abscisinsyra, prolin, skyddande proteiner, fytoalexiner, fytoncider, ökad aktivitet av enzymer som motverkar oxidativ nedbrytning av organiska ämnen, ackumulering av sockerarter i celler och en rad andra förändringar i ämnesomsättningen bidrar till att öka motståndet hos växter till ogynnsamma miljöförhållanden.

Samma biokemiska reaktion kan utföras av flera molekylära former av samma enzym (isoenzymer), där varje isoform uppvisar katalytisk aktivitet inom ett relativt snävt område av någon miljöparameter, såsom temperatur. Närvaron av ett antal isoenzymer gör att växten kan utföra reaktioner i ett mycket bredare temperaturområde jämfört med varje enskilt isoenzym. Detta gör det möjligt för växten att framgångsrikt utföra vitala funktioner under föränderliga temperaturförhållanden.

3. Beteendeanpassningar, eller undvikande av en ogynnsam faktor. Ett exempel är efemera och efemeroider (vallmo, vallmo, krokusar, tulpaner, snödroppar). De går igenom hela sin utvecklingscykel på våren på 1,5-2 månader, även innan värmen och torkan börjar. Således verkar de lämna, eller undvika att falla under påverkan av stressfaktorn. På samma sätt bildar tidig mogna sorter av jordbruksgrödor en skörd före uppkomsten av ogynnsamma säsongsfenomen: augustidimma, regn, frost. Därför är valet av många jordbruksgrödor inriktat på att skapa tidig mognadsorter. Fleråriga växter övervintrar i form av rhizomer och lökar i jorden under snö, vilket skyddar dem från frysning.

Anpassning av växter till ogynnsamma faktorer utförs samtidigt på många nivåer av reglering - från en enskild cell till en fytokenos. Ju högre organisationsnivå (cell, organism, population), desto fler mekanismer är samtidigt involverade i växternas anpassning till stress.

Reglering av metabola och anpassningsprocesser inuti cellen utförs med hjälp av system: metabolisk (enzymatisk); genetisk; membran Dessa system är nära sammankopplade. Sålunda beror membranens egenskaper på genaktivitet, och den differentiella aktiviteten hos själva generna är under kontroll av membran. Syntesen av enzymer och deras aktivitet styrs på genetisk nivå, samtidigt som enzymer reglerar nukleinsyrametabolismen i cellen.

På organismnivå nya läggs till de cellulära anpassningsmekanismerna, vilket återspeglar organens interaktion. Under ogynnsamma förhållanden skapar och behåller växter en sådan mängd fruktelement som är tillräckligt försedda med de nödvändiga ämnena för att bilda fullvärdiga frön. Till exempel, i blomställningarna av odlade spannmål och i fruktträdens kronor, under ogynnsamma förhållanden, kan mer än hälften av de etablerade äggstockarna falla av. Sådana förändringar är baserade på konkurrensförhållanden mellan organ för fysiologiskt aktiva ämnen och näringsämnen.

Under stressförhållanden accelererar processerna för åldrande och fall av de nedre bladen kraftigt. Samtidigt flyttar ämnen som behövs av växter från dem till unga organ, som svarar på organismens överlevnadsstrategi. Tack vare återvinningen av näringsämnen från de nedre bladen förblir de yngre, de övre bladen, livskraftiga.

Mekanismer för regenerering av förlorade organ fungerar. Till exempel är ytan av ett sår täckt med sekundär integumentär vävnad (sårperiderm), ett sår på en stam eller gren är läkt med knölar (förhårdnader). När det apikala skottet tappas vaknar vilande knoppar i växter och sidoskott utvecklas intensivt. Förnyelsen av löv på våren istället för de som föll på hösten är också ett exempel på naturlig organförnyelse. Regenerering som en biologisk anordning som ger vegetativ förökning av växter genom segment av rötter, rhizomer, tallus, stam- och bladsticklingar, isolerade celler, enskilda protoplaster, är av stor praktisk betydelse för växtodling, fruktodling, skogsbruk, prydnadsväxtodling, etc.

Hormonsystemet deltar också i processerna för skydd och anpassning på växtnivå. Till exempel, under påverkan av ogynnsamma förhållanden i en växt, ökar innehållet av tillväxthämmare kraftigt: eten och abscisinsyra. De minskar ämnesomsättningen, hämmar tillväxtprocesser, påskyndar åldrande, organförlust och växtens övergång till ett vilande tillstånd. Hämning av funktionell aktivitet under stressförhållanden under påverkan av tillväxthämmare är en karakteristisk reaktion för växter. Samtidigt minskar innehållet av tillväxtstimulerande medel i vävnader: cytokinin, auxin och gibberelliner.

På befolkningsnivå selektion tillkommer, vilket leder till uppkomsten av mer anpassade organismer. Möjligheten till selektion bestäms av förekomsten av intrapopulationsvariabilitet i växtresistens mot olika miljöfaktorer. Ett exempel på variation i resistens inom populationen kan vara den ojämna uppkomsten av plantor på salthaltig jord och ökningen av variationen i groningstidpunkten med ökande stressfaktorer.

En art i det moderna konceptet består av ett stort antal biotyper - mindre ekologiska enheter som är genetiskt identiska, men som uppvisar olika motståndskraft mot miljöfaktorer. Under olika förhållanden är inte alla biotyper lika livskraftiga och som ett resultat av konkurrens återstår bara de som bäst uppfyller de givna förutsättningarna. Det vill säga att resistensen hos en population (sort) mot en eller annan faktor bestäms av resistensen hos de organismer som utgör populationen. Resistenta sorter inkluderar en uppsättning biotyper som ger god produktivitet även under ogynnsamma förhållanden.

Samtidigt, under långvarig odling av sorter, förändras sammansättningen och förhållandet mellan biotyper i populationen, vilket påverkar sortens produktivitet och kvalitet, ofta inte till det bättre.

Så, anpassning inkluderar alla processer och anpassningar som ökar växternas motståndskraft mot ogynnsamma miljöförhållanden (anatomiska, morfologiska, fysiologiska, biokemiska, beteendemässiga, populationer, etc.)

Men för att välja den mest effektiva anpassningsvägen är det viktigaste den tid under vilken kroppen måste anpassa sig till nya förhållanden.

I händelse av en plötslig verkan av en extrem faktor kan reaktionen inte försenas, den måste följa omedelbart för att undvika oåterkalleliga skador på anläggningen. Vid långvarig exponering för en liten kraft sker adaptiva förändringar gradvis, och valet av möjliga strategier ökar.

I detta avseende finns det tre huvudsakliga anpassningsstrategier: evolutionär, ontogenetisk Och brådskande. Målet med strategin är effektiv användning av tillgängliga resurser för att uppnå huvudmålet - kroppens överlevnad under stress. Anpassningsstrategin syftar till att upprätthålla den strukturella integriteten hos vitala makromolekyler och den funktionella aktiviteten hos cellulära strukturer, bevara livsregleringssystem och förse växter med energi.

Evolutionära eller fylogenetiska anpassningar(fylogeni - utvecklingen av en biologisk art över tid) är anpassningar som uppstår under evolutionsprocessen på basis av genetiska mutationer, selektion och ärvs. De är de mest pålitliga för växternas överlevnad.

I evolutionsprocessen har varje växtart utvecklat vissa behov av levnadsförhållanden och anpassningsförmåga till den ekologiska nisch den upptar, en stabil anpassning av organismen till dess livsmiljö. Fukt- och skuggtolerans, värmebeständighet, köldbeständighet och andra ekologiska egenskaper hos specifika växtarter bildades som ett resultat av långvarig exponering för lämpliga förhållanden. Värmeälskande och kortdagsväxter är alltså karaktäristiska för sydliga breddgrader, medan mindre krävande värmeälskande och långdagsväxter är karakteristiska för nordliga breddgrader. Många evolutionära anpassningar av xerofytväxter till torka är välkända: ekonomisk användning av vatten, djupt liggande rotsystem, fällning av löv och övergång till ett vilande tillstånd och andra anpassningar.

I detta avseende uppvisar sorter av jordbruksväxter resistens mot just de miljöfaktorer mot bakgrund av vilka förädling och urval av produktiva former utförs. Om urvalet sker i ett antal på varandra följande generationer mot bakgrund av det ständiga inflytandet av någon ogynnsam faktor, kan sortens motståndskraft mot den ökas avsevärt. Det är naturligt att de sorter som föds upp vid forskningsinstitutet för jordbruk i sydöstra (Saratov) är mer motståndskraftiga mot torka än de sorter som skapas i avelscentra i Moskva-regionen. På samma sätt, i ekologiska zoner med ogynnsamma markklimatiska förhållanden, bildades resistenta lokala växtsorter, och endemiska växtarter är resistenta just mot den stressfaktor som uttrycks i deras livsmiljö.

Egenskaper för resistens hos vårvetesorter från samlingen av All-Russian Institute of Plant Growing (Semyonov et al., 2005)

I en naturlig miljö förändras miljöförhållandena vanligtvis mycket snabbt, och den tid under vilken stressfaktorn når en skadlig nivå räcker inte för bildandet av evolutionära anpassningar. I dessa fall använder växter inte permanenta, utan stressorinducerade försvarsmekanismer, vars bildning är genetiskt förutbestämd (bestämd).

Ontogenetiska (fenotypiska) anpassningarär inte förknippade med genetiska mutationer och är inte ärvda. Bildandet av denna typ av anpassning tar relativt lång tid, varför de kallas långsiktiga anpassningar. En av dessa mekanismer är förmågan hos ett antal växter att bilda en vattenbesparande fotosyntesväg av CAM-typ under förhållanden med vattenbrist orsakad av torka, salthalt, låga temperaturer och andra stressfaktorer.

Denna anpassning är associerad med induktionen av uttrycket av fosfoenolpyruvatkarboxylasgenen, som är "inaktiv" under normala förhållanden, och generna från andra enzymer i CAM-vägen för CO 2 -assimilering, med biosyntesen av osmolyter (prolin), med aktivering av antioxidantsystem och förändringar i de dagliga rytmerna av stomatala rörelser. Allt detta leder till mycket ekonomisk användning av vatten.

I åkergrödor, till exempel majs, saknas aerenchyma under normala odlingsförhållanden. Men under förhållanden med översvämning och brist på syre i rötternas vävnader, dör några av cellerna i den primära cortex av roten och stammen (apoptos eller programmerad celldöd). I deras ställe bildas håligheter genom vilka syre transporteras från den ovanjordiska delen av växten till rotsystemet. Signalen för celldöd är etylensyntes.

Brådskande anpassning sker med snabba och intensiva förändringar i levnadsförhållandena. Den är baserad på bildandet och funktionen av stötförsvarssystem. Stötförsvarssystem inkluderar till exempel värmechockproteinsystemet, som bildas som svar på en snabb temperaturökning. Dessa mekanismer ger kortsiktiga förutsättningar för överlevnad under påverkan av en skadlig faktor och skapar därmed förutsättningar för bildandet av mer tillförlitliga långsiktiga specialiserade anpassningsmekanismer. Ett exempel på specialiserade anpassningsmekanismer är nybildningen av frostskyddsproteiner vid låga temperaturer eller syntesen av sockerarter under övervintringen av vintergrödor. Samtidigt, om den skadliga effekten av en faktor överstiger kroppens skydds- och reparationsförmåga, inträffar oundvikligen döden. I det här fallet dör organismen i det brådskande stadiet eller i det stadium av specialiserad anpassning, beroende på intensiteten och varaktigheten av den extrema faktorn.

Skilja på specifik Och ospecifik (allmänt) växternas reaktioner på stressfaktorer.

Ospecifika reaktioner inte beror på arten av den agerande faktorn. De är desamma under påverkan av höga och låga temperaturer, brist på eller överskott av fukt, hög koncentration av salter i jorden eller skadliga gaser i luften. I alla fall ökar permeabiliteten av membran i växtceller, andningen försämras, den hydrolytiska nedbrytningen av ämnen ökar, syntesen av eten och abscisinsyra ökar och celldelning och förlängning hämmas.

Tabellen presenterar ett komplex av ospecifika förändringar som inträffar i växter under påverkan av olika miljöfaktorer.

Förändringar i fysiologiska parametrar i växter under påverkan av stressförhållanden (enligt G.V. Udovenko, 1995)

Baserat på data i tabellen kan man se att växtresistens mot flera faktorer åtföljs av enkelriktade fysiologiska förändringar. Detta ger anledning att tro att en ökning av växtresistensen mot en faktor kan åtföljas av en ökning av resistensen mot en annan. Detta har bekräftats av experiment.

Experiment vid Institutet för växtfysiologi vid den ryska vetenskapsakademin (Vl. V. Kuznetsov och andra) har visat att kortvarig värmebehandling av bomullsplantor åtföljs av en ökning av deras motståndskraft mot efterföljande salthalt. Och växternas anpassning till salthalt leder till en ökning av deras motståndskraft mot höga temperaturer. Värmechock ökar växternas förmåga att anpassa sig till efterföljande torka och, omvänt, under torka ökar kroppens motståndskraft mot höga temperaturer. Kortvarig exponering för höga temperaturer ökar motståndskraften mot tungmetaller och UV-B-strålning. Tidigare torka främjar växternas överlevnad i salthalt eller kalla förhållanden.

Processen att öka kroppens motstånd mot en given miljöfaktor som ett resultat av anpassning till en faktor av annan karaktär kallas korsanpassning.

För att studera allmänna (ospecifika) resistensmekanismer är växternas svar på faktorer som orsakar vattenbrist hos växter: salthalt, torka, låga och höga temperaturer och några andra av stort intresse. På nivån för hela organismen reagerar alla växter på vattenbrist på samma sätt. Kännetecknas av hämning av skotttillväxt, ökad tillväxt av rotsystemet, abscisinsyrasyntes och minskad stomatal konduktans. Efter en tid åldras de nedre bladen snabbt och deras död observeras. Alla dessa reaktioner syftar till att minska vattenförbrukningen genom att minska den förångande ytan, samt genom att öka rotens absorptionsaktivitet.

Specifika reaktioner- Det här är reaktioner på verkan av någon stressfaktor. Således syntetiseras fytoalexiner (ämnen med antibiotiska egenskaper) i växter som svar på kontakt med patogener.

Specificiteten eller icke-specificiteten hos reaktionsreaktioner innebär å ena sidan växtens inställning till olika stressfaktorer och å andra sidan specificiteten hos reaktionerna hos växter av olika arter och sorter på samma stressfaktor.

Manifestationen av specifika och ospecifika växtsvar beror på stressens styrka och hastigheten på dess utveckling. Specifika reaktioner inträffar oftare om stress utvecklas långsamt, och kroppen har tid att återuppbygga och anpassa sig till den. Ospecifika reaktioner inträffar vanligtvis med en kortare och starkare stressor. Funktionen av ospecifika (allmänna) motståndsmekanismer gör att anläggningen kan undvika stora energikostnader för att bilda specialiserade (specifika) anpassningsmekanismer som svar på varje avvikelse från normen i deras levnadsförhållanden.

Växtresistens mot stress beror på ontogenesfasen. De mest stabila växterna och växtorganen är i ett vilande tillstånd: i form av frön, lökar; vedartade perenner - i ett tillstånd av djup dvala efter lövfall. Växter är mest känsliga i unga år, eftersom tillväxtprocesser först skadas under stressförhållanden. Den andra kritiska perioden är perioden för könscellsbildning och befruktning. Stress under denna period leder till en minskning av växternas reproduktionsfunktion och en minskning av avkastningen.

Om stressiga förhållanden upprepas och har låg intensitet, bidrar de till växthärdning. Detta är grunden för metoder för att öka motståndet mot låga temperaturer, värme, salthalt och ökade nivåer av skadliga gaser i luften.

Pålitlighet En växtorganism bestäms av dess förmåga att förhindra eller eliminera misslyckanden på olika nivåer av biologisk organisation: molekylär, subcellulär, cellulär, vävnad, organ, organism och population.

För att förhindra störningar i växtlivet under påverkan av ogynnsamma faktorer, principerna för redundans, heterogenitet av funktionellt ekvivalenta komponenter, system för att reparera förlorade strukturer.

Redundans av strukturer och funktionalitet är ett av de viktigaste sätten att säkerställa systemets tillförlitlighet. Redundans och redundans har olika uttryck. På subcellulär nivå bidrar redundansen och dupliceringen av genetiskt material till att öka växtorganismens tillförlitlighet. Detta säkerställs till exempel av den dubbla helixen av DNA och en ökning av ploidi. Tillförlitligheten av en växtorganisms funktion under föränderliga förhållanden stöds också av närvaron av olika budbärar-RNA-molekyler och bildandet av heterogena polypeptider. Dessa inkluderar isoenzymer som katalyserar samma reaktion, men som skiljer sig i sina fysikalisk-kemiska egenskaper och molekylstrukturens stabilitet under föränderliga miljöförhållanden.

På cellnivå är ett exempel på redundans ett överskott av cellulära organeller. Det har således konstaterats att en del av de tillgängliga kloroplasterna är tillräckliga för att förse växten med fotosyntetiska produkter. De återstående kloroplasterna verkar förbli i reserv. Detsamma gäller den totala klorofyllhalten. Redundans manifesteras också i den stora ackumuleringen av prekursorer för biosyntesen av många föreningar.

På organismnivå uttrycks principen om redundans i bildandet och i att vid olika tidpunkter lägga ner mer än vad som krävs för generationsväxlingen, antalet skott, blommor, spikelets, i en enorm mängd pollen, ägglossningar , och frön.

På befolkningsnivå manifesteras principen om redundans hos ett stort antal individer som skiljer sig i motståndskraft mot en viss stressfaktor.

Reparationssystem fungerar också på olika nivåer - molekylär, cellulär, organism, population och biokenotisk. Reparationsprocesser kräver energi och plastämnen, så reparation är endast möjlig om tillräcklig metabolisk hastighet upprätthålls. Om ämnesomsättningen stannar upphör även reparationen. Under extrema miljöförhållanden är det särskilt viktigt att upprätthålla andningen, eftersom det är andningen som ger energi till reparationsprocesser.

Den återställande förmågan hos celler hos anpassade organismer bestäms av deras proteiners motståndskraft mot denaturering, nämligen stabiliteten hos de bindningar som bestämmer proteinets sekundära, tertiära och kvartära struktur. Till exempel beror mogna fröns motståndskraft mot höga temperaturer vanligtvis på att deras proteiner efter uttorkning blir resistenta mot denaturering.

Huvudkällan till energimaterial som substrat för andning är fotosyntes, därför beror energitillförseln av cellen och de tillhörande reparationsprocesserna på fotosyntesapparatens stabilitet och förmåga att återhämta sig efter skada. För att upprätthålla fotosyntes under extrema förhållanden i växter aktiveras syntesen av tylakoidmembrankomponenter, lipidoxidation hämmas och plastiders ultrastruktur återställs.

På organismnivå kan ett exempel på regenerering vara utvecklingen av ersättningsskott, uppvaknandet av vilande knoppar när tillväxtpunkter skadas.

Om du hittar ett fel, markera en text och klicka Ctrl+Enter.