La evolución de la adaptación es el principal resultado de la selección natural. Clasificación de la adaptación: adaptaciones morfológicas, fisiológicas-bioquímicas, etológicas, específicas: congruencias y cooperaciones. Relatividad de la conveniencia orgánica.
Respuesta: La adaptación es cualquier característica de un individuo, población, especie o comunidad de organismos que contribuye al éxito en la competencia y brinda resistencia a los factores abióticos. Esto permite que los organismos existan en condiciones ambientales dadas y dejen descendencia. Los criterios de adaptación son: viabilidad, competitividad y fertilidad.
Tipos de adaptación
Todas las adaptaciones se dividen en acomodación y adaptaciones evolutivas. Las adaptaciones son un proceso reversible. Ocurren cuando hay un cambio repentino en las condiciones ambientales. Por ejemplo, durante la reubicación, los animales ingresan a un entorno nuevo para ellos, pero se acostumbran gradualmente. Por ejemplo, una persona que se ha mudado del carril central a los trópicos o al extremo norte experimenta incomodidad por algún tiempo, pero eventualmente se acostumbra a las nuevas condiciones. La adaptación evolutiva es irreversible y los cambios resultantes son genéticamente fijos. Esto incluye todas las adaptaciones sobre las que actúa la selección natural. Por ejemplo, coloración protectora o carrera rápida.
Adaptaciones morfológicas manifestado en las ventajas de la estructura, coloración protectora, coloración de advertencia, mimetismo, disfraz, comportamiento adaptativo.
Las ventajas de la estructura son las proporciones óptimas del cuerpo, la ubicación y densidad de la cubierta de pelo o plumas, etc. La aparición de un mamífero acuático, un delfín, es bien conocida.
El mimetismo es el resultado de mutaciones homólogas (mismas) en diferentes especies que ayudan a los animales desprotegidos a sobrevivir.
Camuflaje: adaptaciones en las que la forma del cuerpo y el color de los animales se fusionan con los objetos circundantes.
Adaptaciones fisiológicas- adquisición de características específicas del metabolismo en diferentes condiciones ambientales. Proporcionan beneficios funcionales para el cuerpo. Se dividen condicionalmente en estáticos (parámetros fisiológicos constantes: temperatura, equilibrio de agua y sal, concentración de azúcar, etc.) y dinámicos (adaptación a las fluctuaciones en la acción del factor: cambios de temperatura, humedad, iluminación, campo magnético, etc.). ). Sin tal adaptación, es imposible mantener un metabolismo estable en el cuerpo en condiciones ambientales que fluctúan constantemente. Demos algunos ejemplos. En los anfibios terrestres, se pierde una gran cantidad de agua a través de la piel. Sin embargo, muchas de sus especies penetran incluso en los desiertos y semidesiertos. Las adaptaciones que se desarrollan en los animales buceadores son muy interesantes. Muchos de ellos pueden prescindir de oxígeno durante un tiempo relativamente largo. Por ejemplo, las focas se sumergen a una profundidad de 100-200 e incluso 600 metros y permanecen bajo el agua durante 40-60 minutos. Los órganos químicos de los insectos son increíblemente sensibles.
Adaptaciones bioquímicas proporcionar el curso óptimo de las reacciones bioquímicas en la célula, por ejemplo, el ordenamiento de la catálisis enzimática, la unión específica de gases por pigmentos respiratorios, la síntesis de las sustancias necesarias bajo ciertas condiciones, etc.
Las adaptaciones etológicas son todas las respuestas conductuales encaminadas a la supervivencia de los individuos y, por tanto, de la especie en su conjunto. Estas reacciones son:
Comportamiento en la búsqueda de alimento y pareja sexual,
Emparejamiento,
criando descendencia,
Evitar el peligro y proteger la vida en caso de amenaza.
Agresión y posturas amenazantes
Indiferencia y muchos otros.
Algunas respuestas conductuales se heredan (instintos), otras se adquieren durante la vida (reflejos condicionados).
Adaptaciones de especies se encuentran en el análisis de un grupo de individuos de una misma especie, son muy diversos en su manifestación. Los principales son diferentes congruencias, el nivel de mutabilidad, el polimorfismo intraespecífico, el nivel de abundancia y la densidad de población óptima.
congruencias representan todas las características morfofisiológicas y de comportamiento que contribuyen a la existencia de la especie como un sistema integral. Las congruencias reproductivas aseguran la reproducción. Algunos de ellos están directamente relacionados con la reproducción (correspondencia de los órganos genitales, adaptaciones de alimentación, etc.), mientras que otros son solo indirectamente (varios signos de señal: visual - traje de boda, comportamiento ritual; sonido - canto de los pájaros, el rugido de un ciervo macho durante el celo y otros; químico: varios atrayentes, por ejemplo, feromonas de insectos, secreciones de artiodáctilos, gatos, perros, etc.).
Las congruencias incluyen todas las formas de intraespecíficas. cooperación, - constitucional, trófica y reproductiva. cooperación constitucional expresada en las acciones coordinadas de los organismos en condiciones adversas, que aumentan las posibilidades de supervivencia. En invierno, las abejas se juntan en una bola y el calor que desprenden se gasta en co-calentamiento. En este caso, la temperatura más alta estará en el centro de la pelota y las personas de la periferia (donde hace más frío) se esforzarán constantemente allí. Por lo tanto, hay un movimiento constante de insectos y juntos pasarán el invierno de manera segura. Los pingüinos también se juntan en un grupo cerrado durante la incubación, las ovejas cuando hace frío, etc.
Cooperación trófica consiste en la asociación de organismos con el fin de obtener alimento. La actividad conjunta en esta dirección hace que el proceso sea más productivo. Por ejemplo, una manada de lobos caza mucho más eficientemente que un solo individuo. Al mismo tiempo, en muchas especies hay una división de funciones: algunos individuos separan a la víctima elegida de la manada principal y la conducen a una emboscada donde se escondieron sus familiares, etc. En las plantas, dicha cooperación se expresa en el sombreado conjunto de el suelo, lo que ayuda a retener la humedad en él.
Cooperación reproductiva aumenta el éxito de la reproducción y promueve la supervivencia de la descendencia. En muchas aves, los individuos se reúnen en leks y, en tales condiciones, es más fácil buscar una pareja potencial. Lo mismo sucede en las zonas de desove, colonias de pinnípedos, etc. La probabilidad de polinización en las plantas aumenta cuando crecen en grupos y la distancia entre los individuos es pequeña.
La ley de la conveniencia orgánica o ley de Aristóteles
1. Cuanto más profundos y versátiles estudie la ciencia las formas vivas, más plenamente se revelarán. conveniencia, es decir, la naturaleza propositiva, armoniosa, por así decirlo, razonable de su organización, desarrollo individual y relación con el medio ambiente. La conveniencia orgánica se revela en el proceso de comprensión del papel biológico de las características específicas de las formas vivas.
2. La conveniencia es inherente a todos los tipos. Se expresa en la sutil correspondencia mutua de las estructuras y el propósito de los objetos biológicos, en la adaptabilidad de las formas vivas a las condiciones de vida, en enfoque natural características del desarrollo individual, en el carácter adaptativo de las formas de existencia y comportamiento de las especies biológicas.
3. La conveniencia orgánica, que se convirtió en tema de análisis de la ciencia antigua y sirvió como base para las interpretaciones teleológicas y religiosas de la naturaleza viva, recibió una explicación materialista en la doctrina de Darwin de papel creativo selección natural, manifestada en la naturaleza adaptativa de la evolución biológica.
Esta es la formulación moderna de aquellas generalizaciones, cuyos orígenes se remontan a Aristóteles, quien planteó ideas sobre las causas finales.
El estudio de las manifestaciones específicas de la conveniencia orgánica es una de las tareas más importantes de la biología. Habiendo descubierto para qué sirve esta o aquella característica del objeto biológico en estudio, cuál es el significado biológico de esta característica, gracias a la teoría evolutiva de Darwin, nos acercamos a la respuesta a la pregunta de por qué y cómo surgió. Consideremos las manifestaciones de la conveniencia orgánica en ejemplos relacionados con varios campos de la biología.
En el campo de la citología brillante, buen ejemplo conveniencia orgánica - división celular en plantas y animales. Los mecanismos de división ecuacional (mitosis) y de reducción (meiosis) determinan la constancia del número de cromosomas en las células de una determinada especie vegetal o animal. La duplicación del conjunto diploide en la mitosis mantiene la constancia del número de cromosomas en las células somáticas en división. La haploidización del juego de cromosomas durante la formación de células germinales y su restauración durante la formación de un cigoto como resultado de la fusión de células germinales aseguran la preservación del número de cromosomas durante la reproducción sexual. Las desviaciones de la norma, que conducen a la poliploidización de las células, es decir, a la multiplicación del número de cromosomas contra el normal, se cortan por el efecto estabilizador de la selección natural o sirven como condición para el aislamiento genético, el aislamiento de la forma poliploide. con su posible transformación en una nueva especie. Al mismo tiempo, los mecanismos citogenéticos vuelven a entrar en juego, provocando la preservación del juego de cromosomas, pero ya en un nuevo nivel poliploide.
En el proceso de desarrollo individual de un organismo multicelular, se forman células, tejidos y órganos con diversos propósitos funcionales. La correspondencia de estas estructuras con su propósito, su interacción en el proceso de desarrollo y funcionamiento del organismo son manifestaciones características de la conveniencia orgánica.
Las adaptaciones para la reproducción y distribución de formas vivas proporcionan una extensa área de ejemplos de conveniencia orgánica. Vamos a nombrar algunos de ellos. Por ejemplo, las esporas bacterianas son muy resistentes a las condiciones ambientales adversas. Las plantas con flores están adaptadas a la polinización cruzada, en particular con la ayuda de insectos. Los frutos y semillas de varias plantas se adaptan para su distribución con la ayuda de animales. Los instintos sexuales y los instintos de cuidado de la descendencia son característicos de los animales de los más diversos niveles de organización. La estructura del caviar y los huevos asegura el desarrollo de los animales en el entorno adecuado. Las glándulas mamarias proporcionan una nutrición adecuada para la descendencia de los mamíferos.
Conceptos modernos de la especie. realidad de la existencia y importancia biológica tipos
Respuesta: Una especie es una de las principales formas de organización de la vida en la Tierra y la principal unidad de clasificación de la diversidad biológica. La variedad de especies modernas es enorme. Según diversas estimaciones, alrededor de 2-2,5 millones de especies viven actualmente en la Tierra (hasta 1,5-2 millones de especies animales y hasta 500 mil especies de plantas). El proceso de descripción de nuevas especies está continuamente en curso. Cada año se describen cientos y miles de nuevas especies de insectos y otros invertebrados y microorganismos. La distribución de especies por clases, familias y géneros es muy desigual. Hay grupos con una gran cantidad de especies y grupos, incluso de alto rango taxonómico, representados por unas pocas especies en la fauna y la flora modernas. Por ejemplo, toda una subclase de reptiles está representada por una sola especie: el tuatara.
Al mismo tiempo, la diversidad de especies modernas es mucho menor que el número de especies extintas. Debido a las actividades humanas, una gran cantidad de especies mueren cada año. Dado que la conservación de la biodiversidad es una condición indispensable para la existencia de la humanidad, este problema se está globalizando en la actualidad. K. Linnaeus sentó las bases de la taxonomía moderna de los organismos vivos. (El sistema de la naturaleza, 1735). K. Linnaeus descubrió que dentro de una especie, muchas características esenciales cambian gradualmente, de modo que pueden organizarse en una serie continua. K. Linnaeus consideraba las especies como grupos de organismos vivos objetivamente existentes, fácilmente distinguibles entre sí.
El concepto biológico de la especie. El concepto biológico se formó en los años 30-60 del siglo XX. basado en la teoría sintética de la evolución y datos sobre la estructura de las especies. Fue desarrollado con la mayor exhaustividad en el libro de Mayr Zoological Species and Evolution (1968), Mayr formuló el concepto biológico en forma de tres puntos: las especies no están determinadas por las diferencias, sino por el aislamiento; las especies no consisten en individuos independientes, sino en poblaciones; Las especies se definen en función de su relación con las poblaciones de otras especies. El criterio decisivo no es la fecundidad del mestizaje, sino el aislamiento reproductivo”. Así, según el concepto biológico Una especie es un grupo de poblaciones que se entrecruzan real o potencialmente y que están reproductivamente aisladas de otras poblaciones similares. Este concepto también se llama politípico El lado positivo del concepto biológico es una base teórica clara, bien desarrollada en los trabajos de Mayr y otros partidarios de este concepto. Sin embargo, este concepto no es aplicable a las especies que se reproducen sexualmente y en paleontología. El concepto morfológico de especie se formó sobre la base de una especie tipológica, más precisamente, sobre la base de una especie politípica multidimensional. Al mismo tiempo, representa un paso adelante respecto a estos conceptos. Según ella, la vista es un conjunto de individuos que tienen una similitud hereditaria de características morfológicas, fisiológicas y bioquímicas, se cruzan libremente y dan descendencia fértil, se adaptan a ciertas condiciones de vida y ocupan un área determinada en la naturaleza: un área. Así, dos conceptos de especie son discutidos y aplicados principalmente en la literatura actual: biológicos y morfológicos (taxonómicos).
La realidad de la existencia y el significado biológico de las especies.
Existir para los objetos de la ciencia biológica significa tener características sujeto-ontológicas de la realidad biológica. Partiendo de esto, el problema de la existencia de un gen, especie, etc. "se resuelve en el lenguaje de este nivel mediante la construcción de métodos experimentales y "observacionales", hipótesis, conceptos apropiados que asumen estas entidades como elementos de su realidad objetiva". La realidad biológica se formó teniendo en cuenta la existencia de varios niveles de "vivir", que es una jerarquía compleja del desarrollo de los objetos biológicos y sus relaciones.
Biodiversidad es la principal fuente de satisfacción para muchos necesidades humanas y sirve como base para su adaptación a las condiciones ambientales cambiantes. El valor práctico de la biodiversidad radica en el hecho de que es esencialmente una fuente inagotable de recursos biológicos. Estos son, en primer lugar, productos alimenticios, medicamentos, fuentes de materias primas para prendas de vestir, producción de materiales de construcción, etc. La biodiversidad es de gran importancia para la organización de la recreación humana.
La biodiversidad proporciona recursos genéticos para la agricultura, constituye la base biológica de la seguridad alimentaria mundial y es una condición necesaria para la existencia de la humanidad. Varias plantas silvestres relacionadas con los cultivos son muy importantes para la economía a nivel nacional y mundial. Por ejemplo, las variedades etíopes de cebada californiana brindan protección contra virus que causan enfermedades por un valor de $160 millones. Estados Unidos por año. La resistencia genética a enfermedades lograda con variedades de trigo silvestre en Turquía se estima en $ 50 millones
Adaptaciones de los organismos a la temperatura. Los organismos vivos en el transcurso de una larga evolución han desarrollado una variedad de adaptaciones que le permiten regular el metabolismo cuando cambia la temperatura ambiente. Esto se logra: 1) mediante varios cambios bioquímicos y fisiológicos en el cuerpo, que incluyen cambios en la concentración y actividad de las enzimas, deshidratación, disminución del punto de congelación de las soluciones corporales, etc.; 2) mantener la temperatura corporal a un nivel de temperatura más estable que la temperatura del ambiente, lo que le permite guardar la corriente para esta especie de bio reacciones químicas.[ ...]
Adaptaciones de temperatura. Las plantas, los invertebrados y los vertebrados inferiores (peces, anfibios y reptiles) no pueden mantener una temperatura corporal específica. Dependen más del calor procedente del exterior que del calor generado en los procesos de intercambio. Al mismo tiempo, en toda la gama de cambios, la temperatura corporal difiere poco (al nivel de décimas o no más de 1-2 °) de la temperatura del medio ambiente. Estos organismos pueden denominarse ectotermos, es decir, sujeto a la temperatura exterior. Algunos de ellos tienen una capacidad limitada para la estabilización térmica a corto plazo debido al calor de las reacciones bioquímicas y la intensa actividad muscular. Pero solo los verdaderos endotermos, aves y mamíferos, pueden mantener una temperatura corporal constantemente alta con cambios significativos en la temperatura ambiente. Tienen los medios de regulación efectiva de la transferencia de calor y la producción de calor del cuerpo. En algunos de ellos, los mecanismos correspondientes alcanzan gran potencia y perfección. Así, el zorro ártico, el búho nival y el ganso blanco soportan fácilmente el frío extremo sin que baje la temperatura corporal y manteniendo una diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente de 100 ° o más. Debido al espesor de la grasa subcutánea y las peculiaridades de la circulación periférica, muchos pinnípedos y ballenas se adaptan perfectamente a una larga estancia en agua helada.[ ...]
La descomposición bioquímica de una sustancia depende de una serie de procesos químicos y factores físicos, como la presencia de varios grupos funcionales en la molécula, el tamaño de la molécula y su estructura, la solubilidad de la sustancia, la isomerización, la polimerización, la formación de productos intermedios y su interacción, etc. Esta descomposición también está determinada por factores biológicos. factores: la complejidad del metabolismo en los microorganismos, la variabilidad de las cepas bacterianas, la influencia del medio ambiente y la duración de la adaptación de los microbios, etc. El mecanismo de adaptación aún se desconoce. Los plazos y límites de adaptación de los microorganismos son diferentes, desde varias horas hasta 200 días o más.[ ...]
cambios bioquímicos. Es bien sabido que los cambios de temperatura tienen un impacto significativo en la velocidad de las reacciones metabólicas y la intensidad general del metabolismo. Un aumento de la temperatura en el rango de tolerancia conduce a un aumento en la intensidad del metabolismo, y una disminución de la temperatura conduce a su disminución. Mientras tanto, los procesos metabólicos básicos en el cuerpo deben mantenerse en un cierto nivel, que puede cambiar solo dentro de límites bastante estrechos, de lo contrario, se producen trastornos de la homeostasis metabólica que son incompatibles con la vida. Se debe enfatizar especialmente que para el curso normal de los procesos metabólicos, tanto el nivel de los cambios de temperatura que se aproximan como su velocidad son importantes. Una disminución de la temperatura muy pronunciada y de rápido desarrollo puede conducir a una ralentización de los procesos metabólicos, que ya no puede garantizar el curso normal de los principales procesos vitales. Similar en severidad y velocidad, pero de dirección opuesta, un cambio de temperatura, es decir, su aumento, también puede conducir a tal aumento en la intensidad de los procesos metabólicos, que es difícil o imposible de proporcionar con oxígeno. Todo esto hizo que los peces y otros animales ectotérmicos se enfrentaran a la necesidad de desarrollar diversos mecanismos de control de la intensidad de los procesos metabólicos que aseguraran el mantenimiento del nivel de actividad metabólica relativamente independiente de la temperatura ambiente. papel clave al mismo tiempo, las enzimas juegan: catalizadores de innumerables reacciones químicas, cuya totalidad constituye el metabolismo. Dado que casi todas las reacciones celulares son catalizadas por enzimas, la regulación del metabolismo se reduce a la regulación del tipo e intensidad de las funciones enzimáticas.[ ...]
La adaptación a temperaturas estables se acompaña en animales poiquilotérmicos de cambios compensatorios en el nivel de metabolismo, que normalizan las funciones vitales en los regímenes de temperatura correspondientes. Tales adaptaciones se revelan al comparar especies estrechamente relacionadas, poblaciones geográficas de la misma especie y condiciones estacionales de individuos de la misma población. El patrón general de cambios adaptativos en el metabolismo es que los animales adaptados a una temperatura más baja tienen una tasa metabólica más alta que aquellos adaptados a una temperatura más alta (Fig. 4.8). Esto se aplica tanto al nivel general del metabolismo como a las reacciones bioquímicas individuales. Se ha demostrado, por ejemplo, que el nivel y la reactividad a los cambios de temperatura de la actividad amillítica del extracto pancreático de rana mora difiere en diferentes poblaciones geográficas de esta especie. Si la actividad a 35°С se toma como 100%, entonces a 5°С las ranas de la población de la península de Yamal tendrán una actividad de 53,7, y en la población de las cercanías de Ekaterimburgo será solo del 35%. [...]
La adaptación (adaptación) o poner el cuerpo en consonancia con el medio ambiente (sobre el agua purificada) provoca un fuerte aumento en la intensidad y la eficiencia de la purificación bioquímica. La adaptación es especialmente importante en aquellos casos en los que el residuo a tratar es una nueva sustancia sintética que no existía previamente en la naturaleza. A veces la adaptación lleva varios meses. El tiempo de adaptación se puede reducir si se realiza una siembra con microflora ya adaptada. La capacidad de los microorganismos para oxidar sustancias orgánicas está determinada por la actividad de sus enzimas, cada una de las cuales cataliza selectivamente una reacción. el conjunto de sistemas enzimáticos depende del contenido y concentración de las impurezas de las aguas residuales, y la tasa de formación de enzimas depende de la actividad fisiológica de los microorganismos.[ ...]
En la oxidación bioquímica de arenos, la presión parcial del oxígeno oxidante juega un papel importante. Un aumento de la presión hasta un cierto límite (dependiendo de la composición de la biocenosis) conduce a un aumento de la velocidad de reacción. En este caso, la velocidad del proceso está limitada por la solubilidad del oxígeno en la fase acuosa y la adaptación de los microorganismos. En comparación con otros microorganismos, Nocardia corallina, N. oraca, N. actinomorpha se adaptan más fácilmente que otros al aumento de la presión del gas oxidante.[ ...]
La adaptación de las cenosis microbianas a la contaminación industrial se basa en una variedad de mecanismos biológicos genéticamente heterogéneos. Los microbios destructores, de cuyas propiedades bioquímicas depende la capacidad oxidante de la biocenosis, pueden cambiar fenotípicamente, adquiriendo temporalmente la capacidad de fermentar ciertos compuestos, o genotípicamente, con la formación de nuevas formas de microbios, que tienen la capacidad de sintetizar un nueva enzima fijada hereditariamente. Los mecanismos reguladores aseguran la coordinación adecuada de la actividad metabólica de los sistemas enzimáticos individuales, evitan la producción excesiva de enzimas, productos intermedios y productos finales, y permiten que las bacterias utilicen sustancias químicas individuales de manera económica y conveniente. Esta asombrosa armonía del metabolismo celular es uno de los problemas más interesantes de las relaciones asociativas de los microbios.[ ...]
Las sustancias disueltas en agua se oxidan más rápido que en estado disperso. La presencia de grupos funcionales promueve la oxidación biológica y el átomo de carbono terciario la empeora. La presencia de un doble lazo en algunos casos facilita la biodegradación del compuesto.[ ...]
La adaptación fisiológica y bioquímica de una persona al ruido es imposible.[ ...]
La adaptación fisiológica y bioquímica de una persona al ruido es imposible. El ruido fuerte es una droga física para una persona. El ruido musical de 120-130 decibelios (dB) es comparable al de un rayo o al despegue de un avión a reacción (100 dB).[ ...]
En el trabajo se muestra la posibilidad de destrucción bioquímica del clorofos por lodos activados a una concentración de estos últimos en el rango de 25-500 mg/dm3. La adaptación preliminar de la microflora permitió intensificar significativamente este proceso.[ ...]
Se llevaron a cabo varios experimentos para estudiar la actividad bioquímica de los limos obtenidos tanto de un cultivo como de una mezcla de cultivos. La técnica experimental fue la siguiente. Se introdujo lodo activado de cierta concentración en un microaireador que contenía 1 litro de agua residual industrial estéril, el líquido de lodo se aireó durante varios períodos de tiempo y luego se detuvo la aireación; después de 30 minutos. sedimentación, el líquido fue sifonado y utilizado para análisis químico, y el lodo activado se llenó con agua residual fresca. En algunos casos, se utilizó el mismo lodo activado sin adaptación previa para tratar aguas residuales de diferente composición.[ ...]
La gravedad específica del componente bioquímico en el instante adaptación de temperatura, aparentemente, menos que el componente fisiológico, porque es más fácil para el cuerpo evitar un régimen de temperatura desfavorable que recurrir al "encendido" de los mecanismos bioquímicos. Otra cosa es cuando se trata de cambios graduales y más bien a largo plazo (días, semanas, meses), digamos, cambios estacionales en el régimen de temperatura de un embalse o su contaminación térmica. Aquí, junto con los cambios fisiológicos y bioquímicos, pasan a primer plano, asegurando la restauración de la actividad funcional y el funcionamiento normal del cuerpo bajo un nuevo régimen de temperatura al compensar la intensidad del metabolismo (aclimatación metabólica). Dado que la intensidad de los principales procesos metabólicos que proporcionan al cuerpo energía y material de "construcción" (la formación de sustancias intermedias, la síntesis de ácidos nucleicos, proteínas, lípidos y carbohidratos) necesarios para la vida normal está determinada por las enzimas, las enzimas adquieren un papel decisivo en la adaptación bioquímica a condiciones de temperatura en constante cambio.[ ...]
Dado que todos los procesos bioquímicos tienen lugar con la participación de enzimas, al ingresar materia orgánica de una composición y estructura química diferente, la actividad vital de los microorganismos puede interrumpirse por completo debido al efecto tóxico, o durante algún tiempo hay una adaptación (adaptación) de los microorganismos a las condiciones cambiantes. La consecuencia de esto es el desarrollo de nuevas enzimas, bajo cuya influencia comienza a descomponerse un nuevo tipo de contaminación orgánica. Dependiendo de la naturaleza química de la contaminación, su concentración, el número de microorganismos, la tasa de su reproducción y otros factores externos, el período de adaptación puede durar desde varios días hasta varios meses.[ ...]
En ausencia de instalaciones de tratamiento bioquímico, se pueden utilizar para la infección los sedimentos de los ríos tomados por debajo de la descarga de aguas residuales (a una distancia de aproximadamente 0,5 km) o las aguas residuales domésticas, cuya microflora debe adaptarse previamente. Para adaptar la microflora, las aguas residuales domésticas se diluyen con agua del grifo hasta una oxidabilidad del bicromato igual a 50-60 mg O g / l, y se le agregan desechos industriales en una cantidad tal que la oxidabilidad del bicromato de la mezcla es 100-150 mg O g/l. La solución se coloca en un termostato a 30°C o se mantiene a temperatura ambiente. Después de 2 días, el líquido se vuelve turbio, a veces aparece una película en su superficie, lo que indica el abundante desarrollo de la microflora (es deseable verificarlo con un microscopio). Cuando la oxidabilidad del bicromato disminuye en un 50-60%, se vuelve a agregar agua de los residuos de producción y después de 2-3 días se filtra el líquido con la microflora adaptada, procediendo como se describe anteriormente.[ ...]
Determinación de DBO de aguas residuales tratadas bioquímicamente. Las aguas residuales que han sido sometidas a un tratamiento bioquímico en plantas apropiadas tienen algunas características que conviene destacar. Los valores de la DBO de tales aguas son insignificantes y, en el curso de la determinación, solo los compuestos difícilmente oxidables ("bioquímicamente rígidos") son oxidados bioquímicamente por el oxígeno. Por lo tanto, la curva que muestra el aumento de la DBO a lo largo del tiempo (por día) es relativamente plana (la tasa de oxidación es insignificante). En estas condiciones, el uso de microflora adaptada es especialmente importante para no retrasar demasiado el proceso, y la adaptación de la microflora introducida debe realizarse precisamente sobre esta agua, que se ha sometido a una depuración bioquímica, y no sobre agua sin tratar. Estas aguas contienen gran cantidad de nitritos, por lo que es necesaria la eliminación de estos últimos con ácido sulfámico o azida sódica. Un exceso de ácido sulfámico no hace daño, ya que se descompone sin formar sustancias oxidantes.[ ...]
Las adaptaciones fisiológicas se manifiestan, por ejemplo, en las características del conjunto enzimático en el tracto digestivo de los animales, que está determinado por la composición del alimento. Así, un camello es capaz de satisfacer las necesidades de humedad por oxidación bioquímica de su propia grasa.[ ...]
Adaptaciones fisiológicas. El calor producido por los organismos vivos como subproducto de las reacciones bioquímicas puede servir como fuente de aumento de la temperatura corporal. Por lo tanto, muchos organismos, utilizando procesos fisiológicos, pueden cambiar su temperatura corporal dentro de ciertos límites. Esta capacidad se llama termorregulación.[ ...]
Aproximadamente a +100 C, ya que las reacciones bioquímicas en las células se desarrollan en soluciones acuosas. Esto, sin embargo, no es del todo cierto. Los principales factores que determinan los límites de temperatura de la vida activa o la preservación de la viabilidad de los organismos son la estabilidad térmica de las proteínas, membranas celulares y otros complejos macromoleculares de la célula, así como el equilibrio de las reacciones bioquímicas en los procesos del metabolismo celular. Las proteínas son biopolímeros complejos, cuya actividad funcional depende de la estructura espacial de la molécula, que está respaldada por muchos enlaces: fuertes (covalentes e iónicos) y débiles, incluidos los de hidrógeno, sensibles a la temperatura. A bajas temperaturas, estos enlaces son estables, por lo que la adaptación a la vida a temperaturas cercanas a cero se logra principalmente desplazando la temperatura óptima de actividad enzimática y armonizándola en todo el complejo de enzimas y mecanismos reguladores.[ ...]
Finalmente, otra forma de adaptación bioquímica es la producción de enzimas homólogas, que se caracterizan por una independencia más o menos pronunciada de los cambios de temperatura en el rango de tolerancia de la especie. Un vívido ejemplo de este tipo de adaptación lo proporciona la piruvato quinasa de Gilichthys mirabilis (Fig. 16), cuya capacidad para unirse al fosfoenol-piruvato (sustrato) es prácticamente independiente de la temperatura en un rango bastante significativo. Este es un ejemplo de la producción de una enzima euritérmica, que difiere significativamente en el grado de dependencia de la temperatura del K en comparación con las isoenzimas estenotérmicas de la piruvato quinasa de la trucha arcoíris.[ ...]
El cálculo de las instalaciones de tratamiento bioquímico de aguas residuales industriales se realiza en función de la demanda bioquímica total de oxígeno. El valor DBO5 no da ninguna indicación de la demanda de oxígeno, ya que depende del grado de adaptación de los microbios a los compuestos contenidos en las aguas residuales, del número de microbios tomados para la infección y de la dilución adoptada. Así, la DBO5 1 mg de una sustancia, según varios autores, varía para el formaldehído de 0,33 a 1,1; para acetaldehído de 0,66 a 0,91; para furfural de 0,28 a 0,77; para alcohol metílico de 0,12 a 0,96; para ácido acético de 0,34 a 0,77. En mesa. 44 proporciona datos sobre la demanda bioquímica total de oxígeno para una serie de compuestos orgánicos, obtenidos por especialistas nacionales.[ ...]
La estrategia y las formas específicas de adaptación bioquímica a los factores ambientales en constante fluctuación, incluido el factor temperatura, se analizan en detalle en una excelente monografía de P. Khochachka y J. Por lo tanto, nos limitaremos a un breve resumen de las principales ideas y datos fácticos que indican la importancia crítica de los fundamentos bioquímicos adaptación a la temperatura de los peces.[ ...]
Estrategia de adaptación bioquímica.[ ...]
La influencia de las sustancias tóxicas orgánicas en los procesos bioquímicos es muy diversa. Muchos de ellos sirven como fuente de carbono para los microorganismos, por lo que pueden ser procesados en concentraciones significativas en el purificado. aguas residuales. Sin embargo, el proceso de su oxidación bioquímica procede lentamente, especialmente al principio; a medida que los microorganismos se adaptan, la intensidad del proceso aumenta y después de un cierto período de tiempo alcanza su valor máximo. La duración del período de adaptación depende del tipo de sustancias tóxicas y su concentración; suele tardar hasta dos meses y solo a veces más.[ ...]
Los irritantes son factores que provocan cambios bioquímicos y fisiológicos (adaptaciones).[ ...]
El esquema tecnológico considerado de las instalaciones de tratamiento bioquímico es el más simple en términos de instrumentación, pero es recomendable usarlo solo si las aguas residuales industriales tienen una composición estable y parámetros básicos sin cambios: caudal, pH, temperatura, contenido de contaminantes, composición de la contaminación. La práctica de operar instalaciones de tratamiento en empresas químicas ha demostrado que, en la mayoría de los casos, las aguas residuales industriales tienen una composición variable, lo que desestabiliza el modo tecnológico de operación de las instalaciones de tratamiento, afecta negativamente al lodo activado y evita que este último se adapte a los contaminantes. Por lo tanto, es más conveniente utilizar el esquema tecnológico de las instalaciones de tratamiento con un promedio preliminar de las aguas residuales industriales que ingresan (Fig. 4.5).[ ...]
Los mecanismos moleculares de adaptación a la temperatura incluyen cambios en la estructura primaria de las enzimas, utilizando mecanismos fundamentales como activación génica, transcripción, traducción y ensamblaje de nuevas variantes de enzimas (isoenzimas), cambios en las concentraciones de isoenzimas individuales adaptadas a ciertas temperaturas, cambios en la propiedades cinéticas de una enzima dada, cambio en los cofactores y el microambiente en el que funcionan las enzimas, cambios conformacionales que conducen a la aparición de isoenzimas "instantáneas" o funcionales. La elección de una estrategia y mecanismos específicos para la adaptación bioquímica de los peces está determinada principalmente por la tasa de aparición y la duración de los cambios de temperatura, así como por las condiciones ecológicas y ambientales de las especies. caracteristicas de la edad pez.[ ...]
Durante la puesta en marcha de las instalaciones de tratamiento bioquímico, es obligatoria la adaptación (adaptación) gradual de los microorganismos de los lodos activados a la oxidación de los contaminantes de las aguas residuales.[ ...]
Trabajo de oxidación del tanque de aireación No. 1. Los experimentos sobre el tratamiento bioquímico de aguas residuales, por regla general, comienzan con el tratamiento de aguas residuales con una pequeña concentración de sustancias orgánicas para adaptar la microflora del lodo a contaminantes específicos. La obtención de resultados de limpieza estables permite cambiar el modo de funcionamiento de la estructura.[ ...]
Según la investigación de Mills, para optimizar los procesos de tratamiento bioquímico se debe combinar un aumento en la concentración de lodos activados con termobiosis. La termobiosis se refiere al funcionamiento y, en consecuencia, a la adaptación de los microorganismos a temperaturas superiores a 30 °C, cuando comienzan a predominar los procesos termofílicos en el metabolismo de los microorganismos, acompañados, en particular, por un crecimiento acelerado, una oxidación bioquímica acelerada de los contaminantes y un aumento de la actividad enzimatica. Los microorganismos termotolerantes (Pseudomonas, Bacterium, Sarcina) predominaron entre los termófilos en los limos compactados. Con esta proporción - alrededor de 1: 800, los termófilos euritérmicos juegan un papel subordinado en la oxidación bioquímica de la contaminación industrial.[ ...]
La base para el desarrollo de métodos para el tratamiento bioquímico de aguas residuales en dos y varias etapas es la idea de cultivar lodos activados en plantas de tratamiento adaptadas a la oxidación de ciertos grupos de contaminantes orgánicos. Se cree que cuanto más cerca esté la adaptación (especialización) de los lodos activados a esta especie contaminación, más exitoso es el proceso de purificación bioquímica. Una de las formas para la implementación de ingeniería de esta idea es la creación de un tratamiento bioquímico por etapas, en cada etapa del cual funciona una cierta cultura de lodos activados. Está claro que cuanto mayor sea la diferencia en las tasas de oxidación bioquímica de los componentes individuales de las aguas residuales, cuanto mayor sea su concentración inicial, más efectivo será el uso de un esquema de tratamiento por etapas.[ ...]
Se ha establecido que con un aumento en la temperatura del agua residual, aumenta la velocidad de la reacción bioquímica. Sin embargo, en la práctica se mantiene dentro del rango de 20-30 °C. Superar la temperatura especificada puede provocar la muerte de los microorganismos. A temperaturas más bajas, la tasa de limpieza disminuye, el proceso de adaptación de los microbios a nuevos tipos de contaminación se ralentiza, los procesos de nitrificación, floculación y deposición de lodos activados empeoran. El aumento de la temperatura dentro de los límites óptimos acelera el proceso de descomposición de las sustancias orgánicas de 2 a 3 veces. Con un aumento en la temperatura del agua residual, la solubilidad del oxígeno disminuye, por lo tanto, para mantener la concentración requerida en el agua, se requiere una aireación más intensiva.[ ...]
En agua con contaminación doméstica, en ausencia de una adaptación preliminar de la flora bacteriana, el emulsionante STEK a concentraciones de 10-30 mg/l provocó un aumento insignificante, y a una concentración de 100 mg/l, una ligera disminución del oxígeno bioquímico. consumo. El procesamiento estadístico de los resultados de dos series paralelas de experimentos (5 experimentos por serie) -control y afectado por STEK a una concentración de 5 mg/l- no mostró diferencias significativas entre los valores de la VPC calculados a partir de la serie en diferentes tiempos del experimento (el experimento se realizó durante 20 días).[ ...]
Para cada drenaje en particular, los lodos activados deben adaptarse gradualmente. Con la adecuación de los lodos y asegurando la proporción deseada de bacterias y protozoos, aumenta la eficiencia del tratamiento bioquímico, y disminuye el aumento del exceso de lodos activados. Incluso después de la adaptación, las sustancias nocivas contenidas en las aguas residuales pueden estar en concentraciones por encima del límite y tener un efecto tóxico sobre los microorganismos del lodo.[ ...]
La monografía trata una amplia gama de temas sobre el polimorfismo bioquímico genéticamente determinado en humanos. Introducido bosquejo histórico estudio de la variabilidad genética y bioquímica en las poblaciones y analizó sus propios resultados del estudio del polimorfismo bioquímico en un número importante de sistemas genéticos de enzimas y otras proteínas de la sangre. Se han compilado mapas gene-geográficos que amplían significativamente la imagen de la diferenciación genética y antropológica en el territorio de la URSS. Contiene nueva información sobre la formación de grupos étnicos y tipos antropológicos del norte de Asia y territorios adyacentes en el espacio y el tiempo. Los datos sobre la adaptación evolutiva humana a nivel bioquímico se analizan críticamente. Se da una evaluación de uno de los factores más importantes de la dinámica genética - la tasa del proceso de mutación en algunas poblaciones de la URSS.[ ...]
Los componentes permanentes de las aguas residuales urbanas son los tensioactivos. En relación a la oxidación bioquímica, se dividen en "blandos" y "duros". Los tensioactivos rígidos prácticamente no sufren oxidación bioquímica. La capacidad de oxidación bioquímica de los tensioactivos está determinada por su Estructura química. Los sulfatos de alquilo de tensioactivos aniónicos con una cadena hidrocarbonada normal se someten fácilmente a oxidación bioquímica. Los tensioactivos con una cadena hidrocarbonada ramificada que contiene un anillo de benceno y los tensioactivos no iónicos son los más resistentes a la oxidación bioquímica. La capacidad de oxidar bioquímicamente los tensioactivos se puede aumentar con la adaptación de los microorganismos, que debe comenzar con la introducción de pequeñas cantidades de tensioactivos (alrededor de 5 mg/l).[ ...]
La alta heterogeneidad estructural y funcional que la acompaña de la hemoglobina de los peces se encuentra entre los mecanismos bioquímicos más importantes de amplia adaptación a una amplia gama de factores cambiantes, tanto internos como externos. La presencia en el cuerpo de hemoglobina compleja y multicomponente, cada una de las cuales tiene sus propias condiciones óptimas para funcionar, aumenta su capacidad reactiva para unir y liberar oxígeno, es decir, contribuye en última instancia al suministro óptimo de oxígeno al cuerpo bajo diferentes condiciones fisiológicas y constantes. condiciones ambientales cambiantes [ . ..]
La composición de las aguas residuales industriales es variada. Muy a menudo, las sustancias contenidas en las aguas residuales ralentizan mucho el proceso de oxidación bioquímica y, en ocasiones, tienen un efecto tóxico. Sin embargo, se sabe que los microorganismos pueden adaptarse (adaptarse) a diversos compuestos, incluidos incluso los tóxicos. A la hora de determinar la demanda bioquímica de oxígeno de los efluentes industriales, la adaptación preliminar de la microflora tiene una importancia decisiva. La adaptación toma algún tiempo.[ ...]
Otra respuesta adaptativa importante que ocurre durante la deficiencia de oxígeno a corto o largo plazo en el medio ambiente, pero ya a nivel bioquímico (molecular), es un cambio en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Ya a principios de este siglo, A. Krogh e I. Leich demostraron que la adaptación de los peces a un contenido reducido de oxígeno se realiza aumentando la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Comparando el valor de la tensión de oxígeno en el agua, necesaria para la saturación media de la sangre en peces sedentarios de agua dulce (carpa, anguila), que a menudo se encuentran con deficiencia de oxígeno en hábitats naturales, con truchas oxifílicas de gran movilidad, encontraron que en peces sedentarios este valor es 3-5 veces menor que los de alta movilidad. La misma dependencia también se reveló al comparar dos especies de peces marinos que difieren en su nivel de actividad: la platija de fondo y el bacalao pelágico, sin embargo, en este caso, las diferencias alcanzaron solo un valor doble (Fig. 18) ■ Se continuó con la investigación de este plan sobre peces marinos por R. Root, quien llegó a la conclusión de que la sangre de los peces muy activos tiene una mayor capacidad de oxígeno en comparación con la sangre de los peces poco activos. Según algunos expertos, el grado de afinidad de la hemoglobina por el oxígeno es el factor más importante, que determina el nivel de resistencia de los peces a la deficiencia de oxígeno. Se reveló la existencia de una relación entre los valores de Po y P95 de sangre y el nivel de /e02 umbral y crítico (Fig. 19) para muchas especies de peces marinos y de agua dulce pertenecientes a diferentes grupos ecológicos en cuanto a actividad. [...]
Resumiendo los datos experimentales presentados en este capítulo, se debe reconocer que los peces tienen mecanismos fisiológicos y bioquímicos altamente efectivos para adaptarse a la deficiencia de oxígeno a corto o largo plazo en el medio ambiente (hipoxia exógena) o como resultado del trabajo muscular extenuante y otras condiciones. . situaciones estresantes(hipoxia endógena).[ ...]
En embalses con grandes diferencias de temperatura, cuya amplitud alcanza varias decenas de grados, viven peces euritermales. Si la adaptación de los peces estenotérmicos se basa en el comportamiento y la elección activa de hábitats, entonces la adaptación de los peces euritermales se basa en mecanismos bioquímicos profundos (cambios en la concentración de enzimas, su actividad y la proporción de isoformas individuales de una enzima particular) . Las isoenzimas térmicas muestran una alta afinidad por los sustratos a temperaturas cercanas al "rango superior" para esta especie (aproximadamente 15-20 °C), y la pierden rápidamente a bajas temperaturas (aproximadamente 10 °C e inferiores). " Las isoenzimas se unen mejor al sustrato a temperaturas inferiores a 10°C, y a temperaturas más altas muestran menos afinidad por él que las variantes "térmicas".[ ...]
Si lee atentamente los tres capítulos anteriores, probablemente haya notado que cuando un organismo se adapta a los cambios en diversas condiciones ambientales, a menudo se observan cambios unidireccionales y bastante proporcionales en los mismos parámetros bioquímicos. Resulta que la adaptación de un organismo a cualquier factor ambiental puede contribuir a su adaptación a otros factores, aumentar la resistencia a ellos. Este fenómeno se llama adaptación cruzada. En primer lugar, volvamos a los hechos y luego tratemos de comprender la base molecular de la adaptación cruzada humana y su significado práctico.[ ...]
Las ideas ecológicas sobre los procesos evolutivos en las poblaciones, llamadas microevolución por N.V. Timofeev-Resovsky, fueron desarrolladas en gran medida por la escuela de ecologistas de los Urales bajo el liderazgo de S.S. Schwartz. De acuerdo con estas ideas, el proceso microevolutivo pasa por las siguientes etapas: 1) la ocurrencia de cambios morfológicos en la población durante la adaptación a condiciones de hábitat específicas; 2) la acumulación de cambios fisiológicos que siguen a esto; 3) cambios bioquímicos en el cuerpo y, en consecuencia, cambios en la información genética; 4) formación de nuevas subespecies; 5) la formación de nuevas especies.[ ...]
Muchos peces bentónicos de lagos profundos que viven en aguas completamente desoxigenadas o con una importante deficiencia de oxígeno, peces de pantanos tropicales o pequeños lagos helados encuentran constantemente deficiencias agudas de oxígeno y se han visto obligados a mejorar las posibilidades del metabolismo anaeróbico durante su larga evolución. En estas condiciones, los mecanismos bioquímicos de adaptación a nivel molecular cobran protagonismo, pues solo ellos pueden asegurar la supervivencia a largo plazo de los peces en condiciones tan extremas como la deficiencia constante de oxígeno o incluso su ausencia a corto plazo.[ ...]
Al establecer la concentración máxima permisible de una sustancia nociva en el aire del área de trabajo, el paso más importante y crítico es determinar la concentración mínima efectiva (umbral) (PC) en un experimento a largo plazo (crónico). Las ratas blancas se utilizan como animales de experimentación. Por lo general, se estudian los resultados de la exposición a concentraciones de 2-3 veces, con la ayuda de las cuales se establecen concentraciones (AUC y PC) de subumbral (máximo inactivo) y umbral (mínimo efectivo) de acuerdo con indicadores funcionales, bioquímicos y otros. Las concentraciones subumbral y umbral establecidas como resultado de un largo experimento permiten revelar las características del impacto de las sustancias nocivas y las características de la adaptación animal a este efecto. Teniendo en cuenta las características reveladas, se eligen los valores de MPC. La transición a ellos se realiza multiplicando las concentraciones umbral por el factor de seguridad, cuyo valor depende de la toxicidad de la sustancia y varía de 3 a 20.[ ...]
De acuerdo con los conceptos modernos, el mecanismo principal para regular los procesos metabólicos es un cambio en la actividad de enzimas individuales o sistemas enzimáticos que aseguran el curso normal del metabolismo. A su vez, la regulación de la actividad enzimática se lleva a cabo de tres formas principales: 1) cambiando la actividad de las enzimas (estrategia de "modulación"); 2) cambiar las concentraciones de enzimas (estrategia "cuantitativa"); 3) cambiar el conjunto de enzimas (estrategia "cualitativa"). La participación de cada uno de estos mecanismos de adaptación bioquímica en el desarrollo de tres formas temporales de compensación de los efectos de la temperatura: inmediata, retardada y a largo plazo no es la misma.[ ...]
Los fisiólogos distinguen entre parámetros de resistencia individuales: resistencia a las heladas y al frío, resistencia al calor y la sequía, resistencia a la salinidad y enfermedades. Pero el número de tipos de resistencia está creciendo: resistencia a gases (03, B02, Sh4), resistencia a metales pesados (mercurio, cobre, cadmio, etc.), herbicidas, hidrocarburos y otros factores tecnogénicos "aparecieron". Si se desarrolla este principio "factorial" de clasificación de las resistencias, entonces es posible llegar a la existencia de resistencias a temperaturas individuales (-25? -5 ° +40? +50 °) o diversas concentraciones de agentes químicos. Desde el punto de vista de los mecanismos específicos de resistencia, es necesario buscar muchas formas individuales de adaptación en la célula. Tal tarea nos parece demasiado complicada y generalmente poco realista. Es difícil imaginar que una célula tenga una resistencia específica a alguna sustancia, que condiciones naturales no conocido antes. Probablemente sea más racional partir de la posición de que los mecanismos de respuesta de un sistema vivo a las influencias externas estuvieron sujetos a la selección natural en la evolución y, por lo tanto, la estrategia bioquímica de adaptación celular debería ser más uniforme y más racional. Por lo tanto, es más razonable considerar ciertos tipos de estabilidad como manifestaciones particulares principios generales confiabilidad de un sistema vivo (Grodzinsky, 1983).
Ideas generales sobre mecanismos bioquímicos.
Adaptaciones de los organismos vivos al medio ambiente.
Hay 3 tipos de mecanismos adaptativos:
1. Adaptación de componentes macromoleculares de células o fluidos corporales.
Hay 2 tipos de dicho dispositivo:
- cambio de cantidad(concentraciones) de tipos existentes de macromoléculas, como enzimas;
- formación de nuevos tipos de macromoléculas, por ejemplo, nuevas isoenzimas que reemplazan macromoléculas previamente existentes.
2. Adaptación del microambiente en el que funcionan las macromoléculas. Por ejemplo, cambian las propiedades osmóticas del medio o la composición de las sustancias disueltas.
3. Adaptación a nivel funcional. En este caso, el cambio en la eficiencia de los sistemas macromoleculares, especialmente las enzimas, no está asociado con un cambio en el número de macromoléculas presentes en la célula o en sus tipos. En este caso, la adaptación es proporcionada por un cambio en el uso de sistemas macromoleculares ya existentes de acuerdo con las necesidades locales actuales para una actividad particular. Esto se lleva a cabo a nivel de regulación metabólica aumentando o disminuyendo la actividad de las enzimas.
Cambios adaptativos en los sistemas enzimáticos
2 funciones principales de las enzimas: catalítica y reguladora.
Razones de la necesidad de implementar la adaptación cambiando el conjunto de enzimas o su concentración:
1. cambio en las necesidades del cuerpo cuando cambia el entorno o la transición a una nueva etapa de desarrollo;
2. cambio en los factores físicos del medio ambiente (temperatura, presión, etc.);
3. cambio en los factores químicos del medio ambiente.
Adaptaciones a nivel del microambiente de macromoléculas
La importancia de la osmorregulación.
· Selección de determinados tipos de solutos como "efectores osmóticos".
· La importancia del entorno lipídico de las macromoléculas.
· Asegurar el valor de pH.
Con una regulación adecuada del microambiente de las macromoléculas, la adaptación del organismo a los cambios en el ambiente externo puede no requerir ningún cambio en las propias macromoléculas.
Adaptación cambiando la actividad metabólica
Esta adaptación puede ser en respuesta a:
1. necesidades energéticas cambiantes;
2. cambio en el suministro de oxígeno;
3. el impacto de los factores asociados con la migración y el hambre;
4. cambio en las condiciones físicas del medio ambiente;
5. cambio en el estado hormonal.
Tasa de adaptación bioquímica
Cuanto más tiempo se permita para el cambio adaptativo, mayor será la elección de posibles mecanismos adaptativos.
adaptación genética ocurre a lo largo de muchas generaciones. Hay mutaciones en los genes reguladores, sustituciones de aminoácidos con la formación de nuevas isoenzimas, la aparición de nuevas moléculas.
Ejemplo: la aparición del polipéptido glicoproteico "anticongelante" en peces óseos marinos que viven entre los hielos.
Las reacciones a factores ambientales desfavorables solo bajo ciertas condiciones son perjudiciales para los organismos vivos y, en la mayoría de los casos, tienen un valor adaptativo. Por ello, estas respuestas fueron denominadas por Selye “síndrome general de adaptación”. En trabajos posteriores, utilizó los términos "estrés" y "síndrome de adaptación general" como sinónimos.
Adaptación- este es un proceso genéticamente determinado de formación de sistemas protectores que proporcionan un aumento en la estabilidad y el flujo de ontogénesis en condiciones desfavorables para ello.
La adaptación es uno de los mecanismos más importantes que aumenta la resiliencia sistema biológico, incluido el organismo vegetal, en las condiciones cambiadas de existencia. Cuanto mejor se adapta el organismo a algún factor, más resistente es a sus fluctuaciones.
La capacidad determinada genotípicamente de un organismo para cambiar el metabolismo dentro de ciertos límites, dependiendo de la acción del ambiente externo, se llama velocidad de reacción. Está controlado por el genotipo y es característico de todos los organismos vivos. La mayoría de las modificaciones que ocurren dentro de los límites de la norma de reacción son de importancia adaptativa. Corresponden a cambios en el hábitat y proporcionan una mejor supervivencia de las plantas en condiciones ambientales fluctuantes. En este sentido, dichas modificaciones han importancia evolutiva. El término "velocidad de reacción" fue introducido por V.L. Johansen (1909).
Cuanto mayor sea la capacidad de una especie o variedad para modificarse de acuerdo con el entorno, mayor será su velocidad de reacción y mayor será su capacidad de adaptación. Esta propiedad distingue variedades resistentes de cultivos agrícolas. Como regla general, los cambios leves y a corto plazo en los factores ambientales no conducen a violaciones significativas de las funciones fisiológicas de las plantas. Esto se debe a su capacidad para mantener el equilibrio dinámico relativo del entorno interno y la estabilidad de las funciones fisiológicas básicas en un entorno externo cambiante. Al mismo tiempo, los impactos agudos y prolongados provocan la interrupción de muchas funciones de la planta y, a menudo, la muerte.
La adaptación incluye todos los procesos y adaptaciones (anatómicas, morfológicas, fisiológicas, conductuales, etc.) que aumentan la estabilidad y contribuyen a la supervivencia de la especie.
1.Adaptaciones anatómicas y morfológicas. En algunos representantes de las xerófitas, la longitud del sistema de raíces alcanza varias decenas de metros, lo que permite que la planta use agua subterránea y no experimente falta de humedad en condiciones de suelo y sequía atmosférica. En otras xerófitas, la presencia de una cutícula gruesa, la pubescencia de las hojas y la transformación de las hojas en espinas reducen la pérdida de agua, lo cual es muy importante en condiciones de falta de humedad.
Los pelos y las espinas ardientes protegen a las plantas de ser devoradas por los animales.
Los árboles en la tundra o en las alturas de las montañas altas parecen arbustos rastreros achaparrados, en invierno están cubiertos de nieve, lo que los protege de las heladas severas.
EN áreas montañosas con grandes fluctuaciones diurnas de temperatura, las plantas a menudo tienen la forma de almohadas aplanadas con numerosos tallos densamente espaciados. Esto le permite mantener la humedad dentro de las almohadas y una temperatura relativamente uniforme durante todo el día.
En las plantas de pantano y acuáticas, se forma un parénquima especial portador de aire (aerénquima), que es un depósito de aire y facilita la respiración de las partes de la planta sumergidas en agua.
2. Adaptaciones fisiológicas y bioquímicas. En suculentas, una adaptación para crecer en condiciones desérticas y semidesérticas es la asimilación de CO 2 durante la fotosíntesis a lo largo de la vía CAM. Estas plantas tienen los estomas cerrados durante el día. Así, la planta evita que las reservas internas de agua se evaporen. En los desiertos, el agua es el principal factor que limita el crecimiento de las plantas. Los estomas se abren durante la noche y, en ese momento, el CO 2 ingresa a los tejidos fotosintéticos. La posterior implicación del CO2 en el ciclo fotosintético se produce durante el día ya con estomas cerrados.
Las adaptaciones fisiológicas y bioquímicas incluyen la capacidad de los estomas para abrirse y cerrarse, según las condiciones externas. La síntesis en las células de ácido abscísico, prolina, proteínas protectoras, fitoalexinas, fitoncidas, un aumento de la actividad de las enzimas que contrarrestan la descomposición oxidativa de sustancias orgánicas, la acumulación de azúcares en las células y una serie de otros cambios en el metabolismo contribuyen a una aumento de la resistencia de las plantas a las condiciones ambientales adversas.
La misma reacción bioquímica puede llevarse a cabo por varias formas moleculares de la misma enzima (isoenzimas), mientras que cada isoforma exhibe actividad catalítica en un rango relativamente estrecho de algún parámetro ambiental, como la temperatura. La presencia de varias isoenzimas permite que la planta lleve a cabo la reacción en un rango de temperaturas mucho más amplio, en comparación con cada isoenzima individual. Esto permite que la planta realice con éxito funciones vitales en condiciones de temperatura cambiantes.
3. Adaptaciones conductuales o evitación de un factor adverso. Un ejemplo son las efímeras y las efemérides (amapola, estrella, azafranes, tulipanes, campanillas). Pasan por todo el ciclo de su desarrollo en la primavera durante 1,5-2 meses, incluso antes del inicio del calor y la sequía. Por lo tanto, se van o evitan caer bajo la influencia del factor estresante. De manera similar, las variedades de cultivos agrícolas de maduración temprana forman un cultivo antes del inicio de eventos estacionales adversos: nieblas de agosto, lluvias, heladas. Por lo tanto, la selección de muchos cultivos agrícolas tiene como objetivo la creación de variedades maduras tempranas. Las plantas perennes pasan el invierno como rizomas y bulbos en el suelo bajo la nieve, lo que las protege de la congelación.
La adaptación de las plantas a los factores desfavorables se lleva a cabo simultáneamente en muchos niveles de regulación, desde una sola célula hasta una fitocenosis. Cuanto mayor sea el nivel de organización (célula, organismo, población), mayor será el número de mecanismos simultáneamente involucrados en la adaptación de las plantas al estrés.
La regulación de los procesos metabólicos y adaptativos dentro de la célula se lleva a cabo con la ayuda de sistemas: metabólico (enzimático); genético; membrana. Estos sistemas están estrechamente relacionados. Por tanto, las propiedades de las membranas dependen de la actividad de los genes, y la actividad diferencial de los propios genes está bajo el control de las membranas. La síntesis de enzimas y su actividad se controlan a nivel genético, al mismo tiempo, las enzimas regulan el metabolismo de los ácidos nucleicos en la célula.
Sobre el nivel de organismo a los mecanismos celulares de adaptación, se agregan otros nuevos, que reflejan la interacción de los órganos. En condiciones desfavorables, las plantas crean y retienen una cantidad tal de elementos frutales que reciben en cantidades suficientes las sustancias necesarias para formar semillas completas. Por ejemplo, en las inflorescencias de los cereales cultivados y en las copas de los árboles frutales, en condiciones adversas, se pueden caer más de la mitad de los ovarios depositados. Tales cambios se basan en las relaciones competitivas entre los órganos por los nutrientes y fisiológicamente activos.
En condiciones de estrés, los procesos de envejecimiento y caída de las hojas inferiores se aceleran considerablemente. Al mismo tiempo, las sustancias necesarias para las plantas pasan de ellas a los órganos jóvenes, respondiendo a la estrategia de supervivencia del organismo. Gracias al reciclaje de nutrientes de las hojas inferiores, las más jóvenes, las hojas superiores, siguen siendo viables.
Existen mecanismos de regeneración de los órganos perdidos. Por ejemplo, la superficie de la herida se cubre con un tejido tegumentario secundario (periderma de la herida), la herida en el tronco o la rama se cura con influjos (callos). Con la pérdida del brote apical, las yemas latentes despiertan en las plantas y los brotes laterales se desarrollan intensamente. La restauración primaveral de las hojas en lugar de las caídas en otoño también es un ejemplo de regeneración natural de órganos. La regeneración como dispositivo biológico que proporciona la propagación vegetativa de las plantas por segmentos de raíces, rizomas, talos, esquejes de tallos y hojas, células aisladas, protoplastos individuales, tiene una gran valor práctico para el cultivo de plantas, fruticultura, silvicultura, jardinería ornamental, etc.
El sistema hormonal también está involucrado en los procesos de protección y adaptación a nivel de la planta. Por ejemplo, bajo la influencia de condiciones desfavorables en una planta, el contenido de inhibidores del crecimiento aumenta considerablemente: etileno y ácido abscísico. Reducen el metabolismo, inhiben los procesos de crecimiento, aceleran el envejecimiento, la caída de órganos y la transición de la planta a un estado latente. La inhibición de la actividad funcional bajo estrés bajo la influencia de inhibidores del crecimiento es una reacción característica de las plantas. Al mismo tiempo, disminuye el contenido de estimulantes del crecimiento en los tejidos: citoquinina, auxina y giberelinas.
Sobre el nivel de población se añade la selección, que conduce a la aparición de organismos más adaptados. La posibilidad de selección está determinada por la existencia de variabilidad intrapoblacional en la resistencia de las plantas a diversos factores ambientales. Un ejemplo de variabilidad intrapoblacional en la resistencia puede ser la apariencia hostil de las plántulas en suelo salino y un aumento en la variación del tiempo de germinación con el aumento de la acción de un estresor.
Desde el punto de vista moderno, una especie consta de una gran cantidad de biotipos: unidades ecológicas más pequeñas, genéticamente idénticas, pero que muestran diferente resistencia a los factores ambientales. Bajo diferentes condiciones, no todos los biotipos son igualmente vitales, y como resultado de la competencia, solo quedan aquellos que mejor cumplen con las condiciones dadas. Es decir, la resistencia de una población (variedad) a un factor particular está determinada por la resistencia de los organismos que componen la población. Las variedades resistentes tienen en su composición un conjunto de biotipos que brindan buena productividad aún en condiciones adversas.
Al mismo tiempo, en el proceso de cultivo a largo plazo, la composición y la proporción de biotipos en la población cambia en las variedades, lo que afecta la productividad y la calidad de la variedad, a menudo no para mejor.
Así, la adaptación incluye todos los procesos y adaptaciones que aumentan la resistencia de las plantas a condiciones ambientales adversas (anatómicas, morfológicas, fisiológicas, bioquímicas, de comportamiento, demográficas, etc.)
Pero para elegir la forma más efectiva de adaptación, lo principal es el tiempo durante el cual el cuerpo debe adaptarse a las nuevas condiciones.
Con la acción repentina de un factor extremo, la respuesta no puede retrasarse, debe seguir de inmediato para excluir daños irreversibles a la planta. Con impactos a largo plazo de una fuerza pequeña, los reordenamientos adaptativos ocurren gradualmente, mientras aumenta la elección de posibles estrategias.
En este sentido, existen tres estrategias principales de adaptación: evolutivo, ontogenético Y urgente. El objetivo de la estrategia es uso efectivo recursos disponibles para lograr el objetivo principal - la supervivencia del cuerpo bajo estrés. La estrategia de adaptación tiene como objetivo mantener la integridad estructural de las macromoléculas vitales y la actividad funcional de las estructuras celulares, mantener los sistemas de regulación de la actividad vital y proporcionar energía a las plantas.
Adaptaciones evolutivas o filogenéticas(filogénesis - desarrollo especies en el tiempo) son adaptaciones que surgen durante el proceso evolutivo sobre la base de mutaciones genéticas, selección y se heredan. Son los más fiables para la supervivencia de las plantas.
Cada especie de plantas en proceso de evolución ha desarrollado ciertas necesidades por las condiciones de existencia y adaptabilidad al nicho ecológico que ocupa, una adaptación estable del organismo al medio ambiente. La tolerancia a la humedad ya la sombra, la resistencia al calor, la resistencia al frío y otras características ecológicas de especies de plantas específicas se formaron como resultado de la acción a largo plazo de las condiciones relevantes. Por lo tanto, las plantas que aman el calor y los días cortos son características de las latitudes del sur, las plantas que requieren menos calor y los días largos son características de las latitudes del norte. Son bien conocidas numerosas adaptaciones evolutivas de las plantas xerófitas a la sequía: uso económico del agua, sistema de raíces profundas, desprendimiento de hojas y transición a un estado latente, y otras adaptaciones.
En este sentido, las variedades de plantas agrícolas muestran resistencia precisamente a aquellos factores ambientales contra los cuales se realiza el mejoramiento y selección de formas productivas. Si la selección se lleva a cabo en varias generaciones sucesivas en el contexto de la influencia constante de algún factor desfavorable, entonces la resistencia de la variedad puede aumentar significativamente. Es natural que las variedades de los institutos de investigación de mejoramiento Agricultura Sureste (Saratov), son más resistentes a la sequía que las variedades creadas en los centros de cultivo de la región de Moscú. De la misma manera, en zonas ecológicas con condiciones edafoclimáticas desfavorables, se formaron variedades vegetales locales resistentes, y las especies vegetales endémicas son resistentes al estresor que se expresa en su hábitat.
Caracterización de la resistencia de variedades de trigo de primavera de la colección del Instituto de Industria Vegetal de toda Rusia (Semenov et al., 2005)
| Variedad | Origen | Sustentabilidad |
| Enita | región de Moscú | Resistente a la sequía media |
| Saratovskaya 29 | Región de Saratov | resistente a la sequía |
| Cometa | región de Sverdlovsk. | resistente a la sequía |
| Karazino | Brasil | resistente a los ácidos |
| Preludio | Brasil | resistente a los ácidos |
| Kolonias | Brasil | resistente a los ácidos |
| Thrintani | Brasil | resistente a los ácidos |
| PPG-56 | Kazajstán | tolerante a la sal |
| Osh | Kirguistán | tolerante a la sal |
| Surjak 5688 | Tayikistán | tolerante a la sal |
| Messel | Noruega | tolerante a la sal |
En un entorno natural, las condiciones ambientales suelen cambiar muy rápidamente, y el tiempo durante el cual el factor de estrés alcanza un nivel dañino no es suficiente para la formación de adaptaciones evolutivas. En estos casos, las plantas no utilizan mecanismos de defensa permanentes, sino inducidos por estresores, cuya formación está predeterminada (determinada) genéticamente.
Adaptaciones ontogenéticas (fenotípicas) no están asociados con mutaciones genéticas y no se heredan. La formación de tales adaptaciones requiere un tiempo relativamente largo, por lo que se denominan adaptaciones a largo plazo. Uno de esos mecanismos es la capacidad de varias plantas para formar una vía de fotosíntesis de tipo CAM que ahorra agua en condiciones de déficit de agua causado por sequía, salinidad, bajas temperaturas y otros factores estresantes.
Esta adaptación está asociada a la inducción de la expresión del gen de la fosfoenolpiruvato carboxilasa, inactiva en condiciones normales, y de los genes de otras enzimas de la vía CAM de captación de CO2, con la biosíntesis de osmolitos (prolina), con la activación de antioxidantes y con cambios en los ritmos diarios de los movimientos estomáticos. Todo esto conduce a un consumo de agua muy económico.
En los cultivos de campo, por ejemplo, en el maíz, el aerénquima está ausente en condiciones normales de crecimiento. Pero en condiciones de inundación y falta de oxígeno en los tejidos de las raíces, algunas de las células de la corteza primaria de la raíz y el tallo mueren (apoptosis o muerte celular programada). En su lugar, se forman cavidades a través de las cuales se transporta oxígeno desde la parte aérea de la planta hasta el sistema radicular. La señal de muerte celular es la síntesis de etileno.
Adaptación urgente Ocurre con cambios rápidos e intensos en las condiciones de vida. Se basa en la formación y funcionamiento de los sistemas de protección contra choques. Los sistemas de defensa contra choques incluyen, por ejemplo, el sistema de proteína de choque térmico, que se forma en respuesta a un rápido aumento de la temperatura. Estos mecanismos brindan condiciones de supervivencia a corto plazo bajo la acción de un factor dañino y, por lo tanto, crean los requisitos previos para la formación de mecanismos de adaptación especializados a largo plazo más confiables. Un ejemplo de mecanismos de adaptación especializados es la nueva formación de proteínas anticongelantes a bajas temperaturas o la síntesis de azúcares durante la hibernación de cultivos de invierno. Al mismo tiempo, si el efecto dañino del factor excede las capacidades protectoras y reparadoras del cuerpo, inevitablemente se produce la muerte. En este caso, el organismo muere en la etapa de urgencia o en la etapa de adaptación especializada, dependiendo de la intensidad y duración de la acción del factor extremo.
Distinguir específico Y no específico (general) respuestas de las plantas a los estresores.
Reacciones inespecíficas no dependen de la naturaleza del factor actuante. Son los mismos bajo la acción de altas y bajas temperaturas, falta o exceso de humedad, altas concentraciones de sales en el suelo o gases nocivos en el aire. En todos los casos, aumenta la permeabilidad de las membranas en las células vegetales, se altera la respiración, aumenta la descomposición hidrolítica de sustancias, aumenta la síntesis de etileno y ácido abscísico, y se inhiben la división y elongación celular.
La tabla muestra un complejo de cambios no específicos que ocurren en las plantas bajo la influencia de varios factores ambientales.
Cambios en los parámetros fisiológicos de las plantas bajo la influencia de condiciones estresantes (según G.V., Udovenko, 1995)
| Parámetros | La naturaleza del cambio en los parámetros bajo condiciones | |||
| sequías | salinidad | alta temperatura | baja temperatura | |
| La concentración de iones en los tejidos. | creciente | creciente | creciente | creciente |
| Actividad de agua en la célula. | Cayendo | Cayendo | Cayendo | Cayendo |
| Potencial osmótico de la célula. | creciente | creciente | creciente | creciente |
| Capacidad de retención de agua | creciente | creciente | creciente | — |
| Escasez de agua | creciente | creciente | creciente | — |
| Permeabilidad del protoplasma | creciente | creciente | creciente | — |
| Tasa de transpiración | Cayendo | Cayendo | creciente | Cayendo |
| Eficiencia de transpiración | Cayendo | Cayendo | Cayendo | Cayendo |
| Eficiencia energética de la respiración. | Cayendo | Cayendo | Cayendo | — |
| Intensidad de respiración | creciente | creciente | creciente | — |
| Fotofosforilación | Disminuye | Disminuye | — | Disminuye |
| Estabilización del ADN nuclear | creciente | creciente | creciente | creciente |
| Actividad funcional del ADN | Disminuye | Disminuye | Disminuye | Disminuye |
| concentración de prolina | creciente | creciente | creciente | — |
| Contenido de proteínas hidrosolubles | creciente | creciente | creciente | creciente |
| Reacciones sintéticas | suprimido | suprimido | suprimido | suprimido |
| Absorción de iones por las raíces | suprimido | suprimido | suprimido | suprimido |
| Transporte de sustancias | Deprimido | Deprimido | Deprimido | Deprimido |
| Concentración de pigmento | Cayendo | Cayendo | Cayendo | Cayendo |
| división celular | ralentiza | ralentiza | — | — |
| Estiramiento celular | suprimido | suprimido | — | — |
| Número de elementos frutales | Reducido | Reducido | Reducido | Reducido |
| Envejecimiento de órganos | Acelerado | Acelerado | Acelerado | — |
| cosecha biológica | Degradado | Degradado | Degradado | Degradado |
Con base en los datos de la tabla, se puede ver que la resistencia de las plantas a varios factores va acompañada de cambios fisiológicos unidireccionales. Esto da motivos para creer que un aumento de la resistencia de la planta a un factor puede ir acompañado de un aumento de la resistencia a otro. Esto ha sido confirmado por experimentos.
Los experimentos en el Instituto de Fisiología Vegetal de la Academia de Ciencias de Rusia (Vl. V. Kuznetsov y otros) han demostrado que el tratamiento térmico a corto plazo de las plantas de algodón va acompañado de un aumento de su resistencia a la salinización posterior. Y la adaptación de las plantas a la salinidad conlleva un aumento de su resistencia a las altas temperaturas. El choque térmico aumenta la capacidad de las plantas para adaptarse a la sequía posterior y, a la inversa, en el proceso de sequía, aumenta la resistencia del cuerpo a las altas temperaturas. La exposición breve a altas temperaturas aumenta la resistencia a los metales pesados ya la radiación UV-B. La sequía precedente favorece la supervivencia de las plantas en condiciones de salinidad o frío.
El proceso de aumentar la resistencia del cuerpo a este factor medioambiental como resultado de la adaptación a un factor de diferente naturaleza se denomina adaptación cruzada.
Para estudiar los mecanismos generales (no específicos) de resistencia, es de gran interés la respuesta de las plantas a los factores que provocan deficiencia hídrica en las plantas: salinidad, sequía, bajas y altas temperaturas, entre otros. A nivel de todo el organismo, todas las plantas reaccionan a la falta de agua de la misma manera. Caracterizado por la inhibición del crecimiento de los brotes, aumento del crecimiento del sistema radicular, síntesis de ácido abscísico y disminución de la conductividad estomática. Después de algún tiempo, las hojas inferiores envejecen rápidamente y se observa su muerte. Todas estas reacciones tienen como objetivo reducir el consumo de agua al reducir la superficie de evaporación, así como aumentar la actividad de absorción de la raíz.
Reacciones específicas son reacciones a la acción de cualquier factor de estrés. Así, las fitoalexinas (sustancias con propiedades antibióticas) se sintetizan en las plantas en respuesta al contacto con patógenos (patógenos).
La especificidad o no especificidad de las respuestas implica, por un lado, la actitud de una planta ante diversos estresores y, por otro lado, las reacciones características de plantas de diferentes especies y variedades ante el mismo estresor.
La manifestación de respuestas de plantas específicas e inespecíficas depende de la fuerza del estrés y la velocidad de su desarrollo. Las respuestas específicas ocurren con mayor frecuencia si el estrés se desarrolla lentamente y el cuerpo tiene tiempo para reconstruirse y adaptarse a él. Las reacciones inespecíficas generalmente ocurren con un efecto más breve y más fuerte del factor estresante. El funcionamiento de mecanismos de resistencia no específicos (generales) permite a la planta evitar grandes gastos de energía para la formación de mecanismos de adaptación especializados (específicos) en respuesta a cualquier desviación de la norma en sus condiciones de vida.
La resistencia de las plantas al estrés depende de la fase de la ontogenia. Las plantas más estables y los órganos de las plantas en estado latente: en forma de semillas, bulbos; perennes leñosas - en un estado de letargo profundo después de la caída de las hojas. Las plantas son más sensibles a una edad temprana, ya que en condiciones de estrés los procesos de crecimiento se dañan en primer lugar. El segundo período crítico es el período de formación de gametos y fertilización. El efecto del estrés durante este período conduce a una disminución de la función reproductiva de las plantas y una disminución del rendimiento.
Si las condiciones de estrés se repiten y tienen una intensidad baja, entonces contribuyen al endurecimiento de las plantas. Esta es la base de los métodos para aumentar la resistencia a las bajas temperaturas, el calor, la salinidad y un mayor contenido de gases nocivos en el aire.
Fiabilidad de un organismo vegetal está determinada por su capacidad para prevenir o eliminar fallas en los diferentes niveles de la organización biológica: molecular, subcelular, celular, tisular, orgánico y poblacional.
Para evitar interrupciones en la vida de las plantas bajo la influencia de factores adversos, los principios redundancia, heterogeneidad de componentes funcionalmente equivalentes, sistemas para la reparación de estructuras perdidas.
La redundancia de estructuras y funcionalidades es una de las principales formas de garantizar la fiabilidad de los sistemas. La redundancia y redundancia tiene múltiples manifestaciones. A nivel subcelular, la reserva y duplicación de material genético contribuye al aumento de la fiabilidad del organismo vegetal. Esto lo proporciona, por ejemplo, la doble hélice del ADN, al aumentar la ploidía. La fiabilidad del funcionamiento del organismo vegetal en condiciones cambiantes también está respaldada por la presencia de varias moléculas de ARN mensajero y la formación de polipéptidos heterogéneos. Estos incluyen isoenzimas que catalizan la misma reacción, pero difieren en sus propiedades fisicoquímicas y la estabilidad de la estructura molecular bajo condiciones ambientales cambiantes.
A nivel celular, un ejemplo de redundancia es un exceso de orgánulos celulares. Así, se ha establecido que una parte de los cloroplastos disponibles es suficiente para proporcionar a la planta los productos de la fotosíntesis. Los cloroplastos restantes, por así decirlo, permanecen en reserva. Lo mismo se aplica al contenido total de clorofila. La redundancia también se manifiesta en una gran acumulación de precursores para la biosíntesis de muchos compuestos.
A nivel organísmico, el principio de redundancia se expresa en la formación y puesta en diferentes momentos de más brotes, flores, espiguillas de las que se requieren para el cambio de generaciones, en una enorme cantidad de polen, óvulos, semillas.
A nivel de población, el principio de redundancia se manifiesta en un gran número de individuos que difieren en la resistencia a un factor de estrés particular.
Los sistemas de reparación también funcionan a diferentes niveles: molecular, celular, de organismo, de población y biocenótico. Los procesos reparativos van acompañados de gasto de energía y sustancias plásticas, por lo tanto, la reparación sólo es posible si se mantiene una tasa metabólica suficiente. Si el metabolismo se detiene, la reparación también se detiene. En condiciones extremas del ambiente externo, la preservación de la respiración es especialmente importante, ya que es la respiración la que proporciona energía para los procesos de reparación.
La capacidad reductora de las células de los organismos adaptados está determinada por la resistencia de sus proteínas a la desnaturalización, es decir, la estabilidad de los enlaces que determinan la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína. Por ejemplo, la resistencia de las semillas maduras a altas temperaturas, por regla general, está asociado con el hecho de que después de la deshidratación, sus proteínas se vuelven resistentes a la desnaturalización.
La principal fuente de energía material como sustrato para la respiración es la fotosíntesis, por lo tanto, el suministro de energía de la célula y los procesos de reparación relacionados dependen de la estabilidad y capacidad del aparato fotosintético para recuperarse del daño. Para mantener la fotosíntesis en condiciones extremas en las plantas, se activa la síntesis de los componentes de la membrana de los tilacoides, se inhibe la oxidación de los lípidos y se restaura la ultraestructura de los plástidos.
A nivel de organismos, un ejemplo de regeneración es el desarrollo de brotes de reemplazo, el despertar de yemas latentes cuando se dañan los puntos de crecimiento.
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En el proceso de evolución, como resultado de la selección natural y la lucha por la existencia, surgen adaptaciones (adaptaciones) de los organismos a ciertas condiciones de vida. La evolución misma es esencialmente un proceso continuo de formación de adaptaciones, que ocurre de acuerdo con el siguiente esquema: intensidad de reproducción -> lucha por la existencia -> muerte selectiva -> selección natural -> aptitud.
Las adaptaciones afectan diferentes aspectos de los procesos vitales de los organismos y por lo tanto pueden ser de varios tipos.
Adaptaciones morfológicas
Están asociados con un cambio en la estructura del cuerpo. Por ejemplo, la aparición de membranas entre los dedos en las aves acuáticas (anfibios, pájaros, etc.), un pelaje grueso en los mamíferos del norte, patas largas y un cuello largo en las aves de los pantanos, un cuerpo flexible en los depredadores excavadores (por ejemplo, en las comadrejas ), etc. En los animales de sangre caliente, al moverse hacia el norte, se nota un aumento en el tamaño corporal promedio (regla de Bergmann), lo que reduce la superficie relativa y la transferencia de calor. En los peces de fondo se forma un cuerpo plano (rayas, platijas, etc.). Las plantas en las latitudes del norte y las regiones de alta montaña a menudo tienen formas rastreras y en forma de cojín, menos dañadas por los fuertes vientos y mejor calentadas por el sol en la capa del suelo.
coloración protectora
La coloración protectora es muy importante para las especies animales que no cuentan con medios efectivos de protección contra los depredadores. Gracias a ella, los animales se vuelven menos visibles en el suelo. Por ejemplo, las hembras que incuban los huevos son casi indistinguibles del fondo del área. Los huevos de aves también se colorean para que coincidan con el color del área. Los peces de fondo, la mayoría de los insectos y muchas otras especies animales tienen una coloración protectora. En el norte, la coloración blanca o clara es más común, lo que ayuda a camuflarse en la nieve (osos polares, búhos polares, zorros árticos, cachorros de pinnípedo - cachorros blancos, etc.). Varios animales desarrollaron una coloración formada por rayas o manchas alternas claras y oscuras, haciéndolos menos perceptibles en matorrales y matorrales densos (tigres, jabalíes jóvenes, cebras, ciervos manchados, etc.). Algunos animales pueden cambiar de color muy rápidamente según las condiciones (camaleones, pulpos, platijas, etc.).
Ocultar
La esencia del disfraz es que la forma del cuerpo y su colorido hacen que los animales parezcan hojas, nudos, ramas, cortezas o espinas de plantas. A menudo se encuentra en insectos que viven en las plantas.
Coloración de advertencia o amenaza
Algunos tipos de insectos que tienen glándulas venenosas u olorosas tienen un color de advertencia brillante. Por lo tanto, los depredadores que una vez los encontraron recuerdan este color durante mucho tiempo y ya no atacan a esos insectos (por ejemplo, avispas, abejorros, mariquitas, escarabajos de patata de Colorado y muchos otros).
Mimetismo
El mimetismo es el color y la forma del cuerpo de animales inofensivos que imitan a sus homólogos venenosos. Por ejemplo, algunas serpientes no venenosas parecen venenosas. Las cigarras y los grillos se parecen a las hormigas grandes. Algunas mariposas tienen manchas grandes en las alas que se asemejan a los ojos de los depredadores.
Adaptaciones fisiológicas
Este tipo de adaptación está asociada con la reestructuración del metabolismo en los organismos. Por ejemplo, la aparición de la sangre caliente y la termorregulación en aves y mamíferos. En casos más simples, se trata de una adaptación a determinadas formas de alimentación, la composición salina del ambiente, temperaturas altas o bajas, humedad o sequedad del suelo y del aire, etc.
Adaptaciones bioquímicas
adaptaciones de comportamiento
Este tipo de adaptación se asocia con un cambio de comportamiento en determinadas condiciones. Por ejemplo, el cuidado de las crías conduce a una mejor supervivencia de los animales jóvenes y aumenta la resiliencia de sus poblaciones. Durante la época de apareamiento, muchos animales forman familias separadas, y en invierno se unen en bandadas, lo que facilita su alimentación o protección (lobos, muchas especies de aves).
Adaptaciones a factores ambientales periódicos.
Estas son adaptaciones a factores ambientales que tienen cierta periodicidad en su manifestación. Este tipo incluye alternancias diarias de periodos de actividad y descanso, estados de anabiosis parcial o total (caída de hojas, diapausas invernales o estivales de los animales, etc.), migraciones animales provocadas por cambios estacionales, etc.
Adaptaciones a condiciones de vida extremas
Las plantas y los animales que viven en los desiertos y las regiones polares también adquieren una serie de adaptaciones específicas. En los cactus, las hojas han evolucionado hasta convertirse en espinas (para reducir la evaporación y proteger contra los animales), y el tallo ha evolucionado hasta convertirse en un órgano fotosintético y reservorio. Las plantas del desierto tienen un largo sistema de raíces que les permite extraer agua de grandes profundidades. Los lagartos del desierto pueden sobrevivir sin agua comiendo insectos y obteniendo agua hidrolizando sus grasas. En los animales del norte, además del pelaje grueso, también hay una gran cantidad de grasa subcutánea, lo que reduce el enfriamiento del cuerpo.
Naturaleza relativa de las adaptaciones
Todas las adaptaciones son convenientes solo para ciertas condiciones en las que se han desarrollado. Cuando estas condiciones cambian, las adaptaciones pueden perder su valor o incluso dañar a los organismos que las tienen. El color blanco de las liebres, que las protege bien en la nieve, se vuelve peligroso durante los inviernos con poca nieve o fuertes deshielos.
La naturaleza relativa de las adaptaciones también está bien probada por datos paleontológicos que indican extinción. grandes grupos animales y plantas que no han sobrevivido al cambio en las condiciones de vida.
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