Биологическая адаптация (от лат. Adaptatio - приспособление) - приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.
Растения и животные адаптируются к условиям обитания с помощью генетических механизмов, а также посредством более гибких физиология, поведенческих и эмбриональных механизмов. При адаптации организмы регулируют свою жизнедеятельность в соответствии с происходящими вариациями параметров внешнего окружения.
Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и. размножаться. Адаптации проявляются на разных условиях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов [2].
У многих муравьев в ходе эволюции сформировались формы поведения, очень похожие внешне на некоторые занятия цивилизованного человека.
Например, муравьи подсемейства Myrmicinae выращивают грибы на растительном субстрате и поедают нарастающие зачатки их плодовых тел, богатые питательными веществами. Все эти муравьи близко родственны друг другу и образуют одну трибу, Attini, которая распространена только в Новом Свете, между 44° ю. ш. и 40°с. ш. Самые ранние формы, вероятно, питались дрожжами, которых они подкармливали экскрементами гусениц; Cyphomyrmex - маленький муравей, образующий небольшие семьи, - делает это до сих пор. Позднее место дрожжей заняли биохимически более ценные мицелиальные грибы, и муравьи начали собирать растительные остатки, листья и цветки, которые эти грибы перерабатывают; в наше время Trachymyrmex smithi собирает листочки эфедры (Prosopis) в пустыне Чиуауа, цветки Nama и семена бобовых растений; в более позднее время года он использует почки Eriogonum trichopes. Эволюционно наиболее продвинутый род - Atta. Количество рабочих особей разной величины в каждой семье этого муравья исчисляется миллионами, а различные виды распространены от зоны пустынь до влажных тропических лесов.
Муравьи Atta кормят выращиваемый ими гриб, специально срезая для него свежие листья, цветки и плоды, а также используя другие растительные материалы; предполагается, что это базидиомицет, сходный с тем, который выращивают термиты. Этот гриб образует "стафилы", представляющие собой скопления питательных веществ. Когда в гнездо поступают свежие листья, рабочие сначала перетирают и разжевывают их, чтобы удалить покрывающий их слой воска (который обладает антибиотическими свойствами), что позволяет гифам гриба прорастать в полученную массу; одновременно рабочие извлекают из листьев жиры, служащие источником энергии для них самих. К этому субстрату рабочие добавляют свои экскременты, которые содержат азотистые отходы метаболизма и, как это ни удивительно, некоторые ферменты гриба - протеиназу и хитиназу, которые вместе с целлюлазой гриба способны разлагать пектин, белок, целлюлозу, крахмал, ксилан, хитин и сложные эфиры. Рабочие могут собирать слюну личинок, богатую протеиназой, и также снабжать ею гриб. Так или иначе, образуемые грибом стафилы пережевываются рабочими, которые извлекают из них сок, содержащий углеводы, главным образом трегалозу и маннитол (полисахаридов в нем не обнаружено).
Сам по себе этот сок недостаточно богат энергией, но служит добавкой к жирам, которые рабочие выдавливают из свежих листьев. Остаток, содержащий белки и аминокислоты, получают личинки, для которых он служит хорошей и достаточной пищей. Грибные сады Attini подвержены заражению "сорными" грибами и бактериями; для борьбы с ними рабочие регулярно вылизывают все поверхности гнездовой камеры, а возможно, также выделяют из своих метаплевральных желез такие антибиотические вещества, как фенилуксусная кислота и (β-оксидекановая кислота. Они выделяют, кроме того, гетероауксин, способствующий росту гриба.
Самое резкое различие - помимо типа выращиваемого гриба - между Attini и Macrotermitinae состоит в том, что первые используют свежие, нередко зеленые, растительные ткани, а вторые - сухие, мертвые, деревянистые или волокнистые ткани. Живое растение богаче белками и минеральными веществами, чем мертвые ткани, используемые термитами: сухие листья березы содержат только 35% белка, 53% фосфора и 44% калия, имеющихся в свежих зеленых листьях; соответствующие цифры для дубовых листьев - 31, 75 и 78%. Гриб, культивируемый термитами, разрушает лигнин и освобождает связанную целлюлозу, которую он переваривает и превращает в различные сахара, быть может синтезируя затем из них гликоген. Гриб, выращиваемый муравьями, переваривает белок, содержащийся в свежей, освобожденной от жиров листовой пульпе, а затем муравьи объедают нарастающие плодовые тела этих грибов, получая из них углеводы и белки, которые перевариваются гораздо легче, чем исходные вещества, особенно их основными потребителями - личинками. По-видимому, у муравьев гораздо большую роль играет обмен ферментами, но это еще твердо не установлено.
Сырье для устройства грибных камер муравьи сначала собирают беспорядочно, срезая по листку то здесь, то там, но после того, как они облюбуют себе определенное место, кусты и деревья вскоре совершенно оголяются. Atta cephalotes в дождевом лесу Гайаны собирает листья с деревьев 61 вида, но предпочитает Terminalia amazonica (11%) и Emmotum fagifolium (10%), избегая объедать самое распространенное местное дерево Marlierea montana. Высказывалось мнение, что деревья защищают себя от нападения муравьев-листорезов при помощи таннинов, содержащихся в старых листьях, или клейкого латекса. Тем не менее A. mexicana в пустыне Сонора срезает листья и цветки с креозотового куста (Larrea tridentata); насекомые обычно избегают кормиться на этом растении с резким запахом, и если муравьи его используют, то, по-видимому, их симбионты - грибы быстро разрушают креозот [1, с. 41].
В процессе эволюции изменялась так же и морфология муравьёв. Характерный пример медовые муравьи (лат. Camponotus inflatus). Они достигают больших размеров за счет своего брюшка-резервуара. Порой они могут достигать размеров с крупную смородину. Муравьи наполняют свое брюшко пищей до такой степени, что начинают превышать размеры обычных собратьев-работяг в 3-4 раза. Из-за этого они теряют способность к самостоятельному передвижению. В результате чего им приходится лезть на "потолок" и становится висячей грушей.
Рисунок 3.1 - Медовые муравьи (лат. Camponotus inflatus)
В своем брюшке медовые муравьи хранят "медяную" (медовую) росу, полученную при "доении" растительной тли. "Сладкой" она, т.е. тля, становится за счет того, что питается соком растений, с большим содержанием сахара. Вот муравьи и доят их как коров, нежно касаясь их своими усиками-антеннами. А та после таких поглаживаний начинает выделять сладкое питательное вещество.
Основное предназначение таких "живых контейнеров" - кормежка остальных муравьев в неурожайные периоды. Таким способом они делают "запасы на зиму".
Это происходит следующим образом. Рабочий муравей подходит к такому "резервуару" и при помощи легких ударов своими антеннами заставляет выдать ему еду. Медовые муравьи выделяют росу и на кончиках усиков передают ее голодному работяге. Роса, или ее еще называют муравьиным медом, очень полезна для муравьев, т.к. содержит глюкозу и фруктозу, которые придают им необходимую энергию.
Рисунок 3.2 - Взаимодействие рабочего муравья и медового
Основным периодом начала создания таких контейнеров является весна. В разгар лета они начинают наполняться кормом, который приносят им другие муравьи, а в более холодные периоды начинают служить шеф-поварами для всего муравейника [5].
Довольно интересный пример экологических адаптивных приспособленений к симбиотическим отношениям с растениями у муравьев-портных. Эти древесные муравьи названы так, поскольку строят гнезда из листьев, соединенных шелковыми волокнами, причем из "сшитых" таким образом зеленых листьев и стебельков делается каркас, а некоторые стены и галереи целиком шелковые. Источник нитей - личинки с крупными прядильными железами.
В отличие от муравьев, живущих в камерах, предоставляемых им растениями-хозяевами, портные сами определяют размер и местоположение своих гнезд. Поскольку пространством они не ограничены, колония может объединять более 500000 особей (причем рабочие - довольно крупные) и занимать несколько деревьев. Фактически, это самые многочисленные общественные насекомые Старого Света. Муравьи-ткачи - активные хищники, и поскольку гнездятся они практически везде, где есть деревья, в свое время их использовали (и даже продавали) для борьбы с вредителями цитрусовых и какао [4].
Таким образом, в ходе совместной эволюции между муравьями и растениями сложились разнообразные взаимоотношения, отличавшиеся выработкой взаимных морфологических, этологических, экологических и других приспособлений.
Заключение
В природе большинство видов насекомых с присущей им формой существования выступает во взаимодействии с растениями. Эти взаимоотношения касаются существенных сторон жизни видов и имеют значение для их выживания.
Взаимодействия насекомых с растениями оформились на самых ранних этапах эволюции и в дальнейшем совершенствовались параллельно.
Анализируя взаимоотношения муравьев и растений, очевидно, что насекомые необходимы растениям как опылители, но вместе с тем это группы наиболее массовых фитофагов. Причиняемый ими вред не ограничивается питанием на растениях и откладкой яиц в их ткани и органы. Некоторые насекомые известны как переносчики болезней растений. Однако взаимодействия насекомых с растениями в целом, сформировавшиеся как результат длительной сопряженной эволюции, можно оценить как гармоничные и прогрессивные.
В ходе проведённой работы я выяснил, что взаимоотношения между муравьями и растениями достаточно разнообразны. Среди них есть такие как: фитофагия, квартиранство, мутуализм и протокооперация как форма симбиоза. Растения обеспечивают муравьёв специализированными камерами, в которых они устраивают гнезда, и кормом. Со своей стороны муравьи защищают эти растения от фитофагов, распространяют их семена и обогащают окружающую почву.
И в заключении отметим, что в ходе совместной эволюции между муравьями и растениями сложились разнообразные взаимоотношения, отличавшиеся выработкой взаимных морфологических, этологических, экологических и других приспособлений.