Adaptasi morfologi dan perilaku. Mekanisme adaptasi tumbuhan terhadap kondisi lingkungan yang merugikan

ranting berwarna coklat atau hijau, dan serangga orthoptera meniru daun. Ikan yang hidup di dasar laut (misalnya flounder) memiliki tubuh yang rata.

Pewarnaan pelindung

Memungkinkan Anda menjadi tidak terlihat di antara latar belakang sekitarnya. Berkat warna pelindungnya, organisme menjadi sulit dibedakan dan karenanya terlindungi dari predator. Telur burung yang diletakkan di atas pasir atau tanah berwarna abu-abu coklat dengan bintik-bintik, mirip dengan warna tanah di sekitarnya. Jika telur tidak dapat diakses oleh predator, biasanya telur tersebut tidak berwarna. Ulat kupu-kupu seringkali berwarna hijau, warna daun, atau gelap, warna kulit kayu atau tanah. Ikan dasar biasanya diwarnai agar sesuai dengan warna dasar berpasir (pari dan flounder). Selain itu, flounder juga memiliki kemampuan untuk berubah warna tergantung warna latar di sekitarnya. Kemampuan mengubah warna dengan mendistribusikan kembali pigmen pada integumen tubuh juga diketahui pada hewan darat (bunglon). Hewan gurun biasanya berwarna kuning kecokelatan atau kuning berpasir. Warna pelindung monokromatik merupakan ciri khas serangga (belalang) dan kadal kecil, serta hewan berkuku besar (antelop) dan predator (singa).

Pewarnaan peringatan

Memperingatkan musuh potensial tentang adanya mekanisme pertahanan (kehadiran zat beracun atau badan perlindungan khusus). Pewarnaan peringatan membedakan hewan dan serangga beracun dan menyengat (ular, tawon, lebah) dari lingkungan dengan bintik atau garis terang.

Peniruan

Mimikri adalah hasil mutasi homolog (identik) pada spesies berbeda yang membantu hewan yang tidak dilindungi untuk bertahan hidup. Untuk spesies peniru, penting agar jumlahnya sedikit dibandingkan dengan model yang mereka tiru, jika tidak musuh tidak akan mengembangkan refleks negatif yang stabil terhadap warna peringatan. Rendahnya kelimpahan spesies peniru didukung oleh tingginya konsentrasi gen mematikan dalam kumpulan gen. Ketika homozigot, gen-gen ini menyebabkan mutasi yang mematikan, mengakibatkan tingginya persentase individu yang tidak dapat bertahan hidup hingga dewasa.

Adaptasi morfologi melibatkan perubahan bentuk atau struktur suatu organisme. Contoh adaptasi tersebut adalah cangkang keras, yang memberikan perlindungan dari hewan predator. Adaptasi fisiologis berhubungan dengan proses kimia dalam tubuh. Dengan demikian, aroma bunga dapat berfungsi untuk menarik serangga dan dengan demikian berkontribusi terhadap penyerbukan tanaman. Adaptasi perilaku dikaitkan dengan aspek tertentu dalam kehidupan hewan. Contoh tipikalnya adalah mimpi musim dingin di beruang. Kebanyakan adaptasi merupakan kombinasi dari jenis-jenis ini. Misalnya, penghisapan darah pada nyamuk dilakukan melalui kombinasi kompleks dari adaptasi seperti pengembangan bagian khusus dari alat mulut yang disesuaikan untuk menghisap, pembentukan perilaku pencarian untuk menemukan hewan mangsa, dan perkembangan kelenjar ludah sekret khusus yang mencegah pembekuan darah yang dihisap.

Semua tumbuhan dan hewan senantiasa beradaptasi dengan lingkungannya. Untuk memahami bagaimana hal ini terjadi, kita perlu mempertimbangkan tidak hanya hewan atau tumbuhan secara keseluruhan, tetapi juga dasar genetik adaptasi.

Dasar genetik.

Pada setiap spesies, program pengembangan sifat tertanam dalam materi genetik. Materi dan program yang dikodekan di dalamnya diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya, relatif tidak berubah, sehingga perwakilan spesies tertentu terlihat dan berperilaku hampir sama. Namun, dalam populasi organisme spesies apa pun selalu ada perubahan kecil materi genetik dan, oleh karena itu, variasi dalam karakteristik individu. Dari variasi genetik yang beragam inilah proses adaptasi memilih sifat-sifat tersebut atau mendukung pengembangan sifat-sifat yang paling meningkatkan peluang kelangsungan hidup dan dengan demikian pelestarian materi genetik. Adaptasi dapat dianggap sebagai proses dimana materi genetik meningkatkan peluangnya untuk bertahan pada generasi berikutnya. Dari sudut pandang ini, setiap spesies mewakili cara sukses pelestarian materi genetik tertentu.

Untuk mewariskan materi genetik, suatu individu dari spesies apa pun harus mampu mencari makan, bertahan hidup hingga musim kawin, meninggalkan keturunan, dan kemudian menyebarkannya ke wilayah seluas mungkin.

Nutrisi.

Semua tumbuhan dan hewan pasti mendapat energi dan berbagai zat dari lingkungan, terutama oksigen, air dan senyawa anorganik. Hampir semua tumbuhan menggunakan energi Matahari, mengubahnya melalui proses fotosintesis. Hewan mendapatkan energi dengan memakan tumbuhan atau hewan lain.

Setiap spesies diadaptasi dengan cara tertentu untuk menyediakan makanan bagi dirinya sendiri. Elang memiliki cakar yang tajam untuk menangkap mangsa, dan letak mata di depan kepala memungkinkan mereka menilai kedalaman ruang, yang diperlukan untuk berburu sambil terbang dengan kecepatan tinggi. Burung lain, seperti bangau, telah berkembang leher panjang dan kaki. Mereka mendapatkan makanan dengan berjalan hati-hati di perairan dangkal dan menunggu hewan air yang tidak waspada. Burung kutilang Darwin, sekelompok spesies burung yang berkerabat dekat dari Kepulauan Galapagos, memberikan contoh klasik adaptasi yang sangat terspesialisasi terhadap dengan cara yang berbeda nutrisi. Berkat satu atau lain perubahan morfologi adaptif, terutama pada struktur paruh, beberapa spesies menjadi granivora, yang lain menjadi pemakan serangga.

Beralih ke ikan, predator seperti hiu dan barakuda memiliki gigi yang tajam untuk menangkap mangsa. Yang lainnya, seperti ikan teri kecil dan ikan haring, memperoleh partikel makanan kecil dengan menyaring air laut melalui penyapu insang seperti sisir.

Pada mamalia, contoh adaptasi yang sangat baik terhadap jenis nutrisi adalah ciri struktural gigi. Gigi taring dan geraham macan tutul serta kucing lainnya sangat tajam, sehingga memungkinkan hewan ini memegang dan merobek tubuh mangsanya. Rusa, kuda, kijang, dan hewan penggembala lainnya memiliki geraham besar dengan permukaan bergaris lebar yang disesuaikan untuk mengunyah rumput dan makanan nabati lainnya.

Berbagai cara untuk menerima nutrisi dapat diamati tidak hanya pada hewan, tetapi juga pada tumbuhan. Banyak dari mereka, terutama kacang-kacangan - kacang polong, semanggi dan lain-lain - telah mengembangkan simbiosis, yaitu. hubungan yang saling menguntungkan dengan bakteri: bakteri mengubah nitrogen di atmosfer menjadi bentuk kimia yang tersedia bagi tumbuhan, dan tumbuhan menyediakan energi bagi bakteri. Tumbuhan karnivora seperti sarracenia dan sundew memperoleh nitrogen dari tubuh serangga yang ditangkap dengan menjebak daun.

Perlindungan.

Lingkungan hidup terdiri dari komponen hidup dan benda mati. Lingkungan hidup spesies apa pun mencakup hewan yang memakan anggota spesies tersebut. Adaptasi spesies predator ditujukan untuk memperoleh makanan secara efisien; Spesies mangsa beradaptasi untuk menghindari mangsa predator.

Banyak spesies mangsa potensial memiliki warna pelindung atau kamuflase yang menyembunyikan mereka dari pemangsa. Jadi, pada beberapa spesies rusa, kulit berbintik pada individu muda tidak terlihat dengan latar belakang titik cahaya dan bayangan yang bergantian, dan kelinci putih sulit dibedakan dengan latar belakang lapisan salju. Tubuh serangga tongkat yang panjang dan kurus juga sulit dilihat karena menyerupai ranting atau ranting dari semak dan pepohonan.

Rusa, kelinci, kanguru, dan banyak hewan lainnya telah berevolusi dengan kaki panjang yang memungkinkan mereka melarikan diri dari pemangsa. Beberapa hewan, seperti opossum dan ular babi, bahkan telah mengembangkan perilaku unik yang disebut pemalsuan kematian, yang meningkatkan peluang mereka untuk bertahan hidup, karena banyak predator tidak memakan bangkai.

Beberapa jenis tumbuhan ditumbuhi duri atau duri yang dapat mengusir binatang. Banyak tumbuhan memiliki rasa yang menjijikkan bagi hewan.

Faktor lingkungan, khususnya iklim, seringkali menempatkan organisme hidup dalam kondisi yang sulit. Misalnya, hewan dan tumbuhan sering kali harus beradaptasi dengan suhu ekstrem. Hewan menghindari hawa dingin dengan menggunakan bulu atau bulu penyekat, bermigrasi ke iklim hangat, atau berhibernasi. Kebanyakan tumbuhan bertahan hidup dalam cuaca dingin dengan memasuki keadaan dormansi, setara dengan hibernasi pada hewan.

Dalam cuaca panas, hewan mendinginkan dirinya dengan berkeringat atau sering bernapas, sehingga meningkatkan penguapan. Beberapa hewan, terutama reptil dan amfibi, dapat memasuki hibernasi musim panas, yang pada dasarnya mirip dengan hibernasi musim dingin, namun disebabkan oleh panas, bukan dingin. Yang lain hanya mencari tempat yang sejuk.

Tumbuhan dapat mempertahankan suhunya sampai batas tertentu dengan mengatur laju penguapan, yang memiliki efek pendinginan yang sama seperti hewan yang berkeringat.

Reproduksi.

Langkah penting dalam menjamin kelangsungan kehidupan adalah reproduksi, proses dimana materi genetik diturunkan ke generasi berikutnya. Reproduksi memiliki dua aspek penting: pertemuan individu lawan jenis untuk bertukar materi genetik dan membesarkan keturunan.

Di antara adaptasi yang menjamin pertemuan individu dari jenis kelamin yang berbeda adalah komunikasi yang baik. Pada beberapa spesies, indra penciuman berperan penting dalam indra ini. Misalnya, kucing sangat tertarik dengan bau kucing yang sedang kepanasan. Banyak serangga mengeluarkan apa yang disebut. penarik – zat kimia, menarik individu dari lawan jenis. Aroma bunga merupakan adaptasi tanaman yang efektif untuk menarik serangga penyerbuk. Beberapa bunga berbau manis dan menarik perhatian lebah pemakan nektar; yang lain berbau menjijikkan, menarik lalat yang memakan bangkai.

Visi juga sangat penting untuk bertemu individu dengan jenis kelamin berbeda. Pada burung, perilaku kawin jantan, bulunya yang subur dan warna-warna cerah menarik perhatian betina dan mempersiapkannya untuk sanggama. Warna bunga pada tumbuhan sering kali menunjukkan hewan mana yang diperlukan untuk menyerbuki tumbuhan tersebut. Misalnya, bunga yang diserbuki oleh burung kolibri berwarna merah, sehingga menarik perhatian burung tersebut.

Banyak hewan telah mengembangkan cara untuk melindungi keturunannya pada tahap awal kehidupannya. Sebagian besar adaptasi semacam ini bersifat perilaku dan melibatkan tindakan salah satu atau kedua orang tua yang meningkatkan peluang kelangsungan hidup anak-anaknya. Kebanyakan burung membangun sarang yang khusus untuk setiap spesies. Namun, beberapa spesies, seperti burung cowbird, bertelur di sarang spesies burung lain dan mempercayakan anak-anaknya kepada pengasuhan orang tua spesies inangnya. Pada banyak burung dan mamalia, serta beberapa ikan, ada suatu masa ketika salah satu induknya mengambil risiko besar, mengambil fungsi melindungi keturunannya. Meskipun perilaku ini terkadang mengancam kematian induknya, namun hal ini menjamin keselamatan keturunannya dan kelestarian materi genetik.

Sejumlah spesies hewan dan tumbuhan menggunakan strategi reproduksi yang berbeda: mereka menghasilkan keturunan dalam jumlah besar dan membiarkannya tidak terlindungi. Dalam hal ini, rendahnya peluang kelangsungan hidup suatu individu yang sedang tumbuh diimbangi dengan banyaknya jumlah keturunan.

Hunian.

Sebagian besar spesies telah mengembangkan mekanisme untuk menghilangkan keturunan dari tempat mereka dilahirkan. Proses ini, yang disebut penyebaran, meningkatkan kemungkinan tumbuhnya keturunan di wilayah yang tidak dihuni.

Kebanyakan hewan menghindari tempat yang terlalu banyak persaingan. Namun, semakin banyak bukti yang menunjukkan bahwa penyebarannya didorong oleh mekanisme genetik.

Banyak tumbuhan telah beradaptasi untuk menyebarkan benih dengan bantuan hewan. Jadi, buah cocklebur memiliki kait di permukaannya, yang dengannya mereka menempel pada bulu hewan yang lewat. Tumbuhan lain menghasilkan buah yang lezat dan berdaging, seperti buah beri, yang dimakan hewan; benih melewati saluran pencernaan dan “ditabur” utuh di tempat lain. Tumbuhan juga menggunakan angin untuk menyebar. Misalnya, angin membawa “baling-baling” biji maple, serta biji kapas, yang memiliki jambul bulu-bulu halus. Tanaman stepa seperti tumbleweed, yang berbentuk bulat pada saat benih matang, terbawa angin dalam jarak jauh, menyebarkan benih di sepanjang jalan.

Di atas hanyalah beberapa contoh adaptasi yang paling mencolok. Namun, hampir setiap sifat spesies mana pun merupakan hasil adaptasi. Semua tanda-tanda ini membentuk kombinasi yang harmonis, yang memungkinkan tubuh berhasil menjalani cara hidupnya yang istimewa. Manusia dengan segala cirinya, mulai dari struktur otak hingga bentuknya ibu jari pada kaki, merupakan hasil adaptasi. Ciri-ciri adaptif berkontribusi terhadap kelangsungan hidup dan reproduksi nenek moyangnya, yang memiliki ciri-ciri yang sama. Secara umum konsep adaptasi mempunyai sangat penting untuk semua bidang biologi.

Reaksi terhadap faktor lingkungan yang merugikan merugikan organisme hidup hanya dalam kondisi tertentu, namun dalam banyak kasus reaksi tersebut memiliki signifikansi adaptif. Oleh karena itu, tanggapan ini disebut “sindrom adaptasi umum” oleh Selye. Dalam karyanya selanjutnya, ia menggunakan istilah “stres” dan “sindrom adaptasi umum” sebagai sinonim.

Adaptasi adalah proses pembentukan sistem perlindungan yang ditentukan secara genetik yang memastikan peningkatan stabilitas dan jalannya entogenesis dalam kondisi yang tidak menguntungkannya.

Adaptasi adalah salah satu mekanisme terpenting yang meningkatkan ketahanan sistem biologis, termasuk organisme tumbuhan, dalam kondisi keberadaan yang berubah. Semakin baik suatu organisme beradaptasi terhadap faktor tertentu, semakin tahan organisme tersebut terhadap fluktuasinya.

Kemampuan suatu organisme yang ditentukan secara genotip untuk mengubah metabolisme dalam batas-batas tertentu tergantung pada tindakan lingkungan luar disebut norma reaksi. Ini dikendalikan oleh genotipe dan merupakan karakteristik semua organisme hidup. Kebanyakan modifikasi yang terjadi dalam rentang reaksi normal mempunyai signifikansi adaptif. Mereka sesuai dengan perubahan lingkungan dan menjamin kelangsungan hidup tanaman yang lebih baik dalam kondisi lingkungan yang berfluktuasi. Dalam hal ini, modifikasi tersebut memiliki signifikansi evolusioner. Istilah “norma reaksi” diperkenalkan oleh V.L. Johannsen (1909).

Semakin besar kemampuan suatu spesies atau varietas untuk bermodifikasi sesuai dengan lingkungannya, maka semakin luas laju reaksinya dan semakin tinggi pula kemampuannya beradaptasi. Sifat inilah yang membedakan varietas tanaman yang tahan. Biasanya, perubahan kecil dan jangka pendek pada faktor lingkungan tidak menyebabkan gangguan signifikan pada fungsi fisiologis tanaman. Hal ini disebabkan kemampuannya untuk menjaga keseimbangan dinamis relatif dari lingkungan internal dan stabilitas fungsi fisiologis dasar dalam lingkungan eksternal yang berubah. Pada saat yang sama, dampak yang tiba-tiba dan berkepanjangan menyebabkan terganggunya banyak fungsi tanaman, dan seringkali menyebabkan kematiannya.

Adaptasi mencakup semua proses dan adaptasi (anatomi, morfologi, fisiologis, perilaku, dll.) yang berkontribusi terhadap peningkatan stabilitas dan berkontribusi terhadap kelangsungan hidup spesies.

1.Perangkat anatomi dan morfologi. Pada beberapa perwakilan xerofit, panjang sistem akar mencapai beberapa puluh meter, yang memungkinkan tanaman untuk memanfaatkannya air tanah dan tidak mengalami kekurangan kelembaban pada kondisi tanah dan kekeringan atmosfer. Pada xerofit lainnya, keberadaan kutikula yang tebal, daun puber, dan transformasi daun menjadi duri mengurangi kehilangan air, yang sangat penting dalam kondisi kekurangan kelembapan.

Rambut dan duri yang menyengat melindungi tanaman agar tidak dimakan hewan.

Pepohonan di tundra atau di dataran tinggi pegunungan tampak seperti semak merambat yang jongkok, di musim dingin tertutup salju, yang melindunginya dari cuaca beku yang parah.

Di daerah pegunungan dengan fluktuasi suhu harian yang besar, tanaman sering kali berbentuk bantal terhampar dengan banyak batang yang jaraknya rapat. Hal ini memungkinkan Anda menjaga kelembapan di dalam bantal dan suhu yang relatif seragam sepanjang hari.

Di rawa dan tanaman air terbentuk parenkim khusus yang mengandung udara (aerenchyma), yang merupakan penampung udara dan memudahkan pernafasan bagian-bagian tumbuhan yang direndam dalam air.

2. Adaptasi fisiologis-biokimia. Pada sukulen, adaptasi untuk tumbuh di kondisi gurun dan semi gurun adalah asimilasi CO2 selama fotosintesis melalui jalur CAM. Tumbuhan ini mempunyai stomata yang tertutup pada siang hari. Dengan demikian, tanaman menjaga cadangan air internalnya dari penguapan. Di gurun, air merupakan faktor utama yang membatasi pertumbuhan tanaman. Stomata terbuka pada malam hari, dan saat ini CO 2 memasuki jaringan fotosintesis. Keterlibatan CO2 selanjutnya dalam siklus fotosintesis terjadi pada siang hari ketika stomata tertutup.

Adaptasi fisiologis dan biokimia meliputi kemampuan stomata untuk membuka dan menutup, bergantung pada kondisi eksternal. Sintesis asam absisat, prolin, protein pelindung, fitoaleksin, fitoncides dalam sel, peningkatan aktivitas enzim yang melawan pemecahan oksidatif bahan organik, akumulasi gula dalam sel dan sejumlah perubahan metabolisme lainnya membantu meningkatkan ketahanan tanaman terhadap kondisi yang tidak menguntungkan lingkungan luar.

Reaksi biokimia yang sama dapat dilakukan oleh beberapa bentuk molekul dari enzim yang sama (isoenzim), dengan masing-masing isoform menunjukkan aktivitas katalitik dalam kisaran yang relatif sempit pada beberapa parameter lingkungan, seperti suhu. Kehadiran sejumlah isoenzim memungkinkan tanaman melakukan reaksi dalam rentang suhu yang jauh lebih luas dibandingkan dengan masing-masing isoenzim. Hal ini memungkinkan pabrik berhasil menjalankan fungsi vital dalam kondisi suhu yang berubah-ubah.

3. Adaptasi perilaku, atau penghindaran faktor yang tidak menguntungkan. Contohnya adalah ephemera dan ephemeroids (poppy, chickweed, crocus, tulip, snowdrops). Mereka menjalani seluruh siklus perkembangannya di musim semi dalam 1,5-2 bulan, bahkan sebelum timbulnya panas dan kekeringan. Dengan demikian, mereka tampaknya meninggalkan, atau menghindari pengaruh stresor. Demikian pula, varietas tanaman pertanian yang masak awal menghasilkan panen sebelum timbulnya fenomena musiman yang tidak menguntungkan: kabut Agustus, hujan, salju. Oleh karena itu, pemilihan banyak tanaman pertanian ditujukan untuk menciptakan varietas yang berumur genjah. Tanaman tahunan menahan musim dingin dalam bentuk rimpang dan umbi di tanah di bawah salju, yang melindunginya dari pembekuan.

Adaptasi tanaman terhadap faktor-faktor yang merugikan dilakukan secara bersamaan di berbagai tingkat regulasi - dari sel individu hingga fitocenosis. Semakin tinggi tingkat organisasinya (sel, organisme, populasi), maka jumlah yang lebih besar mekanisme secara bersamaan berpartisipasi dalam adaptasi tanaman terhadap stres.

Pengaturan proses metabolisme dan adaptasi di dalam sel dilakukan dengan menggunakan sistem: metabolik (enzimatik); genetik; selaput Sistem-sistem ini saling berhubungan erat. Jadi, sifat-sifat membran bergantung pada aktivitas gen, dan perbedaan aktivitas gen itu sendiri berada di bawah kendali membran. Sintesis enzim dan aktivitasnya dikendalikan pada tingkat genetik, sedangkan enzim mengatur metabolisme asam nukleat dalam sel.

Pada tingkat organisme yang baru ditambahkan ke mekanisme adaptasi seluler, yang mencerminkan interaksi organ. Dalam kondisi yang tidak menguntungkan, tanaman menciptakan dan mempertahankan sejumlah unsur buah yang cukup dilengkapi dengan zat-zat yang diperlukan untuk membentuk benih yang utuh. Misalnya, pada bunga sereal yang dibudidayakan dan pada tajuk pohon buah dalam kondisi yang tidak menguntungkan, lebih dari separuh ovarium yang sudah ada mungkin rontok. Perubahan tersebut didasarkan pada hubungan kompetitif antar organ untuk aktif secara fisiologis dan nutrisi.

Dalam kondisi stres, proses penuaan dan rontoknya daun bagian bawah meningkat tajam. Pada saat yang sama, zat-zat yang dibutuhkan tanaman berpindah dari tanaman ke organ muda, sebagai respons terhadap strategi kelangsungan hidup organisme. Berkat daur ulang nutrisi dari daun bagian bawah, daun yang lebih muda, daun bagian atas, tetap dapat bertahan hidup.

Mekanisme regenerasi organ yang hilang berjalan. Misalnya permukaan luka ditutupi dengan jaringan integumen sekunder (periderm luka), luka pada batang atau cabang disembuhkan dengan bintil-bintil (kapalan). Ketika pucuk apikal hilang, tunas yang tidak aktif muncul pada tanaman dan tunas samping berkembang secara intensif. Regenerasi daun pada musim semi dan bukan daun pada musim gugur juga merupakan contoh regenerasi organ secara alami. Regenerasi sebagai adaptasi biologis yang menyediakan perbanyakan vegetatif tumbuhan berdasarkan ruas akar, rimpang, thallus, stek batang dan daun, sel terisolasi, protoplas individu, mempunyai ukuran yang besar signifikansi praktis untuk penanaman tanaman, penanaman buah-buahan, kehutanan, berkebun hias, dll.

Sistem hormonal juga berpartisipasi dalam proses perlindungan dan adaptasi di tingkat tanaman. Misalnya, di bawah pengaruh kondisi buruk pada tanaman, kandungan penghambat pertumbuhan: etilen dan asam absisat meningkat tajam. Mereka mengurangi metabolisme, menghambat proses pertumbuhan, mempercepat penuaan, kehilangan organ, dan transisi tanaman ke keadaan tidak aktif. Penghambatan aktivitas fungsional dalam kondisi stres di bawah pengaruh penghambat pertumbuhan merupakan reaksi khas tanaman. Pada saat yang sama, kandungan stimulan pertumbuhan dalam jaringan menurun: sitokinin, auksin dan giberelin.

Pada tingkat populasi seleksi ditambahkan, yang mengarah pada munculnya organisme yang lebih beradaptasi. Kemungkinan seleksi ditentukan oleh adanya variabilitas intrapopulasi dalam ketahanan tanaman terhadap berbagai faktor lingkungan luar. Contoh variabilitas resistensi intrapopulasi adalah kemunculan bibit yang tidak merata di tanah salin dan peningkatan variasi waktu perkecambahan seiring dengan meningkatnya stresor.

Lihat di ide modern terdiri dari sejumlah besar biotipe - unit ekologi yang lebih kecil yang identik secara genetik, tetapi menunjukkan ketahanan yang berbeda terhadap faktor lingkungan. Dalam kondisi yang berbeda, tidak semua biotipe dapat bertahan hidup, dan sebagai akibat dari persaingan, hanya biotipe yang paling memenuhi kondisi tertentu yang tersisa. Artinya, ketahanan suatu populasi (varietas) terhadap satu atau beberapa faktor ditentukan oleh resistensi organisme pembentuk populasi tersebut. Varietas tahan mencakup serangkaian biotipe yang memberikan produktivitas yang baik bahkan dalam kondisi buruk.

Pada saat yang sama, dengan budidaya varietas jangka panjang, komposisi dan rasio biotipe dalam populasi berubah, yang mempengaruhi produktivitas dan kualitas varietas, seringkali tidak menjadi lebih baik.

Jadi, adaptasi mencakup segala proses dan adaptasi yang meningkatkan ketahanan tanaman terhadap kondisi lingkungan yang merugikan (anatomi, morfologi, fisiologis, biokimia, perilaku, populasi, dll)

Namun untuk memilih jalur adaptasi yang paling efektif, yang utama adalah waktu di mana tubuh harus beradaptasi dengan kondisi baru.

Apabila terjadi tindakan tiba-tiba yang disebabkan oleh faktor ekstrem, responsnya tidak dapat ditunda; tindakan ini harus segera dilakukan untuk menghindari kerusakan permanen pada tanaman. Dengan paparan kekuatan kecil yang berkepanjangan, perubahan adaptif terjadi secara bertahap, dan pilihan strategi yang mungkin meningkat.

Dalam hal ini, ada tiga strategi adaptasi utama: evolusioner, ontogenetik Dan mendesak. Tujuan dari strategi ini adalah penggunaan sumber daya yang tersedia secara efektif untuk mencapai tujuan utama - kelangsungan hidup tubuh di bawah tekanan. Strategi adaptasi ditujukan untuk menjaga integritas struktural makromolekul vital dan aktivitas fungsional struktur seluler, melestarikan sistem pengaturan kehidupan, dan menyediakan energi bagi tanaman.

Adaptasi evolusioner atau filogenetik(filogeni - perkembangan spesies biologis pada waktunya) adalah adaptasi yang muncul selama proses evolusi berdasarkan mutasi genetik, seleksi dan diwariskan. Merekalah yang paling dapat diandalkan untuk kelangsungan hidup tanaman.

Dalam proses evolusi, setiap spesies tumbuhan telah mengembangkan kebutuhan tertentu akan kondisi kehidupan dan kemampuan beradaptasi terhadap relung ekologi yang ditempatinya, adaptasi organisme yang stabil terhadap habitatnya. Toleransi terhadap kelembaban dan naungan, tahan panas, tahan dingin, dan karakteristik ekologi lainnya dari spesies tanaman tertentu terbentuk sebagai hasil dari paparan jangka panjang terhadap kondisi yang sesuai. Dengan demikian, tanaman yang menyukai panas dan berumur pendek merupakan ciri khasnya garis lintang selatan, tidak terlalu menuntut panas dan tanaman berumur panjang - untuk tanaman di utara. Banyak adaptasi evolusi tanaman xerofit terhadap kekeringan yang telah diketahui: penggunaan air secara ekonomis, sistem akar yang dalam, rontoknya daun dan transisi ke keadaan tidak aktif, dan adaptasi lainnya.

Dalam hal ini, varietas tanaman pertanian justru menunjukkan ketahanan terhadap faktor lingkungan yang menjadi latar belakang dilakukannya pemuliaan dan pemilihan bentuk produktif. Jika seleksi terjadi dalam beberapa generasi berturut-turut dengan latar belakang pengaruh terus-menerus dari beberapa faktor yang tidak menguntungkan, maka ketahanan suatu varietas terhadap faktor tersebut dapat meningkat secara signifikan. Wajar jika varietas tersebut dipilih oleh lembaga penelitian Pertanian Tenggara (Saratov), ​​​​lebih tahan terhadap kekeringan dibandingkan varietas yang dibuat di pusat pemuliaan di wilayah Moskow. Dengan cara yang sama masuk zona ekologi Dengan kondisi iklim tanah yang tidak mendukung, terbentuklah varietas tanaman lokal yang tahan, dan spesies tanaman endemik justru tahan terhadap stresor yang diekspresikan di habitatnya.

Karakteristik ketahanan varietas gandum musim semi dari koleksi Institut Penanaman Tanaman Seluruh Rusia (Semyonov et al., 2005)

Dalam lingkungan alami, kondisi lingkungan biasanya berubah dengan sangat cepat, dan waktu di mana faktor stres mencapai tingkat yang merusak tidak cukup untuk pembentukan adaptasi evolusioner. Dalam kasus ini, tanaman tidak menggunakan mekanisme pertahanan yang permanen, tetapi disebabkan oleh stresor, yang pembentukannya telah ditentukan sebelumnya (ditentukan) secara genetik.

Adaptasi ontogenetik (fenotipik). tidak ada hubungannya mutasi genetik dan tidak diwariskan. Terbentuknya adaptasi semacam ini memerlukan waktu yang relatif lama sehingga disebut adaptasi jangka panjang. Salah satu mekanisme tersebut adalah kemampuan sejumlah tanaman untuk membentuk jalur fotosintesis tipe CAM yang hemat air dalam kondisi kekurangan air yang disebabkan oleh kekeringan, salinitas, suhu rendah, dan faktor stres lainnya.

Adaptasi ini dikaitkan dengan induksi ekspresi gen fosfoenolpiruvat karboksilase, yang “tidak aktif” dalam kondisi normal, dan gen enzim lain dari jalur CAM untuk asimilasi CO2, dengan biosintesis osmolit (prolin), dengan aktivasi sistem antioksidan dan perubahan ritme harian pergerakan stomata. Semua ini mengarah pada konsumsi air yang sangat hemat.

Pada tanaman lapangan, misalnya jagung, aerenkim tidak ada pada kondisi pertumbuhan normal. Namun dalam kondisi banjir dan kekurangan oksigen pada jaringan akar, beberapa sel korteks primer akar dan batang mati (apoptosis, atau kematian sel terprogram). Sebagai gantinya, rongga terbentuk di mana oksigen diangkut dari bagian atas tanaman ke sistem akar. Sinyal kematian sel adalah sintesis etilen.

Adaptasi yang mendesak terjadi dengan perubahan kondisi kehidupan yang cepat dan intens. Hal ini didasarkan pada pembentukan dan berfungsinya sistem pertahanan guncangan. Sistem pertahanan guncangan mencakup, misalnya, sistem protein kejutan panas, yang terbentuk sebagai respons terhadap peningkatan suhu yang cepat. Mekanisme ini menyediakan kondisi jangka pendek untuk kelangsungan hidup di bawah pengaruh faktor yang merusak dan dengan demikian menciptakan prasyarat untuk pembentukan mekanisme adaptasi khusus jangka panjang yang lebih andal. Contoh mekanisme adaptasi khusus adalah pembentukan baru protein antibeku pada suhu rendah atau sintesis gula selama musim dingin yang berlebihan pada tanaman musim dingin. Pada saat yang sama, jika efek merusak dari suatu faktor melebihi kemampuan perlindungan dan perbaikan tubuh, maka kematian pasti akan terjadi. Dalam hal ini, organisme mati pada tahap mendesak atau pada tahap adaptasi khusus, tergantung pada intensitas dan durasi faktor ekstrem.

Membedakan spesifik Dan tidak spesifik (umum) respon tanaman terhadap stresor.

Reaksi nonspesifik tidak bergantung pada sifat faktor akting. Mereka sama-sama berada di bawah pengaruh suhu tinggi dan rendah, kekurangan atau kelebihan kelembaban, konsentrasi garam yang tinggi di dalam tanah atau gas berbahaya di udara. Dalam semua kasus, permeabilitas membran sel tumbuhan meningkat, respirasi terganggu, pemecahan hidrolitik zat meningkat, sintesis etilen dan asam absisat meningkat, pembelahan dan pemanjangan sel terhambat.

Tabel tersebut menyajikan serangkaian perubahan nonspesifik yang terjadi pada tumbuhan di bawah pengaruh berbagai faktor lingkungan.

Perubahan parameter fisiologis pada tanaman di bawah pengaruh kondisi stres (menurut G.V. Udovenko, 1995)

Berdasarkan data pada tabel terlihat bahwa ketahanan tanaman terhadap beberapa faktor disertai dengan perubahan fisiologis yang searah. Hal ini memberikan alasan untuk meyakini bahwa peningkatan ketahanan tanaman terhadap satu faktor dapat dibarengi dengan peningkatan resistensi terhadap faktor lain. Hal ini telah dikonfirmasi oleh eksperimen.

Eksperimen di Institut Fisiologi Tumbuhan dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia (Vl. V. Kuznetsov dan lainnya) menunjukkan bahwa perlakuan panas jangka pendek pada tanaman kapas disertai dengan peningkatan ketahanannya terhadap salinitas berikutnya. Dan adaptasi tanaman terhadap salinitas menyebabkan peningkatan ketahanannya terhadap suhu tinggi. Kejutan panas meningkatkan kemampuan tanaman untuk beradaptasi terhadap kekeringan berikutnya dan sebaliknya, selama kekeringan, daya tahan tubuh terhadap suhu tinggi meningkat. Paparan suhu tinggi dalam jangka pendek meningkatkan resistensi terhadap logam berat dan iradiasi UV-B. Kekeringan sebelumnya mendorong kelangsungan hidup tanaman dalam kondisi salinitas atau dingin.

Proses peningkatan daya tahan tubuh terhadap hal ini faktor lingkungan akibat adaptasi terhadap suatu faktor yang sifatnya berbeda disebut adaptasi silang.

Mempelajari mekanisme resistensi secara umum (nonspesifik), respon tanaman terhadap faktor penyebabnya defisit air: untuk salinitas, kekeringan, suhu rendah dan tinggi dan beberapa lainnya. Pada tingkat organisme secara keseluruhan, semua tumbuhan bereaksi terhadap kekurangan air dengan cara yang sama. Ditandai dengan terhambatnya pertumbuhan tunas, peningkatan pertumbuhan sistem akar, sintesis asam absisat, dan penurunan konduktansi stomata. Setelah beberapa waktu, daun bagian bawah menua dengan cepat dan kematiannya terlihat. Semua reaksi ini bertujuan untuk mengurangi konsumsi air dengan mengurangi permukaan penguapan, serta meningkatkan aktivitas penyerapan akar.

Reaksi spesifik- Ini adalah reaksi terhadap tindakan salah satu faktor stres. Jadi, fitoaleksin (zat dengan sifat antibiotik) disintesis pada tanaman sebagai respons terhadap kontak dengan patogen.

Spesifisitas atau non-spesifik reaksi respon menyiratkan, di satu sisi, sikap tanaman terhadap berbagai stresor dan, di sisi lain, kekhususan reaksi tanaman dari spesies dan varietas yang berbeda terhadap stresor yang sama.

Manifestasi respon tanaman spesifik dan nonspesifik bergantung pada kekuatan stres dan kecepatan perkembangannya. Respons spesifik lebih sering terjadi jika stres berkembang perlahan dan tubuh punya waktu untuk membangun kembali dan beradaptasi dengannya. Reaksi nonspesifik biasanya terjadi dengan jangka waktu yang lebih pendek dan tindakan yang kuat pemicu stres Berfungsinya mekanisme resistensi nonspesifik (umum) memungkinkan tanaman menghindari pengeluaran energi yang besar untuk pembentukan mekanisme adaptasi khusus (spesifik) sebagai respons terhadap setiap penyimpangan dari norma dalam kondisi kehidupannya.

Ketahanan tanaman terhadap stres tergantung pada fase entogenesis. Tumbuhan dan organ tumbuhan yang paling stabil berada dalam keadaan tidak aktif: berupa biji, umbi; tanaman keras berkayu - dalam keadaan dormansi yang dalam setelah daun rontok. Tumbuhan adalah yang paling sensitif di usia muda, karena dalam kondisi stres, proses pertumbuhan dirusak terlebih dahulu. Masa kritis kedua adalah masa pembentukan gamet dan pembuahan. Stres pada periode ini menyebabkan penurunan fungsi reproduksi tanaman dan penurunan hasil.

Jika kondisi stres berulang dan intensitasnya rendah, maka kondisi tersebut berkontribusi terhadap pengerasan tanaman. Hal ini menjadi dasar metode peningkatan ketahanan terhadap suhu rendah, panas, salinitas, dan peningkatan kadar gas berbahaya di udara.

Keandalan organisme tumbuhan ditentukan oleh kemampuannya dalam mencegah atau menghilangkan kegagalan dalam tingkat yang berbeda organisasi biologis: molekuler, subseluler, seluler, jaringan, organ, organisme dan populasi.

Untuk mencegah terganggunya kehidupan tanaman akibat pengaruh faktor-faktor yang merugikan, prinsip-prinsip redundansi, heterogenitas komponen yang setara secara fungsional, sistem untuk memperbaiki struktur yang hilang.

Redundansi struktur dan fungsionalitas adalah salah satu cara utama untuk memastikan keandalan sistem. Redundansi dan redundansi memiliki manifestasi yang beragam. Pada tingkat subselular, redundansi dan duplikasi materi genetik berkontribusi pada peningkatan keandalan organisme tumbuhan. Hal ini dipastikan, misalnya, melalui heliks ganda DNA dan peningkatan ploidi. Keandalan fungsi organisme tumbuhan dalam kondisi yang berubah juga didukung oleh adanya berbagai molekul RNA pembawa pesan dan pembentukan polipeptida heterogen. Ini termasuk isoenzim yang mengkatalisis reaksi yang sama, tetapi berbeda dalam sifat fisikokimia dan stabilitas struktur molekul dalam kondisi lingkungan yang berubah.

Pada tingkat sel, contoh redundansi adalah kelebihan organel sel. Dengan demikian, telah diketahui bahwa sebagian dari kloroplas yang tersedia cukup untuk menyediakan produk fotosintesis bagi tanaman. Kloroplas yang tersisa tampaknya tetap menjadi cadangan. Hal yang sama berlaku untuk kandungan klorofil total. Redundansi juga diwujudkan dalam akumulasi besar prekursor untuk biosintesis banyak senyawa.

Pada tingkat organisme, prinsip redundansi diekspresikan dalam pembentukan dan peletakan pada waktu yang berbeda lebih dari yang dibutuhkan untuk pergantian generasi, jumlah pucuk, bunga, bulir, dalam jumlah besar serbuk sari, bakal biji. , dan biji.

Pada tingkat populasi, prinsip redundansi diwujudkan dalam sejumlah besar individu yang berbeda dalam resistensi terhadap faktor stres tertentu.

Sistem reparasi juga beroperasi pada tingkat yang berbeda - molekuler, seluler, organisme, populasi, dan biocenotic. Proses perbaikan memerlukan energi dan zat plastik, sehingga perbaikan hanya mungkin dilakukan jika laju metabolisme dipertahankan dalam jumlah yang cukup. Jika metabolisme berhenti, perbaikan juga terhenti. Dalam kondisi lingkungan yang ekstrim, menjaga respirasi sangatlah penting, karena respirasilah yang menyediakan energi untuk proses perbaikan.

Kemampuan regenerasi sel organisme yang beradaptasi ditentukan oleh ketahanan proteinnya terhadap denaturasi, yaitu kestabilan ikatan yang menentukan struktur protein sekunder, tersier, dan kuaterner. Misalnya ketahanan benih dewasa terhadap suhu tinggi, biasanya disebabkan oleh fakta bahwa setelah dehidrasi, proteinnya menjadi resisten terhadap denaturasi.

Sumber utama bahan energi sebagai substrat respirasi adalah fotosintesis, oleh karena itu, pasokan energi sel dan proses perbaikan terkait bergantung pada stabilitas dan kemampuan peralatan fotosintesis untuk pulih dari kerusakan. Untuk mempertahankan fotosintesis dalam kondisi ekstrim pada tumbuhan, sintesis komponen membran tilakoid diaktifkan, oksidasi lipid dihambat, dan ultrastruktur plastida dipulihkan.

Pada tingkat organisme, contoh regenerasi dapat berupa berkembangnya tunas pengganti, kebangkitan tunas dorman bila titik tumbuh rusak.

Jika Anda menemukan kesalahan, silakan sorot sepotong teks dan klik Ctrl+Masuk.

Untuk bertahan hidup dalam kondisi iklim yang tidak menguntungkan, tumbuhan, hewan dan burung memiliki beberapa kekhasan. Ciri-ciri ini disebut “adaptasi fisiologis”, contohnya dapat dilihat pada hampir setiap spesies mamalia, termasuk manusia.

Mengapa adaptasi fisiologis diperlukan?

Kondisi kehidupan di beberapa bagian planet ini tidak sepenuhnya nyaman, namun terdapat berbagai satwa liar di sana. Ada beberapa alasan mengapa hewan ini tidak meninggalkan lingkungan yang kurang mendukung.

Pertama-tama, kondisi iklim mungkin telah berubah ketika spesies tertentu sudah ada di suatu wilayah. Beberapa hewan tidak beradaptasi dengan migrasi. Mungkin juga demikian fitur teritorial tidak mengizinkan migrasi (pulau, dataran tinggi pegunungan, dll). Untuk spesies tertentu, kondisi habitat yang berubah masih lebih cocok dibandingkan di tempat lain. DAN adaptasi fisiologis adalah pilihan terbaik memecahkan masalah.

Apakah yang Anda maksud: adaptasi

Adaptasi fisiologis adalah keselarasan organisme dengan habitat tertentu. Misalnya, kenyamanan tinggal penghuninya di gurun pasir disebabkan oleh adaptasi mereka terhadap suhu tinggi dan kurangnya akses terhadap air. Adaptasi adalah munculnya ciri-ciri tertentu pada organisme yang memungkinkannya dapat hidup berdampingan dengan beberapa unsur lingkungan. Mereka muncul selama proses mutasi tertentu dalam tubuh. Adaptasi fisiologis yang contohnya terkenal di dunia misalnya kemampuan ekolokasi pada beberapa hewan (kelelawar, lumba-lumba, burung hantu). Kemampuan ini membantu mereka bernavigasi di ruang dengan pencahayaan terbatas (dalam gelap, di dalam air).

Adaptasi fisiologis adalah serangkaian reaksi tubuh terhadap faktor patogen tertentu di lingkungan. Ini memberi organisme kemungkinan lebih besar untuk bertahan hidup dan merupakan salah satu metode seleksi alam untuk organisme yang kuat dan tangguh dalam suatu populasi.

Jenis adaptasi fisiologis

Adaptasi organisme dibedakan antara genotip dan fenotipik. Genotipe didasarkan pada kondisi seleksi alam dan mutasi yang menyebabkan perubahan pada organisme seluruh spesies atau populasi. Dalam proses adaptasi jenis inilah spesies hewan, burung, dan manusia modern terbentuk. Bentuk adaptasi genotipe bersifat herediter.

Bentuk adaptasi fenotipik disebabkan oleh perubahan individu pada suatu organisme tertentu untuk kenyamanan hidup dalam kondisi iklim tertentu. Hal ini juga dapat berkembang karena paparan terus-menerus terhadap lingkungan yang agresif. Akibatnya, tubuh memperoleh resistensi terhadap kondisinya.

Adaptasi yang kompleks dan silang

Adaptasi kompleks terjadi pada kondisi iklim tertentu. Misalnya, tubuh terbiasa dengan suhu rendah selama lama tinggal di wilayah utara. Bentuk adaptasi ini berkembang pada setiap orang ketika berpindah ke zona iklim yang berbeda. Tergantung pada karakteristik organisme tertentu dan kesehatannya, bentuk adaptasi ini berlangsung dengan cara yang berbeda-beda.

Adaptasi silang merupakan suatu bentuk pembiasaan suatu organisme di mana berkembangnya resistensi terhadap satu faktor meningkatkan resistensi terhadap semua faktor dalam kelompok tersebut. Adaptasi fisiologis seseorang terhadap stres meningkatkan ketahanannya terhadap beberapa faktor lain, misalnya terhadap dingin.

Berdasarkan positif adaptasi silang Serangkaian tindakan telah dikembangkan untuk memperkuat otot jantung dan mencegah serangan jantung. DI DALAM kondisi alam orang-orang yang paling sering ditemui dalam hidup situasi stres, kurang rentan terhadap konsekuensi infark miokard dibandingkan mereka yang menjalani gaya hidup tenang.

Jenis reaksi adaptif

Ada dua jenis reaksi adaptif tubuh. Tipe pertama disebut “adaptasi pasif”. Reaksi-reaksi ini terjadi pada tingkat sel. Mereka mencirikan pembentukan tingkat ketahanan tubuh terhadap pengaruh faktor lingkungan negatif. Misalnya saja perubahan tekanan atmosfir. Adaptasi pasif memungkinkan Anda mempertahankan fungsi normal tubuh dengan sedikit fluktuasi tekanan atmosfer.

Adaptasi fisiologis yang paling terkenal pada hewan pasif adalah reaksi defensif organisme hidup terkena dingin. Hibernasi, di mana proses kehidupan melambat, melekat pada beberapa spesies tumbuhan dan hewan.

Jenis reaksi adaptif kedua disebut aktif dan melibatkan tindakan perlindungan tubuh ketika terkena faktor patogen. Dalam hal ini, lingkungan internal tubuh tetap konstan. Jenis adaptasi ini merupakan ciri mamalia dan manusia yang sangat maju.

Contoh adaptasi fisiologis

Adaptasi fisiologis seseorang diwujudkan dalam segala situasi yang tidak standar bagi lingkungan dan gaya hidupnya. Aklimatisasi adalah contoh adaptasi yang paling terkenal. Untuk organisme yang berbeda, proses ini terjadi pada kecepatan yang berbeda. Beberapa orang memerlukan waktu beberapa hari untuk terbiasa dengan kondisi baru, bagi banyak orang memerlukan waktu berbulan-bulan. Selain itu, kecepatan adaptasi bergantung pada tingkat perbedaan dari habitat biasanya.

Di lingkungan yang tidak bersahabat, banyak mamalia dan burung memiliki serangkaian respons tubuh yang khas yang membentuk adaptasi fisiologis mereka. Contohnya (pada hewan) dapat diamati di hampir setiap zona iklim. Misalnya, penghuni gurun mengumpulkan cadangan lemak subkutan, yang teroksidasi dan membentuk air. Proses ini diamati sebelum dimulainya masa kekeringan.

Adaptasi fisiologis pada tumbuhan juga terjadi. Namun sifatnya pasif. Contoh adaptasi tersebut adalah pepohonan yang menggugurkan daunnya saat musim dingin mendekat. Area kuncup ditutupi dengan sisik, yang melindunginya dari efek berbahaya suhu rendah, salju, dan angin. Proses metabolisme pada tumbuhan melambat.

Dikombinasikan dengan adaptasi morfologi, reaksi fisiologis tubuh memberikan tingkat kelangsungan hidup yang tinggi dalam kondisi buruk dan dengan perubahan lingkungan yang tiba-tiba.