Адаптации особей, популяций, видов в процессе акклиматизации

Пластичность н адаптивность. Экологическая пластичность живых организмов и их приспособляемость к изменениям условий жизни являются основой акклиматизационного процесса видов.

Пластичность — это свойство живой материи, способствующее благоприятному перенесению изменений внешней среды. Экологическая пластичность в той или иной степени присуща любой живой материи и исчезает только при отмирании.

Особи каждого вида обладают способностью переносить в некоторых пределах изменения среды обитания, приспосабливаться(адаптироваться) к ним. Степень приспособляемости (адаптивности) особей обусловлена пластичностью и ограничена в основном наследственными свойствами вида, а реакция особей ограничена их физиологической пластичностью, а также качеством и дозой реагента.

Следовательно, адаптивность особей зависит в первую очередь от их происхождения и наследственности, физиологической пластичности, стадии их развития, характера реагента.

Прямое действие факторов среды вызывает непосредственный ответ — реакцию организма. Реакция зависит от физиологической пластичности особи, от дозы реагента, от внезапности и длительности его действия. Например, слишком резкие изменения в среде могут вызвать отрицательную реакцию организма и даже гибель. В то же время медленное и постепенное изменение дозы реагента позволяет организму привыкнуть к его изменению и выживать некоторое время в критических условиях. В связи с этим возник метод физиологического приучения особей к изменению в среде обитания — метод акклимации, или метод физиологической адаптации. При переносе партии рекрутов, как правило, особи проходят этап акклимации, так как они часто встречаются с изменёнными условиями среды в заселяемом водоёме.

От возможности своевременного проявления адаптивности зависит выживание интродуцентов и первый этап, или фаза акклиматизации. Так, например, рекруты могут попасть в воду с более низкой температурой в транспортной таре или в водоёме. Резкая смена температуры может погубить всю партию, а при постепенном её изменении действие температурной разницы смягчается и особи выживают безболезненно. То же самое относится к действию солевых, газовых и других реагентов.

Что же следует понимать под акклимацией?

Под акклимацией физиологи понимают процесс физиологического приучения особей к какому-либо одному изменяющемуся фактору среды при прочих благоприятных условиях, что обычно создаётся в лабораторном эксперименте.

Экологи придают несколько иной смысл этому понятию. Акклимация — это временное привыкание организма к изменению факторов естественной среды, когда проявляется максимальная пластичность организма, позволяющая некоторое время переносить сублетальные (экстремальные) условия. Акклимация помогает организму проявить адаптационные возможности полностью, но не всегда переходит в адаптацию, направленную на поддержание популяции.

Таким образом, существует различие между понятиями физиологической приспособляемости — акклимацией организмов и их наследственными адаптациями. С.Н. Скадовский (1955) основой приспособляемости организмов считал обмен веществ и различал два вида приспособляемости:

1) пассивная приспособляемость — когда изменение среды приводит к изменению уровня обмена; при этом задерживается рост и развитие организма, но он продолжает жить в течение определённого времени, после чего наступает необратимая фаза и смерть. Это и есть физиологическая адаптация — акклимация;

2) активная приспособляемость — когда при изменении обмена веществ организм сохраняет жизнеспособность и способность к воспроизводству. Это и есть тип эколого-физиологических и биологических адаптаций особей, которые лежат в основе акклиматизации.

Иными словами, при акклиматизации у особей всегда сохраняется некоторый запас «физиологической прочности» (на базе пластичности), а при акклимации он исчерпывается.

Адаптивность и адаптация. Адаптивность, или приспособляемость — это свойство целых систем (организма, популяции, вида, биоценоза) осваивать изменённые условия среды, сохраняя при этом видовую специфику. Степень адаптивности ограничивается наследственной консервативностью вида.

Адаптация — это положительный для вида результат проявленных особью адаптивных свойств при её взаимодействии с изменённой средой.

Адаптации — это изменения, возникающие в результате взаимодействия особей (популяций) с изменённой средой, но способствующие сохранению целостности вида. Адаптации заметнее всего проявляются в уровне протекания физиологических процессов, в морфологических количественных характеристиках (длина, масса, соотношение частей тела особей и т.д.) и являются основой для внутривидовой изменчивости.

Адаптации в онтогенезе. На разных стадиях развития особей их экологическая пластичность меняется. У карповых, окуневых идругих генеративно-пресноводных рыб наиболее важные процессы, поддерживающие численность популяций, протекают только в пресной воде и в относительно узком температурном диапазоне. Их ранние личинки хорошо переносят солёность от 0 до 3‰, температуру 12-18°С, слабую щёлочность и требуют высокой концентрации кормовых организмов (не менее 250-300 шт./л науплий копепод и т.д.). В силу этого личинки рыб наименее жизнестойки.

Хорошо сформированная молодь переносит более высокую солёность (до 10-11‰), температуру до 25°С, пищевой спектр расширяется, она становится менее требовательной и к другим условиям среды, легче избегает хищников, более стойка к болезням и т.д. Поэтому она жизнеспособнее, чем личинки. Взрослые особи большинства рыб ещё выносливее. Большая пластичность взрослых особей к изменению факторов внешней среды лежит в основе образования проходных и полупроходных биологических групп генеративно-пресноводных рыб и позволяет морским рыбам осваивать пастбища солоноватоводных бассейнов.

Это свойство рыб, а также беспозвоночных животных является основой для поэтапной акклиматизации.

Приспособления и изменчивость популяций в процессе акклиматизации. Адаптации особей обеспечивают только начальный этап акклиматизации (1-ю фазу). Последующие этапы (фазы) зависят от формирования популяций, их адаптаций к новой среде, изменчивости и стойкости изменений, приобретённых в новых условиях. Чем короче биологический цикл вида, тем выше темп приспособления (или вымирания) переселенцев в новых условиях, темп изменчивости и формирования популяции, а следовательно, и темп их акклиматизации и натурализации. Например, мизиды, которые созревают на 45 сутки, переселённые весной, к осени того же года образуют полноценную популяцию, состоящую из нескольких помётов интродуцированных особей и нескольких (до шести) поколений местного рождения. Влияние элиминации (гибели организмов вследствие различных абиотических и биотических факторов внешней среды) и отбор могут произойти в течение одного-двух лет.

И наоборот, формирование популяции длинноцикловых видов протекает медленно, их адаптации даже в онтогенезе формируются очень медленно, а изменчивость популяционного характера проявляется через ряд поколений. У белуги, например, не ранее чем через20-40 лет. В связи с этим процесс акклиматизации можно считать завершённым только при регулярном размножении особей новой популяции, особенно если она благополучно перенесла крайние отклонения в среде обитания.

При увеличении численности особей от повторных нерестов или последующих поколений начинает сказываться и постепенно усиливается действие биотического окружения — появляются враги, конкуренты, заболевания и в первую очередь уничтожаются ослабленные или неприспособленные особи. В результате из поколения в поколение отбираются жизнеспособные особи и, следовательно, при формировании новой популяции вступает в действие естественный отбор, который и является ведущей силой, направляющей процессы адаптации и изменчивости у акклиматизанта.

Под давлением среды и отбора изменения, возникающие у переселённых особей и их потомства, постепенно усиливаются и становятся нормой физиологических процессов, а также нормой морфологического статуса особей. Возникают и закрепляются в ряде поколений морфофизиологические отклонения, способствующие приспособлению и выживанию новой популяции.

Адаптации и изменчивость новой популяции могут привести к повышению интенсивности физиологических процессов, что способствует ускорению темпов роста и созревания, увеличению упитанности особей. Популяция процветает не только в зоологическом, но и в промысловом отношении. Примером подобного явления могут служить сиги в уральских озёрах, озере Севан и др. Улучшение промысловых качеств происходит в результате действия благоприятных температуры, солёности, снижения заражённости, появления новых кормовых объектов или обилия их.

В других случаях морфофизиологических изменений у переселенцев не наблюдается и популяция формируется по типу исходной. Это свидетельствует об отсутствии или незначительном отличии физико-химических и биотических условий в заселяемом и материнском водоёмах.

В третьих случаях наблюдается снижение интенсивности физиологических процессов или их перенапряжение, в результате чего уменьшаются темпы развития и роста, снижается или чрезмерно увеличивается плодовитость, что приводит к измельчению особей,ухудшению их упитанности или уменьшению численности и другим неблагоприятным последствиям. Такие популяции нельзя считать процветающими, и они часто теряют промысловое значение. Подобные изменения возникают при переселении рыб и беспозвоночных в сублетальные условия водной среды (температура, солёность, газовый состав и т.д.), а также водоёмы, перегруженные конкурентами и не обеспечивающие нормальное питание растущей популяции.

Для периода формирования популяций переселённых рыб и других организмов характерно появление новых черт в их биологии. Под влиянием биотических отношений часто изменяется характер питания у переселенцев. Особенно лабильны взрослые особи, они легко переходят на замену корма. Например, сиги-планктофаги при переселении в озеро Севан перешли на донное питание, потребляют более концентрированный корм — гаммарид, в результате их рост и упитанность повысились. Изменяется характер миграций — проходные рыбы становятся полупроходными (рыбец) или туводными (лещ), сдвигаются время нереста (лососи, лещ, кефаль) и места нереста (кефаль Каспия).