Изменение особей (популяций) в пределах видового ареала

Группа закономерностей, характерных для пространственных изменений особей в популяциях, сменяющих друг друга при движении с севера на юг (или наоборот) и живущих в различных условиях островной изоляции, наиболее известна. Правило К. Бергмана (1847): у теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, размеры тела особей статистически (в среднем) больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала вида. Правилу Бергмана подчиняются около 50% видов теплокровных животных, подавляющая часть которых (до 90%) птицы. Механизм действия правила Бергмана основан на термодинамических принципах: укрупнение размеров особей меняет отношение объема и площади тела, снижает уровень основного обмена. В то же самое время правило не может действовать в тех случаях, когда наблюдается недостаток кормов или колеблется их доступность: при увеличении размеров тела общая масса потребляемого корма возрастает. Но если вид способен к временному снижению метаболизма, а соответственно и температуры тела, то особи могут не укрупняться при распространении с юга на север. К тому же результату ведет способность использовать терморегулирующие укрытия, что характерно для многих млекопитающих.

Дополнением к правилу Бергмана служит правило Р. Гессе: особи популяций в северных районах обладают относительно большей массой сердца (при ее сравнении с массой тела), чем особи популяций, живущих в южных районах или в более теплых местообитаниях. Большая интенсивность обмена и необходимость поддерживать относительно постоянную температуру тела при более низких температурах требует лучшего кровоснабжения. А для него нужна более мощная сердечная мышца.

Столь же очевидны причины действия закона покровов (покрытия) тела: плотность (густота и терморегулирующая способность) покровов тела млекопитающих и птиц достигает максимума в холодных и засушливых областях. Это помогает животным противостоять экстремальным температуре и влажности. Уточнение к закону покровов (покрытия) тела служит правило густоты мехового покрова: у млекопитающих холодных местообитаний мех, как правило, гуще, чем у живущих в теплых географических зонах и поясах.

Часто это правило справедливо и для млекопитающих сухого климата, где густой мех предохраняет от излишнего испарения воды с поверхности тела, а также от перегревания.

Арктический вид. Температура тела 37°С Средняя температура среды 0°С

Европейский вид. Температура тела 37°С Средняя температура среды 12°С

Африканский вид. Температура тела 37°С Средняя температура среды 25°С

Рисунок 6.3 – Различия в длине ушей у трех видов лисиц, обитающих в разных географических областях (по Н. Грину и др., 1993)

Как бы частным случаем правила Бергмана, а скорее, более общего правила поверхностей служит правило Д. Аллена (1877): увеличение выступающих частей тела одного вида теплокровных животных (конечностей, хвоста, ушей и т. п.) при продвижении с севера на юг (рисунок 6.3).

Достаточно ясно, что удлинение выступающих частей тела увеличивает поверхность тела и его теплоотдачу.

Для рыб существует особое правило числа позвонков, или правило А. Жордана, согласно которому (у сельдей, трески и др.) в водоемах с повышенной соленостью и более низкими температурами в хвостовой части тела возрастает число позвонков (рисунок 6.4). Правило Жордана не имеет отношения к правилу Аллена как таковому, а связано с приспособлением к движению в более плотной среде. Подобного рода закономерностей много у почвенных и глубоководных организмов – их удлиненность, часто червеобразность и т. п.

Климатические особенности воздействуют и на цвет особей популяций, живущих на севере и на юге, в сухих и влажных местообитаниях. Эту специфику отражает правило, или закон К. Глогера (1833): виды животных северных и влажных географических зон имеют более интенсивную окраску, чем обитатели южных сухих регионов. Темная окраска, отражая меньше тепла, улучшает его аккумуляцию телом животного. Так называемый индустриальный меланизм – потемнение некоторых животных, например бабочек, в задымленных регионах – видимо, имеет подосновой необходимость более темной защитной окраски. В то же самое время многие виды млекопитающих и птиц Севера имеют светлую окраску, что объясняется не столько самим цветом мехового покрова, сколько его структурой, строением волос, одновременно отражающих свет и работающих как кумулирующие линзы. Кроме того, на льду белый цвет служит и защитной окраской (например, у бельков тюленей).

Многие признаки островных популяций видов отличаются от имеющихся у материковых. Объясняет это явление принцип основателя: единичные особи-основатели новой (изолированной) колонии или популяции несут в себе лишь часть общей генетической информации, присущей виду. Нехватка потенциала наследственной изменчивости может лежать в основе правила островного измельчания: популяции видов животных, обитающие на островах, как правило, образуются более мелкими особями, чем материковые, живущие в аналогичных условиях. Правило островного измельчания имеет много исключений, особенно на крупных островах (например, кабарга Сахалина крупнее, чем материковая), но, видимо, статистически верно.

Вопросы для самопроверки:

1 Почему животные средней полосы впадают в зимнюю спячку?

2 Почему люди надевают наиболее плотную одежду как на севере, так и в пустынях?

3 Объясните причины появления холодовой дрожи.

4 Объясните роль бурого жира в организме животных.

5 Почему у антилопы гну зимой может вырасти густой подшерсток, а у антилопы канна – нет? Ответ мотивируйте.

6 Почему некоторые виды примул, выращенные при пониженных температурах, имеют белые цветки, вместо красных? Ответ мотивируйте.

7 Почему засыпает замерзающий человек? Ответ мотивируйте.

8 Почему у зверей и птиц, передвигающихся по снегу, не наступает переохлаждения организма?

9 Почему северные животные крупнее, чем аналогичные организмы средней полосы?

10 Как на основании внешних признаков можно различить африканского и индийского слонов? Что является причиной этих различий?

11 Объясните причину существования водорослей – зеленых, бурых, красных – на разных глубинах океанов и морей.

12 Объясните причины распространения организмов на определенных участках почвы, земли, водной среды.

13 Объясните биологию «черных (белых) курильщиков»

14 Почему невозможна вечная жизнь отдельного организма?

15 Почему у хищников нет рогов, а у копытных – клыков?

16 Почему у китов и дельфинов, живущих в водной среде, органы дыхания – легкие, а не жабры, как у рыб?

17 Объясните причины вымирания динозавров с точки зрения законов экологии. Приведите 2-3 обоснования этих причин.

Рисунок 6.4 – Треска (слева), спинорог Пикассо (справа)

18 Объясните разницу в длине тела рыб (рисунок 6.4) северных морей (слева) и южных (справа).

19 Рассчитайте объем и площадь поверхности кубов с разными длинами сторон. Вычислите отношение объема к площади поверхности. Сделайте вывод о связи полученных данных с правилом Бергмана.

20 Поясните, почему кошка на морозе сворачивается «клубком».