形形色色的生物适应现象

作者：顾霞

　　生物适应环境是生态平衡的一条重要的规律。有许多物种灭绝了，是因为它们不适应变化了的环境，只有适应性强的物种才生存下来。适应作为生物生存的重要因素，是生物生存的一种机制。面对环境的变化，生物需要不断地调节自身的形态结构，甚至是生理功能和行为特征，以便有更多的生存机会。于是各种各样的生物便呈现出形形色色的适应现象。
　　1 生物的形态结构对环境的适应
　　丰富多彩的各种生物在大自然中生存，无不打上生活的烙印。你是否观察到，动植物的体形构造明显地带有与其生活环境相适应的标记。如，在黑暗的地下靠前肢挖洞的鼹鼠，其眼小，耳退化，前肢粗短，掌心向外翻转，有着粗大的长爪；在草原上奔跑的羚羊，趾端特化为蹄，其余各指均退化；在密林中攀援的长臂猿，其拇指与其他四指相对，以利于紧握树枝；鱼类的流线形体和用鳃呼吸是适应水中生活的；陆地生活的动物用肺呼吸和有能行走或奔跑的四肢；海豹胸部的皮下脂肪很厚是对寒冷的适应；家兔小肠的长度是体长的近10倍，还有发达的盲肠，这是与其草食性相适应的；人的盲肠、阑尾逐渐变为痕迹器官，是其长期得不到充分的利用，与环境关系不大相适应所致；树叶的片状结构和向上生长的枝条呈辐射状展开是争取阳光的表现；松的针叶叶面有一层厚厚的蜡质，表皮角质化，气孔内陷很深，还有抗寒的松脂，这是对严寒环境的适应；沙生植物为了减少植物水分的蒸发，大都是叶面很小，甚至完全退化，或具有特殊的肉质器官，如仙人掌的叶子退化成针刺状，霸王鞭的叶子长成肉质状，表层长一层白色光滑的蜡质层，既能反射强烈的阳光，又可减少水分蒸发；红柳、梭梭草和胡杨的叶子长成鳞状等。
　　1.1 保护色
　　动物所具有的与它栖息环境相似的颜色叫保护色。动物的保护色既可以保护自己免受敌害，又可以伪装自己偷袭猎物。留心观察周围环境，就会发现，大多数动物的体色与它所栖息的环境是相近的：菜青虫的颜色与青菜相同；青草里的蚱蜢为青色，枯草里的蚱蜢为黄褐色；终年生活在冰雪覆盖环境下的北极熊的身体是白色的，而生活在遮天蔽日的深山老林里的狗熊的身体是黑色；生活在水中的鱼，背部是黑灰色的，而向腹部逐渐变为白色，这是适应水中环境的一种保护色。
　　1.1.1 工业区桦尺蛾“黑化”
　　桦尺蛾是生活在欧洲的一种蛾类。正常桦尺蛾的体色是灰白色，夜晚活动，白天栖息在树干上，体色与树干上的地衣颜色十分相似，不易被它的天敌鸟类发现。19世纪英国工业化造成严重污染，烟囱排出的大量煤烟，杀死了树干上浅灰色的地衣，把原先密被地衣的树干变为黑色，从而改变了桦尺蛾的栖息环境，它们原本具有的保护色，在新的环境中变为显露的。于是，灰白色的桦尺蛾变得容易被鸟发现并捕食，而原来容易被发现的黑色品种却得到了掩护。在自然选择的作用下，黑色类型逐渐代替了浅色类型。在工业黑化的作用下，黑色的桦尺蛾适应了新的环境而被保留下来。自从1850年人们发现了第一只黑色桦尺蛾，到19世纪末，黑色类型占95％以上，而浅灰色类型从99％降到5％以下。由此可见，生物对环境的适应，是使其生存的重要保证。
　　1.1.2 斑马的条纹
　　斑马的全身，从头到脚，甚至在尾巴上都有黑色的条纹，不仅好看、有趣，而且也很有用。人们普遍认为，这种条纹是一种隐身术。那就怪了，有这种条纹不是很显眼更容易被发现吗？是的，对于同类来说，这是一种颜色语言。斑马和其他动物混在一起吃草，黑白相间的条纹容易引起注意，一旦出现危险，例如狼、狮或虎出现，只要头马一动，所有斑马很快能够一起逃跑。也就是说，这种条纹对同类来说有引起注意的作用。但是，它对于猎食者来说，能起隐身作用。科学家发现，眼睛对黑白两种颜色的感光程度有差异。正是由于有这种差异，斑马奔跑的速度又很快，捕食者很难迅速地测定它的距离。当捕食者测定距离时，它早就逃之夭夭了。研究表明，斑马的条纹具有防止刺刺蝇的叮咬的作用。例如，刺刺蝇常常叮咬羚羊等颜色单一的动物，并传播一种睡眠病。
　　1.1.3 变色术
　　“变色龙”又名避役。它的真皮内有多种色素细胞，能随时增减，并根据周围的环境变化体色。当它爬在树干上时，身体呈现树皮色，而爬到树叶上时，马上变成绿色。乌贼的“变色术”绝不亚于避役，它的基本体色是无色或半透明，体内的墨囊隐隐可见。当它在海洋游泳时，身体可出现斑马身体上的斑条纹，随着海水的波澜而使自己被淹没在其中；当它在阳光照耀的砾石上时，背部则显现灰棕色斑点，好似阳光下的砾石闪闪发光；当它在沙滩上栖息时，体色又变为沙黄色；如果将它放到白色的大理石上，其体色很快又变为乳白色。生活在寒带的雷鸟，在白雪皑皑的冬天，体色是纯白色的，一到夏天就换上棕褐色的羽毛，与夏季苔原的斑驳色彩很相近，从而保护自己。
　　1.2 警戒色
　　某些有恶臭或毒刺的动物具有鲜艳的色彩或醒目的斑纹，称为警戒色。有些昆虫的体色不仅与其生活环境不同，而且披着绚丽的“外衣”，这使得它们更加显眼醒目，而这样的昆虫却偏偏不易受到敌害的攻击。比如，披着红底黑点艳丽袍衣的瓢虫，偏偏爱在青色的菜地里吞食蚜虫，而自己却不怕被敌害发现。这是为什么呢？原来，这种瓢虫有一种难闻的味道，它们大概曾经使吞食过它的敌人大倒胃口。于是，它那件艳丽的外衣就成为一种象征，好像在警告敌人：“别吃我，否则叫你恶心！”有一种毒蛾的幼虫，具有鲜艳的色彩和花纹，身上长着毒毛。如果哪只鸟吞食它，它的毒毛就会刺伤鸟的口腔黏膜。捕食这种虫的鸟类尝过苦头后，就再也不敢吞食这种虫子了。于是毒蛾幼虫的这种鲜艳色彩对鸟类就构成了一种警告。黄蜂腹部黑黄相间的条纹也是一种警戒色，被黄蜂螫过的鸟可以记忆几个月，从此再见到黄蜂会立即躲开。
　　1.3 拟态
　　某些动物在进化过程中形成外表、形态、色泽斑纹或行为等特征与其他生物或非生物环境异常相似的本领，以混淆敌害视觉，避免遭受敌害捕食，这种现象在生态学上称为拟态。拟态在昆虫中最常见。有一种“枯叶蝶”能成功地模拟树叶的样子，它翅膀的正面颜色鲜艳美丽，而反面的颜色暗淡无光，就像一片枯萎的叶片，翅膀上的条纹又极像叶脉，当它静止在树枝上时，两翅合拢，酷似一片枯叶，即使就在敌害的眼前，也难辨别。南方竹林中生活着一种竹节虫，它不仅在颜色上，而且在组织细节上都极像竹节。尺蠖是尺蛾的幼虫，它栖息在树枝上一动不动，就像“钉”在那里一样，那样子简直就是树干上长出的一个小树杈，以致食虫鸟对它连看都不看一眼，从而得到了极大的安全。某些鱼也有拟态的本领，有一种生活在美洲的鲈鱼，体形和颜色都极像漂落在河水上的腐叶。它生活在绿荫掩映下的河流中，当遇到敌害时，它就“装扮”成落入水中的腐叶，随那些枯枝败叶一起顺河水漂流，而保持身体一动不动，以此来逃脱捕杀者的目光。非洲一种雌丽鱼在产卵后未容卵受精即将卵吞入口中哺育，雄丽鱼尾鳍根处有橙黄色斑，酷似鱼卵，雄鱼排精时显示此色斑，雌鱼欲吞此假卵却将精子吸入，受精作用即在雌鱼口内进行。蝇类和蛾类模仿蜜蜂和黄蜂，可逃避鸟类的捕食；一种适合捕食者口味的蝴蝶模仿另一种不适口或不可食的蝴蝶亦能逃生；寄生鸟类(如杜鹃)的卵精确模拟寄主鸟类的卵，可大大增加寄生的成功率……

　　植物中也不乏拟态现象。例如，某些兰科植物(蝇兰、蜘蛛兰、蜂兰)的唇瓣形状酷似雌蝇、蛛、蜂，诱使有关的蝇、蛛、蜂雄体来“交配”，有利于为其授粉的结果。
　　1.4 辐射适应 
　　不同的环境塑造不同类型的生物。有着血缘关系的生物，由于生活在各种不同的环境中，因而在形态及生活习性上有着完全不同的适应性，这种现象称为辐射适应。鲸鱼体形象鱼，其实不是鱼，而是生活在海洋中的一种哺乳动物。它的外形是海洋的环境塑造出来的，内部器官和生殖行为仍然保持着哺乳动物的特点：胎生、哺乳、用肺呼吸、心脏有四个腔室等等。哺乳动物大都生活在陆地上，如兔、鼠、猴、人等。但是，在长期的进化中，它们逐渐朝向占领自然界各种环境分化，鲸长期适应水中生活，因而身体有着鱼一般适于游泳的线形，后肢特化为鳍状。较为熟悉的生活在海洋中的哺乳动物，还有海豚、海豹、海狮，它们都有着鳍状附肢。哺乳动物不仅有水中游的，还有空中飞的。蝙蝠就是能够飞翔的哺乳动物，适于它飞翔生活特征的是，它的前肢及尾间生有薄而柔韧的皮膜，形成了能够飞翔的两翼。辐射适应在鸟类中也是十分显著的：善于飞翔的信天翁其翼可超过3.4 m；善于在沙地上奔跑的鸵鸟身体巨大，双翼衰退，两腿刚劲有力，它的足几乎特化为适于奔跑的“蹄”。辐射适应导致同一类生物产生多样化的生态类型，因此有利于这类生物占领不同的生态环境，从而充分利用环境中的自然资源及能量。
　　1.5 趋同适应
　　相似的环境造成相似的形态。很多生物，尽管它们的分类地位不同，但由于生活环境相同，可以产生相似的形态结构，这是生物对相同生态条件产生相近的适应的结果，这种现象称为趋同适应。青蛙是两栖动物，鳄鱼是爬行动物，而河马是哺乳动物。尽管青蛙、鳄鱼、河马尽管在分类上血缘关系很远，它们的内部解剖及生理机制也不尽相同，生殖方式更是相差甚远。然而，它们都用肺呼吸，有着相同的与外界交换气体的方式，都过着可以栖息水陆的生活习性。观察它们的头部侧面会发现，它们的鼻孔和眼睛都生长在头部上方的同一个水平。这样的特点，可以使它们将身体最大程度地浸在水中，而使鼻、眼突出水面，从而保证了呼吸和对水面环境的观察。这些相同形态特征的形成，是由于它们生活在相似的环境中并逐步适应环境的结果。在生物界中，趋同适应的例子很多。如：鱼纲中的鲨、爬行纲的鱼龙、哺乳纲的海豚，由于都生活在海洋中，因此，它们的形态都产生了对海洋生活的适应性：流线形的体形和适于划水的器官——鳍或鳍状附肢；生活在极地的海豹和企鹅，体内都有一层厚厚的脂肪来抵御严寒。
　　植物中也有趋同适应现象。如，水生植物莲、狐尾藻、金鱼藻，虽然在分类地位上亲缘关系很远，但是由于都受水中的环境影响，因此，它们有着相似的特点：都有发达的通气组织，根系发育较弱等。
　　2 生物的生理及行为特征对环境的适应
　　生物对环境的适应不仅表现在形态结构方面，还表现在生理和行为等方面。草原上动物或以穴居为主，或长于奔跑；森林中动物则以树栖为主或善于攀援；水中的动物则以游泳见长；松鼠、鼠、蚂蚁等都具有贮食行为，这对于它们度过食物缺乏的季节有着重要意义。
　　2.1 水
　　骆驼被称为“沙漠之舟”，它适应干旱的能力是非常强的。骆驼之所以耐渴能力强，不仅是由于它的胃部具有能贮藏大量水分的水囊，还因为它的血液中有一种特殊的蛋白质，这种蛋白质特殊的功用在于当骆驼体内水分明显耗尽时，它能保持住血液内的水分，即使肌肉内水分明显降低时，血液内的水分还基本正常，血液不会变稠，从而使血液循环畅通无阻。它的肾脏对水分的重吸收能力也很强，能够浓缩尿液，以减少水分的消耗。这样，骆驼可以连续17 d不喝水，甚至在干热的情况下，脱水达27％时，仍然能奇迹般地继续前进在戈壁滩上。除了骆驼，还有野驴，它们以骆驼刺、梭梭草、红柳枝叶等沙漠植物为生，是沙漠里的大型哺乳动物。此外，还有许多小型哺乳动物、爬行动物和昆虫，如鼠类、野兔和蜥蜴等。它们为了躲避炎热高温，大多数穴居，并在夜间活动，白天躲在洞穴内，夜间天气凉快了才到处觅食。
　　沙生植物经过同风沙干旱作斗争，产生特殊的适应性。仙人掌不仅从外部形态上形成了一副适应干旱的模样，而且在生理上也具备了干旱环境的生活本领：它的气孔，一反正常植物的生物钟，偏偏在不能进行光合作用的晚上开放，这是为了尽量减少水份的蒸腾，而利用夜晚使足够的二氧化碳进入体内，以便“关起门来”自己制造养料。许多一年生的沙漠植物，以种子阶段度过干旱期。有的发展成“短命植物”，它只有在偶然下雨的时候，迅速发芽、长叶、开花、结果，能够在10多天时间里完成它的生命周期，并在结籽以后，以种子或地下块根、根茎的形式休眠，度过漫长的干旱期。
　　2.2 阳光
　　光照强度与很多动物的行为有着密切的关系。有些动物适应于在白天的强光下活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶等，称为昼行性动物；另一些动物则适应于在夜晚或早晨黄昏的弱光下活动，如蝙蝠、家鼠和蛾类等，称为夜行性动物或晨昏性动物；还有一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，如田鼠等。昼行性动物（夜行性动物）只有当光照强度上升到一定水平（下降到一定水平）时，才开始一天的活动，因此这些动物将随着每天日出日落时间的季节性变化而改变其开始活动的时间。
　　阳光对绿色植物在地球上的分布可说起着决定性作用。在海洋里，阳光透过海水，随着深度的增加，光量越来越少，到２００m以下的黑暗带，需进行光合作用的植物就难以生存；在陆地上，强光照射下的植物和阴暗处生长的植物也有很大的区别；植物在日照强烈时，光合作用和蒸腾作用都很旺盛，以制造有机物和散热，在夜晚则停止光合作用，气孔关闭，以减弱蒸腾作用；在冬季来临时光照减少，许多落叶植物都落叶，以减少能量的消耗和低温少雨的不良季节。
　　2.3 温度
　　动物的冬眠和夏蛰是动物对温度的典型适应现象。对于低温，有些动物可以通过降低代谢活动来应付，这就是我们所说的冬眠，蛙就是这样的一种动物。当外界温度降至19 ℃以下，蛙就潜伏在稻田沟渠，池塘深处的淤泥里，进行冬眠。很多哺动物也有冬眠的现象，如：一种地松鼠，在冬眠时心脏跳动每分钟只有20~30次，其体温也降至4.2 ℃。松鼠不仅有冬眠的习性，当酷暑到来时，将身体蜷缩起来，钻进用叶铺成的窝中酣然大睡，它们的体温可随着代谢的降低而变得冰凉，直至酷暑消退，气温渐凉的时候才醒过来活动。鱼的季节洄游和鸟的迁徙也是动物对温度的适应。海洋的水温随季节的变化，鱼类随不同季节水温的变化成群地向着适合它们生活的区域游去。如，鳕鱼在春季向北方游，深秋向南方游。

　　植物对低温和高温也有其生态适应性。大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。植物的休眠主要是种子的休眠。植物可以通过强大的蒸腾作用降低体温或以休眠状态度过高温盛夏；大多数一年生植物在越冬时自己死亡，仅留下繁衍后代的种子；热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、落叶针叶林是植物随地球水平温度和垂直温度的变化而不同分布。

　　2.4 氧气
　　科学家发现，人到了高山地区，例如在青藏高原，呼吸、心血管造血系统等的活动，会发生数十种变化，包括血液系统的成分、生理化学和功能的变化。如造血功能增强，红细胞生成增多，血红蛋白分子改变形状，血液中的氧容量增加，肺通气增强，心率输出增加等。人身体内的这些变化是适应高海拔低气压而产生的。当回到低海拔的地区后，又会恢复到原来的状态。
　　2.5 土壤
　　在岩石地面和坚硬而开阔的土地上生活的动物，如虎、羚羊、驼鸟等具有细长而健壮的足，足趾数目减少，奔跑能力强；在松软的沙地上生活的骆驼，足趾末端有跖状，胼胝增厚，防止蹄足陷入沙中。含丰富腐殖质并呈弱碱性的草原黑钙土中，土壤动物的种类和数量比灰钙土和沙土中丰富得多。
　　粘土坚实，多生长浅根系植物；沙土疏松，多生长深根系植物；流动性大的沙土，多生长不定根、不定芽植物。植物对土壤的pH、溶盐量、水分都长期形成了适应性。泥炭藓、油茶、橡胶生活在酸性土壤；粮食作物、蔬菜生活在中性土壤；荒漠植物生活在碱性土壤；红薯、盐角草、盐爪爪生活在含盐量高的土壤中。
　　2.6 风
　　动物的行为活动受到风的影响，随风带来的气味常是许多嗅觉灵敏的哺乳动物寻找食物和回避敌害时定位的重要因素。肉食动物在搜索捕获物时常迎风而动，这是对风的适应。海洋沿岸、岛屿和高山风力强的地方，有翅昆虫少而无翅昆虫占绝大多数。
　　沙漠植物大多矮小，高大灌木无法生存，这是对沙漠上风沙大的适应。干风使植物变形，植物体向风一侧蒸腾大量的水分，使体内的水分平衡受到破坏，叶片枯萎，枝条枯死，形成不对称的“旗形树冠”。风是植物孢子、花粉、种子和果实传播的动力。大多数植物有大量的种子，而且许多植物的种子很小很轻。如山杨树的种子1万粒还不到1g重。有一种兰科植物，50万颗种子才重1g。
　　3 生物适应的普遍性与相对性
　　生物的适应现象是普遍存在的，但是都是相对的适应，而不是绝对的适应。
　　首先，适应是针对一定条件而言的。例如，棉红铃虫靠结茧来保护自身，这对于大多数敌害是有效的，但是，金小蜂正是借助棉红铃虫茧的束缚作用，将卵产在棉红铃虫的体内。雷鸟冬天换上白色羽毛，大大减少了被捕食的机会，有的时候冬季少雪，或迟下雪，这种情况下，雷鸟换上白色的羽毛反而容易被捕食。爱尔兰鹿的雄性个体长着非常宽大的角，这对于吸引异性是有利的，但在其他方面却弊多利少，如行动迟缓、目标明显、容易被敌害发现等，这种鹿正是由于过分发达的鹿角而灭绝了。
　　其次，适应的相对性还表现在它是一种暂时的现象，而不是永久性的。当环境条件出现较大的变化时，适应就变成了不适应，有时还成为有害的甚至致死的因素。在生物进化史上，许多曾经繁盛一时的生物种类绝灭了，就是由于环境条件发生变化，这些生物由适应变成不适应的结果。
　　生物适应之所以具有相对性，是由于遗传基础的稳定性、基因的多效性和环境条件的变化相互作用的结果。
　　生物的适应性特征的遗传基础具有稳定性，它是不能随着环境条件的变化而迅速改变的，这就导致已经形成的适应一般要落后于环境条件的变化，这可以说是适应的相对性的主要原因。例如，家兔是由野生的穴兔驯化成的。野兔具有挖洞穴居的生活习性，这种习性有利于逃避敌害。家兔尽管有人工建造的居住场所，但是，由于遗传物质的稳定性，它仍然有挖洞的行为。家兔的这种行为已经没有防御敌害的意义，因此，并不是对环境的适应。
　　基因的多效性也是造成适应相对性的原因之一。一种基因往往有多种效应，在自然选择的作用下，往往因为其中一种效应而增加这种基因的频率，这样就使生物在获得某种适应性时，这种基因的其他效应可能会导致其他方面的不适应。
　　适应的生理基础是生物的变异。生物体广泛存在变异现象。
　　环境资源可以养活很多各种各样的生物，但是，当环境发生激烈的变化时，那些不适应环境变化的生物被淘汰，只有适应环境变化的生物生存下来。因为它以自身的变异去适应变化了的环境，而且，它能把变化的基因传递给后代，从而促成了生物的进化。
　　生命经历这样的适应走上进化的路线，达到生物体与环境的协调，达到生态平衡。这是生命生存的路线或生命的价值。

来源：金月芽