ЕКОЛОГІЧНА БІОХІМІЯ - Навчальний посібник - В. М. Ісаєнко 2005

Розділ 8. СТІЙКІСТЬ ТА АДАПТАЦІЯ РОСЛИН І ТВАРИН

8.1. Загальні уявлення про стійкість, адаптацію, стабільність організмів та стрес-реакції

Техногенні аварії та катастрофи, здійснення меліоративних та інших робіт, недбайливе ставлення до природоохоронних заходів тощо призвели до істотного погіршення стану екосистем. У зв’язку з цим важливе значення має стійкість та адаптація організмів.

Стійкість організмів — це їхня здатність протистояти (захищатися) дії несприятливих факторів без порушень їхньої життєдіяльності, це фактор надійності організмів як живої системи. У цьому розумінні стійкість є характеристикою життєдіяльності організмів. Надзвичайне різноманіття живих організмів на Землі саме свідчить про їхню стійкість, оскільки нестійкі форми життя не здатні існувати.

Стійкість організмів забезпечується насамперед сукупністю реакцій обміну речовин і перетворенню енергії. Істотними є також генетичні та фізіологічні механізми підтримки стійкості організмів, сприйняття дії чинників довкілля та адекватна реакція на цю дію. Ця властивість організмів характеризує здатність протистояти впливу певного чинника. Водночас стабільність — це більш узагальнена властивість живих організмів, яка характеризує їхній розвиток у конкретних екологічних умовах. Крім цього, стійкість пов’язана з протидією негативним впливам тільки певний час, саме тоді, коли необхідно реалізувати захисні здатності для виживання. Разом з тим стабільність забезпечує життєдіяльність протягом усього існування.

Адаптація становить собою здатність організмів пристосування до умов довкілля, які змінюються, з одночасним підвищенням імовірності виживання та самовідтворення (репродукування). У свою чергу, адаптація можлива лише тоді, коли організми здатні проявляти стійкість.

Розрізняють кілька видів адаптації. Так, генетична адаптація відбувається протягом ряду поколінь, проявляється на популяційному (видовому) рівні та реалізується механізмами генетичної мінливості та спадковості. Біохімічна адаптація приводить до пристосування хімічного складу, обміну речовин і перетворення енергії стосовно умов існування. Наслідком біохімічної адаптації є фізіологічна адаптація — сукупність реакцій організмів, які забезпечують пристосування. Анатомо-морфологічна адаптація проявляється в особливостях будови як організму в цілому, так і кожної клітини зокрема.

Швидка адаптація клітин не пов’язана зі змінами на генетичному рівні, а призводить до певних змін активності ферментів, іонного складу тощо.

Акліматизація, як процес пристосування організмів до декількох чинників довкілля в природних умовах, теж є одним із типів адаптації.

Стійкість та безпосередній прояв захисних властивостей організмів пов’язані з поняттям стресу — сукупності неспецифічних змін, що виникають в організмах під впливом різноманітних чинників, включаючи перебудову захисних властивостей. Ці чинники (стресори) поділяють на фізичні (низька або висока температура, вологість, освітлення, електромагнітне, іонізуюче та інші типи випромінювань тощо), хімічні (солі, кислоти, різноманітні ксенобіотики тощо) та біологічні (хижаки для тварин, конкуренція, шкідники, збудники хвороб тощо).

До первинних неспецифічних процесів (стрес-реакцій), які відбуваються на рівні клітин, належать дезінтеграція полірибосом; біодеградація макромолекул за рахунок посилення гідролітичних та інших процесів; підвищення проникності мембран; розвиток вільно- радикальних процесів; пригнічення, а в деяких випадках посилення біосинтетичних процесів; порушення спряження окиснення та фосфорування в мітохондріях, яке призводить до зниження синтезу АТФ; непродуктивності витрати АТФ тощо.

Однією з найістотніших реакцій організмів на дію стресів є синтез стрес-білків. Це специфічні поліпептиди, яких за нормальних умов немає. Вони синтезуються короткочасно (протягом кількох годин) тільки за дії стресів. Ці білки відіграють захисну або пристосувальну функцію.

Стійкість організмів до стресу залежить від фази онтогенезу. Найчутливішими є молоді організми. Вирізняють кілька фаз стрес-реакції організмів. Якщо дія стресора не досягає певного порогового рівня, то можуть відбуватися процеси адаптації організму і з’явиться стійкість до дії даного негативного чинника. Після припинення впливу підпорового стресора можливе відновлення функцій організму. При надпорогових рівнях дії стресорів можливі порушення, які не сумісні з життям. Варто знати, що за спільної дії кількох стресорів можливий синергічний ефект, тобто підсилення впливу одного іншим.

Для запобігання порушень, які викликаються дією стресорів, в організмі існує система стабілізації, в основу якої покладено гомеостаз — сукупність складних реакцій пристосування організмів, спрямованих на усування (максимальне обмеження) дії чинників, які порушують відносну динамічну рівновагу внутрішнього середовища організму.

У свою чергу, для знешкодження порушень, що вже виникли в організмі, існує система відновлення (репарації), яка діє на різних рівнях. Так, наприклад, на молекулярному — це може бути ферментативна репарація пошкодженої ДНК, на рівні організму — регенерація органів тощо.

Установлено, що в організмах можуть синтезуватися специфічні стрес-білки на зміну різним чинникам довкілля (температури, вологості, оксигену, ксенобіотиків тощо), які за нормальних умов не синтезуються. Експресія генів за умов стресу є відносно швидкою реакцією організму. Стрес-білки синтезуються вже за кілька хвилин у разі перебування в несприятливих умовах, і відбувається це протягом кількох годин. Вважається, що такі білки беруть участь у формуванні захисної або пристосувальної функцій організмів.