Коли показать человеку, не искушенному в зоологии, изображения кенгуру, гиббона, летучей мыши и дельфина, то нам долго придется убеждать его, что все это родственные животные и их тело построено по одному плану. У многих животных их основная форма тела более или менее "прикрыта" изменениями, которые возникли как приспособления к разным способам передвижения или к жизни в разных средах. Эти изменения зависят непосредственно от изменений функции соответствующих органов или частей тела и называются адаптивными изменениями, или адаптациями.

К ним относятся не только видоизменения в форме тела или отдельных органов, делающие возможным или упрощающие исполнение определенной специализированной деятельности, но и перемены, связанные с определенным образом жизни, пищевой специализацией или существованием в экстремальных условиях. Адаптации у позвоночных животных - это обычное явление, которое представляет собой основной принцип развития любой группы во времени - эволюции.

Отношение адаптации к основному плану строения тела определенных групп позвоночных лучше всего продемонстрировать на тех изменениях в облике животных, которые наступают при переходе наземных позвоночных к постоянной жизни в воде. Вода - это основная, и в большинстве случаев единственная, среда обитания для низших позвоночных от круглоротых до рыб, чей внешний вид с самого начала развивался в соответствии с развитой средой. Животные имеют гидродинамическую форму, их голова неподвижно соединяется с туловищем, а хвостовая часть является каплеобразным продолжением тела и вместе с хвостовым плавником служит основным органом движения. Остальные плавники, опирающиеся на довольно простой лучеобразный скелет, несут главным образом функцию поддержания равновесия. Тело первичноводных позвоночных обычно покрыто чешуей и слизью, которая кроме выполнения защитной функции уменьшает во время движения в воде.

С переходом животных на сушу этот основной план строения тела довольно быстро изменяется и в дальнейшем развитии достигнет, наконец, организации, характерной для млекопитающих: с двумя парами сильных пятипалых конечностей, подпирающих туловище, явственно отделенной шейной частью и формой тела, приспособленной к совершенно иному способу передвижения. Покров тела, сформированный из разной толщины слоя шерсти или перьев, берет на себя у большинства высших групп позвоночных терморегуляционную функцию.

В своей типичной форме водные и наземные позвоночные представляют два совершенно разных плана строения тела, наилучшим образом отвечающих той среде обитания и тем формам движения, для которых они приспособлены. При частичной или полной смене среды обитания исходные морфологические признаки становятся невыгодными и происходит адаптация отдельных органов для новой функции. Так случилось, например, с китообразными, которые обрели гидродинамическую форму тела с сидящей непосредственно на туловище головой и каплеобразной хвостовой частью, с парными грудными плавниками и непарным спинным, играющими роль стабилизаторов.

Внешнее сходство организации тела китообразных и рыб почти абсолютно. Однако при взгляде на внутреннюю организацию их тела становится ясно, что мы имеем дело с представителями двух совершенно разных классов позвоночных.


Одной из главных проблем развития новых адаптации является тот факт, что орган, однажды утраченный во время эволюции, не может возникнуть вновь. Принцип необратимости развития (правило Долло) говорит, что эволюция (историческое развитие организмов) - это процесс необратимый и организм не может возвратиться к предшествующей стадии, которая уже была в ряду его предков. Кит, следовательно, не может вновь обрести настоящие рыбьи плавники и рыбью организацию тела (в том числе чешую, жаберное дыхание, примитивное кровообращение), несмотря на то что снова стал водным животным и по внешнему виду очень похож на рыбу. В организации тела китообразных сохраняются все отличительные черты млекопитающих, приспособленных для функционирования в наземной среде обитания. Поэтому парные грудные плавники кита имеют скелет пятипалых конечностей млекопитающих. Проксимальная часть передних конечностей сильно сокращается, тогда как скелет кисти, образующий "плавник", наоборот, вытягивается, составляя почти две трети длины всей конечности. Хвостовые позвонки у китов очень толстые и имеют длинные отростки, где прикрепляются крупные мышцы - двигатели хвоста. Хвостовой и спинной плавники в отличие от плавников рыбы сформированы только соединительной тканью и не имеют внутреннего скелета. Голова кита, как и у рыб, незаметно переходит в тело, хотя соединена с туловищем семью шейными позвонками. Тела позвонков от второго до седьмого сильно сплющены и сливаются так, что все вместе имеют ту же длину, что и первый позвонок, а длина шеи не превосходит ее ширины. Киты утратили шерсть, их гладкая кожа не имеет слизистых желез. Вместо них на поверхности кожи китообразных при плавании формируются тонкие поперечные волны, которые гасят возникающие турбулентные завихрения поды и, таким образом, облегчают движение тела в водной среде. У китов легкие млекопитающих, и им необходимо периодически подниматься на поверхность поды, чтобы набрать воздуха. При этом кровообращение китов устроено так, что они могут оставаться под водой дольше всех млекопитающих.

Не все адаптации так сильно изменяют основную схему строения тела, как у вторичноводных животных, они могут ограничиваться лишь некоторыми частями тела или органов, не отражаясь на общем виде животного. Например, у дарвиновых вьюрков, которые вынуждены были на небольшой территории занять разные экологические ниши и приспособиться к разной пище, изменились прежде всего клюв и прилежащие части головы. Исключительно растительноядные (питающиеся только семенами и нежной мякотью растений) вьюрки с конусообразным клювом похожи на обыкновенного дубоноса, насекомоядные обладают тонким шилообразным клювом, как славки или синицы. У млекопитающих часты изменения в конструкции конечностей. Даже если эти адаптации не явны, поскольку касаются внутренних частей тела, они все же очень показательны. Это относится к изменениям в пропорциях тех частей, которые функционируют по принципу двуплечего рычага. Мы знаем из физики, что величина силы мышцы, которая требуется для уравновешивания воздействия, например, силы тяжести на другое плечо, будет тем меньше, чем длиннее плечо рычага, на которое она действует. При этом и сила тяжести, и усилие мышцы производят одинаковую работу, но амплитуда движения конца рычага, связанного с мышцей, превосходит соответствующую амплитуду конца рычага, на который действует сила тяжести. Именно по этому принципу конечности кротов, броненосцев, муравьедов, отдельных водных животных, поскольку они при рытье развивают большие усилия. В случае же бегающих млекопитающих (непарнокопытных, парнокопытных, кенгуру) ситуация противоположна. Если сравнить с этой точки зрения пропорции передней конечности роющих и быстро бегающих млекопитающих, то можно найти соответствующие отношения в длине. Длина локтевого отростка в сравнении с длиной собственно предплечья и всей кисти у броненосца находится в соотношении 1:3, а у лошади 1:7.

Иногда разные адаптационные изменения образуют в органах как бы параллельные структуры или же перекрывают друг друга. Хвост - важнейший орган млекопитающих, он выполняет ряд разнообразных функций: может быть главным двигательным органом у водных животных, хватательным и балансирующим - у некоторых обезьян, может играть важную коммуникативную роль. Каждой из этих функций соответствует своя длина, толщина и общий вид хвоста. Например, хвост у водных млекопитающих длинный и толстый, хвостовые позвонки большие с длинными толстыми отростками, о чем мы уже упоминали, говоря о китах. Сходными чертами строения обладает и хвостовой скелет у выдр, ондатры, бобра и других животных, использующих во время плавания в основном движущую силу хвоста. Хвост прыгающих и древесных млекопитающих, выполняющий прежде всего функцию балансира, тоже длинный, но позвонки тонкие, и отростки у них тоже тонкие и длинные. Хвостовая мускулатура лих животных по сравнению с предыдущей группой слабая, так как воздух оказывает меньшее сопротивление, чем вода. Таким хвостом обладают тушканчики, куницы, Полки и большинство обезьян, ведущих древесный образ жизни. Однако цепкохвостые обезьяны, такие, как ревуны, капуцины и коаты, у которых хвост служит опорой всему телу, имеют, подобно водным млекопитающим, мощные хвостовые позвонки с толстыми отростками для прикрепления мышц.

Основой для адаптационных изменений служит причинная связь между формой органа и его изменившейся функцией. Тесное взаимоотношение фермы и функции может перекрывать характерные анатомические отличия отдельных групп, что и приводит к возникновению весьма похожих морфологических структур у совершенно разных и весьма отдаленных в систематическом отношении животных. Внешне похожей формой тела обладают кенгуру, прыгунчики, долгопяты и тушканчики, хотя первые принадлежат к сумчатым, вторые - к насекомоядным, третьи - к обезьянам, а четвертые - к грызунам. Подобное сходство форм тела отдаленных по зоологической системе, но близких по образу жизни животных называется конвергенцией. С конвергентным развитием можно встретиться как при анализе общей формы тела позвоночных, так и при сравнении отдельных специализированных структур тела. Ярким примером такого развития являются прежде всего внешняя форма тела водных позвоночных - акул, рыб, ихтиозавров, китообразных, сирен - и в конечном счете необычайно приспособленная к жизни в воде форма тела пингвинов. Как пример конвергенции в развитии внутренних органов можно было бы привести форму грудной кости у летающих позвоночных. Сильное развитие летательной мускулатуры ведет у них к формированию соответствующих мест прикрепления мышц, а именно типичного гребня на грудной кости. Этот гребень отсутствует только у нелетающих птиц, таких, как киви, страусы и казуары. Для млекопитающих, наоборот, типична плоская грудная кость, исключение составляет грудная кость летучих мышей, в средней части которой сформировался толстый костный гребень для прикрепления летательных мышц передних конечностей. Сколь велико мышечное усилие, связанное с полетом, можно понять, если посмотреть на грудную кость крота: даже при очень интенсивной копательной работе передних конечностей на ней имеется едва видный бугорок.