ADAPTACJA BIOLOGICZNA: CHARAKTERYSTYKA, RODZAJE, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Adaptacja biologiczna jest cechą obecny w organizmie, który zwiększa jej zdolność do przetrwania i reprodukcji, w stosunku do swoich towarzyszy, którzy nie mają tę cechę. Jedynym procesem, który prowadzi do adaptacji, jest dobór naturalny.

Jeśli zatrzymamy się, by przyjrzeć się różnym rodowodom organizmów żywych, przekonamy się, że są one pełne serii złożonych adaptacji. Od naśladowania motyli po złożoną strukturę ich skrzydeł, które umożliwiają lot.

Źródło: Punnett, Reginald Crundall, za Wikimedia Commons

Nie wszystkie cechy lub cechy, które obserwujemy u niektórych organizmów, można od razu nazwać adaptacjami. Niektóre mogą mieć konsekwencje chemiczne lub fizyczne, mogą to być cechy wytworzone przez dryf genetyczny lub zdarzenie zwane autostopem genetycznym.

Cechy organizmów można badać, stosując metodę naukową, aby sprawdzić, czy rzeczywiście są to adaptacje i jaka jest ich próbna funkcja.

Aby to zrobić, należy zaproponować i przetestować hipotezy dotyczące potencjalnego użycia za pomocą odpowiedniego projektu eksperymentalnego - albo poprzez manipulowanie osobą, albo poprzez prostą obserwację.

Chociaż adaptacje często wydają się doskonałe, a nawet „zaprojektowane”, tak nie jest. Adaptacje nie były wynikiem świadomego procesu, ponieważ ewolucja nie ma ani końca, ani celu, ani też nie dąży do udoskonalenia organizmów.

cechy

W zależności od wyspy wyewoluowały różne gatunki zięb.

Adaptacja to cecha, która zwiększa sprawność jednostki. W biologii ewolucyjnej termin przystosowanie lub przystosowanie biologiczne odnosi się do zdolności organizmu do opuszczenia potomstwa. Jeśli jakaś osoba zostawia więcej potomstwa niż partner, mówi się, że ma większą sprawność.

Najbardziej sprawna osoba nie jest najsilniejsza, najszybsza ani największa. To ten, który przeżywa, znajduje partnera i rozmnaża się.

Niektórzy autorzy często dodają inne elementy do swoich definicji adaptacji. Jeśli weźmiemy pod uwagę historię linii, możemy zdefiniować adaptację jako cechę pochodną, ​​która wyewoluowała w odpowiedzi na pewien selektywny czynnik. Ta definicja porównuje wpływ charakteru na przydatność do określonego wariantu.

Rodzaje adaptacji

Trzy podstawowe typy adaptacji, oparte na sposobie ekspresji zmian genetycznych, to dostosowania strukturalne, fizjologiczne i behawioralne. W ramach każdego z tych typów przeprowadzane są różne procesy. Większość organizmów ma kombinacje wszystkich trzech.

Morfologiczna i strukturalna

Te adaptacje mogą być anatomiczne, w tym mimikra i tajemnicze zabarwienie.

Ze swojej strony mimikra odnosi się do zewnętrznego podobieństwa, które niektóre organizmy są w stanie rozwinąć, aby naśladować cechy innych, bardziej agresywnych i niebezpiecznych, aby je wypędzić.

Na przykład węże koralowe są trujące. Można je rozpoznać po charakterystycznych jasnych kolorach. Z drugiej strony, królowe węży górskich są nieszkodliwe, a ich kolory sprawiają, że wyglądają jak rafa koralowa.

Wygląd organizmu jest modelowany poprzez adaptacje strukturalne w zależności od środowiska, w którym się rozwija. Na przykład lisy pustynne mają duże uszy do promieniowania cieplnego, a lisy arktyczne mają małe uszy, które zatrzymują ciepło ciała.

Dzięki pigmentacji futra białe niedźwiedzie polarne kamuflują się na krach lodowych i cętkowanych jaguarach w cętkowanym cieniu dżungli.

Rośliny również cierpią z powodu tych zmian. Drzewa mogą mieć korę korkową, aby chronić je przed pożarami.

Modyfikacje strukturalne wpływają na organizmy na różnych poziomach, od stawu kolanowego po obecność dużych mięśni latających i ostre widzenie ptaków drapieżnych.

Fizjologiczna i funkcjonalna

Te typy adaptacji obejmują zmiany narządów lub tkanek. Są zmianą w funkcjonowaniu organizmu w celu rozwiązania problemu występującego w środowisku.

W zależności od chemii organizmu i metabolizmu adaptacje fizjologiczne zwykle nie są widoczne.

Wyraźnym przykładem tego typu adaptacji jest hibernacja. Jest to senny lub ospały stan, przez który zimą przechodzi wiele ciepłokrwistych zwierząt. Fizjologiczne zmiany zachodzące w okresie hibernacji są bardzo różne w zależności od gatunku.

Fizjologiczną i funkcjonalną adaptacją byłyby na przykład wydajniejsze nerki zwierząt pustynnych, takich jak wielbłądy, związki zapobiegające krzepnięciu krwi w ślinie komarów lub obecność toksyn w liściach roślin, które je odstraszają. roślinożercy.

Badania laboratoryjne, które mierzą zawartość krwi, moczu i innych płynów ustrojowych, śledzą szlaki metaboliczne lub badania mikroskopowe tkanek organizmu, są często niezbędne do zidentyfikowania adaptacji fizjologicznych.

Czasami trudno je wykryć, jeśli nie ma wspólnego przodka lub blisko spokrewnionego gatunku, z którym można porównać wyniki.

Etologiczne lub behawioralne

Te adaptacje wpływają na sposób działania organizmów żywych z różnych przyczyn, takich jak zapewnienie rozmnażania lub pożywienia, obrona przed drapieżnikami lub zmiana siedlisk, gdy warunki środowiskowe nie są odpowiednie.

Wśród adaptacji behawioralnych znajdujemy migrację, która odnosi się do okresowej i masowej mobilizacji zwierząt z ich naturalnych obszarów lęgowych do innych siedlisk.

To przemieszczenie występuje przed sezonem lęgowym i po nim. Ciekawostką w tym procesie jest to, że w jego obrębie rozwijają się inne zmiany, które mogą być anatomiczne i fizjologiczne, tak jak ma to miejsce w przypadku motyli, ryb i motyli.

Innym zachowaniem, które może ulec zmianie, są zaloty lub zaloty. Jego warianty mogą być niezwykle złożone. Celem zwierząt jest uzyskanie partnera i skierowanie go do krycia.

W okresie godowym większość gatunków zachowuje się inaczej, uważając je za rytuały. Obejmują one wystawianie, wydawanie dźwięków lub oferowanie prezentów.

W ten sposób możemy zaobserwować, że niedźwiedzie hibernują, aby uciec przed zimnem, ptaki i wieloryby migrują do cieplejszego klimatu, gdy jest zima, a zwierzęta pustynne są aktywne nocą podczas upalnej letniej pogody. Te przykłady to zachowania, które pomagają zwierzętom przetrwać.

Często adaptacje behawioralne wymagają dokładnych badań w terenie i laboratorium, aby je ujawnić. Zwykle obejmują mechanizmy fizjologiczne.

Tego typu adaptacje są również widoczne u ludzi. Wykorzystują one adaptacje kulturowe jako podzbiór adaptacji behawioralnych. Na przykład, gdy ludzie żyjący w danym środowisku uczą się sposobów modyfikowania żywności, której potrzebują, aby poradzić sobie z danym klimatem.

Czy wszystkie funkcje są dostosowane?

Obserwując jakąkolwiek żywą istotę, zauważymy, że jest ona pełna cech, które wymagają wyjaśnienia. Rozważmy ptaka: ubarwienie upierzenia, śpiew, kształt nóg i dzioba, złożone tańce godowe, czy wszyscy możemy uznać je za cechy adaptacyjne?

Nie. Chociaż prawdą jest, że świat przyrody jest pełen adaptacji, nie powinniśmy od razu wnioskować, że cecha, którą obserwujemy, jest jedną z nich. Cecha może występować głównie z następujących powodów:

Mogą być konsekwencją chemiczną lub fizyczną

Wiele cech to po prostu konsekwencje zdarzenia chemicznego lub fizycznego. U ssaków krew jest czerwona i nikt nie myśli, że czerwony kolor sam w sobie jest adaptacją.

Krew jest czerwona ze względu na swój skład: czerwone krwinki przechowują białko odpowiedzialne za transport tlenu zwane hemoglobiną - co powoduje charakterystyczny kolor tego płynu.

Może być konsekwencją dryfu genów

Dryft jest procesem losowym, który powoduje zmiany w częstotliwościach alleli i prowadzi do fiksacji lub eliminacji niektórych alleli w sposób stochastyczny. Te cechy nie przynoszą żadnych korzyści ani nie zwiększają sprawności fizycznej jednostki.

Załóżmy, że mamy populację białych i czarnych niedźwiedzi tego samego gatunku. W pewnym momencie badana populacja cierpi na spadek liczby organizmów z powodu katastrofy środowiskowej, a większość białych osobników umiera przypadkowo.

Z biegiem czasu istnieje duże prawdopodobieństwo, że allel kodujący czarne futro zostanie utrwalony i cała populacja będzie się składać z czarnych osobników.

Nie jest to jednak przystosowanie, ponieważ nie daje żadnej korzyści osobie, która je posiada. Należy zauważyć, że procesy dryfu genów nie prowadzą do powstania adaptacji, dzieje się to tylko poprzez mechanizm doboru naturalnego.

Może to być skorelowane z inną cechą

Nasze geny znajdują się obok siebie i mogą łączyć się na różne sposoby w procesie zwanym rekombinacją. W niektórych przypadkach geny są ze sobą połączone i dziedziczone.

Aby zilustrować tę sytuację, wykorzystamy hipotetyczny przypadek: geny kodujące niebieskie oczy są powiązane z genami dla włosów blond. Logicznie jest to uproszczenie, prawdopodobnie istnieją inne czynniki wpływające na kolorowanie konstrukcji, jednak używamy tego jako przykładu dydaktycznego.

Załóżmy, że blond włosy naszego hipotetycznego organizmu dają mu jakąś zaletę: kamuflaż, ochrona przed promieniowaniem, przed zimnem itp. Osoby o blond włosach będą miały więcej dzieci niż ich rówieśnicy, którzy nie mają tej cechy.

Potomstwo, oprócz blond włosów, będzie miało niebieskie oczy, ponieważ geny są połączone. Przez całe pokolenia możemy zaobserwować, że częstotliwość niebieskich oczu wzrasta, mimo że nie zapewniają one żadnej przewagi adaptacyjnej. Zjawisko to znane jest w literaturze jako „autostop genetyczny”.

Może być konsekwencją historii filogenetycznej

Niektóre postacie mogą być konsekwencją historii filogenetycznej. Szwy w czaszce ssaków wspomagają i ułatwiają proces porodu i mogą być interpretowane jako przystosowanie do niego. Jednak cecha jest reprezentatywna dla innych linii i jest cechą przodków.

Adaptacje wstępne i egzaptacje

Z biegiem lat biolodzy ewolucyjni wzbogacili terminologię dotyczącą cech organizmu, w tym nowe pojęcia, takie jak „przedadaptacja” i „egzaptacja”.

Według Futuyma (2005) preadaptacja to „cecha, która przypadkowo spełnia nową funkcję”.

Na przykład mocne dzioby niektórych ptaków mogły zostać wybrane do spożycia określonego rodzaju pokarmu. Ale w odpowiednich przypadkach ta struktura może również służyć jako przystosowanie do ataku owiec. Ta nagła zmiana funkcji jest preadaptacją.

W 1982 roku Gould i Vrba wprowadzili pojęcie „egzaptacji”, aby opisać przedadaptację, która została dokooptowana do nowego zastosowania.

Na przykład pióra pływających ptaków nie były kształtowane przez dobór naturalny pod selektywną presją pływania, ale służyły temu przypadkowo.

Jako analogię do tego procesu mamy nasz nos, chociaż na pewno został on wybrany, ponieważ dodał pewną przewagę w procesie oddychania, teraz używamy go do trzymania naszych okularów.

Najbardziej znanym przykładem egzaptacji jest kciuk pandy. Gatunek ten żywi się głównie bambusem i do manipulowania nim używa „szóstego kciuka” pochodzącego z wzrostu innych struktur.

Przykłady adaptacji

Lot kręgowców

Ptaki, nietoperze i wymarłe pterozaury w zbieżny sposób nabyły swój środek lokomocji: lot. Różne aspekty morfologii i fizjologii tych zwierząt wydają się być adaptacjami, które zwiększają lub sprzyjają zdolności do latania.

Kości mają wgłębienia, które czynią je lekkimi, ale wytrzymałymi strukturami. Ta konformacja jest znana jako kości pneumatyczne. W dzisiejszych liniach latających - ptaków i nietoperzy - układ pokarmowy ma również pewne osobliwości.

Jelita są znacznie krótsze w porównaniu do zwierząt nielotnych o podobnej wielkości, prawdopodobnie w celu zmniejszenia masy ciała podczas lotu. Tak więc zmniejszenie powierzchni wchłaniania składników odżywczych spowodowało wzrost komórkowych szlaków wchłaniania.

Adaptacje u ptaków schodzą do poziomu molekularnego. Zaproponowano, że rozmiar genomu został zmniejszony jako przystosowanie do lotu, zmniejszając koszty metaboliczne związane z posiadaniem dużego genomu, a tym samym dużych komórek.

Echolokacja u nietoperzy

Źródło: Shung, z Wikimedia Commons

U nietoperzy występuje szczególna adaptacja, która pozwala im orientować się w przestrzeni podczas ruchu: echolokacja.

System ten składa się z emisji dźwięków (człowiek nie jest w stanie ich dostrzec), które odbijają się od przedmiotów, a nietoperz jest w stanie je dostrzec i przetłumaczyć. Podobnie morfologia uszu niektórych gatunków jest uważana za przystosowanie do skutecznego odbierania fal.

Długa szyja żyraf

Źródło: John Storr, z Wikimedia Commons

Nikt nie wątpiłby, że żyrafy mają niezwykłą morfologię: wydłużoną szyję, która podtrzymuje małą głowę i długie nogi, które utrzymują ich wagę. Taka konstrukcja utrudnia różne czynności w życiu zwierzęcia, takie jak picie wody ze stawu.

Wyjaśnienie długich szyj tych afrykańskich gatunków było od dziesięcioleci ulubionym przykładem biologów ewolucyjnych. Zanim Karol Darwin stworzył teorię doboru naturalnego, francuski przyrodnik Jean-Baptiste Lamarck już władał koncepcją - choć błędną - zmian i ewolucji biologicznej.

Dla Lamarcka szyja żyraf była wydłużona, ponieważ zwierzęta te nieustannie ją rozciągały, aby móc dosięgnąć pąków akacji. To działanie przełożyłoby się na dziedziczną zmianę.

W świetle współczesnej biologii ewolucyjnej uważa się, że używanie i nieużywanie znaków nie ma wpływu na potomstwo. Adaptacja długiej szyi musiała nastąpić, ponieważ osobniki, które były nosicielami mutacji dla tych cech, pozostawiały więcej potomstwa niż ich rówieśnicy z krótszymi szyjami.

Intuicyjnie można założyć, że długa szyja pomaga żyrafom zdobyć pożywienie. Jednak zwierzęta te zwykle żerują w niskich krzakach.

Więc do czego służą szyje żyrafy?

W 1996 roku badacze Simmons i Scheepers zbadali relacje społeczne tej grupy i obalili interpretację tego, jak żyrafy łapią szyje.

Dla tych biologów szyja wyewoluowała jako „broń”, której mężczyźni używają w walce, aby zdobyć kobiety, a nie pożywienie na wysokich obszarach. Różne fakty potwierdzają tę hipotezę: szyje samców są znacznie dłuższe i cięższe niż u kobiet.

Możemy wywnioskować, że nawet jeśli adaptacja ma pozornie oczywiste znaczenie, musimy zakwestionować interpretacje i przetestować wszystkie możliwe hipotezy metodą naukową.

Różnice z ewolucją

Obie koncepcje, ewolucja i adaptacja nie są sprzeczne. Ewolucja może zachodzić poprzez mechanizm doboru naturalnego, a to generuje adaptacje. Należy podkreślić, że jedynym mechanizmem wytwarzającym adaptacje jest dobór naturalny.

Istnieje inny proces, zwany dryfowaniem genów (wspomniany w poprzedniej sekcji), który może prowadzić do ewolucji populacji, ale nie powoduje adaptacji.

Nieporozumienia dotyczące adaptacji

Chociaż adaptacje wydają się być cechami zaprojektowanymi dokładnie do ich użytku, ewolucja, a co za tym idzie koncepcja adaptacji, nie mają celu ani świadomego celu. Nie są też synonimami postępu.

Tak jak proces erozji nie ma na celu tworzenia pięknych gór, tak ewolucja nie ma na celu stworzenia organizmów doskonale przystosowanych do ich środowiska.

Organizmy nie dążą do ewolucji, więc dobór naturalny nie daje jednostce tego, czego potrzebuje. Na przykład wyobraźmy sobie serię królików, które z powodu zmian środowiskowych muszą znosić silny mróz. Zapotrzebowanie zwierząt na obfite futro nie spowoduje, że pojawi się i rozprzestrzeni się w populacji.

W przeciwieństwie do tego, pewna przypadkowa mutacja w materiale genetycznym królika może generować obfitszą sierść, przez co jego nosiciel ma więcej dzieci. Te dzieci prawdopodobnie dziedziczą futro po ojcu. W ten sposób obfite futro może zwiększyć częstotliwość występowania w populacji królików i królik nigdy nie był tego świadomy.

Selekcja nie daje też doskonałych struktur. Po prostu muszą być wystarczająco „dobrzy”, aby móc przejść na następne pokolenie.

Bibliografia

1. Caviedes-Vidal, E., McWhorter, TJ, Lavin, SR, Chediack, JG, Tracy, CR i Karasov, WH (2007). Adaptacja trawienna latających kręgowców: wysokie wchłanianie okołokomórkowe jelit kompensuje mniejsze jelita. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (48), 19132-19137.
2. Freeman, S. i Herron, JC (2002). Analiza ewolucyjna. Prentice Hall.
3. Futuyma, DJ (2005). Ewolucja. Sinauer.
4. Gould, SJ i Vrba, ES (1982). Exaptacja - brakujący termin w nauce o formie. Paleobiology, 8 (1), 4-15.
5. Organ, CL, Shedlock, AM, Meade, A., Pagel, M., & Edwards, SV (2007). Pochodzenie wielkości i struktury genomu ptasiego u nieptasich dinozaurów. Naturę, 446 (7132), 180.