Adaptare (biologie)

Principii generale

Adaptarea este, în primul rând, un proces, mai degrabă decât o parte fizică a unui corp.

Adaptarea... nu mai putea fi considerată o condiție statică, un produs al unui trecut creativ, ci devenea un proces dinamic continuu. Ernst Mayr.

Un parazit intern (cum ar fi un parazit) este un bun exemplu: are o structură corporală foarte simplă, dar totuși organismul este foarte bine adaptat la mediul său specific. De aici reiese că adaptarea nu este doar o chestiune de trăsături vizibile: la astfel de paraziți, adaptările critice au loc în ciclul de viață, care este adesea destul de complex.

Cu toate acestea, ca termen practic, adaptarea este adesea folosită pentru produs: acele caracteristici ale unei specii care rezultă în urma procesului. Multe aspecte ale unui animal sau ale unei plante pot fi numite corect adaptări, deși există întotdeauna unele caracteristici a căror funcție este îndoielnică. Prin utilizarea termenului adaptare pentru procesul evolutiv și a termenului trăsătură adaptivă pentru partea sau funcția corporală (produsul), se pot distinge cele două sensuri ale cuvântului.

Adaptarea este unul dintre cele două procese principale care explică diversitatea speciilor pe care le întâlnim în biologie. Celălalt este speciația (divizarea speciilor sau cladogeneza). Un exemplu favorit folosit astăzi pentru a studia interacțiunea dintre adaptare și speciație este evoluția peștilor cichlidieni din lacurile africane.

Un organism trebuie să fie viabil în toate etapele de dezvoltare și în toate etapele evoluției sale. Acest lucru impune constrângeri asupra evoluției dezvoltării, comportamentului și structurii organismelor.

Ideea generală este că fiecare schimbare genetică și fenotipică din timpul evoluției ar trebui să fie relativ mică, deoarece sistemele de dezvoltare sunt atât de complexe și interconectate. Dar poliploidia la plante este o modificare genetică mare destul de frecventă. Originea eucariotelor prin simbioza microorganismelor este un exemplu mai exotic.

Nișe ecologice

Toate adaptările ajută organismele să supraviețuiască în nișele lor ecologice. Acest lucru implică o creștere a fitness-ului biologic.

Aceste trăsături adaptative pot fi structurale, comportamentale sau fiziologice. Adaptările structurale sunt caracteristici fizice ale unui organism (forma, învelișul corpului, armamentul; și, de asemenea, organizarea internă).

Adaptările comportamentale sunt compuse din lanțuri comportamentale moștenite și/sau din capacitatea de a învăța: comportamentele pot fi moștenite în detaliu (instincte) sau poate fi moștenită o tendință de învățare (a se vedea neuropsihologie). Exemple: căutarea hranei, sexul, vocalizările.

Adaptările fiziologice permit organismului să îndeplinească funcții speciale (de exemplu, producerea de venin, secreția de noroi, fototropismul), dar și funcții mai generale, cum ar fi creșterea și dezvoltarea, reglarea temperaturii, echilibrul ionic și alte aspecte ale homeostaziei. Prin urmare, adaptarea afectează toate aspectele vieții unui organism.

Costume de adaptări

Adaptările importante nu vin de la sine. Ele vin în grupuri, care lucrează împreună pentru ca animalul sau planta să aibă succes în nișa sau stilul său de viață.

Ciocănitori

Adaptările ciocănitoarelor sunt un bun exemplu al modului în care o întreagă suită de caracteristici sunt necesare pentru un mod de viață de succes.

1. Ciocul: vârful său este asemănător cu o daltă și se ascute singur prin ciupirea lemnului. Pasărea îl folosește pentru a ajunge la larvele de sub scoarță, pentru a lărgi o gaură în vederea construirii unui cuib și pentru a-și semnaliza teritoriul prin baterea tobei. Multe dintre comportamentele de căutare a hranei, de reproducere și de semnalizare ale ciocănitoarelor implică baterea tobelor și ciocănitul cu ajutorul ciocârliei.
2. Limbile lungi și lipicioase prind larvele de insecte care trăiesc sub scoarță.
3. Cu o milisecundă înainte de contactul cu lemnul, o membrană nicitantă îngroșată se închide, protejând ochiul de resturile zburătoare. Nările sunt, de asemenea, protejate; acestea sunt adesea în formă de fantă și au pene speciale care le acoperă.
4. Pentru a preveni deteriorarea creierului în urma decelerațiilor rapide și repetate, ciocănitoarele au dezvoltat o serie de adaptări care protejează creierul. Printre acestea se numără

1. creier de dimensiuni mici
2. poziția creierului răspândește zona de contact dintre creier și craniu
3. durata scurtă a contactului
4. lungimea inegală a părții superioare și inferioare a ciocului (partea inferioară este mai lungă). Acest lucru direcționează forța de impact în jos, departe de creier.
5. creierul ciocănitoarei este ținut într-un craniu cu plăci inegale, spongioase, care absorb șocurile.
6. ciocănitoarele au un os hioid special, care pornește de la cioc, se înfășoară peste craniu și le înconjoară complet creierul. Acest lucru acționează pentru a menține creierul la locul lui. Mișcarea creierului în interiorul craniului în timpul impactului, mai mult decât lovitura în sine, este cea care provoacă comoțiile. Dacă creierul este ținut pe loc, riscurile de rănire sunt mult reduse.

5. Ciocănitoarele au picioare zigodactile. Aceste picioare au patru degete, primul și al patrulea sunt orientate spre spate, iar al doilea și al treilea spre înainte. Acest aranjament al picioarelor este bun pentru a se agăța de membrele și trunchiurile copacilor. Membrii acestei familii pot urca vertical pe un trunchi de copac. În plus față de ghearele și picioarele puternice, ciocănitoarele au picioare scurte și puternice. Acest lucru este tipic pentru păsările care se hrănesc pe trunchiuri.
6. Coada ciocănitoarelor este rigidizată, iar atunci când pasărea se așează pe suprafețe verticale, coada și picioarele lucrează împreună pentru a o susține.
7. Întregul sistem este ajutat de modificările creierului, sistemului nervos, mușchilor și ligamentelor față de ceea ce era obișnuit la strămoșii lor.

Ciocănitoarele ancestrale, care au trecut la cățăratul pe trunchiurile copacilor, aveau o structură ancestrală a picioarelor și a cozii. Acest lucru sugerează că o schimbare de comportament, poate pentru a ajunge la o sursă de hrană mai bună, a fost unul dintre primele lucruri care s-au întâmplat în lanțul evenimentelor. Modul în care încep noutățile evolutive este un subiect important.

Ciocănitoare verde: observați ciocul, picioarele și coada


Ciocănitoare neagră

Funcțiile adaptărilor

Trăsături fără funcție

Nu toate caracteristicile unui organism sunt adaptări. Poate fi nevoie de investigații pe teren sau de experimente pentru a afla dacă are o funcție în viața speciei.

Adaptările tind să reflecte viața trecută a unei specii. În cazul în care o specie și-a schimbat recent stilul de viață, o adaptare cândva valoroasă poate deveni un vestigiu în scădere. Animalele care trăiesc în peșteri întunecate își pierd adesea, pe o perioadă lungă de timp, culorile și vederea.

Motivele pot varia. Pierderea structurii și a funcției poate fi o adaptare pozitivă care permite economisirea de energie și materiale. Dar poate fi pur și simplu un produs secundar al unor gene selectate pentru alte funcții (pleiotropie). Sau structura poate fi legată în dezvoltare și afectată de selecția pentru o altă structură.

Este o regulă generală că orice adaptare care nu mai este utilă devine un organvestigial (a se vedea apendicele vermiform) sau poate fi selectată și adaptată la alte funcții (a se vedea oscioarele urechii).

Adaptări cu funcții multiple

Multe adaptări au mai multe funcții. Acesta este adesea motivul pentru care unele trăsături devin atât de vizibile încât aproape că definesc specia respectivă. Picioarele unui cal sunt, de asemenea, o apărare principală: lovitura de picior a unui cal este foarte distructivă. Coarnele cerbilor masculi au o funcție sexuală, precum și o funcție de apărare împotriva prădătorilor. Creierul mare al omului servește nu numai pentru limbaj, ci și pentru gândire și rezolvarea problemelor. Penele păsărilor nu sunt folosite doar pentru a zbura; ele stau la baza conservării căldurii, a reglării temperaturii și a semnalizării.

Compromis și conflict între adaptări

Este un adevăr profund că natura nu știe cel mai bine; că evoluția genetică... este o poveste de risipă, improvizații, compromisuri și gafe. Peter Medawar.

Adaptările nu sunt niciodată perfecte. Întotdeauna există compromisuri între diferitele funcții și structuri ale unui organism. Organismul ca întreg este cel care trăiește și se reproduce, prin urmare, setul complet de adaptări este cel care se transmite generațiilor viitoare.

Toate adaptările au un dezavantaj: picioarele cailor sunt excelente pentru a alerga pe iarbă, dar nu se pot scărpina pe spate; părul mamiferelor ajută la reglarea temperaturii, dar oferă o nișă pentru ectoparaziți. Compromisul și improvizația apar pe scară largă, nu perfecțiunea. Presiunile de selecție trag în direcții diferite, iar adaptarea care rezultă este un fel de compromis.

Deoarece fenotipul ca întreg este ținta selecției, este imposibil să se îmbunătățească simultan toate aspectele fenotipului în același grad. Ernst Mayr. ^p589

Peacocks

Camuflajul pentru a evita detectarea este distrus atunci când se afișează culori vii în momentul împerecherii. În acest caz, riscul pentru viață este contrabalansat de nevoia de reproducere. Trenul ornamental al păunului (care crește din nou la timp pentru fiecare sezon de împerechere) este o adaptare celebră. Aceasta trebuie să îi reducă manevrabilitatea și zborul și este extrem de vizibilă; de asemenea, creșterea sa costă resurse alimentare.

Darwin a explicat avantajul său în termeni de selecție sexuală: "aceasta depinde de avantajul pe care anumiți indivizi îl au față de alți indivizi de același sex și de aceeași specie, în ceea ce privește reproducerea". Tipul de selecție sexuală reprezentat de păun se numește "alegere a partenerului", ceea ce înseamnă că procesul selectează pe cei mai apți în detrimentul celor mai puțin apți și, prin urmare, are valoare de supraviețuire. În practică, păunul albastru Pavo cristatus este o specie destul de reușită, cu o arie de răspândire naturală mare în India, astfel încât rezultatul general al sistemului lor de împerechere este destul de viabil.

Nașterea umană

Dimensiunea creierului fetal uman la naștere înseamnă că creierul unui nou-născut este destul de imatur. Creierul nou-născutului nu poate fi mai mare de aproximativ 400 cmc, altfel nu va putea trece prin pelvisul mamei. Cu toate acestea, dimensiunea necesară pentru un creier adult este de aproximativ 1400 cmc.

Cele mai vitale lucruri din viața umană (locomoția, vorbirea) trebuie să aștepte până când creierul crește și se maturizează. Acesta este rezultatul compromisului de la naștere. O mare parte din problemă provine din poziția noastră bipedă verticală, fără de care pelvisul nostru ar putea fi modelat mai bine pentru naștere. Neanderthalienii au avut o problemă similară.

Modificarea funcției în timp

Funcția unei trăsături se poate schimba și, adesea, se schimbă în timp. Au fost utilizați mai mulți termeni pentru a descrie acest lucru: preadaptare, exadaptare, cooptare. "Preadaptare" este termenul cel mai frecvent utilizat atunci când o structură preexistentă sau o trăsătură moștenită de la un strămoș evoluează spre o funcție diferită. Acesta a fost termenul folosit de Julian Huxley și Ernst Mayr. Termenul "pre" nu înseamnă că a existat o previziune, ci doar că adaptarea era deja disponibilă, îndeplinind o funcție mai veche. "Exaptare" a fost cuvântul lui Stephen J. Gould.

Un exemplu de preadaptare este cel al dinozaurilor, care au dezvoltat pene cu rol de termoizolare și de afișaj cu mult înainte ca păsările timpurii să le folosească pentru zbor. La mamifere, glandele sudoripare s-au transformat mai târziu în glande mamare. Un alt exemplu este lunga călătorie a osemintelor urechii mamiferelor, care au început în învelișurile branhiale ale peștilor antici, apoi au devenit parte a maxilarului inferior al reptilelor, iar apoi au devenit parte a urechii interne a mamiferelor. Un alt exemplu este reprezentat de aripile pinguinilor. Odată folosite pentru zbor, ele sunt acum folosite pentru a "zbura" sub apă.

Schimbarea funcției organelor și structurilor este extrem de frecventă în evoluție. Multe dintre trăsăturile tetrapodelor (vertebrate terestre) au evoluat din trăsături cu funcții diferite ale peștilor ancestrali cu înotătoare lobice (Sarcopterygii).

Un păun indian de păun în plină desfășurare

Definiții

Următoarele definiții se datorează în principal lui Theodosius Dobzhansky.

1. Adaptarea este procesul evolutiv prin care un organism devine mai capabil să trăiască în habitatul sau habitatele sale.
2. Adaptabilitatea este starea de adaptare: gradul în care un organism este capabil să trăiască și să se reproducă într-un anumit set de habitate.
3. O trăsătură adaptivă este un aspect al modelului de dezvoltare al organismului care îmbunătățește probabilitatea ca organismul respectiv să supraviețuiască și să se reproducă.

Pagini conexe

• Evoluție
• Radiație adaptivă
• Selecția naturală
• Fitness
• Speciație
• Mimetismul