Adaptācija

Vispārīgie principi

Pielāgošanās, pirmkārt, ir process, nevis fiziska ķermeņa daļa.

Adaptāciju... vairs nevarēja uzskatīt par statisku stāvokli, radošas pagātnes produktu, tā vietā tā kļuva par nepārtrauktu dinamisku procesu. Ernsts Mairs.

Labs piemērs ir iekšējais parazīts (piemēram, sēnīte) - tā ķermeņa uzbūve ir ļoti vienkārša, taču organisms ir ļoti labi pielāgojies konkrētajai videi. No tā mēs redzam, ka adaptācija nav tikai redzamu pazīmju jautājums: šādiem parazītiem kritiski svarīgas adaptācijas notiek dzīves ciklā, kas bieži vien ir diezgan sarežģīts.

Tomēr praksē adaptācija bieži tiek lietota kā termins, kas apzīmē produktu - tās sugas īpašības, kas rodas procesa rezultātā. Daudzus dzīvnieku vai augu aspektus var pareizi saukt par adaptācijām, lai gan vienmēr ir dažas īpašības, kuru funkcija ir apšaubāma. Lietojot terminu adaptācija evolūcijas procesam, bet adaptācijas iezīme - ķermeņa daļai vai funkcijai (produktam), var nošķirt abas vārda nozīmes.

Pielāgošanās ir viens no diviem galvenajiem procesiem, kas izskaidro bioloģijā sastopamo sugu daudzveidību. Otrs ir sugu dalīšanās (sugu sadalīšanās jeb kladoģenēze). Mūsdienās iecienīts piemērs, ko izmanto, lai pētītu adaptācijas un sugu veidošanās mijiedarbību, ir cichlid zivju evolūcija Āfrikas ezeros.

Organismam jābūt dzīvotspējīgam visos attīstības un evolūcijas posmos. Tas nosaka ierobežojumus organismu attīstības, uzvedības un uzbūves evolūcijai.

Vispārējā ideja ir tāda, ka evolūcijas laikā katrai ģenētiskai un fenotipiskai izmaiņai jābūt salīdzinoši nelielai, jo attīstības sistēmas ir ļoti sarežģītas un savstarpēji saistītas. Taču poliploīdija augiem ir diezgan izplatīta liela ģenētiska pārmaiņa. Eksotiskāks piemērs ir eikariotu izcelsme, ko izraisīja mikroorganismu simbioze.

Ekoloģiskās nišas

Visas adaptācijas palīdz organismiem izdzīvot savās ekoloģiskajās nišās. Tas nozīmē bioloģiskās piemērotības palielināšanos.

Šīs adaptīvās iezīmes var būt strukturālas, uzvedības vai fizioloģiskas. Strukturālās adaptācijas ir organisma fiziskās īpašības (forma, ķermeņa apmatojums, bruņojums, kā arī iekšējā organizācija).

Uzvedības adaptācijas veido iedzimtas uzvedības ķēdes un/vai spēja mācīties: uzvedība var būt detalizēti iedzimta (instinkti) vai arī var būt iedzimta tendence mācīties (sk. neiropsiholoģiju). Piemēri: barības meklēšana, sekss, vokalizācija.

Fizioloģiskās adaptācijas ļauj organismam veikt īpašas funkcijas (piemēram, ražot indi, izdalīt gļotas, fototropisms), kā arī vispārīgākas funkcijas, piemēram, augšanu un attīstību, temperatūras regulēšanu, jonu līdzsvaru un citus homeostāzes aspektus. Tādējādi adaptācija ietekmē visus organisma dzīves aspektus.

Pielāgojumu komplekti

Svarīgi pielāgojumi nenotiek atsevišķi. Tās ir grupās, kas darbojas kopā, lai dzīvnieks vai augs būtu veiksmīgs savā konkrētajā nišā vai dzīvesveidā.

Dzeņi

Dzeņveidīgo pielāgojumi ir labs piemērs tam, ka veiksmīgam dzīvesveidam ir nepieciešams vesels funkciju kopums.

1. Zīlīte: tās gals ir kaltam līdzīgs, un tā pati sevi asina, dunkājot uz koka. Putns to izmanto, lai piekļūtu kāpuriem zem mizas, paplašinātu caurumu ligzdas ierīkošanai un ar bungām signalizētu par savu teritoriju. Daudzas dzeņu barošanās, vairošanās un signalizēšanas darbības ir saistītas ar bungu un āmuru sitieniem, izmantojot zizli.
2. Garie lipīgie mēlīši satver kukaiņu kāpurus, kas dzīvo zem mizas.
3. Milisekundi pirms saskares ar koku sablīvējas sabiezējusi nicitācijas membrāna, aizsargājot aci no lidojošām atlūzām. Arī nāsis ir aizsargātas; tās bieži vien ir spraugveida, un tām ir īpašas spalvas, kas tās aizsedz.
4. Lai novērstu smadzeņu bojājumus, ko izraisa strauja un atkārtota ātruma samazināšanās, dzeņi ir attīstījuši vairākas adaptācijas, kas aizsargā smadzenes. Tās ir šādas.

1. maza izmēra smadzenes
2. smadzeņu novietojums izplata smadzeņu un galvaskausa saskares zonu.
3. īsais kontakta ilgums.
4. to knābja augšējās un apakšējās daļas nevienāds garums (apakšējā daļa ir garāka). Tas novirza trieciena spēku uz leju, prom no smadzenēm.
5. dzeņa smadzenes atrodas galvaskausā ar nelīdzenām, porainām plāksnēm, kas absorbē triecienu.
6. dzegužkurvjiem ir īpašs apakšžokļa kauls, kas stiepjas no knābja, aizķeras virs galvaskausa un pilnībā apņem smadzenes. Tas notur smadzenes savā vietā. Smadzeņu kustība galvaskausa iekšpusē trieciena laikā ir vairāk nekā pats trieciens, kas izraisa smadzeņu satricinājumu. Ja smadzenes tiek noturētas savā vietā, traumu risks ievērojami samazinās.

5. Dzeņiem ir zigodaktilās pēdas. Šīm pēdām ir četri pirksti, no kuriem pirmais un ceturtais ir vērsti uz aizmuguri, bet otrais un trešais uz priekšu. Šāds pēdu izkārtojums ir labs, lai satvertu koku zarus un stumbrus. Šīs dzimtas pārstāvji var staigāt vertikāli pa koka stumbru. Papildus spēcīgajiem nagiem un pēdām dzeņiem ir arī īsas spēcīgas kājas. Tas ir raksturīgi putniem, kas meklē barību uz stumbriem.
6. Dzegužu astes ir stīvas, un, kad putns pielec uz vertikālas virsmas, aste un kājas darbojas kopā, lai to atbalstītu.
7. Visai sistēmai palīdz izmaiņas smadzenēs, nervu sistēmā, muskuļos un saitēs, kas ir atšķirīgas no to, kas bija ierasts viņu senčiem.

Priekšteču dzeņiem, kas pārgāja uz kāpšanu pa koku stumbriem, bija priekšteču pēdu un astes struktūra. Tas liek domāt, ka izmaiņas uzvedībā, iespējams, lai piekļūtu labākam barības avotam, bija viens no pirmajiem notikumiem notikumu ķēdē. Svarīgs temats ir veids, kā sākas evolūcijas jaunievedumi.

Zaļais dzegužkurpītis: ievērojiet knābi, pēdas un asti


Melnais dzenis

Pielāgojumu funkcijas

Īpašības bez funkcijas

Ne visas organisma īpašības ir adaptācijas. Lai noskaidrotu, vai tām ir kāda funkcija sugas dzīvē, var būt nepieciešami lauka pētījumi vai eksperimenti.

Pielāgojumi parasti atspoguļo sugas iepriekšējo dzīvi. Ja suga nesen ir mainījusi savu dzīvesveidu, kādreiz vērtīga adaptācija var kļūt par mazvērtīgu atlieku. Dzīvnieki, kas dzīvo tumšās alās, bieži vien ilgstoši zaudē krāsas un redzi.

Tam var būt dažādi iemesli. Struktūras un funkciju zudums var būt pozitīva pielāgošanās, kas ļauj ietaupīt enerģiju un materiālus. Bet tas var būt vienkārši blakusprodukts gēnu selekcijai, kas atlasīti citām funkcijām (plejotropija). Vai arī struktūra var būt saistīta ar attīstību, un to var ietekmēt kādas citas struktūras selekcija.

Vispārējs noteikums ir tāds, ka visi pielāgojumi, kas vairs nav noderīgi, vai nu kļūst par paliekošiemorgāniem (sk. vermiformu apendiksu), vai arī tos var atlasīt un pielāgot citām funkcijām (sk. ausu kauliņus).

Pielāgojumi ar vairākām funkcijām

Daudzi pielāgojumi kalpo vairāk nekā vienai funkcijai. Tas bieži vien ir iemesls, kāpēc dažas īpašības kļūst tik pamanāmas, ka tās gandrīz nosaka attiecīgo sugu. Zirga kājas ir arī galvenā aizsardzība: zirga sitiens ir ļoti iznīcinošs. Briežu tēviņiem ragi pilda gan seksuālu funkciju, gan arī aizsargā pret plēsējiem. Cilvēka lielās smadzenes kalpo ne tikai valodai, bet arī domāšanai un problēmu risināšanai. Putnu spalvas kalpo ne tikai lidošanai, bet arī siltuma saglabāšanai, temperatūras regulēšanai un signalizēšanai.

Kompromiss un konflikts starp pielāgojumiem

Tā ir dziļa patiesība, ka daba nezina visu vislabāk, ka ģenētiskā evolūcija... ir izšķērdēšanas, improvizācijas, kompromisu un kļūdu stāsts. Pīters Medavars.

Adaptācijas nekad nav perfektas. Starp dažādām ķermeņa funkcijām un struktūrām vienmēr pastāv kompromisi. Dzīvot un vairoties spēj organisms kopumā, tāpēc nākamajām paaudzēm tiek nodots pilns pielāgojumu kopums.

Visiem pielāgojumiem ir savi trūkumi: zirgu kājas ir lieliski piemērotas skriešanai pa zāli, bet tie nevar noskrāpēt muguru; zīdītāju apmatojums palīdz regulēt temperatūru, bet ir niša ektoparazītiem. Kompromiss un pārveidošana ir plaši izplatīti, nevis pilnība. Selekcijas spiediens ir vērsts dažādos virzienos, un tā rezultātā veidojas sava veida kompromiss.

Tā kā selekcijas mērķis ir fenotips kopumā, nav iespējams vienlaicīgi vienādā mērā uzlabot visus fenotipa aspektus. Ernsts Mairs. ^p589

Pāvi

Kamuflāža, lai izvairītos no atklāšanas, tiek iznīcināta, ja pārošanās laikā tiek parādītas spilgtas krāsas. Šajā gadījumā risku dzīvībai līdzsvaro vajadzība vairoties. Pāvu dekoratīvais vilciens (kas katru pārošanās sezonu tiek audzēts no jauna) ir slavena adaptācija. Tam ir jāsamazina viņa manevrētspēja un lidotprasme, un tas ir ļoti uzkrītošs; turklāt tā augšana prasa barības resursus.

Darvins tās priekšrocību skaidroja ar dzimumselekciju: "Tā ir atkarīga no priekšrocībām, kādas ir noteiktiem indivīdiem attiecībā pret citiem tā paša dzimuma un sugas indivīdiem saistībā ar pavairošanos". Dzimumselekcijas veidu, ko pārstāv pāvs, sauc par "pāva izvēli", kas nozīmē, ka šis process atlasa piemērotākos, nevis mazāk piemērotos, un tādējādi tam ir izdzīvošanas vērtība. Praksē zilais pāvs Pavo cristatus ir diezgan veiksmīga suga ar lielu dabisko areālu Indijā, tāpēc to pārošanās sistēmas kopējais rezultāts ir diezgan dzīvotspējīgs.

Cilvēka dzimšana

Cilvēka augļa smadzeņu izmērs dzimšanas brīdī nozīmē, ka jaundzimušā bērna smadzenes ir diezgan nenobriedušas. Jaundzimušā smadzenes nevar būt lielākas par aptuveni 400 cm3, citādi tās nevarēs izkļūt cauri mātes iegurnim. Tomēr pieaugušā cilvēka smadzenēm nepieciešamais izmērs ir aptuveni 1400 cm3.

Vissvarīgākās lietas cilvēka dzīvē (pārvietošanās, runa) ir jāgaida, kamēr smadzenes izaug un nobriest. Tas ir dzimšanas kompromisa rezultāts. Lielu problēmu rada mūsu vertikālā divkājainā stāja, bez kuras mūsu iegurņa forma varētu būt piemērotāka dzemdībām. Neandertāliešiem bija līdzīga problēma.

Funkcijas izmaiņas laika gaitā

Laika gaitā pazīmes funkcija var mainīties un bieži vien arī mainās. Lai to aprakstītu, tiek lietoti vairāki termini: preadaptācija, eksaptācija, kooptācija. "Preadaptācija" ir visizplatītākais termins, ko izmanto, kad no senča mantota struktūra vai iezīme iegūst citu funkciju. Šo terminu lietoja Džulians Hakslijs un Ernsts Mairs. Termins "iepriekšēja" nenozīmē nekādu tālredzību, tas vienkārši nozīmē, ka adaptācija jau bija pieejama un kalpoja kādai senākai funkcijai. Stephen J. Gould lietoja vārdu "eksaptācija".

Viens no pirmspielāgošanās piemēriem ir dinozauri, kuriem spalvas ar termoizolācijas un eksponēšanas funkciju attīstījās ilgi pirms agrīnie putni tās sāka izmantot lidojumam. Zīdītāju sviedru dziedzeri vēlāk pārveidojās par piena dziedzeriem. Vēl viens piemērs ir zīdītāju ausu kauliņu ilgais ceļš, kas sākās seno zivju žaunu apvalkos, tad kļuva par daļu no rāpuļu apakšžokļa un tad par zīdītāju iekšējās auss daļu. Cits piemērs ir pingvīnu spārni. Kādreiz tos izmantoja lidošanai, bet tagad tos izmanto "lidošanai" zem ūdens.

Evolūcijā ļoti bieži notiek orgānu un struktūru funkciju maiņa. Daudzas tetrapodu (sauszemes mugurkaulnieku) funkcijas ir attīstījušās no senču zivīm (Sarcopterygii), kurām bija dažādas funkcijas.

Indijas pāvu treniņš pilnā ekspozīcijā

Definīcijas

Turpmākās definīcijas galvenokārt ir Teodosija Dobžanska nopelns.

1. Pielāgošanās ir evolūcijas process, kurā organisms kļūst labāk piemērots dzīvot savā dzīvotnē vai dzīvotnēs.
2. Pielāgojamība ir stāvoklis, kad organisms ir pielāgojies - tas, cik lielā mērā tas spēj dzīvot un vairoties noteiktā vidē.
3. Adaptīva iezīme ir organisma attīstības modeļa aspekts, kas uzlabo organisma izdzīvošanas un vairošanās iespējamību.

Saistītās lapas

• Evolution
• Adaptīvais starojums
• Dabiskā atlase
• Fitnesa vietne
• Speciācija
• Mīmikrija