BIOLOGICKÁ ADAPTACE: VLASTNOSTI, TYPY, PŘÍKLADY - BIOLOGIE

Biologická úprava je charakteristické přítomen v organismu, která zvyšuje svou schopnost pro přežití a reprodukci, s ohledem na jeho společníků, kteří nemají tuto vlastnost. Jediným procesem, který vede k přizpůsobení, je přirozený výběr.

Pokud se přestaneme dívat na různé linie živých organismů, zjistíme, že jsou plné řady komplexních adaptací. Od mimikry motýlů po komplexní strukturu jejich křídel, která umožňují útěk.

Zdroj: Punnett, Reginald Crundall, prostřednictvím Wikimedia Commons

Ne všechny vlastnosti nebo vlastnosti, které pozorujeme u některých organismů, nelze okamžitě označit jako adaptace. Některé mohou být chemickými nebo fyzikálními důsledky, mohou to být vlastnosti vytvořené genetickým unášením nebo událostí zvanou genetické stopování.

Vlastnosti organismů lze zkoumat pomocí vědecké metody, aby se ověřilo, zda se skutečně jedná o adaptace a jaká je jejich předběžná funkce.

K tomu je třeba navrhnout a otestovat hypotézy o potenciálním použití pomocí vhodného experimentálního návrhu - buď manipulací s jednotlivcem, nebo jednoduchým pozorováním.

Ačkoli se adaptace často zdají být perfektní a dokonce „navržené“, nejsou. Adaptace nebyly výsledkem vědomého procesu, protože evoluce nemá ani konec, ani cíl, a ani se nesnaží zdokonalit organismy.

vlastnosti

V závislosti na ostrově se vyvinul jiný druh pěnkavy.

Adaptace je vlastnost, která zvyšuje kondici jednotlivce. V evoluční biologii se termín způsobilost nebo biologická zdatnost týká schopnosti organismu opustit potomstvo. Pokud určitý jedinec opustí více potomků než partner, říká se, že má větší kondici.

Nejvhodnější jednotlivec není nejsilnější, nejrychlejší ani největší. Je to ten, kdo přežije, najde partnera a reprodukuje se.

Někteří autoři často do svých definic adaptace přidávají další prvky. Pokud vezmeme v úvahu historii linie, můžeme definovat adaptaci jako odvozenou vlastnost, která se vyvinula v reakci na určité selektivní činidlo. Tato definice porovnává účinky charakteru na vhodnost pro konkrétní variantu.

Druhy přizpůsobení

Tři základní typy adaptací, založené na způsobu vyjádření genetických změn, jsou strukturální, fyziologické a behaviorální úpravy. U každého z těchto typů se provádějí různé procesy. Většina organismů má kombinace všech tří.

Morfologické a strukturální

Tyto úpravy mohou být anatomické, včetně mimikry a kryptického zbarvení.

Mimikry pro svou část odkazuje na vnější podobnost, kterou jsou některé organismy schopny vyvinout, aby napodobily vlastnosti jiných agresivnějších a nebezpečnějších organismů, aby je vyhnaly.

Například koráloví hadi jsou jedovatí. Lze je rozeznat podle jejich charakteristických jasných barev. Na druhou stranu jsou královské horské hady neškodné, ale jejich barvy způsobují, že vypadají jako korálový útes.

Vzhled organismu je modelován strukturálními úpravami v závislosti na prostředí, ve kterém se vyvíjí. Například pouštní lišky mají velké uši pro tepelné záření a lišky polární mají malé uši, aby si udržely tělesné teplo.

Díky pigmentaci jejich srsti se bílí lední medvědi maskují na ledových kerách a spatřili jaguary v tečkovaném stínu džungle.

Rostliny také trpí těmito změnami. Stromy mohou mít korkovou kůru, která je chrání před požáry.

Strukturální modifikace ovlivňují organismy na různých úrovních, od kolenního kloubu po přítomnost velkých letových svalů a ostrého vidění dravých ptáků.

Fyziologické a funkční

Tyto typy adaptací zahrnují změnu orgánů nebo tkání. Jedná se o změnu fungování organismu k vyřešení problému, který se vyskytuje v životním prostředí.

V závislosti na tělesné chemii a metabolismu nejsou fyziologické adaptace obvykle viditelné.

Jasným příkladem tohoto typu přizpůsobení je hibernace. To je ospalý nebo letargický stav, kterým v zimě prochází mnoho teplokrevných zvířat. Fyziologické změny, ke kterým dochází během hibernace, se velmi liší v závislosti na druhu.

Fyziologická a funkční adaptace by byla například účinnější ledviny pro pouštní zvířata, jako jsou velbloudi, sloučeniny, které zabraňují srážení krve ve slinách moskytů nebo přítomnost toxinů v listech rostlin k jejich odrazení. býložravci.

Laboratorní studie, které měří obsah krve, moči a dalších tělesných tekutin, které sledují metabolické dráhy nebo mikroskopické studie tkání organismu, jsou často nezbytné k identifikaci fyziologických adaptací.

Je někdy obtížné je odhalit, pokud neexistuje žádný společný předek nebo blízce příbuzný druh, který by výsledky porovnával.

Etologické nebo behaviorální

Tyto úpravy ovlivňují způsob, jakým živé organismy jednají kvůli různým příčinám, jako je zajištění reprodukce nebo potravy, ochrana před predátory nebo změna stanovišť, pokud podmínky prostředí nejsou vhodné.

Mezi behaviorální adaptace najdeme migraci, která odkazuje na periodickou a masivní mobilizaci zvířat z jejich přirozených chovných oblastí na jiná stanoviště.

K tomuto vysídlení dochází před a po období rozmnožování. Zajímavé je, že v tomto procesu se vyvíjejí další změny, které mohou být anatomické a fyziologické, jako se to děje u motýlů, ryb a motýlů.

Další chování, které se může změnit, je námluvy nebo námluvy. Jeho varianty mohou být neuvěřitelně složité. Cílem zvířat je získat kamaráda a nasměrovat ho na páření.

Během období páření má většina druhů různá chování považovaná za rituály. Patří sem vystavování, vydávání zvuků nebo nabízení dárků.

Můžeme tedy pozorovat, že medvědi hibernací unikají z chladu, ptáci a velryby migrují do teplejšího podnebí, když je zima, a pouštní zvířata jsou aktivní v noci během horkého letního počasí. Tyto příklady jsou chování, které pomáhá zvířatům přežít.

Úpravy chování často provádějí pečlivé studie z terénu a laboratoře, aby je přivedly na světlo. Obvykle zahrnují fyziologické mechanismy.

Tyto typy adaptací jsou také vidět u lidí. Ty využívají kulturní adaptace jako podmnožinu behaviorálních adaptací. Například tam, kde se lidé žijící v daném prostředí učí způsoby, jak upravit jídlo, které potřebují, aby se vypořádali s daným klimatem.

Jsou všechny funkce přizpůsobeny?

Při pozorování jakékoli živé bytosti si všimneme, že je plná charakteristik, které vyžadují vysvětlení. Zvažte ptáka: zbarvení peří, píseň, tvar nohou a zobáku, složité taneční tance - můžeme je všichni považovat za adaptivní vlastnosti?

Ne. I když je pravda, že přírodní svět je plný adaptací, neměli bychom okamžitě vyvodit, že vlastnost, kterou pozorujeme, je jednou z nich. Znak může být přítomen hlavně z následujících důvodů:

Mohou to být chemické nebo fyzikální důsledky

Mnoho vlastností je jednoduše důsledkem chemické nebo fyzické události. Barva krve je u savců červená a nikdo si nemyslí, že barva červená je sama o sobě adaptací.

Krev je díky svému složení červená: červené krvinky ukládají bílkovinu zodpovědnou za transport kyslíku zvaného hemoglobin - což způsobuje charakteristické zbarvení uvedené tekutiny.

Může být důsledkem driftu genu

Drift je náhodný proces, který produkuje změny v frekvencích alel a vede ke fixaci nebo eliminaci určitých alel stochastickým způsobem. Tyto vlastnosti neposkytují žádnou výhodu a nezvyšují kondici jednotlivce.

Předpokládejme, že máme populaci bílých a černých medvědů stejného druhu. V určitém okamžiku trpí studovaná populace snížením počtu organismů v důsledku ekologické katastrofy a většina bílých jedinců náhodou umírá.

S postupem času existuje vysoká možnost, že alely kódující černou srst budou fixovány a celá populace bude tvořena černými jedinci.

Nejedná se však o přizpůsobení, protože neposkytuje žádné výhody jednotlivci, který je má. Všimněte si, že procesy genového driftu nevedou k tvorbě adaptací, k tomu dochází pouze prostřednictvím mechanismu přirozené selekce.

Může to souviset s jinou charakteristikou

Naše geny jsou vedle sebe a mohou se různě kombinovat v procesu zvaném rekombinace. V některých případech jsou geny spojeny a zděděny společně.

Pro ilustraci této situace použijeme hypotetický případ: geny, které kódují modré oči, jsou spojeny s geny pro blond vlasy. Logicky se jedná o zjednodušení, pravděpodobně se na zbarvení struktur podílejí i další faktory, ale my jej používáme jako didaktický příklad.

Předpokládejme, že blond vlasy našeho hypotetického organismu mu dávají určitou výhodu: maskování, ochrana proti záření, proti chladu atd. Jednotlivci s blond vlasy budou mít více dětí než jejich vrstevníci, kteří tuto vlastnost nemají.

Potomci, kromě blond vlasů, budou mít modré oči, protože geny jsou spojeny. V průběhu generací můžeme pozorovat, že modré oči zvyšují frekvenci, i když nepřiznávají žádnou adaptivní výhodu. Tento jev je v literatuře označován jako „genetické stopování“.

Může být důsledkem fylogenetické historie

Některé postavy mohou být důsledkem fylogenetické historie. Stehy lebky u savců přispívají k procesu porodu a usnadňují ho a lze jej interpretovat jako adaptaci. Tato vlastnost je však reprezentativní v jiných liniích a je předkovou vlastností.

Předběžné adaptace a úpravy

V průběhu let obohatili evoluční biologové terminologii týkající se charakteristik organismu, včetně nových konceptů, jako jsou „před adaptace“ a „exaptace“.

Podle Futuymy (2005) je před adaptací „vlastnost, která náhodně plní novou funkci“.

Například silné zobáky některých ptáků mohly být vybrány, aby konzumovaly určitý druh jídla. Ve vhodných případech však tato struktura může také sloužit jako adaptace k útoku na ovce. Tato náhlá změna funkce je předběžná adaptace.

V roce 1982 Gould a Vrba představili koncept „exaptace“, který popisuje pre-adaptaci, která byla kooptována pro nové použití.

Například peří plavajících se ptáků nebyly formovány přirozeným výběrem pod selektivním tlakem plavání, ale naštěstí jim sloužily.

Analogicky k tomuto procesu máme nos, i když byl jistě vybrán, protože přidal nějakou výhodu v dýchacím procesu, nyní jej používáme k držení našich brýlí.

Nejslavnější příklad exaptace je panda palec. Tento druh se živí konkrétně bambusem a pro jeho manipulaci používá „šestý palec“ odvozený z růstu jiných struktur.

Příklady úprav

Let na obratlovcích

Ptáci, netopýři a nyní zaniklí pterosauři konvergovaně získali své prostředky lokomoce: let. Zdá se, že různé aspekty morfologie a fyziologie těchto zvířat jsou přizpůsobení, které zvyšuje nebo zvýhodňuje schopnost létat.

Kosti mají dutiny, díky nimž jsou lehké, ale odolné struktury. Tato konformace se nazývá pneumatizované kosti. V dnešních létajících liniích - ptácích a netopýrech - má zažívací systém také určité zvláštnosti.

Střeva jsou mnohem kratší, ve srovnání se zvířaty bez letů podobné velikosti, pravděpodobně ke snížení hmotnosti během letu. Redukce povrchu absorpce živin tedy vybrala zvýšení buněčných absorpčních cest.

Adaptace u ptáků klesají na molekulární úrovně. Bylo navrženo, že velikost genomu byla snížena jako adaptace na let, což snižuje metabolické náklady spojené s tím, že má velký genom, a tedy velké buňky.

Echolokace v netopýrech

Zdroj: Shung, z Wikimedia Commons

U netopýrů existuje zvláštní přizpůsobení, které jim umožňuje orientovat se prostorově, zatímco se pohybují: echolokace.

Tento systém sestává z emise zvuků (lidé nejsou schopni je vnímat), které odrazí od objektů a netopýr je schopen je vnímat a překládat. Podobně je morfologie uší určitého druhu považována za adaptaci, aby bylo možné vlny účinně přijímat.

Dlouhý krk žiraf

Zdroj: John Storr, z Wikimedia Commons

Nikdo by nepochyboval o tom, že žirafy mají neobvyklou morfologii: podlouhlý krk, který podporuje malou hlavu a dlouhé nohy, které nesou jejich hmotnost. Tato konstrukce ztěžuje různé činnosti v životě zvířete, jako je například pitná voda z rybníka.

Vysvětlení dlouhých hrdel těchto afrických druhů je po desetiletí oblíbeným příkladem evolučních biologů. Než Charles Darwin pojal teorii přirozeného výběru, francouzský přírodovědec Jean-Baptiste Lamarck již ovládal koncept - byť chybný - změn a biologické evoluce.

Pro Lamarcka byl krk žiraf podlouhlý, protože tato zvířata ho neustále natahovala, aby se mohla dostat k akátovým pupenům. Tato akce by se promítla do zděděné změny.

Ve světle moderní evoluční biologie se použití a zneužívání postav považuje za potomky, které nemají žádný vliv na potomky. Přizpůsobení dlouhého krku musí vzniknout, protože jednotlivci, kteří nesli mutace pro uvedené vlastnosti, nechali více potomků než jejich vrstevníci s kratšími krky.

Intuitivně můžeme předpokládat, že dlouhý krk pomáhá žirafám získat jídlo. Tato zvířata se však obvykle krmí potravou v nízkých keřích.

Na co je tedy žirafový krk?

V roce 1996 vědci Simmons a Scheepers studovali sociální vztahy této skupiny a vyvrátili interpretaci toho, jak žirafy dostali své krky.

Pro tyto biology se krk vyvinul jako „zbraň“, kterou muži používají v boji k tomu, aby se dostali k ženám, a nikoli k získání potravy ve vysokých oblastech. Tuto hypotézu podporují různá fakta: samčí krky jsou mnohem delší a těžší než samice.

Můžeme dojít k závěru, že i když má adaptace zjevně zřejmý význam, musíme zpochybnit interpretace a otestovat všechny možné hypotézy pomocí vědecké metody.

Rozdíly s evolucí

Oba pojmy, evoluce a adaptace nejsou protichůdné. Evoluce může nastat prostřednictvím mechanismu přirozeného výběru, což vede k adaptacím. Je třeba zdůraznit, že jediným mechanismem, který vytváří přizpůsobení, je přirozený výběr.

Existuje další proces, nazývaný drift genů (zmíněný v předchozí části), který může vést k vývoji populace, ale neprodukuje adaptace.

Zmatky ohledně přizpůsobení

Ačkoli se zdá, že adaptace je funkcí navrženou přesně pro jejich použití, evoluce a v důsledku toho i koncepce adaptace, nemají cíl ani vědomý účel. Nejsou ani synonymem pokroku.

Stejně jako proces eroze není určen k vytváření krásných hor, evoluce nemá za cíl vytvářet organismy dokonale přizpůsobené jejich prostředí.

Organismy se nesnaží vyvíjet, takže přirozený výběr nedává jednotlivci to, co potřebuje. Představme si například řadu králíků, kteří kvůli změnám prostředí musí snášet silný mráz. Potřeba zvířat pro hojnou srst nezpůsobí, že se objeví a rozšíří v populaci.

Naproti tomu některá náhodná mutace v genetickém materiálu králíka může vytvořit hojnější srst, díky čemuž má její nosič více dětí. Tyto děti zřejmě zdědí otcovu srst. Bohatá srst tak může zvýšit frekvenci v králičí populaci a králík si toho nebyl nikdy vědom.

Výběr také neprodukuje dokonalé struktury. Musejí být dostatečně „dobří“, aby mohli předat další generaci.

Reference

Caviedes-Vidal, E., McWhorter, TJ, Lavin, SR, Chediack, JG, Tracy, CR a Karasov, WH (2007). Trávicí adaptace létajících obratlovců: vysoká střevní paracelulární absorpce kompenzuje menší střeva. Sborník Národní akademie věd, 104 (48), 19132-19137.
Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluční analýza. Prentice Hall.
Futuyma, DJ (2005). Vývoj. Sinauer.
Gould, SJ, a Vrba, ES (1982). Přizpůsobení - chybějící pojem ve vědě o formě. Paleobiologie, 8 (1), 4-15.
Organ, CL, Shedlock, AM, Meade, A., Pagel, M. a Edwards, SV (2007). Původ velikosti a struktury ptačího genomu u nelidských dinosaurů. Nature, 446 (7132), 180.

BIOLOGICKÁ ADAPTACE: VLASTNOSTI, TYPY, PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025