FYZIOLOGICKÁ ADAPTACE: CO TO JE A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Fyziologická adaptace je vlastnost nebo charakteristika na úrovni fyziologii organismu - nazývají buňka, tkáň nebo orgán -, která zvyšuje její biologickou účinnost nebo kondice.

Ve fyziologii existují tři termíny, které by neměly být zaměněny: adaptace, nastavení a aklimatizace. Přirozený výběr Charlese Darwina je jediným známým mechanismem, který vede k adaptacím. Tento proces je obvykle pomalý a postupný.

Zdroj: pixabay.com

Je běžné, že adaptace je zaměňována s nastavením nebo aklimatizací. První termín je spojen s odchylkami na fyziologické úrovni, ačkoli se může vyskytnout také v anatomii nebo biochemii v důsledku vystavení těla novému stavu prostředí, jako je extrémní chlad nebo teplo.

Aklimatizace zahrnuje stejné změny popsané v termínu životní prostředí, pouze že změny prostředí jsou vyvolávány výzkumným pracovníkem v laboratoři nebo v terénu. Jak aklimatizace, tak nastavení jsou reverzibilní jevy.

Z čeho se skládá?

Fyziologické adaptace jsou vlastnosti buněk, orgánů a tkání, které zvyšují účinnost jedinců, kteří ji mají, s ohledem na ty, kteří ji nemají.

Když mluvíme o „účinnosti“, máme na mysli pojem široce používaný v evoluční biologii (nazývaný také darwinovská účinnost nebo zdatnost) související se schopností organismů přežít a reprodukovat se. Tento parametr lze rozdělit na dvě složky: pravděpodobnost přežití a průměrný počet potomků.

To znamená, že když máme určité fyziologické vlastnosti, které zvyšují kondici jednotlivců, můžeme intuitivně říci, že se jedná o adaptivní vlastnost.

Při identifikaci přizpůsobení musíme být opatrní, protože všechny vlastnosti, které vidíme u zvířete, se nepřizpůsobují. Například všichni víme, že naše krev má zářivě červenou barvu.

Tato vlastnost nemá žádnou adaptivní hodnotu a je pouze chemickým důsledkem. Krev je červená, protože má molekulu nazývanou hemoglobin, která je zodpovědná za transport kyslíku.

Jak můžeme dojít k závěru, že vlastnost je fyziologická adaptace?

Když pozorujeme specifickou charakteristiku organismu, můžeme učinit několik hypotéz o jeho adaptivním významu.

Například není pochyb o tom, že oči zvířat jsou struktury, které umožňují zachycení světla. Použijeme-li výše uvedené pořadí myšlenek, můžeme dojít k závěru, že jednotlivci se strukturami, které vnímají světlo, mají oproti svým vrstevníkům určitou výhodu, jako například snadno uniknout z predátorů nebo snadněji najít jídlo.

Podle slavného evolučního biologa a paleontologa Stephena Jaye Goulda by však „žádné vysvětlení adaptivní hodnoty charakteru nemělo být přijato jen proto, že je věrohodné a okouzlující“.

Ukázka, že postavy jsou adaptacemi, je ve skutečnosti jedním z nejvýznamnějších úkolů evolučních biologů od doby Charlese Darwina.

Příklady

Trávicí systémy v létajících obratlovcích

Létající obratlovci, ptáci a netopýři čelí základní výzvě: překonat gravitační sílu, aby se mohli pohybovat.

Tyto organismy tedy mají jedinečné vlastnosti, které nenajdeme v jiné skupině obratlovců, jejichž způsob pohybu je čistě suchozemský, jako je například myš.

Modifikace těchto zvláštních obratlovců sahají od lehkých kostí s vnitřními otvory až po značné zmenšení velikosti mozku.

Podle literatury je jedním z nejdůležitějších selektivních tlaků, které formovaly tuto skupinu zvířat, potřeba snížit její hmotnost, aby se zvýšila účinnost letu.

Předpokládá se, že trávicí systém byl těmito silami utvářen a upřednostňoval jedince s kratšími střevy, což by během letu znamenalo méně hmoty.

Avšak při snižování střev přichází další komplikace: asimilace živin. Protože existuje menší absorpční povrch, můžeme intuitivně ovlivnit příjem živin. Nedávný výzkum ukázal, že k tomu nedochází.

Podle Caviedes - Vidal (2008) existuje paracelulární absorpční cesta, která kompenzuje pokles střevní tkáně. K dosažení těchto závěrů autoři zkoumali absorpční cesty ve střevech ovocné netopýry Artibeus lituratus.

Přizpůsobení rostlin suchým prostředím

Když jsou rostliny vystaveny nepříznivým podmínkám prostředí, nemohou se přesunout na jiná místa s lepšími podmínkami, jako by mohl pták, který migruje do teplých oblastí, uniknout tepelnému stresu v zimě.

Z tohoto důvodu mají různé druhy rostlin úpravy, včetně fyziologických, které jim umožňují čelit nepříznivým podmínkám, jako je sucho v pouštích.

Existují stromy se zvláště rozsáhlými kořenovými systémy (kořeny), které jim umožňují odebírat vodu z hlubokých nádrží.

Představují také alternativní metabolické cesty, které pomáhají snižovat ztráty vody. Mezi těmito cestami máme rostliny C4, které snižují jev fotorezi, díky prostorové separaci Calvinova cyklu a fixaci oxidu uhličitého.

Fotodpirace je alternativní cesta, která neposkytuje žádný zisk, a nastává, když enzym RuBisCO (ribulóza-1,5-bisfosfátkarboxyláza / oxygenáza) používá kyslík a ne oxid uhličitý.

Rostliny CAM (metabolismus kyseliny crassulaceae) zpomalují proces fotorezpirace a umožňují dočasné snížení ztrát vody díky dočasné separaci.

Nemrznoucí proteiny v teleost rybách

Několik druhů mořských teleost ryb (patřících do infračervené třídy Teleostei) dosáhlo řady skvělých úprav, aby bylo možné vyvíjet se v prostředích s nízkými teplotami.

Tyto fyziologické adaptace zahrnují produkci nemrznoucích proteinů a glykoproteinů. Tyto molekuly jsou produkovány v játrech ryb a jsou exportovány do krevního řečiště, aby plnily svou funkci.

Podle biochemického složení proteinů se rozlišují čtyři skupiny. Navíc ne všechny druhy mají stejný mechanismus: některé syntetizují proteiny před vystavením nízkým teplotám, jiné to činí v reakci na tepelné podněty, zatímco jiná skupina je syntetizuje po celý rok.

Díky koligativnímu účinku roztoků se při přidávání dalších solutů do plazmy teplota, při které mrzne, výrazně snižuje. Naproti tomu tkáně ryb, které nemají tento typ ochrany, se začnou zmrazovat poté, co teplota dosáhne 0 ° C.

Reference

1. Caviedes - Vidal, E., Karasov, WH, Chediack, JG, Fasulo, V., Cruz - Neto, AP a Otani, L. (2008). Paracelulární absorpce: netopýr porušuje paradigma savců. PLoS One, 3 (1), e1425.
2. Davies, PL, Hew, CL a Fletcher, GL (1988). Rybí nemrznoucí proteiny: fyziologie a vývojová biologie. Canadian Journal of Zoology, 66 (12), 2611–2617.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluční analýza. Prentice Hall.
4. Price, ER, Brun, A., Caviedes - Vidal, E., & Karasov, WH (2015). Trávicí adaptace leteckého životního stylu. Physiology, 30 (1), 69–78.
5. Villagra, PE, Giordano, C., Alvarez, JA, Bruno Cavagnaro, J., Guevara, A., Sartor, C.,… & Greco, S. (2011). Být rostlinou v poušti: strategie využití vody a odolnosti vůči vodnímu stresu v Central Mountain v Argentině. Austral Ecology, 21 (1), 29–42.