Alkalmazkodás (adaptáció) – definíció, mechanizmusok és példák az evolúcióban

Az alkalmazkodás mindenekelőtt egy folyamat, nem pedig a test fizikai része.

Az alkalmazkodás... többé nem tekinthető statikus állapotnak, egy kreatív múlt termékének, hanem folyamatos dinamikus folyamattá vált. Ernst Mayr.

Egy belső élősködő (például egy hernyó) jó példa erre: nagyon egyszerű testfelépítéssel rendelkezik, de a szervezet mégis nagymértékben alkalmazkodott a sajátos környezetéhez. Ebből láthatjuk, hogy az alkalmazkodás nem csak a látható tulajdonságok kérdése: az ilyen parazitáknál a kritikus alkalmazkodás az életciklusban zajlik, amely gyakran igen összetett.

Gyakorlati értelemben azonban az alkalmazkodást gyakran a termékre használják: egy faj azon tulajdonságaira, amelyek a folyamat eredményeként jönnek létre. Egy állat vagy növény számos tulajdonságát helyesen nevezhetjük adaptációnak, bár mindig vannak olyan tulajdonságok, amelyek funkciója kétséges. Ha az evolúciós folyamatra az adaptáció kifejezést, a testrészre vagy funkcióra (a termékre) pedig az adaptív tulajdonság kifejezést használjuk, akkor a szó két értelme megkülönböztethető.

Az alkalmazkodás a két fő folyamat egyike, amely magyarázatot ad a biológiában megfigyelhető sokféle fajra. A másik a fajképződés (fajmegosztás vagy kladogenezis). Az alkalmazkodás és a fajképződés kölcsönhatásának tanulmányozására ma az egyik legkedveltebb példa az afrikai tavakban élő cichlidák evolúciója.

Egy szervezetnek életképesnek kell lennie fejlődésének minden szakaszában és evolúciójának minden szakaszában. Ez korlátozza a szervezetek fejlődését, viselkedését és szerkezetét.

Az általános elképzelés az, hogy az evolúció során minden egyes genetikai és fenotípusos változásnak viszonylag kis mértékűnek kell lennie, mivel a fejlődési rendszerek nagyon összetettek és összekapcsolódnak. A poliploidia azonban a növényekben meglehetősen gyakori nagy genetikai változás. Az eukariota mikroorganizmusok szimbiózisa révén történő keletkezése egzotikusabb példa.

Minden alkalmazkodás segíti az élőlények túlélését az ökológiai fülkében. Ez a biológiai alkalmasság növekedését jelenti.

Ezek az adaptív tulajdonságok lehetnek strukturálisak, viselkedési vagy fiziológiai jellegűek. A strukturális adaptációk a szervezet fizikai jellemzői (alak, testborítás, fegyverzet; valamint a belső szerveződés).

A viselkedési adaptációk öröklött viselkedésláncokból és/vagy tanulási képességből állnak: a viselkedés lehet részletesen öröklött (ösztönök), vagy lehet öröklött a tanulási hajlam (lásd neuropszichológia). Példák: táplálékkeresés, szex, hangadás.

Az élettani alkalmazkodás lehetővé teszi a szervezet számára, hogy speciális funkciókat lásson el (például méreg előállítása, nyálka kiválasztása, fototropizmus); de olyan általánosabb funkciókat is, mint a növekedés és fejlődés, a hőmérsékletszabályozás, az ionegyensúly és a homeosztázis egyéb aspektusai. Az alkalmazkodás tehát a szervezet életének minden aspektusát érinti.

A fontos alkalmazkodások nem egyenként jönnek. Csoportosan jönnek létre, és együttesen teszik sikeressé az állatot vagy növényt az adott fülkében vagy életmódban.

Fakopáncsok

A harkályok alkalmazkodása jó példa arra, hogy a sikeres életmódhoz egy egész sor tulajdonságra van szükség.

1. A csőr: hegye vésőszerű, és a fára csipkedés által önéleződik. A madár arra használja, hogy a kéreg alatti lárvákhoz jusson, hogy fészekrakáshoz tágítson egy lyukat, és hogy dobolással jelezze a területét. A harkályok számos táplálékkereső, költési és jelző viselkedésmódja a csőrükkel történő dobolással és kalapálással jár.
2. Hosszú, ragadós nyelvükkel megragadják a kéreg alatt élő rovarlárvákat.
3. A fával való érintkezés előtti ezredmásodpercben a megvastagodott szemhéjhártya bezáródik, megvédve a szemet a repülő törmeléktől. Az orrlyukak is védettek; gyakran résszerűek, és speciális tollakkal vannak ellátva.
4. A gyors és ismétlődő lassulások okozta agykárosodás megelőzésére a harkályok számos olyan alkalmazkodást fejlesztettek ki, amelyek védik az agyat. Ezek a következők

1. kis agyméret
2. az agy helyzete szétterül az agy és a koponya közötti érintkezési felület
3. a kapcsolat rövid időtartama
4. a csőrük felső és alsó részének egyenlőtlen hossza (az alsó hosszabb). Ez az ütőerőt lefelé, az agytól távolabbra irányítja.
5. a harkály agyát egyenetlen, szivacsos lemezekkel ellátott koponya tartja, amelyek elnyelik az ütéseket.
6. A harkályoknak van egy különleges nyelvcsontjuk, amely a csőrükből kinyúlik, átnyúlik a koponya tetején, és teljesen körülveszi az agyukat. Ez tartja az agyat a helyén. Az agynak a koponyán belüli mozgása az ütközés során, és nem maga az ütés okozza az agyrázkódást. Ha az agyat a helyén tartják, a sérülés kockázata jelentősen csökken.

5. A harkályoknak zygodaktil lábuk van. Ezeknek a lábaknak négy lábujja van, az első és a negyedik lábujj hátrafelé, a második és a harmadik pedig előrefelé néz. Ez a lábak elrendezése jó a fák ágainak és törzsének megragadására. E család tagjai képesek függőlegesen felmenni egy fa törzsén. Az erős karmok és lábak mellett a harkályoknak rövid, erős lábai is vannak. Ez jellemző azokra a madarakra, amelyek a fatörzseken táplálkoznak.
6. A harkályok farka merev, és amikor a madár függőleges felületeken ül, a farok és a lábak együttesen támogatják.
7. Az egész rendszert segítik az agy, az idegrendszer, az izmok és az ínszalagok megváltozása az ősöknél megszokottól.

Az ősi harkályok, amelyek áttértek a fatörzseken való mászásra, ősi láb- és farokszerkezettel rendelkeztek. Ez arra utal, hogy a viselkedés megváltozása - talán egy jobb táplálékforrás elérése érdekében - volt az egyik első dolog, ami az események láncolatában történt. Az evolúciós újdonságok elindulásának módja fontos téma.

Funkció nélküli tulajdonságok

Egy szervezet nem minden tulajdonsága adaptáció. Lehet, hogy terepi vizsgálatokra vagy kísérletekre van szükség ahhoz, hogy kiderüljön, van-e funkciója a faj életében.

Az adaptációk általában egy faj korábbi életét tükrözik. Ha egy faj a közelmúltban megváltoztatta életmódját, akkor egy egykor értékes alkalmazkodási forma fogyatkozó maradványává válhat. A sötét barlangokban élő állatok gyakran hosszú idő alatt elveszítik színüket és látásukat.

Ennek okai eltérőek lehetnek. A szerkezet és a funkció elvesztése lehet pozitív alkalmazkodás, amely energiát és anyagokat takarít meg. De lehet egyszerűen más funkciókra szelektált gének mellékterméke is (pleiotrópia). Vagy a szerkezet a fejlődés során összekapcsolódhat, és befolyásolhatja valamilyen más szerkezetre való szelekció.

Általános szabály, hogy a már nem hasznos adaptációk vagy csökevényesszervvé válnak (lásd a féregnyúlványt), vagy kiválasztódnak és más funkciókhoz alkalmazkodnak (lásd a fülcsontokat).

Többfunkciós adaptációk

Sok adaptáció egynél több funkciót szolgál. Ez gyakran az oka annak, hogy egyes tulajdonságok annyira feltűnővé válnak, hogy szinte meghatározzák az adott fajt. A ló lábai egyben a legfőbb védekező eszköz is: a ló rúgása nagyon pusztító hatású. A gímszarvasok agancsa a ragadozók elleni védekezés mellett szexuális funkciót is betölt. Az ember nagy agya nemcsak a nyelvet, hanem a gondolkodást és a problémamegoldást is szolgálja. A madarak tollazatát nem csak a repüléshez használják; ez az alapja a hőtárolásnak, a hőmérsékletszabályozásnak és a jelzéseknek.

Kompromisszum és konfliktus az adaptációk között

Mély igazság, hogy a természet nem tudja a legjobban; hogy a genetikai evolúció... a pazarlás, a rögtönzés, a kompromisszumok és a baklövések története. Peter Medawar.

Az adaptációk sosem tökéletesek. Mindig vannak kompromisszumok a test különböző funkciói és struktúrái között. A szervezet egésze az, amely él és szaporodik, ezért az alkalmazkodások teljes készlete az, amely továbbadódik a következő generációknak.

Minden alkalmazkodásnak van hátránya: a lovak lábai nagyszerűek a füvön való futáshoz, de nem tudják megvakarni a hátukat; az emlősök szőre segíti a hőszabályozást, de rést kínál az ektoparazitáknak. A kompromisszum és a pótcselekvés széles körben előfordul, nem a tökéletesség. A szelekciós nyomás különböző irányokba húz, és az így létrejövő alkalmazkodás valamilyen kompromisszum.

Mivel a fenotípus egésze a szelekció célpontja, lehetetlen a fenotípus minden aspektusát egyidejűleg, azonos mértékben javítani. Ernst Mayr. ^p589

Pávák

Az észlelés elkerülését célzó álcázás megsemmisül, ha a párzás idején élénk színeket jelenítenek meg. Itt az életveszélyt ellensúlyozza a szaporodás szükségessége. A páva díszes (minden párzási időszakban újranövesztett) vonulata híres alkalmazkodás. A páva csökkenti a mozgékonyságát és a repülési képességét, és rendkívül feltűnő, továbbá a növekedése táplálékforrásokba kerül.

Darwin az előnyét a szexuális szelekcióval magyarázta: "attól az előnytől függ, amellyel bizonyos egyedek rendelkeznek az azonos nemű és fajú egyedekkel szemben a szaporodás tekintetében". A páva által képviselt szexuális szelekciót "párválasztásnak" nevezzük, ami azt jelenti, hogy a folyamat az alkalmasabbakat választja ki a kevésbé alkalmasak közül, és így túlélési értékkel bír. A gyakorlatban a kék pávapáva Pavo cristatus elég sikeres faj, nagy természetes elterjedési területtel Indiában, így a párosodási rendszerük általános eredménye meglehetősen életképes.

Emberi születés

Az emberi magzati agy mérete születéskor azt jelenti, hogy az újszülött agya meglehetősen éretlen. Az újszülött agya nem lehet nagyobb körülbelül 400 köbcentiméternél, különben nem jut át az anya medencéjén. A felnőtt agyhoz szükséges méret azonban körülbelül 1400 köbcentiméter.

Az emberi élet legfontosabb dolgainak (mozgás, beszéd) várniuk kell, amíg az agy növekszik és érik. Ez a születési kompromisszum eredménye. A probléma nagy része a felegyenesedett kétlábú testtartásunkból ered, amely nélkül a medencénk a szüléshez megfelelőbben alakítható lenne. A neandervölgyieknek is hasonló problémájuk volt.

A funkció időbeli változása

Egy tulajdonság funkciója idővel változhat, és gyakran változik is. Ennek leírására számos kifejezést használtak: preadaptáció, exaptáció, kooptáció. A "preadaptáció" a leggyakrabban használt kifejezés, amikor egy ősöktől örökölt, már meglévő struktúra vagy tulajdonság más funkciót alakít ki. Ezt a kifejezést Julian Huxley és Ernst Mayr használta. A "pre-" kifejezés nem jelent semmiféle előrelátást, csupán azt jelenti, hogy az adaptáció már létezett, és valamilyen régebbi funkciót szolgált. Az 'exaptáció' Stephen J. Gould szava volt.

A preadaptáció egyik példája a dinoszauruszoknál található, amelyeknél a tollak hőszigetelő és megjelenítő funkcióval rendelkeztek, jóval azelőtt, hogy a korai madarak repülésre használták volna őket. Az emlősök verejtékmirigyei később tejmirigyekké alakultak át. Egy másik példa az emlősök fülkagylóinak hosszú útja, amely az ősi halak kopoltyúfedőjében kezdődött, majd a hüllők alsó állkapcsának részévé vált, és végül az emlősök belső fülének részévé vált. Egy másik példa a pingvinek szárnyai. Egykor repülésre használták őket, ma már a víz alatti "repülésre" szolgálnak.

A szervek és struktúrák funkcióváltozása rendkívül gyakori az evolúció során. A négylábúak (szárazföldi gerincesek) számos funkciója az ősi csüdös halak (Sarcopterygii) különböző funkciójú funkcióiból fejlődött ki.

Az alábbi meghatározások elsősorban Theodosius Dobzhansky-nak köszönhetőek.

1. Az alkalmazkodás az az evolúciós folyamat, amelynek során egy szervezet jobban alkalmazkodik az élőhelyén vagy élőhelyein való élethez.
2. Az alkalmazkodóképesség az alkalmazkodás állapota: az a mérték, amennyire egy szervezet képes élni és szaporodni egy adott élőhelyen.
3. Az adaptív tulajdonság a szervezet fejlődési mintázatának olyan aspektusa, amely javítja a szervezet túlélésének és szaporodásának valószínűségét.

• Evolúció
• Adaptív sugárzás
• Természetes szelekció
• Fitness
• Specifikáció
• Mimikri