Prilagajanje v biologiji: definicija, primeri in naravna selekcija

Prilagajanje je predvsem proces in ne fizični del telesa.

Prilagajanja ... ni bilo več mogoče obravnavati kot statično stanje, produkt ustvarjalne preteklosti, temveč je postalo stalen dinamičen proces. Ernst Mayr.

Dober primer je notranji parazit (npr. glista), ki ima zelo preprosto telesno zgradbo, a je kljub temu zelo prilagojen svojemu okolju. Iz tega je razvidno, da prilagoditev ni le stvar vidnih lastnosti: pri takšnih parazitih se ključne prilagoditve odvijajo v življenjskem ciklu, ki je pogosto precej zapleten.

V praksi pa se izraz prilagajanje pogosto uporablja za proizvod: tiste lastnosti vrste, ki so rezultat procesa. Mnoge vidike živali ali rastlin lahko pravilno imenujemo prilagoditve, čeprav vedno obstajajo nekatere lastnosti, katerih funkcija je vprašljiva. Z uporabo izraza prilagoditev za evolucijski proces in prilagoditvena lastnost za telesni del ali funkcijo (proizvod) lahko ločimo oba pomena besede.

Prilagajanje je eden od dveh glavnih procesov, ki pojasnjujeta raznolikost vrst v biologiji. Drugi je speciacija (delitev vrst ali kladogeneza). Najljubši primer, ki se danes uporablja za preučevanje medsebojnega vpliva prilagajanja in speciacije, je evolucija rib vrste cichlid v afriških jezerih.

Organizem mora biti vitalen na vseh stopnjah svojega razvoja in na vseh stopnjah evolucije. To omejuje razvoj razvoja, vedenja in strukture organizmov.

Splošna ideja je, da bi morala biti vsaka genetska in fenotipska sprememba med evolucijo relativno majhna, saj so razvojni sistemi tako kompleksni in medsebojno povezani. Vendar je poliploidija pri rastlinah dokaj pogosta velika genetska sprememba. Izvor evkariontov s simbiozo mikroorganizmov je bolj eksotičen primer.

Vse prilagoditve pomagajo organizmom preživeti v njihovih ekoloških nišah. To pomeni, da se poveča biološka primernost.

Te prilagoditvene lastnosti so lahko strukturne, vedenjske ali fiziološke. Strukturne prilagoditve so fizične značilnosti organizma (oblika, telesna prevleka, oborožitev in tudi notranja organizacija).

Vedenjske prilagoditve so sestavljene iz podedovanih vedenjskih verig in/ali sposobnosti učenja: vedenje je lahko podedovano v podrobnostih (instinkti) ali pa je podedovana nagnjenost k učenju (glej nevropsihologijo). Primeri: iskanje hrane, spolnost, vokalizacija.

Fiziološke prilagoditve omogočajo organizmu opravljanje posebnih funkcij (na primer izdelava strupa, izločanje sluzi, fototropizem), pa tudi splošnejših funkcij, kot so rast in razvoj, uravnavanje temperature, ionsko ravnovesje in drugi vidiki homeostaze. Prilagajanje torej vpliva na vse vidike življenja organizma.

Pomembne prilagoditve se ne pojavljajo posamično. Prilagojene so v skupinah, ki skupaj pripomorejo k temu, da je žival ali rastlina uspešna v svoji posebni niši ali življenjskem slogu.

Dateljni

Prilagoditve detlov so dober primer tega, kako je za uspešen način življenja potreben celoten sklop značilnosti.

1. Kljun: njegova konica je podobna dletu, ki se z nabadanjem na les samoostri. Ptica ga uporablja, da se dokoplje do ličink pod lubjem, razširi luknjo za gnezdo in z bobnanjem signalizira svoje ozemlje. Veliko načinov iskanja hrane, razmnoževanja in signaliziranja pri detlih vključuje bobnanje in udarjanje s kljunom.
2. Z dolgimi lepljivimi jeziki zgrabi ličinke žuželk, ki živijo pod lubjem.
3. Milisekundo pred stikom z lesom se zapre odebeljena niktilna membrana, ki ščiti oko pred letečimi delci. Zaščitene so tudi nosnice, ki so pogosto podobne režam in imajo posebna peresa, ki jih pokrivajo.
4. Da bi preprečili poškodbe možganov zaradi hitrih in ponavljajočih se upočasnitev, so se pri detlih razvile številne prilagoditve, ki ščitijo možgane. Te vključujejo

1. majhna velikost možganov
2. položaj možganov, ki se širi na območje stika med možgani in lobanjo.
3. kratko trajanje stika
4. neenakomerna dolžina zgornjega in spodnjega dela kljunov (spodnji je daljši). Sila udarca je tako usmerjena navzdol, stran od možganov.
5. detlovi možgani so v lobanji z neenakomernimi gobastimi ploščami, ki absorbirajo udarce.
6. imajo posebno čeljustno kost, ki sega od kljunov, se zavihti čez vrh lobanje in v celoti obdaja možgane. S tem ohranja možgane na mestu. Možgani se med udarcem v lobanjo premaknejo, kar je bolj kot sam udarec vzrok za pretres možganov. Če možgani ostanejo na mestu, se tveganje za poškodbe močno zmanjša.

5. Datelj ima zygodaktilne noge. Ta stopala imajo štiri prste, prvi in četrti so obrnjeni nazaj, drugi in tretji pa naprej. Takšna postavitev stopal je primerna za oprijemanje vej in debel dreves. Člani te družine lahko hodijo navpično po drevesnem deblu. Poleg močnih krempljev in stopal imajo detli tudi kratke močne noge. To je značilno za ptice, ki se prehranjujejo na deblih.
6. Repi detlov so togi, in ko ptica sedi na navpičnih površinah, jo rep in noge skupaj podpirajo.
7. Celoten sistem se spreminja zaradi sprememb v možganih, živčnem sistemu, mišicah in vezeh, ki so bile značilne za njihove prednike.

Predhodni detli, ki so začeli plezati po drevesnih deblih, so imeli predvojno zgradbo stopal in repa. To nakazuje, da je bila sprememba vedenja, morda zaradi boljšega vira hrane, ena od prvih stvari v verigi dogodkov. Način, kako se začnejo evolucijske novosti, je pomembna tema.

Lastnosti brez funkcije

Vse značilnosti organizma niso prilagoditve. Morda bodo potrebne terenske raziskave ali poskusi, da bi ugotovili, ali ima določena lastnost v življenju vrste.

Prilagoditve običajno odražajo preteklo življenje vrste. Če je vrsta nedavno spremenila svoj način življenja, lahko nekoč dragocena prilagoditev postane le še ostanek. Živali, ki živijo v temnih jamah, pogosto v daljšem časovnem obdobju izgubijo barve in vid.

Razlogi za to so lahko različni. Izguba strukture in funkcije je lahko pozitivna prilagoditev, ki prihrani energijo in materiale. Lahko pa je le stranski produkt genov, izbranih za druge funkcije (plejotropija). Lahko pa je struktura povezana z razvojem in nanjo vpliva selekcija za neko drugo strukturo.

Splošno pravilo je, da prilagoditve, ki niso več uporabne, postanejo ostankiorganov (glej vermiformni dodatek) ali pa se lahko izberejo in prilagodijo drugim funkcijam (glej ušesne koščice).

Prilagoditve z več funkcijami

Številne prilagoditve imajo več kot eno funkcijo. To je pogosto razlog, da nekatere lastnosti postanejo tako opazne, da skoraj določajo zadevno vrsto. Konjske noge so tudi glavna obrambna sredstvo: konjski udarec je zelo uničujoč. Rogovi jelenjih samcev imajo spolno funkcijo in so hkrati obramba pred plenilci. Človeški veliki možgani ne služijo le za jezik, temveč tudi za razmišljanje in reševanje problemov. Ptičje perje ne služi le za letenje, temveč je osnova za ohranjanje toplote, uravnavanje temperature in signalizacijo.

Kompromisi in nasprotja med prilagoditvami

Globoka resnica je, da narava ne ve najbolje, da je genetska evolucija ... zgodba o zapravljanju, provizorijih, kompromisih in napakah. Peter Medawar.

Prilagoditve niso nikoli popolne. Med različnimi funkcijami in strukturami v telesu vedno obstajajo kompromisi. Organizem kot celota živi in se razmnožuje, zato se celoten sklop prilagoditev prenaša na prihodnje generacije.

Vse prilagoditve imajo tudi slabosti: konjske noge so odlične za tek po travi, vendar se ne morejo praskati po hrbtu; dlaka sesalcev pomaga uravnavati temperaturo, vendar nudi nišo za ektoparazite. Kompromisi in nadomestki so pogosti, ne pa popolnost. Selekcijski pritiski delujejo v različnih smereh in prilagoditev, ki je posledica, je neke vrste kompromis.

Ker je cilj selekcije fenotip kot celota, je nemogoče hkrati izboljšati vse vidike fenotipa v enaki meri. Ernst Mayr. ^p589

Paviani

Kamuflaža, ki preprečuje odkrivanje, je uničena, ko se v času parjenja pokažejo žive barve. Pri tem je tveganje za življenje uravnoteženo s potrebo po razmnoževanju. Znamenita prilagoditev je pavova okrasna vlečka (ki se za vsako sezono parjenja na novo razširi). Zmanjšuje njegovo sposobnost manevriranja in letenja ter je zelo opazen; poleg tega njegova rast stane virov hrane.

Darwin je njeno prednost pojasnil s spolno selekcijo: "Ta je odvisna od prednosti, ki jo imajo določeni osebki pred drugimi osebki istega spola in vrste v zvezi z razmnoževanjem. Spolna selekcija, ki jo predstavlja pav, se imenuje "izbira partnerja", kar pomeni, da proces izbere bolj primerne pred manj primernimi in ima tako vrednost za preživetje. V praksi je modri pav Pavo cristatus precej uspešna vrsta z velikim naravnim območjem v Indiji, zato je splošni rezultat njihovega paritvenega sistema precej vzdržen.

Rojstvo človeka

Zaradi velikosti možganov človeškega zarodka ob rojstvu so možgani novorojenčka precej nezreli. Novorojenčkovi možgani ne morejo biti večji od približno 400 kubičnih centimetrov, sicer ne bodo mogli skozi materino medenico. Za možgane odraslega človeka pa je potrebna velikost približno 1400 kubičnih centimetrov.

Najpomembnejše stvari v človekovem življenju (gibanje, govor) morajo počakati, da možgani zrastejo in dozorijo. To je posledica kompromisa pri rojstvu. Velik del težave je posledica naše pokončne dvonožne drže, brez katere bi lahko bila naša medenica oblikovana bolj primerno za rojstvo. Neandertalci so imeli podobno težavo.

Sprememba funkcije skozi čas

Funkcija lastnosti se lahko sčasoma spremeni in se pogosto tudi spremeni. Za opis tega se uporablja več izrazov: predprilagoditev, eksaptacija, kooptacija. Preadaptacija je najpogostejši izraz, ki se uporablja, kadar se že obstoječa struktura ali lastnost, podedovana od prednika, razvije v drugačno funkcijo. Ta izraz sta uporabljala Julian Huxley in Ernst Mayr. Izraz "pre-" ne pomeni nikakršnega predvidevanja, pomeni le, da je bila prilagoditev že na voljo in je opravljala neko starejšo funkcijo. Stephen J. Gould je uporabil besedo "eksaptacija".

Primer predhodne prilagoditve so dinozavri, ki so razvili perje s funkcijo toplotne izolacije in prikazovanja veliko prej, preden so ga prve ptice uporabile za letenje. Potne žleze pri sesalcih so se pozneje preoblikovale v mlečne žleze. Drug primer je dolga pot ušesnih koščic sesalcev, ki se je začela v žrelnih pokrovih starodavnih rib, nato je postala del spodnje čeljusti plazilcev in nato del notranjega ušesa sesalcev. Drug primer so krila pingvinov. Nekoč so jih uporabljali za letenje, zdaj pa jih uporabljajo za "letenje" pod vodo.

Spremembe funkcij organov in struktur so v evoluciji zelo pogoste. Številne funkcije tetrapodov (kopenskih vretenčarjev) so se razvile iz funkcij z različnimi funkcijami pri prednikih rib z lobusnimi pljuči (Sarcopterygii).

Naslednje opredelitve so predvsem zasluga Teodozija Dobžanskega.

1. Prilagajanje je evolucijski proces, v katerem organizem postane bolj sposoben živeti v svojem življenjskem okolju ali okoljih.
2. Prilagojenost je stanje prilagojenosti: stopnja, do katere je organizem sposoben živeti in se razmnoževati v določenem okolju.
3. Prilagodljiva lastnost je vidik razvojnega vzorca organizma, ki povečuje verjetnost preživetja in razmnoževanja organizma.

• Evolucija
• Prilagodljivo sevanje
• Naravni izbor
• Fitnes
• Specifikacija
• Mimikrija