BIOLOGICKÁ ADAPTÁCIA: VLASTNOSTI, TYPY, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Biologická úprava je charakteristické prítomný v organizme, ktorá zvyšuje svoju schopnosť pre prežitie a reprodukciu, vzhľadom na jeho spoločníkov, ktorí nemajú túto vlastnosť. Jediným procesom, ktorý vedie k prispôsobovaniu, je prirodzený výber.

Ak sa prestaneme pozerať na rôzne línie živých organizmov, zistíme, že sú plné rôznych komplexných úprav. Od mimikry motýľov po zložitú štruktúru krídel, ktoré umožňujú let.

Zdroj: Punnett, Reginald Crundall, prostredníctvom Wikimedia Commons

Nie všetky vlastnosti alebo vlastnosti, ktoré pozorujeme u niektorých organizmov, nemožno okamžite označiť ako úpravy. Niektoré z nich môžu mať chemické alebo fyzikálne následky, môžu to byť črty spôsobené genetickým úletom alebo udalosťou nazývanou genetické stopovanie.

Charakteristiky organizmov je možné študovať pomocou vedeckej metódy na overenie, či ide skutočne o úpravy a aká je ich predbežná funkcia.

Na tento účel je potrebné navrhnúť a otestovať hypotézy o potenciálnom použití pomocou vhodného experimentálneho návrhu - buď manipuláciou s jednotlivcom, alebo jednoduchým pozorovaním.

Aj keď sa adaptácie často zdajú byť dokonalé a dokonca „navrhnuté“, nie sú. Prispôsobenia neboli výsledkom vedomého procesu, pretože evolúcia nemá ani koniec, ani cieľ, a ani sa nesnaží zdokonaliť organizmy.

vlastnosti

V závislosti od ostrova sa vyvinul iný druh lastúry.

Adaptácia je vlastnosť, ktorá zvyšuje fyzickú zdatnosť jednotlivca. V evolučnej biológii pojem fitnes alebo biologická zdatnosť označuje schopnosť organizmu opustiť potomstvo. Ak určitý jednotlivec opustí viac potomkov ako partner, hovorí sa, že má väčšiu kondíciu.

Najvhodnejší jednotlivec nie je najsilnejší, ani najrýchlejší ani najväčší. Je to ten, kto prežije, nájde partnera a reprodukuje sa.

Niektorí autori často do svojich definícií adaptácie pridávajú ďalšie prvky. Ak vezmeme do úvahy históriu línie, môžeme definovať adaptáciu ako odvodenú vlastnosť, ktorá sa vyvinula v reakcii na určité selektívne činidlo. Táto definícia porovnáva účinky charakteru na vhodnosť pre konkrétny variant.

Druhy prispôsobenia

Tri základné typy úprav založené na spôsobe vyjadrovania genetických zmien sú štrukturálne, fyziologické a behaviorálne úpravy. V rámci každého z týchto typov sa uskutočňujú rôzne procesy. Väčšina organizmov má kombinácie všetkých troch.

Morfologické a štrukturálne

Tieto úpravy môžu byť anatomické, vrátane mimikry a kryptického sfarbenia.

Mimikry zase odkazuje na vonkajšiu podobnosť, ktorú si niektoré organizmy dokážu napodobniť, aby im pomohli odviesť ďalšie vlastnosti, ktoré sú agresívnejšie a nebezpečnejšie.

Napríklad koralové hady sú jedovaté. Rozoznávajú sa podľa charakteristických jasných farieb. Na druhej strane sú kráľovské hady neškodné, napriek tomu ich farby spôsobujú, že vyzerajú ako koralový útes.

Vzhľad organizmu je modelovaný štrukturálnymi úpravami v závislosti od prostredia, v ktorom sa vyvíja. Napríklad púštne líšky majú veľké uši na tepelné žiarenie a líšky obyčajné majú malé uši na udržanie telesného tepla.

Vďaka pigmentácii srsti sa biele ľadové medvede maskujú na ľadových krychách a bodkovaných jaguároch v tieni v džungli.

Tieto zmeny postihujú aj rastliny. Stromy môžu mať korkovú kôru, ktorá ich chráni pred požiarmi.

Štrukturálne modifikácie ovplyvňujú organizmy na rôznych úrovniach, od kolenného kĺbu po prítomnosť veľkých svalových lúčov a ostrého videnia dravých vtákov.

Fyziologické a funkčné

Tieto typy úprav zahŕňajú zmenu orgánov alebo tkanív. Sú zmenou vo fungovaní organizmu na vyriešenie problému, ktorý sa vyskytuje v životnom prostredí.

V závislosti od chémie tela a metabolizmu nie sú fyziologické úpravy zvyčajne viditeľné.

Jasným príkladom tohto typu adaptácie je hibernácia. Je to ospalý alebo letargický stav, ktorým v zime prechádza veľa teplokrvných zvierat. Fyziologické zmeny, ktoré sa vyskytnú počas hibernácie, sa veľmi líšia v závislosti od druhu.

Fyziologickou a funkčnou adaptáciou by mohli byť napríklad účinnejšie obličky pre púštne zvieratá, ako sú ťavy, zlúčeniny, ktoré zabraňujú zrážaniu krvi v slinách moskytov alebo prítomnosť toxínov v listoch rastlín na ich odpudenie. bylinožravce.

Laboratórne štúdie, ktoré merajú obsah krvi, moču a iných telesných tekutín, ktoré sledujú metabolické dráhy alebo mikroskopické štúdie tkanív organizmu, sú často potrebné na identifikáciu fyziologických úprav.

Niekedy je ťažké zistiť, či neexistuje spoločný predok alebo príbuzný druh na porovnanie výsledkov.

Etologické alebo behaviorálne

Tieto úpravy ovplyvňujú spôsob, akým živé organizmy pôsobia v dôsledku rôznych príčin, ako je zabezpečenie reprodukcie alebo potravy, obrana pred dravcami alebo zmena biotopov, keď nie sú vhodné podmienky prostredia.

Medzi úpravy správania nájdeme migráciu, ktorá odkazuje na periodickú a masívnu mobilizáciu zvierat z ich prirodzených chovných oblastí na iné biotopy.

K tomuto vysídleniu dochádza pred a po období rozmnožovania. Na tomto procese je zvláštne, že sa v ňom vyvíjajú ďalšie zmeny, ktoré môžu byť anatomické a fyziologické, ako sa to stalo pri motýloch, rybách a motýloch.

Ďalším správaním, ktoré sa môže zmeniť, je súdna právomoc alebo súdna právomoc. Jeho varianty môžu byť neuveriteľne zložité. Cieľom zvierat je získať partnera a nasmerovať ho na párenie.

Počas párenia má väčšina druhov odlišné správanie považované za rituály. Medzi ne patrí vystavovanie, vydávanie zvukov alebo ponúkanie darčekov.

Môžeme teda pozorovať, že medveď hibernát uniká z chladu, vtáky a veľryby migrujú do teplejších podnebí, keď je zima, a púšť zvieratá sú v noci počas horúceho letného počasia aktívne. Tieto príklady sú správanie, ktoré pomáha zvieratám prežiť.

Adaptácie správania sa často starostlivo študujú z terénu a laboratória, aby sa dostali na svetlo. Zvyčajne zahŕňajú fyziologické mechanizmy.

Tieto typy adaptácií sú viditeľné aj u ľudí. Využívajú kultúrne adaptácie ako podmnožinu behaviorálnych adaptácií. Napríklad, keď sa ľudia žijúci v danom prostredí učia, ako upravovať jedlo, ktoré potrebujú, aby sa dokázali vyrovnať s danou klímou.

Sú úpravy všetkých funkcií?

Pri pozorovaní akejkoľvek živej bytosti si všimneme, že je plná charakteristík, ktoré si vyžadujú vysvetlenie. Zoberme si vtáka: sfarbenie peria, piesne, tvaru nôh a zobáka, zložitých tancov s námahou - môžeme ich všetci považovať za adaptívne?

Aj keď je pravda, že prírodný svet je plný adaptácií, nemali by sme okamžite vyvodzovať, že vlastnosť, ktorú pozorujeme, je jednou z nich. Znak môže byť prítomný hlavne z týchto dôvodov:

Môžu to byť chemické alebo fyzikálne následky

Mnohé črty sú jednoducho dôsledkom chemickej alebo fyzikálnej udalosti. Farba krvi je u cicavcov červená a nikto si nemyslí, že táto červená farba je adaptáciou.

Krv je vďaka svojmu zloženiu červená: červené krvinky ukladajú proteín zodpovedný za transport kyslíka nazývaný hemoglobín - ktorý spôsobuje charakteristickú farbu uvedenej tekutiny.

Môže byť dôsledkom driftu génov

Drift je náhodný proces, ktorý spôsobuje zmeny v frekvenciách alel a vedie k fixácii alebo eliminácii určitých alel stochastickým spôsobom. Tieto vlastnosti neprinášajú žiadnu výhodu a nezvyšujú fitnes jednotlivca.

Predpokladajme, že máme populáciu bielych medveďov a čiernych medveďov toho istého druhu. V určitom okamihu trpí študovaná populácia znížením počtu organizmov v dôsledku environmentálnej katastrofy a väčšina bielych jedincov náhodou zomrie.

Postupom času existuje vysoká možnosť, že sa alela, ktorá kóduje čiernu kožušinu, zafixuje a celá populácia bude tvorená čiernymi jedincami.

Nejde však o prispôsobenie, pretože neposkytuje žiadnu výhodu jednotlivcovi, ktorý ho vlastní. Všimnite si, že procesy génového driftu nevedú k tvorbe adaptácií, k čomu dochádza iba prostredníctvom mechanizmu prirodzenej selekcie.

Môže to korelovať s inou charakteristikou

Naše gény sú vedľa seba a môžu sa kombinovať rôznymi spôsobmi v procese nazývanom rekombinácia. V niektorých prípadoch sú gény spojené a zdedené spolu.

Na ilustráciu tejto situácie použijeme hypotetický prípad: gény, ktoré kódujú modré oči, sú spojené s génmi pre blond vlasy. Logicky sa jedná o zjednodušenie, pravdepodobne sa na zafarbení štruktúr podieľajú aj ďalšie faktory, ale používame ho ako didaktický príklad.

Predpokladajme, že blond vlasy nášho hypotetického organizmu mu dávajú určitú výhodu: kamufláž, ochrana pred žiarením, proti chladu atď. Jednotlivci s blond vlasmi budú mať viac detí ako ich rovesníci, ktorí túto vlastnosť nemajú.

Potomok, ktorý má svetlé vlasy, bude mať modré oči, pretože gény sú spojené. V priebehu generácií môžeme pozorovať, že modré oči sa zvyšujú, aj keď neprinášajú žiadnu adaptívnu výhodu. Tento jav je v literatúre známy ako „genetické stopovanie“.

Môže byť dôsledkom fylogenetickej histórie

Niektoré postavy môžu byť dôsledkom fylogenetickej histórie. Stehy lebky u cicavcov prispievajú k pôrodnému procesu a uľahčujú ho a môžu sa interpretovať ako jeho prispôsobenie. Znak je však reprezentatívny v iných líniách a je predkom.

Predbežné úpravy a úpravy

V priebehu rokov evoluční biológovia obohatili terminológiu týkajúcu sa charakteristík organizmu vrátane nových konceptov, ako sú „pred adaptácia“ a „exaptácia“.

Podľa Futuymy (2005) je predadaptácia „vlastnosť, ktorá náhodne slúži novej funkcii“.

Napríklad silné zobáky niektorých vtákov mohli byť vybrané na konzumáciu určitého druhu potravy. Ale vo vhodných prípadoch môže táto štruktúra slúžiť aj ako adaptácia na napadnutie oviec. Táto náhla zmena vo funkcii je predbežná adaptácia.

V roku 1982 Gould a Vrba predstavili koncepciu „exaptácie“, ktorá opisuje pred adaptáciu, ktorá bola kooptovaná na nové použitie.

Napríklad perie plávajúcich vtákov nebolo formované prirodzeným výberom pod selektívnym tlakom plávania, ale našťastie im to slúžilo.

Analogicky k tomuto procesu máme nos, aj keď bol určite vybraný, pretože pridal do dýchacieho procesu určitú výhodu, teraz ho používame na držanie našich okuliarov.

Najslávnejším príkladom exaptácie je panda. Tento druh sa živí špecificky bambusom a na jeho manipuláciu používa „šiesty palec“ odvodený z rastu iných štruktúr.

Príklady úprav

Let na stavovcoch

Vtáky, netopiere a teraz zaniknutí pterosaury konvergenčne získali svoje prostriedky na pohyb: let. Zdá sa, že rôzne aspekty morfológie a fyziológie týchto zvierat sú prispôsobeniami, ktoré zvyšujú alebo uprednostňujú schopnosť lietať.

Kosti majú dutiny, vďaka ktorým sú ľahké, ale odolné. Táto konformácia sa nazýva pneumatizované kosti. V dnešných lietajúcich líniách - vtáctve a netopiere - má tráviaci systém určité zvláštnosti.

Črevá sú v porovnaní s nelietavými zvieratami podobnej veľkosti omnoho kratšie, pravdepodobne kvôli zníženiu hmotnosti počas letu. Zníženie absorpčného povrchu živín teda zvolilo zvýšenie bunkových absorpčných dráh.

Adaptácie vtákov klesajú na molekulárnu úroveň. Navrhlo sa, že veľkosť genómu sa zmenila ako adaptácia na let, čím sa znížili metabolické náklady spojené s tým, že má veľký genóm, a teda veľké bunky.

Echolokácia netopierov

Zdroj: Shung, z Wikimedia Commons

U netopierov existuje osobitná adaptácia, ktorá im umožňuje orientovať sa priestorovo počas pohybu: echolokácia.

Tento systém spočíva v emisii zvukov (ľudia ich nedokážu vnímať), ktoré odrážajú objekty a netopier ich dokáže vnímať a prekladať. Podobne sa morfológia uší určitých druhov považuje za adaptáciu, aby bolo možné vlny účinne prijímať.

Dlhý krk žiraf

Zdroj: John Storr, z Wikimedia Commons

Nikto by nepochyboval o tom, že žirafy majú nezvyčajnú morfológiu: pretiahnutý krk, ktorý nesie malú hlavu a dlhé nohy, ktoré nesú ich hmotnosť. Tento dizajn sťažuje rôzne činnosti v živote zvieraťa, napríklad pitnú vodu z rybníka.

Vysvetlenie dlhých hrdiel týchto afrických druhov je už desaťročia obľúbeným príkladom evolučných biológov. Predtým, ako Charles Darwin pochopil teóriu prírodného výberu, francúzsky prírodovedec Jean-Baptiste Lamarck už mal koncept - aj keď chybný - zmien a biologického vývoja.

V prípade Lamarcka bol krk žirafíkov predĺžený, pretože tieto zvieratá ho neustále natiahli, aby sa dostali k agátovým púčikom. Táto akcia by sa premietla do dedičnej zmeny.

Vo svetle modernej evolučnej biológie sa použitie a zneužívanie postáv nepovažuje za také, ktoré nemá žiadny vplyv na potomstvo. Prispôsobenie dlhého krku musí vzniknúť, pretože jednotlivci, ktorí nesú mutácie pre uvedené vlastnosti, nechali viac potomkov ako ich vrstovníci s kratšími krkmi.

Intuitívne sa dá predpokladať, že dlhý krk pomáha žirafám získať jedlo. Tieto zvieratá sa však zvyčajne kŕmia potravou v nízkych kríkoch.

Na čo sú žirafové krky?

V roku 1996 vedci Simmons a Scheepers študovali spoločenské vzťahy tejto skupiny a vyvrátili interpretáciu toho, ako žirafy dostali svoje krky.

Pre týchto biológov sa krk vyvinul ako „zbraň“, ktorú muži používajú v boji na to, aby sa dostali k ženám, a nie aby dostali jedlo vo vysokých oblastiach. Túto hypotézu podporujú rôzne fakty: krky samcov sú oveľa dlhšie a ťažšie ako samice.

Môžeme konštatovať, že aj keď má adaptácia zjavne zrejmý význam, musíme spochybniť interpretácie a pomocou vedeckej metódy otestovať všetky možné hypotézy.

Rozdiely s evolúciou

Pojmy, evolúcia a adaptácia nie sú protirečivé. Evolúcia môže nastať prostredníctvom mechanizmu prirodzeného výberu, čo vedie k prispôsobeniam. Je potrebné zdôrazniť, že jediným mechanizmom, ktorý vedie k prispôsobovaniu, je prirodzený výber.

Existuje ďalší proces, ktorý sa nazýva drift génov (uvedený v predchádzajúcej časti), ktorý môže viesť k vývoju populácie, ale neprináša adaptácie.

Zmätky týkajúce sa úprav

Aj keď sa zdá, že úpravy sú vlastnosťami navrhnutými presne na ich použitie, vývoj a následne aj koncepcia prispôsobení nemajú cieľ ani vedomý účel. Nie sú ani synonymom pokroku.

Rovnako ako proces erózie nemá za cieľ vytvárať krásne hory, evolúcia nemá za cieľ vytvárať organizmy dokonale prispôsobené ich prostrediu.

Organizácie sa nesnažia vyvíjať, takže prirodzený výber nedáva jednotlivcovi to, čo potrebuje. Predstavme si napríklad rad králikov, ktorí v dôsledku zmien prostredia musia znášať silné mrazy. Potreba zvierat pre hojnú kožušinu nevyvolá výskyt a šírenie sa v populácii.

Na rozdiel od toho, niektorá náhodná mutácia v genetickom materiáli králika môže vytvoriť hojnejší plášť, vďaka čomu má jeho nosič viac detí. Tieto deti pravdepodobne zdedia srsť svojho otca. Hojná srsť tak môže zvýšiť svoju frekvenciu v králičej populácii a králik si toho nebol nikdy vedomý.

Výber tiež neprodukuje dokonalé štruktúry. Musia byť dosť „dobrí“, aby mohli preniesť na ďalšiu generáciu.

Referencie

1. Caviedes-Vidal, E., McWhorter, TJ, Lavin, SR, Chediack, JG, Tracy, CR a Karasov, WH (2007). Tráviaca adaptácia lietajúcich stavovcov: vysoká intestinálna paracelulárna absorpcia kompenzuje menšie črevá. Zborník Národnej akadémie vied, 104 (48), 19132-19137.
2. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolučná analýza. Prentice Hall.
3. Futuyma, DJ (2005). Evolution. Sinauer.
4. Gould, SJ, a Vrba, ES (1982). Oprava - chýbajúci pojem vo vede formy. Paleobiology, 8 (1), 4-15.
5. Organ, CL, Shedlock, AM, Meade, A., Pagel, M. a Edwards, SV (2007). Pôvod veľkosti a štruktúry vtáčieho genómu v iných ako vtáčích dinosauroch. Náture, 446 (7132), 180.