BIOLOGINEN SOPEUTUMINEN: OMINAISUUDET, TYYPIT, ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2025

Biologinen sopeutuminen on tunnusomainen läsnä organismissa, joka lisää sen kapasiteettia eloonjääminen ja lisääntyminen, suhteessa sen kumppaneita, joilla ei ole tätä piirrettä. Ainoa prosessi, joka johtaa mukautuksiin, on luonnollinen valinta.

Jos lopetamme tarkastelun elävien organismien erilaisista suvusta, huomaat, että ne ovat täynnä sarjaa monimutkaisia ​​mukautuksia. Perhosten jäljittelystä siipien monimutkaiseen rakenteeseen, joka sallii lennon.

Lähde: Punnett, Reginald Crundall, Wikimedia Commonsin kautta

Kaikkia ominaisuuksia tai piirteitä, joita havaitsemme tietyissä organismeissa, ei voida välittömästi merkitä mukautuksiksi. Jotkut voivat olla kemiallisia tai fysikaalisia seurauksia, ne voivat olla piirteitä, jotka johtuvat geneettisestä siirtymisestä tai tapahtumasta, jota kutsutaan geneettiseksi stoppamiseksi.

Organismien ominaisuudet voidaan tutkia soveltamalla tieteellistä menetelmää sen tarkistamiseksi, ovatko ne todella mukautumisia ja mikä on niiden alustava tehtävä.

Tätä varten potentiaalista käyttöä koskevat hypoteesit on ehdotettava ja testattava sopivalla kokeellisella suunnittelulla - joko manipuloimalla yksilöä tai yksinkertaisella havainnolla.

Vaikka mukautukset vaikuttavat usein täydellisiltä ja jopa "suunnitelluilta", ne eivät ole. Sopeutumiset eivät olleet tietoisen prosessin tulosta, koska evoluutiolla ei ole päämääriä eikä päämääriä, eikä sillä pyritä myöskään organisoitumaan täydellisesti.

ominaisuudet

Saaresta riippuen kehittyi erilainen peippilaji.

Sopeutuminen on ominaisuus, joka lisää yksilön kuntoa. Evoluutiobiologiassa termi kunto tai biologinen kunto viittaa organismin kykyyn jättää jälkeläisiä. Jos tietty henkilö jättää enemmän jälkeläisiä kuin kumppani, sanotaan, että hänellä on enemmän kuntoa.

Sopivin henkilö ei ole vahvin, ei nopein eikä suurin. Se on se, joka selviää, löytää toverin ja lisääntyy.

Jotkut kirjoittajat lisäävät usein muita elementtejä mukautumisen määritelmiin. Jos otamme huomioon suvun historian, voimme määritellä sopeutumisen johdettuksi piirteeksi, joka kehittyi vastauksena tiettyyn valikoivaan aineeseen. Tässä määritelmässä verrataan hahmon vaikutuksia kuntoon tietyssä variantissa.

Sopeutumistyypit

Kolme perustyyppiä mukautuksiin, jotka perustuvat geneettisten muutosten ilmentymiseen, ovat rakenteellisia, fysiologisia ja käyttäytymismuutoksia. Kussakin näistä tyypeistä suoritetaan erilaisia ​​prosesseja. Useimmissa organismeissa on yhdistelmiä kaikista kolmesta.

Morfologinen ja rakenteellinen

Nämä mukautukset voivat olla anatomisia, mukaan lukien matkiminen ja salauksen värjäys.

Jäljitelmä viittaa puolestaan ​​ulkoiseen samankaltaisuuteen, jonka jotkut organismit kykenevät kehittämään jäljittelemään muiden aggressiivisempien ja vaarallisempien ominaisuuksia niiden karkottamiseksi.

Esimerkiksi korallikäärmeet ovat myrkyllisiä. Ne voidaan tunnistaa ominaisilla kirkkailla väreillä. Toisaalta kuningatarvuoren käärmeet ovat vaarattomia, mutta niiden värit saavat ne näyttämään koralliriutalta.

Organismin ulkonäkö mallinnetaan rakenteellisilla mukautuksilla ympäristöstä riippuen, jossa se kehittyy. Esimerkiksi aavikon kettuilla on suuret korvat lämmön säteilyä varten ja arktisilla kettuilla on pienet korvat pitämään kehon lämpöä.

Turkisten pigmentoitumisen ansiosta valkoiset jääkarhut naamioivat itsensä jäälauttoihin ja laikullinen jaguaari viidakon täplikäs varjoon.

Kasvit kärsivät myös näistä muutoksista. Puissa voi olla korkkikuori suojaamaan niitä paloilta.

Rakenteelliset muutokset vaikuttavat organismeihin eri tasoilla polvinivelistä suurten lentolihasten läsnäoloon ja saalistuslintujen terävään näkemykseen.

Fysiologinen ja toiminnallinen

Tämäntyyppiset mukautukset sisältävät elinten tai kudosten muuttumisen. Ne ovat muutos organismin toiminnassa ratkaisemaan ympäristössä esiintyvä ongelma.

Kehon kemiasta ja aineenvaihdunnasta riippuen fysiologiset sopeutumiset eivät yleensä näy näkyvästi.

Selvä esimerkki tämän tyyppisestä sopeutumisesta on lepotila. Tämä on uninen tai letarginen tila, jonka monet lämminveriset eläimet käyvät läpi talvella. Hibernaation aikana tapahtuvat fysiologiset muutokset ovat hyvin erilaisia ​​lajeista riippuen.

Fysiologinen ja toiminnallinen sopeutuminen olisi esimerkiksi tehokkaammat munuaiset aavikkieläimille, kuten kameleille, yhdisteet, jotka estävät veren hyytymistä hyttysen sylkeen tai toksiinien läsnäolo kasvien lehdissä niiden torjumiseksi. kasvinsyöjiä.

Fysiologisten sopeutumisten tunnistamiseksi tarvitaan usein laboratoriotutkimuksia, jotka mittaavat veren, virtsan ja muiden kehon nesteiden pitoisuutta, jäljittävät aineenvaihduntareitit, tai mikroskooppisia tutkimuksia organismin kudoksista.

Joskus on vaikea havaita niitä, jos ei ole yhteistä esi-isää tai läheisesti sukulaisia ​​lajeja, joiden kanssa tuloksia voidaan verrata.

Etiologinen tai käyttäytymiseen liittyvä

Nämä mukautukset vaikuttavat elävien organismien toimintatapaan eri syistä, kuten lisääntymisen tai ruoan varmistamisesta, puolustautumisesta petoeläimiltä tai elinympäristön muutoksilta, kun ympäristöolosuhteet eivät ole sopivia.

Käyttäytymismuutoksista löytyy muuttoliike, joka viittaa eläinten säännölliseen ja laajamittaiseen liikkumiseen niiden luonnollisilta pesimäalueilta muihin elinympäristöihin.

Tämä siirtyminen tapahtuu ennen kasvatuskautta ja sen jälkeen. Utelias asia tässä prosessissa on, että sen sisällä kehittyy muita muutoksia, jotka voivat olla anatomisia ja fysiologisia, kuten tapahtuu perhosilla, kaloilla ja perhosilla.

Toinen käyttäytyminen, jota voidaan muuttaa, on kohteliaisuus. Sen variantit voivat olla uskomattoman monimutkaisia. Eläinten tavoitteena on saada pari ja ohjata se paritteluun.

Pariutumisjakson aikana useimmilla lajeilla on erilainen rituaaleiksi katsottu käyttäytyminen. Näitä ovat näyttely, äänien tekeminen tai lahjojen tarjoaminen.

Voimme siis havaita, että karhut talvehtivat paetakseen kylmää, linnut ja valaat vaeltavat lämpimämpään ilmastoon talven ollessa, ja autiomaiset eläimet ovat aktiivisia yöllä kuumana kesällä. Nämä esimerkit ovat käyttäytymistä, jotka auttavat eläimiä selviytymään.

Usein käyttäytymismuutokset vievät huolellisesti tutkimusta kentältä ja laboratoriosta saadakseen ne selville. Ne sisältävät yleensä fysiologisia mekanismeja.

Tämän tyyppiset mukautukset nähdään myös ihmisissä. Ne käyttävät kulttuurisia mukautuksia osa käyttäytymismukautuksia. Esimerkiksi missä tietyssä ympäristössä asuvat ihmiset oppivat tapoja muokata ruokaa, jota he tarvitsevat selviytyäkseen kyseisestä ilmastosta.

Ovatko kaikki ominaisuudet mukautuksia?

Tarkkaillessamme mitä tahansa elävää olentoa huomaamme, että se on täynnä selityksiä tarvitsevia ominaisuuksia. Harkitse lintua: höyhenen, kappaleen, jalkojen ja nokan muodon väri, monimutkaiset kohteliaisuustanssit, voimmeko kaikki pitää niitä mukautuvina ominaisuuksina?

Ei. Vaikka on totta, että luonto on täynnä mukautuksia, meidän ei pitäisi heti päätellä, että havaitsemme piirre on yksi niistä. Ominaisuus voi esiintyä lähinnä seuraavista syistä:

Ne voivat olla kemiallisia tai fysikaalisia seurauksia

Monet piirteet ovat yksinkertaisesti kemiallisen tai fysikaalisen tapahtuman seurauksia. Veren väri on punainen nisäkkäissä, ja kukaan ei usko, että punainen väri sinänsä on sopeutumista.

Veri on punaista koostumuksestaan ​​johtuen: punasolut varastoivat happea kuljetuksesta vastaavan proteiinin, nimeltään hemoglobiini - joka aiheuttaa mainitun nesteen ominaisen värin.

Voi olla seuraus geenin siirtymisestä

Ajo on satunnainen prosessi, joka tuottaa muutoksia alleelitaajuuksissa ja johtaa tiettyjen alleelien kiinnittymiseen tai eliminointiin stokastisella tavalla. Nämä ominaisuudet eivät anna mitään etua ja eivät lisää yksilön kuntoa.

Oletetaan, että meillä on samojen lajien valkoisten ja mustien karhujen populaatio. Jossain vaiheessa tutkimuspopulaatio kärsii organismien määrän vähenemisestä ympäristökatastrofin vuoksi ja suurin osa valkoisista yksilöistä kuolee sattumalta.

Ajan myötä on olemassa suuri mahdollisuus, että mustan turkin koodit vahvistetaan ja koko väestö koostuu mustista yksilöistä.

Se ei kuitenkaan ole mukauttaminen, koska se ei anna mitään etua sille, jolla se on. Huomaa, että geenin siirtymisprosessit eivät johda adaptiivien muodostumiseen, tämä tapahtuu vain luonnollisen valinnan mekanismin kautta.

Se voidaan korreloida toisen ominaisuuden kanssa

Geenimme ovat vierekkäin ja voivat yhdistyä eri tavoin yhdistelmäksi kutsutussa prosessissa. Joissakin tapauksissa geenit yhdistetään ja periytyvät yhdessä.

Esimerkkinä tästä tilanteesta käytämme hypoteettista tapausta: sinisiä silmiä koodaavat geenit yhdistetään vaaleiden hiusten geeneihin. Loogisesti se on yksinkertaistaminen, rakenteiden väritykseen liittyy todennäköisesti muita tekijöitä, mutta käytämme sitä didaktisena esimerkkinä.

Oletetaan, että hypoteettisen organismin vaaleat hiukset antavat sille jonkin verran etua: naamiointi, suoja säteilyltä, kylmältä jne. Vaaleilla hiuksilla on enemmän lapsia kuin ikäisillä, joilla ei ole tätä ominaisuutta.

Jälkeläisillä on vaaleiden tukien lisäksi siniset silmät, koska geenit ovat yhteydessä toisiinsa. Koko sukupolvien ajan voimme havaita, että siniset silmät lisääntyvät, vaikka ne eivät anna mitään mukautuvaa etua. Tämä ilmiö tunnetaan kirjallisuudessa nimellä "geneettinen hitchhiking".

Voi olla seurauksena fygeneettiseen historiaan

Jotkut merkit voivat olla seurauksena fylogeneettisestä historiasta. Nisäkkäiden kallon ompeleet edistävät ja helpottavat synnytystä, ja niitä voidaan tulkita sopeutukseksi sille. Piirre on kuitenkin edustava muissa linjassa ja on esi-isäpiirre.

Esisovitukset ja harjoitukset

Vuosien mittaan evoluutiobiologit ovat rikastaneet terminologiaa organismin ominaisuuksien suhteen, sisältäen uusia käsitteitä, kuten "esiadatointi" ja "eksapotus".

Futuyman (2005) mukaan esisovitus on ”piirre, joka palvelee onnistuneesti uutta tehtävää”.

Esimerkiksi joidenkin lintujen vahvat nokat on voitu valita kuluttamaan tietyntyyppistä ruokaa. Mutta sopivissa tapauksissa tämä rakenne voi toimia myös sopeutumisena lampaan hyökkäykseen. Tämä funktion äkillinen muutos on esisopeuttamista.

Vuonna 1982 Gould ja Vrba ottivat käyttöön "eksaptaation" käsitteen kuvaamaan esisopeuttamista, joka on valittu uuteen käyttöön.

Esimerkiksi uima-lintujen höyheniä ei muotoiltu luonnollisella valinnalla uinnin selektiivisellä paineella, mutta ne onnistuivat tekemään niin.

Analogiana tässä prosessissa meillä on nenämme, vaikka se valittiin varmasti, koska se lisäsi jonkin verran etua hengitysprosessiin, mutta nyt käytämme sitä silmälasiemme pitämiseen.

Kuuluisin esimerkki harjoittelusta on pandan peukalo. Tämä laji ruokkii erityisesti bambua ja manipuloidakseen sitä he käyttävät ”kuudennen peukalon”, joka on johdettu muiden rakenteiden kasvusta.

Esimerkkejä mukautuksista

Lento selkärankaisilla

Linnut, lepakot ja nyt sukupuuttoon sukupuuttoon joutuneet pterosaurukset hankkivat yhtenäisesti liikkumiskeinot: lennon. Näiden eläinten morfologian ja fysiologian eri näkökohdat näyttävät olevan mukautuksia, jotka lisäävät tai suosivat lentämiskykyä.

Luissa on onteloita, jotka tekevät niistä kevyitä, mutta kestäviä rakenteita. Tätä muodostumista kutsutaan pneumatized luiksi. Nykypäivän lentävissä lintuissa - linnuissa ja lepakoissa - ruuansulatuksella on myös tiettyjä erityispiirteitä.

Suolet ovat paljon lyhyempiä verrattuna samankokoisiin lentoettomiin eläimiin, mikä todennäköisesti vähentää painoa lennon aikana. Ravinteiden imeytymispinnan vähentyminen valitsi siten lisääntymisen solujen absorptioreiteissä.

Lintujen mukautukset menevät molekyylitasoille. On ehdotettu, että genomin kokoa on pienennetty sopeutumiseksi lentoon, vähentäen metabolisen kustannuksia, jotka liittyvät suureen genomiin ja siten suuriin soluihin.

Echolocation lepakoissa

Lähde: Shung, kirjoittanut Wikimedia Commons

Lepakoissa on erityinen mukautus, joka antaa heidän orientoitua spatiaalisesti liikkuessaan: kaiku.

Tämä järjestelmä koostuu äänien säteilystä (ihmiset eivät ole kykeneviä näkemään niitä), jotka palautuvat pois esineistä ja lepakko kykenee havaitsemaan ja kääntämään ne. Samoin tiettyjen lajien korvien morfologiaa pidetään mukautuksena kyetä vastaanottamaan aallot tehokkaasti.

Kirahvien pitkä kaula

Lähde: John Storr, Wikimedia Commonsista

Kukaan ei epäile, että kirahveilla on epätavallinen morfologia: pitkänomainen kaula, joka tukee pientä päätä, ja pitkät jalat, jotka tukevat heidän painoaan. Tämä muotoilu vaikeuttaa eläimen erilaisia ​​toimintoja, kuten juomavettä lampista.

Selitys näiden afrikkalaisten lajien pitkille kauluille on ollut evoluutiobiologien suosikki esimerkki vuosikymmenien ajan. Ennen kuin Charles Darwin oli suunnitellut luonnollisen valinnan teorian, ranskalainen luonnontieteilijä Jean-Baptiste Lamarck käytti jo käsitettä - vaikkakin virheellisestä - muutoksista ja biologisesta evoluutiosta.

Lamarckille kirahvien kaula oli pitkänomainen, koska nämä eläimet venyttivät sitä jatkuvasti päästäkseen akaasia-versoihin. Tämä toiminta johtaisi periytyvään muutokseen.

Nykyaikaisen evoluutiobiologian valossa hahmojen käytöllä ja käytöllä ei katsota olevan vaikutusta jälkeläisiin. Pitkän kaulan mukautumisen on täytynyt tapahtua, koska yksilöillä, joilla oli mutaatioita mainituille ominaisuuksille, jäi enemmän jälkeläisiä kuin lyhyemmän kaulan vertaistuilla.

Intuitiivisesti voidaan olettaa, että pitkä kaula auttaa kirahveja saamaan ruokaa. Nämä eläimet rehuvat yleensä kuitenkin ruokaa matalissa pensaissa.

Joten mihin on kirahvikaulat?

Vuonna 1996 tutkijat Simmons ja Scheepers tutkivat tämän ryhmän sosiaalisia suhteita ja kiistivät tulkinnan siitä, kuinka kiravit saivat niskaansa.

Näille biologille niska kehittyi "aseeksi", jota miehet käyttävät taistelussa päästäkseen naaraisiin eikä saada ruokaa korkeille alueille. Eri tosiasiat tukevat tätä hypoteesia: urosten kaulat ovat paljon pidempiä ja raskaampia kuin naisilla.

Voimme päätellä, että vaikka sopeutuksella onkin ilmeinen merkitys, meidän on asetettava kyseenalaiseksi tulkinnat ja testattava kaikki mahdolliset hypoteesit tieteellistä menetelmää käyttämällä.

Eroa evoluutioon

Sekä käsitteet, evoluutio että mukautuminen eivät ole ristiriitaisia. Evoluutio voi tapahtua luonnollisen valinnan mekanismin avulla ja tämä synnyttää mukautuksia. On tarpeen korostaa, että ainoa mekanismi, joka tuottaa mukautuksia, on luonnollinen valinta.

On olemassa toinen prosessi, nimeltään geenin siirtyminen (mainittu edellisessä osassa), joka voi johtaa populaation kehitykseen, mutta ei tuota mukautuksia.

Sekaannuksia mukautuksista

Vaikka sopeutumiset näyttävät olevan ominaisuuksia, jotka on suunniteltu tarkalleen niiden käyttöön, evoluutiolla ja sen seurauksena sopeutumien käsityksellä ei ole tavoitetta tai tietoista tarkoitusta. Ne eivät myöskään ole synonyymi edistymiselle.

Aivan kuten eroosioprosessilla ei ole tarkoitus luoda kauniita vuoria, evoluutiolla ei ole tarkoitus luoda organismeja, jotka ovat täydellisesti sopeutuneet ympäristöönsä.

Organismit eivät yritä kehittyä, joten luonnollinen valinta ei anna yksilölle mitä hän tarvitsee. Kuvailkaamme esimerkiksi sarja kaneja, joiden ympäristön muutosten vuoksi on kestettävä kova pakkas. Eläinten tarve runsaalle turkikselle ei tee siitä ilmaantuvaa ja leviävää väestössä.

Sitä vastoin jotkut satunnaiset mutaatiot kanin geenimateriaalissa voivat tuottaa runsaamman turkin, jolloin sen kantajalla on enemmän lapsia. Nämä lapset perivät todennäköisesti isänsä turkin. Siksi runsas turkki voi lisätä sen esiintyvyyttä kanin populaatiossa, eikä kani ollut koskaan tietoinen tästä.

Myös valinta ei tuota täydellisiä rakenteita. Niiden on oltava vain "tarpeeksi hyviä" voidakseen siirtää seuraavalle sukupolvelle.

Viitteet

1. Caviedes-Vidal, E., McWhorter, TJ, Lavin, SR, Chediack, JG, Tracy, CR ja Karasov, WH (2007). Lentävien selkärankaisten ruuansulatusmuunnos: paraseellulaarinen imeytyminen suolistossa kompensoi pienemmät suolet. Kansallisen tiedeakatemian julkaisut, 104 (48), 19132 - 19137.
2. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluutioanalyysi. Prentice Hall.
3. Futuyma, DJ (2005). Evolution. Sinauer.
4. Gould, SJ, & Vrba, ES (1982). Exaptation - puuttuva termi muodotieteestä. Paleobiologia, 8 (1), 4-15.
5. Organ, CL, Shedlock, AM, Meade, A., Pagel, M., ja Edwards, SV (2007). Muiden kuin lintujen dinosaurusten lintugenomin koon ja rakenteen alkuperä Nature, 446 (7132), 180.