БИОЛОГИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Биологическая адаптация является характерным присутствует в организме , что повышает его способность к выживанию и воспроизводству, по отношению к своим товарищам , которые не имеют эту черту. Единственный процесс, ведущий к адаптации, - это естественный отбор.

Если мы остановимся и рассмотрим различные линии живых организмов, мы обнаружим, что они изобилуют серией сложных приспособлений. От мимики бабочек до сложной структуры их крыльев, позволяющих летать.

Источник: Пуннетт, Реджинальд Крандалл, через Wikimedia Commons.

Не все характеристики или черты, которые мы наблюдаем у определенных организмов, можно сразу назвать адаптациями. Некоторые из них могут иметь химические или физические последствия, они могут быть чертами, вызванными генетическим дрейфом или событием, называемым генетическим автостопом.

Характеристики организмов можно изучить, применив научный метод, чтобы проверить, действительно ли они являются адаптациями и какова их предварительная функция.

Для этого необходимо предложить гипотезы о потенциальном использовании и проверить их с помощью подходящего экспериментального плана - либо путем манипулирования индивидуумом, либо путем простого наблюдения.

Хотя адаптации часто кажутся идеальными и даже «спроектированными», это не так. Адаптации не были результатом сознательного процесса, поскольку эволюция не имеет ни цели, ни цели и не стремится к совершенствованию организмов.

характеристики

В зависимости от острова развились разные виды вьюрков.

Адаптация - это черта, которая увеличивает физическую форму человека. В эволюционной биологии термин приспособленность или биологическая приспособленность относится к способности организма оставлять потомство. Если у определенного человека остается больше потомства, чем у партнера, говорят, что он более приспособлен.

Самая спортивная личность не является ни сильнейшим, ни быстрым, ни величайшим. Это тот, кто выживает, находит себе пару и воспроизводит потомство.

Некоторые авторы часто добавляют другие элементы в свои определения адаптации. Если мы примем во внимание историю происхождения, мы можем определить адаптацию как производную черту, которая развивалась в ответ на определенного селективного агента. Это определение сравнивает влияние характера на приспособленность к определенному варианту.

Виды адаптации

Три основных типа адаптации, основанные на выражении генетических изменений, - это структурные, физиологические и поведенческие изменения. Внутри каждого из этих типов выполняются разные процессы. У большинства организмов есть комбинации всех трех.

Морфологические и структурные

Эти приспособления могут быть анатомическими, включая мимику и загадочную окраску.

С другой стороны, мимикрия относится к внешнему сходству, которое одни организмы способны развить, чтобы имитировать характеристики других, более агрессивных и опасных, чтобы отогнать их.

Например, коралловые змеи ядовиты. Их можно узнать по характерным ярким цветам. С другой стороны, королевы горных змей безвредны, но их цвета делают их похожими на коралловый риф.

Внешний вид организма моделируется посредством структурных адаптаций в зависимости от среды, в которой он развивается. Например, у песца пустыни большие уши для теплового излучения, а у песцов - маленькие уши для сохранения тепла тела.

Благодаря пигментации меха белые полярные медведи маскируются на льдинах и пятнистых ягуаров в пятнистой тени джунглей.

Растения тоже страдают от этих изменений. У деревьев может быть пробковая кора, чтобы защитить их от лесных пожаров.

Структурные изменения затрагивают организмы на разных уровнях, от коленного сустава до наличия крупных летных мышц и острого зрения для хищных птиц.

Физиологические и функциональные

Эти типы адаптации включают изменение органов или тканей. Они представляют собой изменение функционирования организма для решения проблемы, возникающей в окружающей среде.

В зависимости от химического состава тела и метаболизма физиологические адаптации обычно не проявляются визуально.

Ярким примером такого типа адаптации является гибернация. Это сонное или летаргическое состояние, через которое зимой проходят многие теплокровные животные. Физиологические изменения, происходящие в период гибернации, сильно различаются в зависимости от вида.

Физиологической и функциональной адаптацией могут быть, например, более эффективные почки для пустынных животных, таких как верблюды, соединения, предотвращающие свертывание крови в слюне комаров, или наличие токсинов в листьях растений, которые отталкивают их. травоядные.

Лабораторные исследования, которые измеряют содержание крови, мочи и других жидкостей организма, отслеживают метаболические пути или микроскопические исследования тканей организма, часто необходимы для выявления физиологических адаптаций.

Иногда их трудно обнаружить, если нет общего предка или близкородственных видов, с которыми можно было бы сравнить результаты.

Этологический или поведенческий

Эти адаптации влияют на то, как живые организмы действуют по разным причинам, таким как обеспечение воспроизводства или питания, защита от хищников или изменение среды обитания, когда условия окружающей среды не подходят.

Среди поведенческих адаптаций мы находим миграцию, которая относится к периодической и массовой мобилизации животных из их естественных мест размножения в другие места обитания.

Это смещение происходит до и после сезона размножения. Любопытно в этом процессе то, что внутри него развиваются другие изменения, которые могут быть анатомическими и физиологическими, как это происходит с бабочками, рыбами и бабочками.

Еще одно поведение, которое может измениться, - это ухаживания или ухаживания. Его варианты могут быть невероятно сложными. Задача животных - получить себе пару и направить ее к спариванию.

Во время брачного периода у большинства видов различное поведение считается ритуалом. К ним относятся показы, звуки и подарки.

Таким образом, мы можем наблюдать, что медведи впадают в спячку, чтобы избежать холода, птицы и киты мигрируют в более теплый климат зимой, а животные пустыни активны ночью в жаркую летнюю погоду. Эти примеры поведения помогают животным выжить.

Часто поведенческие адаптации требуют тщательного изучения в полевых условиях и в лаборатории, чтобы выявить их. Обычно они связаны с физиологическими механизмами.

Эти типы адаптации также наблюдаются у людей. Они используют культурные адаптации как подмножество поведенческих адаптаций. Например, когда люди, живущие в определенной среде, изучают способы изменения продуктов питания, которые им необходимы, чтобы справиться с данным климатом.

Все ли функции адаптированы?

Наблюдая за любым живым существом, мы заметим, что оно полно характеристик, требующих объяснения. Представьте себе птицу: окраска оперения, песня, форма лап и клюва, сложные брачные танцы - можем ли мы все считать их адаптивными характеристиками?

Нет. Хотя это правда, что мир природы полон приспособлений, мы не должны сразу делать вывод, что наблюдаемая нами черта является одной из них. Признак может присутствовать в основном по следующим причинам:

Они могут быть химическими или физическими.

Многие черты характера являются просто следствием химического или физического события. Цвет крови у млекопитающих красный, и никто не думает, что красный цвет сам по себе является адаптацией.

Кровь имеет красный цвет из-за своего состава: красные кровяные тельца хранят белок, ответственный за транспортировку кислорода, называемый гемоглобином, который вызывает характерный цвет указанной жидкости.

Может быть следствием дрейфа генов

Дрейф - это случайный процесс, который вызывает изменения частот аллелей и приводит к фиксации или устранению определенных аллелей стохастическим образом. Эти характеристики не дают никаких преимуществ и не повышают физическую форму человека.

Предположим, у нас есть популяция белых и черных медведей одного вида. В какой-то момент исследуемая популяция страдает от уменьшения количества организмов из-за экологической катастрофы, и большинство белых людей умирают случайно.

С течением времени высока вероятность того, что аллель, кодирующий черный мех, будет закреплен, и вся популяция будет состоять из черных особей.

Однако это не адаптация, потому что она не дает никаких преимуществ тому, кто ею владеет. Обратите внимание, что процессы дрейфа генов не приводят к формированию адаптаций, это происходит только через механизм естественного отбора.

Это может быть связано с другой характеристикой

Наши гены расположены бок о бок и могут по-разному сочетаться в процессе, называемом рекомбинацией. В некоторых случаях гены связаны и наследуются вместе.

Чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, мы будем использовать гипотетический случай: гены, кодирующие голубые глаза, связаны с генами светлых волос. Логически это упрощение, возможно, есть и другие факторы, влияющие на раскраску структур, однако мы используем это как дидактический пример.

Предположим, что светлые волосы нашего гипотетического организма дают ему какое-то преимущество: маскировка, защита от радиации, от холода и т. Д. У людей со светлыми волосами будет больше детей, чем у их сверстников, у которых нет этой характеристики.

У потомства, помимо светлых волос, будут голубые глаза, потому что гены связаны. На протяжении поколений мы можем наблюдать, что частота голубых глаз увеличивается, хотя они не дают никаких адаптивных преимуществ. Это явление известно в литературе как «генетический автостоп».

Может быть следствием филогенетической истории

Некоторые персонажи могут быть следствием филогенетического анамнеза. Швы черепа у млекопитающих способствуют и облегчают процесс родов и могут быть интерпретированы как приспособление к нему. Однако эта черта характерна для других родословных и является наследственной.

Предварительные адаптации и эксаптации

С годами биологи-эволюционисты обогатили терминологию, касающуюся характеристик организма, включая новые понятия, такие как «преадаптация» и «эксаптация».

Согласно Футуйме (2005), преадаптация - это «черта, которая случайно выполняет новую функцию».

Например, сильные клювы некоторых птиц могли быть выбраны для употребления определенного вида пищи. Но в определенных случаях эта конструкция также может служить приспособлением для нападения на овец. Это внезапное изменение функции является предварительной адаптацией.

В 1982 году Гулд и Врба ввели понятие «эксаптации» для описания предварительной адаптации, которая была адаптирована для нового использования.

Например, перья плавающих птиц не были сформированы естественным отбором под избирательным давлением плавания, но, к счастью, они послужили этому.

По аналогии с этим процессом у нас есть наш нос, хотя он был выбран, конечно, потому что он добавлял некоторого преимущества в процесс дыхания, теперь мы используем его, чтобы держать наши очки.

Самый известный пример эксаптации - это большой палец панды. Этот вид питается именно бамбуком, и для управления им они используют «шестой палец», полученный в результате роста других структур.

Примеры переделок

Полет у позвоночных

Птицы, летучие мыши и ныне вымершие птерозавры конвергентно приобрели свой способ передвижения: полет. Различные аспекты морфологии и физиологии этих животных, по-видимому, являются адаптациями, которые увеличивают или способствуют способности летать.

В костях есть полости, которые делают их легкими, но прочными структурами. Это строение известно как пневматические кости. У современных летающих родословных - птиц и летучих мышей - пищеварительная система также имеет определенные особенности.

Кишечник намного короче, чем у нелетающих животных такого же размера, вероятно, для снижения веса во время полета. Таким образом, уменьшение поверхности поглощения питательных веществ привело к увеличению путей поглощения клетками.

Адаптации у птиц сводятся к молекулярному уровню. Было высказано предположение, что размер генома был уменьшен в результате адаптации к полету, что снижает метаболические затраты, связанные с наличием большого генома и, следовательно, больших клеток.

Эхолокация у летучих мышей

Источник: Шунг, из Wikimedia Commons.

У летучих мышей есть особая адаптация, которая позволяет им ориентироваться в пространстве во время движения: эхолокация.

Эта система состоит из излучения звуков (люди не способны их воспринимать), которые отражаются от объектов, и летучая мышь способна воспринимать и передавать их. Точно так же морфология ушей некоторых видов считается адаптацией, позволяющей эффективно принимать волны.

Длинная шея жирафов

Источник: Джон Сторр, из Wikimedia Commons.

Никто не сомневается, что у жирафов необычная морфология: удлиненная шея, поддерживающая небольшую голову, и длинные ноги, поддерживающие их вес. Такой дизайн затрудняет различные виды деятельности животного, например пить воду из пруда.

Объяснение длинной шеи этих африканских видов было любимым примером эволюционных биологов на протяжении десятилетий. Еще до того, как Чарльз Дарвин задумал теорию естественного отбора, французский натуралист Жан-Батист Ламарк уже владел концепцией - хотя и ошибочной - изменений и биологической эволюции.

Для Ламарка шея жирафов была удлиненной, потому что эти животные постоянно растягивали ее, чтобы дотянуться до почек акации. Это действие приведет к наследуемому изменению.

В свете современной эволюционной биологии считается, что использование и неиспользование персонажей не влияет на потомство. Адаптация длинной шеи, должно быть, возникла потому, что особи, несущие мутации по указанным характеристикам, оставили больше потомства, чем их сверстники с более короткой шеей.

Интуитивно можно предположить, что длинная шея помогает жирафам добывать пищу. Однако эти животные обычно кормятся в невысоких кустах.

Так для чего же нужны шеи жирафа?

В 1996 году исследователи Симмонс и Шиперс изучили социальные отношения этой группы и опровергли интерпретацию того, как жирафы получили свои шеи.

Для этих биологов шея превратилась в «оружие», которое самцы используют в бою, чтобы добраться до самок, а не добывать пищу на возвышенностях. Различные факты подтверждают эту гипотезу: шеи у самцов намного длиннее и тяжелее, чем у самок.

Мы можем сделать вывод, что, даже если адаптация имеет очевидное значение, мы должны подвергнуть сомнению интерпретации и проверить все возможные гипотезы, используя научный метод.

Отличия от эволюции

Обе концепции, эволюция и адаптация не противоречат друг другу. Эволюция может происходить через механизм естественного отбора, который порождает адаптации. Необходимо подчеркнуть, что единственный механизм, вызывающий адаптации, - это естественный отбор.

Существует еще один процесс, называемый дрейфом генов (упомянутый в предыдущем разделе), который может привести к эволюции популяции, но не вызывает адаптации.

Заблуждения насчет адаптации

Хотя адаптации кажутся особенностями, разработанными именно для их использования, эволюция и, следовательно, концепция адаптаций не имеют цели или сознательной цели. И они не являются синонимом прогресса.

Так же, как процесс эрозии не предназначен для создания красивых гор, эволюция не предназначена для создания организмов, идеально адаптированных к окружающей среде.

Организмы не стремятся развиваться, поэтому естественный отбор не дает человеку того, что ему нужно. Например, представим серию кроликов, которым из-за изменений окружающей среды приходится переносить сильные морозы. Потребность животных в обильном мехе не заставит его появиться и распространиться среди населения.

Напротив, некоторая случайная мутация в генетическом материале кролика может привести к более густой шерсти, в результате чего у его носителя будет больше детей. Эти дети, вероятно, наследуют мех своего отца. Таким образом, обильная шерсть может увеличить ее частоту в популяции кроликов, и кролик никогда не знал об этом.

Кроме того, отбор не создает идеальных структур. Они просто должны быть достаточно «хорошими», чтобы передаваться следующему поколению.

Ссылки

1. Кавидес-Видаль, Э., Маквортер, Т.Дж., Лавин, С.Р., Чедиак, Дж. Г., Трейси, С.Р., и Карасов, WH (2007). Пищеварительная адаптация летающих позвоночных: высокая параклеточная абсорбция в кишечнике компенсирует меньший размер кишечника. Труды Национальной академии наук, 104 (48), 19132-19137.
2. Фриман, С., и Херрон, Дж. К. (2002). Эволюционный анализ. Прентис Холл.
3. Футуйма, диджей (2005). Эволюция. Sinauer.
4. Гулд, С.Дж., и Врба, Е.С. (1982). Экзаптация - недостающий термин в науке о форме. Палеобиология, 8 (1), 4-15.
5. Орган, К.Л., Шедлок, А.М., Мид, А., Пейджел, М., и Эдвардс, С.В. (2007). Происхождение размера и структуры птичьего генома у нептичьих динозавров. Природа, 446 (7132), 180.