Адаптация

Адаптация - это эволюционный процесс, в ходе которого организм становится более подходящим для своей среды обитания. Этот процесс происходит на протяжении многих поколений. Это одно из основных явлений биологии.

Когда люди говорят об адаптации, они часто имеют в виду "черту" (признак), которая помогает животным или растениям выживать. Примером может служить адаптация лошадиных зубов к помолу травы. Трава - их обычная пища; она износит зубы, но лошадиные зубы продолжают расти в течение жизни. Лошади также приспособились к быстрому бегу, что помогает им убегать от своих хищников, таких как львы. Эти особенности являются результатом процесса адаптации.

Иллюстрация клювов птиц показывает очевидный признак их различного образа жизни. Однако употребление другой пищи также означает наличие различной пищеварительной системы, кишечника, когтей, крыльев и, прежде всего, различное наследственное поведение. Для основных приспособлений то, что меняется - это не один признак, а целая группа признаков.

Адаптация происходит потому, что лучше всего адаптированные животные выживают и успешно размножаются. Этот процесс известен как естественный отбор; он является основной причиной эволюционных изменений.

Птичьи клювы как приспособленияZoom
Птичьи клювы как приспособления

Пчелы и цветы развивались вместе, поэтому их адаптации подходят друг другу: коэволюция.Zoom
Пчелы и цветы развивались вместе, поэтому их адаптации подходят друг другу: коэволюция.

Общие принципы

Адаптация - это, прежде всего, процесс, а не физическая часть тела.

Адаптацию... уже нельзя было рассматривать как статическое состояние, продукт творческого прошлого, а вместо этого она стала непрерывным динамическим процессом. Эрнст Майер.

Хорошим примером является внутренний паразит (например, случайный): он имеет очень простую структуру тела, но, тем не менее, организм очень хорошо приспособлен к своей конкретной среде обитания. Из этого мы видим, что адаптация - это не только вопрос видимых признаков: у таких паразитов критическая адаптация происходит в жизненном цикле, который часто бывает достаточно сложным.

Однако, как практический термин, адаптация часто используется для продукта: те характеристики вида, которые являются результатом процесса. Многие аспекты животного или растения можно правильно назвать адаптацией, хотя всегда есть некоторые особенности, функция которых вызывает сомнения. Используя термин адаптация для эволюционного процесса и адаптивная черта для части тела или функции (продукта), можно различить два чувства этого слова.

Адаптация - один из двух основных процессов, объясняющих разнообразие видов, которые мы видим в биологии. Другой - видообразование (расщепление видов или кладогенез). Излюбленным примером, используемым сегодня для изучения взаимодействия адаптации и видообразования, является эволюция цихлидных рыб в африканских озерах.

Организм должен быть жизнеспособным на всех стадиях своего развития и на всех этапах своей эволюции. Это накладывает ограничения на эволюцию развития, поведения и структуры организмов.

Общая идея заключается в том, что каждое генетическое и фенотипическое изменение в процессе эволюции должно быть относительно небольшим, так как системы развития настолько сложны и взаимосвязаны. Но полиплоидия в растениях является довольно распространенным крупным генетическим изменением. Более экзотическим примером является происхождение эукариоты в результате симбиоза микроорганизмов.

Экологические ниши

Все адаптации помогают организмам выживать в своих экологических нишах. Это подразумевает повышение уровня биологической пригодности.

Эти адаптивные черты могут быть структурными, поведенческими или физиологическими. Структурная адаптация - это физические особенности организма (форма, покрытие тела, вооружение, а также внутренняя организация).

Поведенческая адаптация состоит из наследуемых поведенческих цепочек и/или способности учиться: поведение может быть наследуемым в деталях (инстинкты), или тенденция к обучению может быть наследуемой (см. нейропсихологию). Примеры: поиск пищи, секс, вокализация.

Физиологические адаптации позволяют организму выполнять не только особые функции (например, изготовление яда, секретирование слизи, фототропизм), но и более общие, такие как рост и развитие, регулирование температуры, ионный баланс и другие аспекты гомеостаза. Адаптация, таким образом, влияет на все аспекты жизни организма.

Комплекты приспособлений

Важные адаптации не приходят по отдельности. Они объединяются в группы, которые работают вместе, чтобы сделать животное или растение успешным в своей конкретной нише или в своем жизненном стиле.

Дятлы

Адаптация дятла является хорошим примером того, как целый набор функций необходим для успешного образа жизни.

  1. Счет: его острие похоже на зубило и самозатачивание от крючкотворства дерева. Птица использует его, чтобы добраться до личинок под корой, расширить яму, чтобы сделать гнездо, и сигнализировать о своей территории барабаном. Во многих случаях корм, размножение и сигнализация дятлов связаны с битьем по барабанам и молотком по счету.
  2. Длинные липкие языки хватают личинки насекомых, которые живут под корой.
  3. За миллисекунду до контакта с деревом уплотняющая мембрана закрывается, защищая глаз от летящих обломков. Ноздри также защищены; они часто перерезаны и имеют специальные перья для прикрытия.
  4. Чтобы предотвратить повреждение мозга от быстрых и повторяющихся замедлений, дятлы разработали ряд адаптаций, которые защищают мозг. К ним относятся
    1. маленький размер мозга
    2. положение мозга расширяет область контакта между мозгом и черепом.
    3. короткое время контакта
    4. неодинаковая длина верхней и нижней частей клювов (нижняя длиннее). Это направляет силу удара вниз, в сторону от мозга.
    5. мозг дятла удерживается в черепе с неровными, губчатыми пластинами, которые впитывают шок.
    6. Дятлы имеют специальную подъязычную кость, которая тянется от клюва, петлями над черепом, чтобы полностью окружить их мозг. Это действует, чтобы удержать мозг на месте. Именно движение мозга внутри черепа во время удара, больше, чем сам удар, вызывает сотрясение мозга. Если мозг удерживается на месте, риск травмы значительно снижается.
  1. У дятлов есть зигодактильные ноги. У этих ног четыре пальца, первое и четвертое лицо задом наперёд, второе и третье лицо вперёд. Такое расположение ног хорошо подходит для захвата сучьев и стволов деревьев. Члены этого семейства могут ходить вертикально вверх по стволу дерева. Кроме сильных когтей и ног, у дятлов есть короткие сильные ноги. Это типично для птиц, которые кормятся на стволах.
  2. Хвосты дятлов жесткие, и когда птица окунается в вертикальную поверхность, хвост и ноги работают вместе, чтобы поддержать ее.
  3. На помощь всей системе приходят изменения в мозге, нервной системе, мышцах и связках от того, что было обычным у их предков.

Дятлы предков, которые перешли на лазанье по стволам деревьев, имели древнее строение стопы и хвоста. Это говорит о том, что изменение в поведении, возможно, для того, чтобы получить лучший источник пищи, было одним из первых событий, которые произошли в цепи событий. То, как начинаются эволюционные новинки, является важной темой.

чёрный дятелZoom
чёрный дятел

Зеленый дятел: обратите внимание на клюв, ноги и хвост.Zoom
Зеленый дятел: обратите внимание на клюв, ноги и хвост.

Функции приспособлений

Черты без функции

Не все особенности организма - это адаптация. Ему могут потребоваться полевые исследования или эксперименты, чтобы выяснить, имеет ли он какую-либо функцию в жизни вида.

Адаптация, как правило, отражает прошлую жизнь вида. Если вид в последнее время изменил свой образ жизни, некогда ценная адаптация может превратиться в истощенный след. Животные, живущие в темных пещерах, часто теряют надолго свой цвет и зрение.

Причины этого могут быть разными. Потеря структуры и функции может быть положительной адаптацией, которая экономит энергию и материалы. Но это может быть просто побочным продуктом генов, выбранных для других функций (плейотропия). Или же структура может быть связана в процессе развития, и на нее может влиять отбор для какой-либо другой структуры.

Общее правило заключается в том, что любые адаптации, которые больше не приносят пользы, либо превращаются в вестибулярныеорганы (см. приложение о вермиформах), либо могут быть выбраны и адаптированы к другим функциям (см. косточки уха).

Адаптация с несколькими функциями

Многие адаптации служат более чем одной функции. Это часто является причиной того, что некоторые черты становятся настолько заметными, что они почти определяют соответствующий вид. Ноги лошади также являются основной защитой: удар лошади очень разрушителен. Ранты самца оленя выполняют не только сексуальную функцию, но и защищают от хищников. Большой мозг человека служит не только для языка, но и для мышления и решения проблем. Птичьи перья не просто привыкли летать, они являются основой его теплосбережения, регулирования температуры и сигнализации.

Компромисс и конфликт между адаптациями

Это глубокая истина, которую Природа не знает лучше всего; что генетическая эволюция... это история о расточительстве, импровизации, компромиссах и ошибках. Питер Медавар.

Адаптация никогда не бывает идеальной. Всегда есть компромиссы между различными функциями и структурами тела. Это организм в целом, который живет и воспроизводится, поэтому он является полным набором адаптаций, которые передаются будущим поколениям.

У всех адаптаций есть оборотная сторона: ноги лошади отлично подходят для бега по траве, но они не могут поцарапать спину; шерсть млекопитающих помогает регулировать температуру, но предлагает нишу для эктопаразитов. Компромиссы и смена образа жизни происходят повсеместно, а не идеально. Выборочное давление тянет в разные стороны, и адаптация, которая приводит к этому, является своего рода компромиссом.

Так как целью отбора является фенотип в целом, невозможно одновременно улучшить все аспекты фенотипа до одинаковой степени. Эрнст Майр. стр. 589

Павлины

Камуфляж во избежание обнаружения уничтожается при отображении ярких цветов во время спаривания. Здесь риск для жизни уравновешивается необходимостью воспроизведения. Декоративный поезд павлина (выращенный заново для каждого сезона спаривания) является известной адаптацией. Он должен снижать его маневренность и полет, и это очень заметно; кроме того, его рост обходится в кормовые ресурсы.

Дарвин объяснял свое преимущество сексуальным отбором: "это зависит от того, какое преимущество имеют одни особи по отношению к другим особям того же пола и вида по отношению к репродукции". Вид сексуального отбора, представляемый павлином, называется "товарищеским выбором", т.е. процесс выбирает более подходящее, а не менее подходящее, и поэтому имеет ценность с точки зрения выживания. На практике голубой павлин Pavo cristatus является довольно успешным видом, с большим природным ареалом в Индии, поэтому общий результат их системы спаривания вполне жизнеспособен.

Рождение человека

Размер человеческого эмбрионального мозга при рождении означает, что мозг новорожденного ребенка достаточно незрелый. Мозг новорожденного не может быть больше 400 кубиков, иначе он не пройдет через таз матери. Тем не менее, размер, необходимый для мозга взрослого, составляет около 1400 кубиков.

Самые важные вещи в жизни человека (локомоция, речь) просто должны ждать, пока мозг вырастет и созреет. Это результат компромисса при рождении. Большая часть проблемы исходит от нашей вертикальной двуножки, без которой наш таз мог бы быть сформирован более подходящим для рождения. У неандертальцев была похожая проблема.

Изменение функции с течением времени

Функция черты может, а часто и меняется с течением времени. Для описания этого используется несколько терминов: преадаптация, экзаптация, кооптация. Preadaptation (преадаптация) - наиболее распространенный термин, используемый, когда существовавшая ранее структура или черта, унаследованная от предка, развивается в другую функцию. Это был термин, используемый Джулианом Хаксли и Эрнстом Майром. Термин "до" не означает никакого предвидения, он просто означает, что адаптация уже была доступна, обслуживая некоторую старую функцию. "Экзаптация" было словом Стивена Дж. Гулда.

Одним из примеров preadaptation являются динозавры, у которых появились перья с функцией термоизоляции и индикации задолго до того, как они были использованы для перелета ранними птицами. Позже потовые железы у млекопитающих превратились в молочные железы. Другим примером является длительный путь косточек уха млекопитающих, который начинался в жаберных чехлах древних рыб, затем становился частью нижней челюсти рептилий, а затем становился частью внутреннего уха млекопитающих. Другой пример - крылья пингвинов. Когда-то они использовались для "полетов" под водой.

Изменение функций в органах и структурах чрезвычайно распространено в эволюции. Многие черты тетрапод (сухопутных позвоночных) развивались от черт с различными функциями у предковых лобосочковых рыбок (саркоптеригий).

Поезд индейского павлина с полным дисплеем.Zoom
Поезд индейского павлина с полным дисплеем.

Определения

Следующие определения в основном даны Теодосием Добжанским.

  1. Адаптация - это эволюционный процесс, посредством которого организм становится более способным жить в своей среде обитания или среде обитания.
  2. Адаптированность - это состояние адаптации: степень, в которой организм способен жить и размножаться в заданной среде обитания.
  3. Адаптивный признак - это один из аспектов развития организма, который повышает вероятность выживания и воспроизводства этого организма.

Связанные страницы

Вопросы и ответы

В: Что такое адаптация?


О: Адаптация - это эволюционный процесс, в ходе которого организм становится лучше приспособленным к своей среде обитания на протяжении многих поколений.

В: Что люди имеют в виду, когда говорят об адаптации?


О: Люди часто имеют в виду "особенность" или признак, который помогает животному или растению выжить.

В: Можете ли Вы привести пример адаптации у лошадей?


О: Да, одним из примеров является адаптация зубов лошадей к перемалыванию травы. Трава является их обычной пищей; она изнашивает зубы, но зубы лошадей продолжают расти в течение жизни. Кроме того, лошади приспособились быстро бегать, что помогает им спасаться от хищников, таких как львы.

В: Являются ли изменения в одном признаке единственным результатом адаптации?


О: Нет, при крупных адаптациях изменения происходят в целой группе признаков, таких как пищеварительная система, кишечник, когти, крылья и поведение.

В: Какова причина возникновения адаптации у животных?


О: Адаптация происходит потому, что лучше приспособленные животные имеют больше шансов выжить и успешно размножаться, что известно как естественный отбор.

В: Что такое естественный отбор?


О: Естественный отбор - это основная причина эволюционных изменений, когда лучше приспособленные животные имеют больше шансов выжить и размножиться.

В: Что показывает иллюстрация клювов птиц?


О: Иллюстрация клювов птиц показывает очевидный признак их различного образа жизни, но также указывает на различия в их пищеварительной системе, кишечнике, когтях, крыльях и наследственном поведении из-за их адаптации к различным источникам пищи.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3