Adaptaatio

Yleiset periaatteet

Sopeutuminen on ennen kaikkea prosessi, ei niinkään kehon fyysinen osa.

Sopeutumista... ei voitu enää pitää staattisena tilana, luovan menneisyyden tuotteena, vaan siitä tuli jatkuva dynaaminen prosessi. Ernst Mayr.

Sisäinen loinen (kuten toukka) on hyvä esimerkki: sen ruumiinrakenne on hyvin yksinkertainen, mutta silti organismi on hyvin sopeutunut erityiseen ympäristöönsä. Tästä nähdään, että sopeutuminen ei ole vain näkyvien piirteiden asia: tällaisissa loisissa kriittiset sopeutumiset tapahtuvat elinkaaren aikana, joka on usein varsin monimutkainen.

Käytännön terminä sopeutumista käytetään kuitenkin usein tuotteesta: niistä lajin ominaisuuksista, jotka ovat prosessin tulosta. Monia eläimen tai kasvin piirteitä voidaan oikein kutsua sopeutumiksi, vaikka aina on joitakin piirteitä, joiden tehtävästä on epäselvyyttä. Käyttämällä termiä adaptaatio evoluutioprosessista ja termiä adaptiivinen piirre ruumiinosasta tai -toiminnosta (tuotteesta) voidaan erottaa toisistaan sanan kaksi merkitystä.

Sopeutuminen on toinen niistä kahdesta pääprosessista, jotka selittävät biologiassa esiintyvien lajien monimuotoisuuden. Toinen on lajiutuminen (lajinjakautuminen tai kladogeneesi). Suosikkiesimerkki, jota nykyään käytetään sopeutumisen ja lajinmuodostuksen vuorovaikutuksen tutkimiseen, on Afrikan järvissä elävien särkikalojen evoluutio.

Eliön on oltava elinkelpoinen kaikissa kehitys- ja evoluutiovaiheissaan. Tämä asettaa rajoituksia eliöiden kehityksen, käyttäytymisen ja rakenteen kehittymiselle.

Yleisenä ajatuksena on, että evoluution aikana tapahtuvien geneettisten ja fenotyyppisten muutosten pitäisi olla suhteellisen pieniä, koska kehitysjärjestelmät ovat niin monimutkaisia ja toisiinsa liittyviä. Kasvien polyploidia on kuitenkin melko yleinen suuri geneettinen muutos. Eukaryoottien synty mikro-organismien symbioosista on eksoottisempi esimerkki.

Ekologiset markkinaraot

Kaikki sopeutumiset auttavat organismeja selviytymään ekologisessa kapeikossaan. Tämä merkitsee biologisen kelpoisuuden lisääntymistä.

Nämä sopeutumisominaisuudet voivat olla rakenteellisia, käyttäytymiseen liittyviä tai fysiologisia. Rakenteelliset sopeutumiset ovat organismin fyysisiä ominaisuuksia (muoto, ruumiinpeite, varustus ja myös sisäinen organisaatio).

Käyttäytymissopeutumat koostuvat perityistä käyttäytymisketjuista ja/tai oppimiskyvystä: käyttäytyminen voi periytyä yksityiskohtaisesti (vaistot) tai taipumus oppimiseen voi periytyä (ks. neuropsykologia). Esimerkkejä: ravinnon etsiminen, seksi, ääntely.

Fysiologiset sopeutumiset mahdollistavat sen, että organismi voi suorittaa erityistoimintoja (esimerkiksi myrkyn valmistaminen, liman eritys, fototropismi), mutta myös yleisempiä toimintoja, kuten kasvua ja kehitystä, lämpötilan säätelyä, ionitasapainoa ja muita homeostaasiin liittyviä näkökohtia. Sopeutuminen vaikuttaa siis kaikkiin organismin elämän osa-alueisiin.

Sopeutumispuvut

Tärkeitä mukautuksia ei tehdä yksin. Niitä esiintyy ryhmissä, jotka toimivat yhdessä, jotta eläin tai kasvi menestyy tietyllä kapealla alueella tai tietyssä elämäntavassa.

Pihlajat

Tikan sopeutuminen on hyvä esimerkki siitä, että menestyksekäs elämäntapa edellyttää useita ominaisuuksia.

1. Nokka: sen kärki on taltanmuotoinen, ja se teroittuu itsestään nokkimalla puuta. Lintu käyttää sitä päästäkseen käsiksi kuoren alla oleviin toukkiin, laajentaakseen koloa pesän tekoa varten ja osoittaakseen reviiristään rummuttamalla. Moniin haukien ravinnonhankinta-, lisääntymis- ja merkitsemistapoihin kuuluu rummutus ja vasarointi nokalla.
2. Pitkät tahmeat kielet tarttuvat kuoren alla eläviin hyönteisten toukkiin.
3. Millisekuntia ennen puun kosketusta paksuuntunut silmänrajakalvo sulkeutuu ja suojaa silmää lentäviltä roskilta. Myös sieraimet on suojattu; ne ovat usein raonmuotoiset, ja niitä peittävät erityiset höyhenet.
4. Nopeiden ja toistuvien hidastusten aiheuttamien aivovaurioiden estämiseksi haukoilla on kehittynyt useita aivoja suojaavia sopeutumismalleja. Näitä ovat muun muassa

1. pieni aivojen koko
2. aivojen sijainti leviää aivojen ja kallon välinen kosketuspinta-ala.
3. yhteydenpidon lyhyt kesto
4. nokan ylä- ja alaosan eri pituudet (alaosa on pidempi). Tämä ohjaa törmäysvoimaa alaspäin, poispäin aivoista.
5. Tikan aivot ovat kallossa, jossa on epätasaisia, pehmeitä levyjä, jotka vaimentavat iskuja.
6. Tikoilla on erityinen kieliluu, joka ulottuu niiden nokasta, kiertyy kallon päälle ja ympäröi aivot kokonaan. Tämä pitää aivot paikallaan. Tärähdyksen aiheuttaa aivotärähdyksen enemmänkin aivojen liikkuminen kallon sisällä iskun aikana kuin itse isku. Jos aivot pysyvät paikallaan, loukkaantumisriski vähenee huomattavasti.

5. Pihlajasirkkojen jalat ovat sorkkajalkaiset (zygodactyl). Näissä jaloissa on neljä varvasta, joista ensimmäinen ja neljäs osoittavat taaksepäin ja toinen ja kolmas eteenpäin. Tämä jalkajärjestely on hyvä puiden raajoihin ja runkoihin tarttumiseen. Tämän suvun jäsenet voivat kävellä pystysuoraan puunrunkoa pitkin. Vahvojen kynsien ja jalkojen lisäksi puukiipijöillä on lyhyet vahvat jalat. Tämä on tyypillistä linnuille, jotka ravitsevat rungoilla.
6. Tikkojen pyrstö on jäykistetty, ja kun lintu istuu pystysuorilla pinnoilla, pyrstö ja jalat toimivat yhdessä tukeakseen sitä.
7. Koko järjestelmää auttavat aivoissa, hermostossa, lihaksissa ja nivelsiteissä tapahtuvat muutokset verrattuna siihen, mikä oli tavallista heidän esi-isillään.

Esivanhempien puukiipijöiden, jotka siirtyivät kiipeilemään puunrunkoihin, jalkojen ja pyrstön rakenne oli esivanhempien mukainen. Tämä viittaa siihen, että käyttäytymisen muutos, ehkä paremman ravinnonlähteen saamiseksi, oli yksi ensimmäisistä tapahtumista tapahtumaketjussa. Se, miten evoluution uutuudet alkavat, on tärkeä aihe.

Vihertikka: huomaa nokka, jalat ja pyrstö.


Mustasirkku

Sopeutumisten tehtävät

Ominaisuudet, joilla ei ole funktiota

Kaikki organismin ominaisuudet eivät ole sopeutumia. Voi olla tarpeen tehdä kenttätutkimuksia tai kokeita, jotta voidaan selvittää, onko sillä jokin tehtävä lajin elämässä.

Sopeutumiset heijastavat yleensä lajin aiempaa elämää. Jos laji on hiljattain muuttanut elintapojaan, aikoinaan arvokkaasta sopeutumisesta voi tulla hupeneva jäänne. Pimeissä luolissa elävät eläimet menettävät usein pitkän ajan kuluessa värinsä ja näkönsä.

Syyt tähän voivat vaihdella. Rakenteen ja toiminnan häviäminen voi olla positiivinen sopeutuminen, joka säästää energiaa ja materiaaleja. Se voi kuitenkin olla vain muihin tehtäviin valikoituneiden geenien sivutuote (pleiotropia). Tai rakenne voi olla sidoksissa kehitykseen, ja siihen voi vaikuttaa jonkin muun rakenteen valinta.

Yleissääntönä on, että kaikki sopeutumat, jotka eivät ole enää hyödyllisiä, joko muuttuvat sulkeutuneiksielimiksi (ks. vermiforminen umpilisäke) tai ne voidaan valita ja sopeuttaa muihin tehtäviin (ks. korvan nystyrät).

Monitoimiset mukautukset

Monet mukautukset palvelevat useampaa kuin yhtä tehtävää. Tämä on usein syynä siihen, että joistakin piirteistä tulee niin huomattavia, että ne lähes määrittelevät kyseisen lajin. Hevosen jalat ovat myös tärkein puolustuskeino: hevosen potku on hyvin tuhoisa. Urospeurojen sarvet palvelevat sekä seksuaalista tehtävää että puolustautumista saalistajia vastaan. Ihmisen suuret aivot palvelevat kielen lisäksi myös ajattelua ja ongelmanratkaisua. Lintujen höyheniä ei käytetä vain lentämiseen, vaan ne ovat myös lämmönsäästön, lämpötilan säätelyn ja viestinvälityksen perusta.

Sovitusten väliset kompromissit ja ristiriidat

On syvä totuus, että luonto ei tiedä parhaiten; että geneettinen evoluutio... on tarina tuhlailusta, tilapäisyydestä, kompromisseista ja virheistä. Peter Medawar.

Sovitukset eivät koskaan ole täydellisiä. Kehon eri toimintojen ja rakenteiden välillä on aina kompromisseja. Elimistö kokonaisuutena elää ja lisääntyy, joten sopeutumisten kokonaisuus periytyy tuleville sukupolville.

Kaikilla sopeutumismuodoilla on haittapuolensa: hevosen jalat ovat loistavat ruoholla juoksemiseen, mutta ne eivät voi raapia selkäänsä; nisäkkäiden karvoitus auttaa lämpötilan säätelyssä, mutta se tarjoaa kapeikon ektoparasiiteille. Kompromisseja ja tilapäisjärjestelyjä esiintyy laajalti, ei täydellisyyttä. Valintapaineet vetävät eri suuntiin, ja tuloksena syntyvä sopeutuminen on jonkinlainen kompromissi.

Koska valinnan kohteena on fenotyyppi kokonaisuutena, on mahdotonta parantaa samanaikaisesti kaikkia fenotyypin osa-alueita samassa määrin. Ernst Mayr. ^p589

Peacocks

Havaitsemisen välttämiseksi tarvittava naamiointi tuhoutuu, kun parittelun aikaan näytetään eläviä värejä. Tällöin lisääntymistarve tasapainottaa hengenvaaraa. Riikinkukon koristejuna (joka kasvatetaan uudestaan jokaista parittelukautta varten) on kuuluisa sopeutumiskeino. Sen on heikennettävä sen liikkumis- ja lentokykyä, ja se on erittäin silmiinpistävä; lisäksi sen kasvattaminen maksaa ravintoresursseja.

Darwin selitti sen etua seksuaalisen valinnan avulla: "se riippuu siitä edusta, joka tietyillä yksilöillä on muihin saman sukupuolen ja lajin yksilöihin nähden lisääntymisen suhteen". Seksuaalista valintaa, jota riikinkukko edustaa, kutsutaan "parinvalinnaksi", mikä tarkoittaa sitä, että prosessi valitsee sopivammat yksilöt huonommin sopivien sijasta, joten sillä on eloonjäämisarvoa. Käytännössä sininen riikinkukko Pavo cristatus on melko menestyvä laji, jolla on suuri luontainen levinneisyysalue Intiassa, joten sen pariutumisjärjestelmän kokonaistulos on varsin elinkelpoinen.

Ihmisen syntymä

Ihmisen sikiön aivojen koko syntymähetkellä tarkoittaa, että vastasyntyneen lapsen aivot ovat melko kehittymättömät. Vastasyntyneen aivot eivät voi olla suuremmat kuin noin 400 kuutiosenttimetriä, muuten ne eivät pääse äidin lantion läpi. Aikuisen aivojen koko on kuitenkin noin 1400 cm3 .

Ihmiselämän elintärkeimmät asiat (liikkuminen, puhe) joutuvat vain odottamaan, kun aivot kasvavat ja kypsyvät. Tämä on syntymäkompromissin tulos. Suuri osa ongelmasta johtuu pystysuorasta kaksijalkaisesta asennostamme, jota ilman lantiomme voisi olla paremmin muotoiltu synnytystä varten. Neandertalilaisilla oli samanlainen ongelma.

Toiminnan muutos ajan myötä

Ominaisuuden tehtävä voi muuttua ja usein muuttuukin ajan myötä. Tästä on käytetty useita termejä: esisopeutuminen, eksaptaatio ja kooptio. Preadaptaatio on yleisin termi, jota käytetään silloin, kun esi-isältä perittyyn rakenteeseen tai ominaisuuteen kehittyy erilainen toiminto. Julian Huxley ja Ernst Mayr käyttivät tätä termiä. Termi "pre-" ei tarkoita mitään ennakointia, se tarkoittaa vain sitä, että sopeutuminen oli jo olemassa ja palveli jotakin vanhempaa toimintoa. 'Eksaptaatio' oli Stephen J. Gouldin käyttämä sana.

Yksi esimerkki esisopeutumisesta ovat dinosaurukset, jotka kehittivät höyhenet, joilla oli lämpöeristys- ja näyttötehtävä kauan ennen kuin varhaiset linnut alkoivat käyttää niitä lentämiseen. Nisäkkäiden hikirauhaset muuttuivat myöhemmin maitorauhasiksi. Toinen esimerkki on nisäkkäiden korvakivekkeiden pitkä matka, joka alkoi muinaisten kalojen kiduskannesta, sitten siitä tuli osa matelijoiden alaleukaa ja sitten osa nisäkkäiden sisäkorvaa. Toinen esimerkki on pingviinien siivet. Niitä käytettiin aikoinaan lentämiseen, mutta nyt niitä käytetään "lentämiseen" veden alla.

Elinten ja rakenteiden toiminnan muuttuminen on erittäin yleistä evoluutiossa. Monet tetrapodien (maalla elävien selkärankaisten) ominaisuuksista ovat kehittyneet ominaisuuksista, joilla oli erilaisia tehtäviä esi-isien lonkerosuomuisissa kaloissa (Sarcopterygii).

Intian riikinkukon harjoittelu täydessä näytössä

Määritelmät

Seuraavat määritelmät ovat pääasiassa Theodosius Dobzhanskyn ansiota.

1. Sopeutuminen on evoluutioprosessi, jonka avulla eliö pystyy paremmin elämään elinympäristössään tai elinympäristöissään.
2. Sopeutuneisuus on sopeutuneisuuden tila: se, missä määrin organismi pystyy elämään ja lisääntymään tietyssä elinympäristössä.
3. Sopeutuva ominaisuus on organismin kehitysmallin osa, joka parantaa kyseisen organismin selviytymisen ja lisääntymisen todennäköisyyttä.

Aiheeseen liittyvät sivut

• Evoluutio
• Mukautuva säteily
• Luonnonvalinta
• Fitness
• Erilaisuus
• Mimicry