Υποτυπώδη όργανα
Τα υποτυπώδη όργανα είναι όργανα του σώματος που είναι μικρότερα και απλούστερα από εκείνα των συγγενικών ειδών. Έχουν χάσει ή σχεδόν χάσει το αρχικό τους χαρακτηριστικό.
Η υποτυπώδης εμφάνιση είναι απόδειξη της εξέλιξης, αφού έχει νόημα μόνο αν έχει συμβεί εξέλιξη. Ήταν ένας από τους γρίφους της προ-δαρβινικής φυσικής ιστορίας. Ο γρίφος εξαφανίστηκε μόλις οι βιολόγοι συνειδητοποίησαν ότι κάποτε ήταν λειτουργικές προσαρμογές, στους προγόνους των σημερινών ζώων.
Εμφανίζονται σε ζώα (και φυτά) που έχουν αλλάξει τον τρόπο ζωής τους σε σχέση με τους προγόνους τους. Έτσι, τα φίδια έχασαν τα πόδια τους καθώς άλλαξε το σύστημα κίνησής τους. Όμως ένα είδος φιδιού - τα boas - έχουν υπολειμματικά οπίσθια πόδια και λεκάνη. Η σκωληκοειδής απόφυση του ανθρώπου είναι ένα άλλο παράδειγμα. Αυτή ήταν πολύ μεγαλύτερη και αποθήκευε μικρόβια που παρήγαγαν κυτταρινάση για να διασπάσουν τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών. Τα φύλλα είναι η κύρια διατροφή των πιθήκων, αλλά δεν αποτελούν κύριο μέρος της διατροφής του ανθρώπου. Η κυτταρίνη δεν μπορεί να χωνευτεί από το είδος μας.
Ένα αχρησιμοποίητο όργανο συνήθως εκφυλίζεται και μικραίνει ή εξαφανίζεται εντελώς. Έτσι, τα αμφίβια που ζουν σε σκοτεινές σπηλιές χάνουν την όρασή τους και το χρώμα του σώματός τους. Οι μεταλλάξεις συσσωρεύονται. Όλες οι δομές χρειάζονται ενέργεια για την ανάπτυξή τους, τη συντήρησή τους και το βάρος τους. Αυτό, καθώς και ο κίνδυνος ασθένειας στο τμήμα (π.χ. μόλυνση, καρκίνος), παρέχουν κάποια επιλογή για την απομάκρυνση των τμημάτων που δεν βοηθούν πλέον τη φυσική κατάσταση ενός οργανισμού.
Η ανθρώπινη σκωληκοειδής απόφυση είχε επιλογή εναντίον της λόγω των θανάτων από σκωληκοειδίτιδα. Η σκωληκοειδίτιδα ήταν μη θεραπεύσιμη μέχρι τη σύγχρονη εποχή. Η πίεση επιλογής ήταν πιθανώς ασθενής, επειδή οι περισσότερες περιπτώσεις εμφανίζονται μετά την ηλικία της μέγιστης γονιμότητας.
Παρατηρήσεις στα αμφίποδα Gammarus minus που ζουν σε σπήλαια έδειξαν ενεργή επιλογή κατά των υποτυπωδών ματιών τους. Όταν ζευγαρώνουν, τα αρσενικά παραμένουν στα θηλυκά τους για μια εβδομάδα περίπου μετά τη γονιμοποίηση, φυλάσσοντάς τα από άλλα αρσενικά. Τα μεγέθη των ματιών των ζευγαρωμένων αρσενικών συγκρίθηκαν με εκείνα των μη ζευγαρωμένων αρσενικών. Τα μεγέθη των ματιών των ζευγαρωμένων αρσενικών ήταν μικρότερα από τα μη ζευγαρωμένα. Προφανώς, κατά μέσο όρο, τα ζευγαρωμένα αρσενικά θα είχαν μεγαλύτερη γονιμότητα από τα μη ζευγαρωμένα αρσενικά. Η κλίση επιλογής εκτιμήθηκε σε -0,30, πράγμα που σημαίνει ότι η επιλογή για μικρά μάτια ήταν αρκετά ισχυρή. Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι η απώλεια της όρασης απελευθέρωσε περισσότερο από το νευρικό σύστημα για την επεξεργασία άλλων αισθητηριακών εισροών. σελ. 310
Περιστασιακά, η επιλογή μετατρέπει τα υποτυπώδη όργανα σε μια νέα λειτουργία. Έτσι, τα οστάρια των αυτιών των θηλαστικών ήταν κάποτε οστά στο σαγόνι των πρώτων πρωτο-θηλαστικών, των Therapsida. Οι αγκάθια των μυγών είναι ένα τέλειο παράδειγμα. Για το φαινόμενο αυτό επινοήθηκε η λέξη exaptation.
Fitness
Όλες οι λειτουργίες και οι δομές αναπτύσσονται και αλλάζουν επειδή επηρεάζουν τη βιολογική καταλληλότητα του οργανισμού. Κάνουν περισσότερο ή λιγότερο πιθανό το ενδεχόμενο τα άτομα να αναπαραχθούν και να συνεισφέρουν γονίδια στην επόμενη γενιά. Έτσι, για παράδειγμα, η ικανότητα ενός βατράχου να επιβιώνει από το δάγκωμα του τοπικού δηλητηριώδους φιδιού αυξάνει την καταλληλότητά του. Αν όμως ζει σε μια περιοχή όπου δεν υπάρχει φίδι, τότε μειώνει την καταλληλότητά του. Αυτό συμβαίνει επειδή επωμίζεται το "κόστος" ενός περίπλοκου μηχανισμού χωρίς να έχει κανένα πλεονέκτημα στην επιβίωση και την αναπαραγωγή. Λειτουργεί και αντίστροφα. Τα φίδια που τρώνε τοξικό θήραμα πρέπει να χρησιμοποιούν τρόπους για να επιβιώσουν από τις τοξίνες του θηράματος. Η πέψη και ο μεταβολισμός του φιδιού είναι πιο αργοί και κινούνται πιο αργά. Βλέπε τραχύδερμη τρίτωνη και φίδι της ζαρντινιέρας.
Τα πάντα έχουν ένα κόστος: είτε καταναλώνουν ενέργεια είτε η δομή τους καταλαμβάνει χώρο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί διαφορετικά.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι τα υποτυπώδη όργανα;
A: Τα υπολειμματικά όργανα είναι όργανα του σώματος που είναι μικρότερα και απλούστερα από εκείνα των συγγενικών ειδών. Έχουν χάσει, ή σχεδόν χάσει, το αρχικό τους χαρακτηριστικό και παρέχουν αποδείξεις για την εξέλιξη.
Ερ: Πώς εμφανίζονται τα υπολειμματικά όργανα;
Α: Τα υπολειμματικά όργανα εμφανίζονται σε ζώα (και φυτά) που έχουν αλλάξει τον τρόπο ζωής τους σε σχέση με τους προγόνους τους. Για παράδειγμα, τα φίδια έχασαν τα πόδια τους καθώς άλλαξε το σύστημα κίνησής τους.
Ερ: Ποιο είναι ένα παράδειγμα υπολειμματικού οργάνου στον άνθρωπο;
Α: Η σκωληκοειδής απόφυση του ανθρώπου είναι ένα παράδειγμα υπολειμματικού οργάνου στον άνθρωπο. Ήταν πολύ μεγαλύτερη και αποθήκευε μικρόβια τα οποία παρήγαγαν κυτταρινάση για τη διάσπαση των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτών, αλλά δεν χρησιμοποιείται πλέον αφού τα φύλλα δεν αποτελούν μέρος της κύριας διατροφής των ανθρώπων.
Ερ: Γιατί τα αχρησιμοποίητα όργανα συνήθως εκφυλίζονται;
Α: Τα αχρησιμοποίητα όργανα εκφυλίζονται συνήθως επειδή απαιτούν ενέργεια για την ανάπτυξη, τη συντήρηση και το βάρος τους, αλλά δεν παρέχουν κανένα όφελος για τη φυσική κατάσταση του οργανισμού, οπότε υπάρχει πίεση επιλογής εναντίον τους. Επιπλέον, μπορεί να είναι πιο επιρρεπή σε ασθένειες, όπως η μόλυνση ή ο καρκίνος, αν παραμείνουν αχρησιμοποίητα.
Ερ: Μπορεί η επιλογή να μετατρέψει ένα υποτυπώδες όργανο σε κάτι χρήσιμο;
Α: Ναι, περιστασιακά η επιλογή μπορεί να μετατρέψει ένα υποτυπώδες όργανο σε κάτι χρήσιμο - το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως εξάπλωση. Ένα παράδειγμα είναι τα οστάρια των αυτιών των θηλαστικών, τα οποία κάποτε ήταν οστά στο σαγόνι των πρώτων πρωτο-θηλαστικών που ονομάζονταν Therapsida.
Ερ: Τι παρατήρησαν οι ερευνητές για το αμφίποδο Gammarus minus που ζει σε σπήλαια;
Α: Οι ερευνητές παρατήρησαν ενεργή επιλογή κατά των υποτυπωδών ματιών του αμφίποδου Gammarus minus που ζει σε σπήλαια κατά το ζευγάρωμα - τα ζευγαρωμένα αρσενικά είχαν μικρότερα μεγέθη ματιών από τα μη ζευγαρωμένα αρσενικά κατά μέσο όρο λόγω υψηλότερων ποσοστών γονιμότητας που συνδέονται με τα μικρά μάτια, τα οποία απελευθερώνουν περισσότερους πόρους του νευρικού συστήματος για να επεξεργαστούν άλλες αισθητηριακές εισροές.
