Προσαρμογή

Η προσαρμογή είναι, πρώτα απ' όλα, μια διαδικασία και όχι ένα φυσικό μέρος του σώματος.

Η προσαρμογή... δεν μπορούσε πλέον να θεωρηθεί μια στατική κατάσταση, προϊόν ενός δημιουργικού παρελθόντος, και έγινε αντίθετα μια συνεχής δυναμική διαδικασία. Ernst Mayr.

Ένα εσωτερικό παράσιτο (όπως ένας μύκητας) είναι ένα καλό παράδειγμα: έχει μια πολύ απλή σωματική δομή, αλλά παρόλα αυτά ο οργανισμός είναι εξαιρετικά προσαρμοσμένος στο συγκεκριμένο περιβάλλον του. Από αυτό βλέπουμε ότι η προσαρμογή δεν είναι μόνο θέμα ορατών χαρακτηριστικών: σε τέτοια παράσιτα κρίσιμες προσαρμογές λαμβάνουν χώρα στον κύκλο ζωής, ο οποίος συχνά είναι αρκετά πολύπλοκος.

Ωστόσο, ως πρακτικός όρος, η προσαρμογή χρησιμοποιείται συχνά για το προϊόν: εκείνα τα χαρακτηριστικά ενός είδους που προκύπτουν από τη διαδικασία. Πολλές πτυχές ενός ζώου ή φυτού μπορούν να χαρακτηριστούν σωστά ως προσαρμογές, αν και υπάρχουν πάντα κάποια χαρακτηριστικά των οποίων η λειτουργία είναι αμφίβολη. Χρησιμοποιώντας τον όρο προσαρμογή για την εξελικτική διαδικασία και τον όρο προσαρμοστικό γνώρισμα για το σωματικό μέρος ή τη λειτουργία (το προϊόν), οι δύο έννοιες της λέξης μπορούν να διακριθούν.

Η προσαρμογή είναι μία από τις δύο κύριες διαδικασίες που εξηγούν την ποικιλομορφία των ειδών που βλέπουμε στη βιολογία. Η άλλη είναι η εξειδίκευση (διάσπαση ειδών ή κλαδογένεση). Ένα αγαπημένο παράδειγμα που χρησιμοποιείται σήμερα για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης της προσαρμογής και της εξειδίκευσης είναι η εξέλιξη των κιχλιδόψαρων στις αφρικανικές λίμνες.

Ένας οργανισμός πρέπει να είναι βιώσιμος σε όλα τα στάδια της ανάπτυξής του και σε όλα τα στάδια της εξέλιξής του. Αυτό θέτει περιορισμούς στην εξέλιξη της ανάπτυξης, της συμπεριφοράς και της δομής των οργανισμών.

Η γενική ιδέα είναι ότι κάθε γενετική και φαινοτυπική αλλαγή κατά τη διάρκεια της εξέλιξης θα πρέπει να είναι σχετικά μικρή, επειδή τα αναπτυξιακά συστήματα είναι τόσο πολύπλοκα και αλληλένδετα. Αλλά η πολυπλοειδία στα φυτά είναι μια αρκετά συνηθισμένη μεγάλη γενετική αλλαγή. Η προέλευση των ευκαρυωτικών οργανισμών από τη συμβίωση μικροοργανισμών είναι ένα πιο εξωτικό παράδειγμα.

Όλες οι προσαρμογές βοηθούν τους οργανισμούς να επιβιώσουν στις οικολογικές τους θέσεις. Αυτό συνεπάγεται αύξηση της βιολογικής καταλληλότητας.

Αυτά τα προσαρμοστικά χαρακτηριστικά μπορεί να είναι δομικά, συμπεριφορικά ή φυσιολογικά. Οι δομικές προσαρμογές είναι τα φυσικά χαρακτηριστικά ενός οργανισμού (σχήμα, κάλυψη σώματος, οπλισμός, καθώς και η εσωτερική οργάνωση).

Οι συμπεριφορικές προσαρμογές αποτελούνται από κληρονομικές αλυσίδες συμπεριφοράς και/ή την ικανότητα μάθησης: οι συμπεριφορές μπορεί να κληρονομούνται λεπτομερώς (ένστικτα) ή να κληρονομείται η τάση για μάθηση (βλ. νευροψυχολογία). Παραδείγματα: αναζήτηση τροφής, σεξ, φωνές.

Οι φυσιολογικές προσαρμογές επιτρέπουν στον οργανισμό να επιτελεί ειδικές λειτουργίες (για παράδειγμα, παραγωγή δηλητηρίου, έκκριση γλίτσας, φωτοτροπισμός)- αλλά και γενικότερες λειτουργίες όπως η αύξηση και η ανάπτυξη, η ρύθμιση της θερμοκρασίας, η ιοντική ισορροπία και άλλες πτυχές της ομοιόστασης. Η προσαρμογή, λοιπόν, επηρεάζει όλες τις πτυχές της ζωής ενός οργανισμού.

Οι σημαντικές προσαρμογές δεν έρχονται μεμονωμένα. Έρχονται σε ομάδες, οι οποίες συνεργάζονται για να καταστήσουν το ζώο ή το φυτό επιτυχημένο στη συγκεκριμένη θέση ή στον τρόπο ζωής του.

Δρυοκολάπτες

Οι προσαρμογές του δρυοκολάπτη είναι ένα καλό παράδειγμα του πώς μια ολόκληρη σειρά χαρακτηριστικών είναι απαραίτητη για έναν επιτυχημένο τρόπο ζωής.

1. Το ράμφος: η άκρη του μοιάζει με σμίλη και αυτοακονίζεται με το τσούγκρισμα στο ξύλο. Το πουλί το χρησιμοποιεί για να φτάσει σε προνύμφες κάτω από το φλοιό, για να ανοίξει μια τρύπα για να φτιάξει μια φωλιά και για να σηματοδοτήσει την περιοχή του με τυμπανοκρουσίες. Πολλές από τις συμπεριφορές τροφοληψίας, αναπαραγωγής και σηματοδότησης των δρυοκολάπτων περιλαμβάνουν τυμπανισμό και σφυροκόπημα με το ράμφος.
2. Οι μακριές κολλώδεις γλώσσες αρπάζουν προνύμφες εντόμων που ζουν κάτω από το φλοιό.
3. Το χιλιοστό του δευτερολέπτου πριν από την επαφή με το ξύλο κλείνει μια παχιά δικτυωτή μεμβράνη, προστατεύοντας το μάτι από τα ιπτάμενα θραύσματα. Τα ρουθούνια προστατεύονται επίσης- συχνά έχουν σχισμές και ειδικά φτερά που τα καλύπτουν.
4. Για να αποφύγουν την εγκεφαλική βλάβη από τις γρήγορες και επαναλαμβανόμενες επιβραδύνσεις, οι δρυοκολάπτες έχουν αναπτύξει μια σειρά από προσαρμογές που προστατεύουν τον εγκέφαλο. Αυτές περιλαμβάνουν

1. μικρό μέγεθος εγκεφάλου
2. η θέση του εγκεφάλου εξαπλώνεται στην περιοχή επαφής μεταξύ του εγκεφάλου και του κρανίου
3. η σύντομη διάρκεια της επαφής
4. το άνισο μήκος του άνω και του κάτω μέρους του ράμφους τους (το κάτω μέρος είναι μακρύτερο). Αυτό κατευθύνει τη δύναμη πρόσκρουσης προς τα κάτω, μακριά από τον εγκέφαλο.
5. ο εγκέφαλος του δρυοκολάπτη συγκρατείται σε ένα κρανίο με ανομοιόμορφες, σπογγώδεις πλάκες που απορροφούν τους κραδασμούς.
6. Οι δρυοκολάπτες έχουν ένα ειδικό υοειδές οστό, το οποίο εκτείνεται από το ράμφος τους, περνάει πάνω από το κρανίο και περιβάλλει πλήρως τον εγκέφαλό τους. Αυτό λειτουργεί για να κρατήσει τον εγκέφαλο στη θέση του. Η μετακίνηση του εγκεφάλου μέσα στο κρανίο κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης, περισσότερο από το ίδιο το χτύπημα, είναι αυτή που προκαλεί τη διάσειση. Εάν ο εγκέφαλος συγκρατείται στη θέση του, οι κίνδυνοι τραυματισμού μειώνονται σημαντικά.

5. Οι δρυοκολάπτες έχουν ζυγοδακτυλικά πόδια. Αυτά τα πόδια έχουν τέσσερα δάχτυλα, το πρώτο και το τέταρτο προς τα πίσω και το δεύτερο και το τρίτο προς τα εμπρός. Αυτή η διάταξη των ποδιών είναι καλή για το πιάσιμο των κλαδιών και των κορμών των δέντρων. Τα μέλη αυτής της οικογένειας μπορούν να περπατήσουν κάθετα πάνω σε έναν κορμό δέντρου. Εκτός από τα ισχυρά νύχια και πόδια, οι δρυοκολάπτες έχουν κοντά δυνατά πόδια. Αυτό είναι χαρακτηριστικό των πτηνών που αναζητούν τροφή στους κορμούς.
6. Οι ουρές των δρυοκολάπτων είναι σκληρές και όταν το πουλί κάθεται σε κάθετες επιφάνειες, η ουρά και τα πόδια συνεργάζονται για να το στηρίξουν.
7. Όλο το σύστημα βοηθιέται από τις αλλαγές στον εγκέφαλο, το νευρικό σύστημα, τους μυς και τους συνδέσμους σε σχέση με ό,τι ήταν συνηθισμένο στους προγόνους τους.

Οι προγονικοί δρυοκολάπτες, οι οποίοι στράφηκαν στην αναρρίχηση στους κορμούς των δέντρων, είχαν προγονική δομή ποδιών και ουράς. Αυτό υποδηλώνει ότι μια αλλαγή στη συμπεριφορά, ίσως για να προσεγγίσουν μια καλύτερη πηγή τροφής, ήταν ένα από τα πρώτα πράγματα που συνέβησαν στην αλυσίδα των γεγονότων. Ο τρόπος με τον οποίο ξεκινούν οι εξελικτικές καινοτομίες είναι ένα σημαντικό θέμα.

Χαρακτηριστικά χωρίς λειτουργία

Δεν είναι όλα τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού προσαρμογές. Μπορεί να χρειαστούν έρευνες πεδίου ή πειράματα για να διαπιστωθεί αν έχουν κάποια λειτουργία στη ζωή του είδους.

Οι προσαρμογές τείνουν να αντανακλούν την προηγούμενη ζωή ενός είδους. Εάν ένα είδος έχει αλλάξει πρόσφατα τον τρόπο ζωής του, μια άλλοτε πολύτιμη προσαρμογή μπορεί να γίνει ένα φθίνον απομεινάρι. Τα ζώα που ζουν σε σκοτεινές σπηλιές συχνά χάνουν, για μεγάλο χρονικό διάστημα, τα χρώματα και την όρασή τους.

Οι λόγοι γι' αυτό μπορεί να ποικίλλουν. Η απώλεια της δομής και της λειτουργίας μπορεί να είναι μια θετική προσαρμογή που εξοικονομεί ενέργεια και υλικά. Μπορεί όμως να είναι απλώς ένα υποπροϊόν γονιδίων που επιλέγονται για άλλες λειτουργίες (πλειοτροπία). Ή η δομή μπορεί να συνδέεται κατά την ανάπτυξη και να επηρεάζεται από την επιλογή για κάποια άλλη δομή.

Είναι γενικός κανόνας ότι οι προσαρμογές που δεν είναι πλέον χρήσιμες είτε μετατρέπονται σε υποτυπώδηόργανα (βλ. σκωληκοειδής απόφυση) είτε επιλέγονται και προσαρμόζονται σε άλλες λειτουργίες (βλ. οστάρια αυτιού).

Προσαρμογές με πολλαπλές λειτουργίες

Πολλές προσαρμογές εξυπηρετούν περισσότερες από μία λειτουργίες. Αυτός είναι συχνά ο λόγος για τον οποίο ορισμένα χαρακτηριστικά γίνονται τόσο αξιοσημείωτα που σχεδόν καθορίζουν το συγκεκριμένο είδος. Τα πόδια ενός αλόγου αποτελούν επίσης μια κύρια άμυνα: η κλωτσιά ενός αλόγου είναι πολύ καταστροφική. Τα κέρατα των αρσενικών ελαφιών εξυπηρετούν μια σεξουαλική λειτουργία καθώς και μια άμυνα κατά των θηρευτών. Ο μεγάλος εγκέφαλος του ανθρώπου χρησιμεύει όχι μόνο για τη γλώσσα, αλλά και για τη σκέψη και την επίλυση προβλημάτων. Τα φτερά των πουλιών δεν χρησιμοποιούνται μόνο για να πετούν- αποτελούν τη βάση της διατήρησης της θερμότητας, της ρύθμισης της θερμοκρασίας και της σηματοδότησης.

Συμβιβασμός και σύγκρουση μεταξύ των προσαρμογών

Είναι μια βαθιά αλήθεια ότι η Φύση δεν ξέρει καλύτερα- ότι η γενετική εξέλιξη... είναι μια ιστορία σπατάλης, πρόχειρου, συμβιβασμού και γκάφας. Peter Medawar.

Οι προσαρμογές δεν είναι ποτέ τέλειες. Υπάρχουν πάντα συμβιβασμοί μεταξύ των διαφόρων λειτουργιών και δομών ενός σώματος. Ο οργανισμός στο σύνολό του είναι αυτός που ζει και αναπαράγεται, επομένως το σύνολο των προσαρμογών είναι αυτό που μεταβιβάζεται στις μελλοντικές γενιές.

Όλες οι προσαρμογές έχουν ένα μειονέκτημα: τα πόδια των αλόγων είναι ιδανικά για να τρέχουν στο γρασίδι, αλλά δεν μπορούν να ξύσουν την πλάτη τους- οι τρίχες των θηλαστικών βοηθούν στη ρύθμιση της θερμοκρασίας, αλλά προσφέρουν μια θέση για τα εκτοπαράσιτα. Ο συμβιβασμός και η πρόχειρη λύση εμφανίζονται ευρέως, όχι η τελειότητα. Οι πιέσεις επιλογής έλκουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις, και η προσαρμογή που προκύπτει είναι κάποιου είδους συμβιβασμός.

Δεδομένου ότι ο φαινότυπος στο σύνολό του είναι ο στόχος της επιλογής, είναι αδύνατο να βελτιωθούν ταυτόχρονα όλες οι πτυχές του φαινοτύπου στον ίδιο βαθμό. Ernst Mayr. ^p589

Παγώνια

Το καμουφλάζ για την αποφυγή της ανίχνευσης καταστρέφεται όταν εμφανίζονται έντονα χρώματα την ώρα του ζευγαρώματος. Εδώ ο κίνδυνος για τη ζωή εξισορροπείται από την ανάγκη για αναπαραγωγή. Η διακοσμητική αμαξοστοιχία του παγωνιού (που αναπτύσσεται εκ νέου για κάθε περίοδο ζευγαρώματος) είναι μια διάσημη προσαρμογή. Πρέπει να μειώσει την ικανότητα ελιγμών και πτήσης του και είναι εξαιρετικά εμφανές- επίσης, η ανάπτυξή του κοστίζει σε πόρους τροφής.

Η εξήγηση του Δαρβίνου για το πλεονέκτημά του ήταν η σεξουαλική επιλογή: "εξαρτάται από το πλεονέκτημα που έχουν ορισμένα άτομα έναντι άλλων ατόμων του ίδιου φύλου και είδους, σε σχέση με την αναπαραγωγή". Το είδος της σεξουαλικής επιλογής που αντιπροσωπεύει το παγώνι ονομάζεται "επιλογή συντρόφου", που σημαίνει ότι η διαδικασία επιλέγει τους πιο κατάλληλους έναντι των λιγότερο κατάλληλων, και έτσι έχει αξία επιβίωσης. Στην πράξη, το μπλε παγώνι Pavo cristatus είναι ένα αρκετά επιτυχημένο είδος, με μεγάλη φυσική εξάπλωση στην Ινδία, οπότε το συνολικό αποτέλεσμα του συστήματος ζευγαρώματος είναι αρκετά βιώσιμο.

Ανθρώπινη γέννηση

Το μέγεθος του ανθρώπινου εμβρυϊκού εγκεφάλου κατά τη γέννηση σημαίνει ότι ο εγκέφαλος ενός νεογέννητου παιδιού είναι αρκετά ανώριμος. Ο εγκέφαλος του νεογέννητου δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερος από περίπου 400 κυβικά εκατοστά, διαφορετικά δεν θα μπορέσει να περάσει από τη λεκάνη της μητέρας. Ωστόσο, το μέγεθος που απαιτείται για έναν ενήλικο εγκέφαλο είναι περίπου 1400ccs.

Τα πιο ζωτικά πράγματα στην ανθρώπινη ζωή (κίνηση, ομιλία) πρέπει να περιμένουν μέχρι ο εγκέφαλος να αναπτυχθεί και να ωριμάσει. Αυτό είναι το αποτέλεσμα του συμβιβασμού της γέννησης. Μεγάλο μέρος του προβλήματος προέρχεται από την όρθια δίποδη στάση μας, χωρίς την οποία η λεκάνη μας θα μπορούσε να διαμορφωθεί πιο κατάλληλα για τη γέννηση. Οι Νεάντερταλ είχαν παρόμοιο πρόβλημα.

Μεταβολή της λειτουργίας με την πάροδο του χρόνου

Η λειτουργία ενός χαρακτηριστικού μπορεί να αλλάξει, και συχνά αλλάζει, με την πάροδο του χρόνου. Έχουν χρησιμοποιηθεί διάφοροι όροι για να το περιγράψουν αυτό: προπροσαρμογή, εξαναγκασμός, συνυπολογισμός. Η "προπροσαρμογή" είναι ο πιο συνηθισμένος όρος που χρησιμοποιείται όταν μια προϋπάρχουσα δομή ή γνώρισμα που κληρονομήθηκε από έναν πρόγονο εξελίσσει μια διαφορετική λειτουργία. Ήταν ο όρος που χρησιμοποιήθηκε από τον Julian Huxley και τον Ernst Mayr. Ο όρος "προ" δεν σημαίνει κάποια πρόβλεψη, σημαίνει απλώς ότι η προσαρμογή ήταν ήδη διαθέσιμη, εξυπηρετώντας κάποια παλαιότερη λειτουργία. 'Εξάπλωση' ήταν η λέξη του Stephen J. Gould.

Ένα παράδειγμα προ-προσαρμογής είναι οι δεινόσαυροι, οι οποίοι ανέπτυξαν φτερά με τη λειτουργία της θερμομόνωσης και της επίδειξης πολύ πριν χρησιμοποιηθούν για την πτήση από τα πρώτα πτηνά. Οι ιδρωτοποιοί αδένες στα θηλαστικά μετατράπηκαν αργότερα σε μαστικούς αδένες. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η μακρά διαδρομή των οστεοειδών του αυτιού των θηλαστικών, τα οποία ξεκίνησαν από τα καλύμματα των βράγχιων των αρχαίων ψαριών, στη συνέχεια έγιναν μέρος της κάτω γνάθου των ερπετών και στη συνέχεια έγιναν μέρος του εσωτερικού αυτιού των θηλαστικών. Ένα άλλο παράδειγμα είναι τα φτερά των πιγκουίνων. Κάποτε χρησιμοποιούνταν για το πέταγμα, τώρα χρησιμοποιούνται για το "πέταγμα" κάτω από το νερό.

Η αλλαγή της λειτουργίας των οργάνων και των δομών είναι εξαιρετικά συχνή στην εξέλιξη. Πολλά από τα χαρακτηριστικά των τετραπόδων (χερσαία σπονδυλωτά) εξελίχθηκαν από χαρακτηριστικά με διαφορετικές λειτουργίες στα προγονικά λοβοπτερύγια ψάρια (Sarcopterygii).

Οι ακόλουθοι ορισμοί οφείλονται κυρίως στον Θεοδόσιο Ντομπζάνσκι.

1. Προσαρμογή είναι η εξελικτική διαδικασία με την οποία ένας οργανισμός καθίσταται ικανότερος να ζει στο βιότοπό του ή στα ενδιαιτήματά του.
2. Προσαρμοστικότητα είναι η κατάσταση προσαρμογής: ο βαθμός στον οποίο ένας οργανισμός είναι σε θέση να ζει και να αναπαράγεται σε ένα δεδομένο σύνολο ενδιαιτημάτων.
3. Ένα προσαρμοστικό χαρακτηριστικό είναι μια πτυχή του αναπτυξιακού προτύπου του οργανισμού που βελτιώνει την πιθανότητα επιβίωσης και αναπαραγωγής του οργανισμού.

• Εξέλιξη
• Προσαρμοστική ακτινοβολία
• Φυσική επιλογή
• Fitness
• Εξειδίκευση
• Μιμητισμός