הסתגלות ביולוגית: מאפיינים, סוגים, דוגמאות - ביולוגיה - 2024

התאמה ביולוגית היא מתנת מאפיין אורגניזם המגביר את יכולתה להישרדות ולרבייה, ביחס אל חברותיה שאין להם תכונה זו. התהליך היחיד שמביא להתאמות הוא הברירה הטבעית.

אם נעצור להתבונן בשושלות השונות של אורגניזמים חיים, נגלה שהם מלאים בסדרה של הסתגלות מורכבות. החל מחיקוי הפרפרים ועד למבנה המורכב של הכנפיים שלהם המאפשרים טיסה.

מקור: מאת פונט, רג'ינלד קרונדל, באמצעות ויקימדיה

לא ניתן לתייג מיידית את כל המאפיינים או התכונות שאנו רואים באורגניזמים מסוימים כהתאמות. חלקן יכולות להיות השלכות כימיות או פיזיות, יכולות להיות מדובר בתכונות המיוצרות על ידי סחף גנטי או מאירוע שנקרא טרמפים גנטיים.

ניתן ללמוד את מאפייני האורגניזמים על ידי יישום השיטה המדעית כדי לאמת אם אכן מדובר בהתאמות ומה תפקידם המההן.

לשם כך, יש להציע ולהיבדק השערות לגבי שימוש פוטנציאלי בעזרת תכנון ניסיוני מתאים - אם על ידי מניפולציה של האדם או על ידי התבוננות פשוטה.

למרות שהעיבודים נראים לעתים קרובות מושלמים ואפילו "מעוצבים", הם לא. העיבודים לא היו תוצאה של תהליך מודע שכן לאבולוציה אין סוף או מטרה, והיא גם לא מבקשת ליצור אורגניזמים מושלמים.

מאפיינים

תלוי באי, מין פינץ 'אחר התפתח.

הסתגלות היא תכונה המגדילה את הכושר של האדם. בביולוגיה אבולוציונית המונח כושר או כושר ביולוגי מתייחס ליכולתו של אורגניזם להשאיר צאצאים. אם אדם מסוים משאיר יותר צאצאים מאשר בן זוג, נאמר שיש לו כושר רב יותר.

האינדיבידואל הכי מתאים אינו החזק ביותר, לא המהיר ביותר, וגם לא הגדול ביותר. זה ששורד, מוצא בן זוג ומתרבה.

חלק מהכותבים מוסיפים לעתים קרובות אלמנטים אחרים בהגדרות שלהם להסתגלות. אם ניקח בחשבון את ההיסטוריה של השושלת, נוכל להגדיר הסתגלות כתכונה נגזרת שהתפתחה בתגובה לסוכן סלקטיבי מסוים. הגדרה זו משווה את השפעות הדמות על הכושר עבור גרסה ספציפית.

סוגי הסתגלות

שלושת סוגי ההתאמות הבסיסיים, בהתבסס על אופן ביטוי השינויים הגנטיים, הם התאמות מבניות, פיזיולוגיות והתנהגותיות. בתוך כל אחד מסוגים אלה מבוצעים תהליכים שונים. לרוב האורגניזמים יש שילובים של השלושה.

מורפולוגית ומבנית

עיבודים אלה יכולים להיות אנטומיים, כולל חיקוי וצבע קריפי.

המחקיקה מצידה מתייחסת לדמיון החיצוני שאורגניזמים מסוימים מסוגלים לפתח כדי לחקות מאפיינים של אחרים אגרסיביים ומסוכנים יותר על מנת להרחיקם.

לדוגמה, נחשי אלמוגים רעילים. ניתן לזהות אותם על ידי צבעיהם הבהירים האופייניים. מצד שני, נחשי הרי המלכה אינם מזיקים, ובכל זאת הצבעים שלהם גורמים להם להראות כמו שונית אלמוגים.

המראה של אורגניזם מדגם באמצעות התאמות מבניות בהתאם לסביבה בה הוא מתפתח. לדוגמא, לשועלים מדבריים אוזניים גדולות לקרינת חום ולשועלים הארקטיים אוזניים קטנות לשמירה על חום הגוף.

בזכות הפיגמנטציה של פרוותם, דובי הקוטב הלבנים מסתווים עצמם על קרח וקרניים יגוארות בגוון המנומר של הג'ונגל.

צמחים סובלים גם משינויים אלה. בעצים עשויים להיות קליפות שעם כדי להגן עליהם מפני שריפות בר.

שינויים מבניים משפיעים על אורגניזמים ברמות שונות, ממפרק הברך ועד נוכחות שרירי טיסה גדולים וראייה חדה לציפורים טורפות.

פיזיולוגית ופונקציונאלית

התאמות מסוגים אלה כוללים שינוי של איברים או רקמות. הם מהווים שינוי בתפקוד האורגניזם לפיתרון בעיה המתרחשת בסביבה.

בהתאם לכימיה ובמטבוליזם בגוף, התאמות פיזיולוגיות בדרך כלל אינן מוצגות באופן גלוי.

דוגמא מובהקת לסוג זה של הסתגלות היא שינה. זהו מצב מנומנם או רדום שעוברים הרבה בעלי חיים חמים בדם בחורף. השינויים הפיזיולוגיים המתרחשים בתקופת שינה הם שונים מאוד בהתאם למין.

התאמה פיזיולוגית ופונקציונאלית תהיה, למשל, הכליות היעילות יותר לבעלי חיים מדבריים כמו גמלים, התרכובות המונעות את קרישת הדם ברוק היתושים או הימצאותם של רעלים בעלים של צמחים כדי להדוף אותם. אוכלי עשב.

מחקרי מעבדה המודדים את תוכן הדם, השתן ונוזלי הגוף האחרים, התחקות אחר דרכי חילוף חומרים, או מחקרים מיקרוסקופיים ברקמות האורגניזם הם לעיתים קרובות הכרחיים כדי לזהות התאמות פיזיולוגיות.

לעיתים קשה לאתר אותם אם אין אב קדמון משותף או מינים קרובים אליו ניתן להשוות את התוצאות.

אתולוגית או התנהגותית

התאמות אלה משפיעות על אופן הפעולה של אורגניזמים חיים בגלל סיבות שונות כמו הבטחת רבייה או מזון, הגנה על עצמן מפני טורפים או שינוי בתי גידול כאשר תנאי הסביבה אינם מתאימים.

בין ההסתגלות ההתנהגותית אנו מוצאים נדידה, המתייחסת להתגייסות תקופתית ומסיבית של בעלי חיים מאזורי הגידול הטבעיים שלהם לבתי גידול אחרים.

תזוזה זו מתרחשת לפני עונת הרבייה ואחריה. הדבר המוזר בתהליך זה הוא שבתוכו מתפתחים שינויים אחרים שיכולים להיות אנטומיים ופיזיולוגיים, כמו שקורה בפרפרים, דגים ופרפרים.

התנהגות נוספת הנתונה לשינוי היא חיזור או חיזור. הגרסאות שלה יכולות להיות מורכבות להפליא. מטרת בעלי החיים היא להשיג בן זוג ולכוון אותו להזדווגות.

במהלך תקופת ההזדווגות, לרוב המינים התנהגויות שונות הנחשבות כטקסים. אלה כוללים תצוגה, השמעת צלילים או הצעת מתנות.

לפיכך, אנו יכולים לראות כי דובים מתרדמים כדי להימלט מהקור, ציפורים ולווייתנים נודדים לאקלים חם יותר כשיש חורף, וחיות מדבר פעילות בלילה במזג האוויר הקיצי החם. דוגמאות אלה הן התנהגויות שעוזרות לבעלי חיים לשרוד.

לעתים קרובות, הסתגלות התנהגותית מצריכה לימודים מדוקדקים מהשטח והמעבדה בכדי להביאם לאור. בדרך כלל הם כוללים מנגנונים פיזיולוגיים.

התאמות מסוגים אלה נראים גם אצל בני אדם. אלה מנצלים עיבודים תרבותיים כתת מערך של הסתגלות התנהגותית. לדוגמה, כאשר אנשים החיים בסביבה נתונה לומדים דרכים לשנות את המזון הדרוש להם כדי להתמודד עם האקלים הנתון.

האם כל ההתאמות של התכונות?

כשמסתכלים על כל יצור חי נבחין שהוא מלא בתכונות הזקוקות להסבר. קחו למשל ציפור: צבעו של הפרעון, השיר, צורת הרגליים והמקור, ריקודי החיזור המורכבים - האם כולנו יכולים להתחשב בהם בתכונות אדפטיביות?

לא. אמנם נכון שהעולם הטבעי מלא בהתאמות, אך אל לנו להסיק מיד שהתכונה שאנו צופים בה היא אחת מהן. תכונה עשויה להופיע בעיקר מהסיבות הבאות:

הם יכולים להיות תוצאה כימית או פיזית

תכונות רבות הן פשוט השלכות של אירוע כימי או פיזי. צבע הדם הוא אדום אצל יונקים ואף אחד לא חושב שהצבע אדום כשלעצמו הוא אדפטציה.

הדם אדום כתוצאה מהרכבו: תאי הדם האדומים אוגרים חלבון האחראי להובלת חמצן הנקרא המוגלובין - מה שגורם לצבע האופייני של הנוזל האמור.

יכול להיות תוצאה של סחף גנים

הסחף הוא תהליך אקראי המייצר שינויים בתדרי האלל, ומוביל לקיבוע או חיסול של אללים מסוימים בצורה סטוכסטית. מאפיינים אלה אינם מקנים שום יתרון ואינם מגדילים את כושרו של האדם.

נניח שיש לנו אוכלוסייה של דובים לבנים ודובים שחורים מאותו המין. בשלב מסוים אוכלוסיית המחקר סובלת מירידה במספר האורגניזמים כתוצאה מקטסטרופה סביבתית ורוב האנשים הלבנים מתים במקרה.

עם חלוף הזמן, קיימת אפשרות גבוהה כי האלל המקודד לפרווה שחורה יתוקן וכל האוכלוסייה תהיה מורכבת מאינדיבידואלים שחורים.

עם זאת, אין מדובר בהתאמה מכיוון שהיא אינה מקנה שום יתרון לאדם שיש לו. שימו לב כי תהליכי סחף הגנים אינם מובילים להיווצרות התאמות, הדבר מתרחש רק באמצעות מנגנון הברירה הטבעית.

יתכן שהוא מתואם עם מאפיין אחר

הגנים שלנו הם זה לצד זה ויכולים להשתלב בדרכים שונות בתהליך שנקרא רקומבינציה. בחלק מהמקרים הגנים מקושרים ויורשים יחד.

כדי להמחיש מצב זה, נשתמש במקרה היפותטי: הגנים המקודדים לעיניים כחולות קשורים לאלה לשיער בלונדיני. מבחינה הגיונית מדובר בפשטות, ככל הנראה ישנם גורמים נוספים שמעורבים בצביעה של המבנים, עם זאת אנו משתמשים בזה כדוגמה דידקטית.

נניח שהשיער הבלונדיני של האורגניזם ההיפותטי שלנו נותן לו יתרון מסוים: הסוואה, הגנה מפני קרינה, מפני קור וכו '. לאנשים עם שיער בלונדיני יהיו יותר ילדים מבני גילם שאין להם מאפיין זה.

לצאצאים, בנוסף לשיער בלונדיני, יהיו עיניים כחולות מכיוון שהגנים קשורים זה לזה. לאורך הדורות אנו יכולים לראות כי העיניים הכחולות גדלות בתדירות למרות שהן אינן מקנות יתרון מסתגל כלשהו. תופעה זו ידועה בספרות "טרמפים גנטיים".

יכול להיות תוצאה של ההיסטוריה הפילוגנטית

תווים מסוימים עשויים להיות תוצאה של ההיסטוריה הפילוגנטית. תפרי הגולגולת אצל יונקים תורמים לתהליך הלידה ומאפשרים את הלידה, וניתן להתפרש כהסתגלות אליו. עם זאת, התכונה מייצגת בשושלות אחרות והיא תכונה של אבות.

טרום עיבודים וביצעים

לאורך השנים, ביולוגים אבולוציוניים העשירו את המינוח הנוגע למאפייני האורגניזם, כולל מושגים חדשים כמו "טרום הסתגלות" ו"כחול ".

על פי Futuyma (2005), התאמה מראש היא "תכונה שמשרתת בהצלחה פונקציה חדשה".

לדוגמה, המקור החזק של ציפורים מסוימות יכול להיות שנבחר לצרוך סוג מסוים של אוכל. אך במקרים מתאימים, מבנה זה יכול לשמש גם כהסתגלות לתקיפת כבשים. השינוי הפתאומי הזה בתפקוד הוא הסתגלות מראש.

בשנת 1982 הציגו גולד ורבה את המושג "מוצא" לתיאור עיבוד קדם שנבחר לשימוש חדש.

לדוגמה, נוצות ציפורי השחייה לא עוצבו על ידי בחירה טבעית בלחץ הסלקטיבי של השחייה, אך למרבה המזל הם שימשו לכך.

כאנלוגיה לתהליך זה יש לנו את האף, למרות שבוודאי הוא נבחר מכיוון שהוא הוסיף יתרון כלשהו בתהליך הנשימה, כעת אנו משתמשים בו כדי להחזיק את משקפינו.

הדוגמא המפורסמת ביותר להוצאתו היא אגודל הפנדה. מין זה ניזון ספציפית מבמבוק וכדי לתמרן אותו הם משתמשים ב"אגודל שישי "שמקורו בגידול של מבנים אחרים.

דוגמאות להתאמות

טיסה בחוליות

ציפורים, עטלפים, והפטרוזאורים שנכחדו עכשיו, רכשו באופן קונפרגנטי את אמצעי התנועה שלהם: בריחה. נראה כי היבטים שונים של המורפולוגיה והפיזיולוגיה של בעלי חיים אלה הם התאמות המגדילות או מעדיפות את יכולת המעוף.

לעצמות יש חללים שהופכים אותם למבנים קלים אך עמידים. קונפורמציה זו מכונה עצמות פנאומטיות. בשושלות המעופפות של ימינו - ציפורים ועטלפים - יש גם במערכת העיכול מוזרויות מסוימות.

המעיים קצרים בהרבה בהשוואה לבעלי חיים חסרי מעוף בגודל דומה, ככל הנראה כדי להפחית משקל במהלך הטיסה. לפיכך, הירידה במשטח ספיגת החומרים המזינים בחרה בעלייה במסלולי הספיגה התאית.

הסתגלות אצל ציפורים יורדת לרמות מולקולריות. הוצע כי גודל הגנום הצטמצם כהסתגלות לטיסה, תוך הפחתת העלויות המטבוליות הקשורות לקיום גנום גדול, ולכן תאים גדולים.

צימרים בעטלפים

מקור: מאת שונג, מתוך ויקימדיה

אצל עטלפים יש התאמה מסוימת המאפשרת להם להתמצא במרחב תוך כדי תנועה: הדה-מיקום.

מערכת זו מורכבת מפליטת צלילים (בני האדם אינם מסוגלים לתפוס אותם) הקופצים מעצמים והמחבט מסוגל לתפוס אותם ולתרגם אותם. באופן דומה, מורפולוגיית האוזניים של מינים מסוימים נחשבת כהתאמה כדי להיות מסוגלת לקבל את הגלים ביעילות.

צוואר הג'ירפות הארוך

מקור: מאת ג'ון סטור, מ- Wikimedia Commons

איש לא יפקפק בכך שלג'ירפות יש מורפולוגיה חריגה: צוואר מוארך התומך בראש קטן וברגליים ארוכות התומכות במשקלן. תכנון זה מקשה על פעילויות שונות בחיי החיה, כגון שתיית מים מהבריכה.

ההסבר לצווארם ​​הארוך של המינים האפריקאים הללו היה דוגמא מועדפת על ביולוגים אבולוציוניים מזה עשרות שנים. לפני שארל דארווין הגה את התיאוריה של הברירה הטבעית, חוקר הטבע הצרפתי ז'אן-בפטיסט למרק כבר הניח מושג - גם אם שגוי - של שינויים והתפתחות ביולוגית.

עבור למארק, צוואר הג'ירפות היה מוארך מכיוון שבעלי החיים הללו מתחו אותו ללא הרף כדי להיות מסוגלים להגיע לניצני השיטה. פעולה זו תתורגם לשינוי בירושה.

לאור הביולוגיה האבולוציונית המודרנית, השימוש והשימוש בדמויות נחשב כלא השפעה על הצאצאים. ההסתגלות של הצוואר הארוך כנראה נוצרה מכיוון שהאנשים שביצעו מוטציות עבור המאפיינים האמורים הותירו יותר צאצאים מאשר בני גילם עם צווארם ​​קצר יותר.

באופן אינטואיטיבי אנו יכולים להניח שהצוואר הארוך עוזר לג'ירפות להשיג אוכל. עם זאת, בעלי חיים אלו בדרך כלל אוכלים מזון בשיחים נמוכים.

אז למה מיועד צוואר ג'ירפה?

בשנת 1996 החוקרים סימונס ושייפר חקרו את מערכות היחסים החברתיות של קבוצה זו והפכו את הפרשנות לאופן שבו ג'ירפות משיגות את צווארם.

עבור הביולוגים הללו הצוואר התפתח כ"נשק "שהזכרים משתמשים בו בקרב כדי להגיע לנקבות, ולא כדי להשיג אוכל באזורים גבוהים. עובדות שונות תומכות בהשערה זו: צווארי הזכרים ארוכים וכבדים בהרבה מאלו של הנקבות.

אנו יכולים להסיק כי גם אם להסתגלות יש משמעות ברורה לכאורה, עלינו להטיל ספק בפרשנויות ולבחון את כל ההשערות האפשריות בשיטה המדעית.

הבדלים עם האבולוציה

שני המושגים, האבולוציה וההסתגלות אינם סותרים זה את זה. האבולוציה יכולה להתרחש באמצעות מנגנון הבחירה הטבעית וזה יוצר הסתגלות. יש להדגיש כי המנגנון היחיד המייצר התאמות הוא הברירה הטבעית.

ישנו תהליך נוסף, הנקרא היסחפות גנים (המוזכר בסעיף הקודם), שיכול להוביל להתפתחות של אוכלוסייה אך אינו מייצר התאמות.

בלבול לגבי עיבודים

למרות שהסתגלויות נראה כתכונות המיועדות בדיוק לשימושן, האבולוציה, וכתוצאה מכך תפיסת ההתאמות, אין להן מטרה או מטרה מודעת. הם גם אינם שם נרדף להתקדמות.

כשם שתהליך השחיקה לא נועד ליצור הרים יפים, האבולוציה אינה מיועדת ליצור אורגניזמים המותאמים באופן מושלם לסביבתם.

אורגניזמים אינם שואפים להתפתח, ולכן הברירה הטבעית אינה נותנת לאדם את מה שהוא זקוק לו. לדוגמא, בואו נדמיין סדרת ארנבים אשר עקב שינויים סביבתיים חייבים לסבול כפור קשה. הצורך של בעלי חיים בפרווה בשפע לא יגרום להופעה ולהתפשטות באוכלוסייה.

לעומת זאת, מוטציה אקראית כלשהי בחומר הגנטי של הארנב עשויה לייצר מעיל בשפע יותר, מה שהופך את המנשא שלו ללדת יותר ילדים. ילדים אלה יורשים ככל הנראה את פרוות אביהם. לפיכך, פרווה בשפע יכולה להגדיל את תדירותה באוכלוסיית הארנבים ובשום זמן לא היה הארנב מודע לכך.

כמו כן, הבחירה אינה מייצרת מבנים מושלמים. הם פשוט צריכים להיות "טובים" מספיק כדי להיות מסוגלים לעבור לדור הבא.

הפניות

1. Caviedes-Vidal, E., McWhorter, TJ, Lavin, SR, Chediack, JG, Tracy, CR, and Karasov, WH (2007). התאמת העיכול של חוליות מעופפות: ספיגה paracellular מעי גבוהה מפצה על מעיים קטנים יותר. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים, 104 (48), 19132-19137.
2. Freeman, S., and Herron, JC (2002). ניתוח אבולוציוני. אולם פרנטיס.
3. Futuyma, DJ (2005). אבולוציה. סינאואר.
4. Gould, SJ, and Vrba, ES (1982). מוצא - מונח חסר במדע הצורה. פליאוביולוגיה, 8 (1), 4-15.
5. אורגן, CL, Shedlock, AM, Meade, A., Pagel, M., & Edwards, SV (2007). מקור גודל ומבנה גנום של העופות בדינוזאורים שאינם העופות. טבע, 446 (7132), 180.