BIOLOGISCHE ANPASSUNG: EIGENSCHAFTEN, TYPEN, BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Eine biologische Anpassung ist ein Merkmal eines Organismus, das seine Überlebens- und Fortpflanzungsfähigkeit im Verhältnis zu seinen Gefährten erhöht, die dieses Merkmal nicht aufweisen. Der einzige Prozess, der zu Anpassungen führt, ist die natürliche Selektion.

Wenn wir aufhören, die verschiedenen Abstammungslinien lebender Organismen zu betrachten, werden wir feststellen, dass sie mit einer Reihe komplexer Anpassungen gefüllt sind. Von der Nachahmung der Schmetterlinge bis zur komplexen Struktur ihrer Flügel, die den Flug ermöglichen.

Quelle: Von Punnett, Reginald Crundall, über Wikimedia Commons

Nicht alle Merkmale oder Merkmale, die wir bei bestimmten Organismen beobachten, können sofort als Anpassungen gekennzeichnet werden. Einige können chemische oder physikalische Konsequenzen haben, sie können Merkmale sein, die durch genetische Drift oder durch ein Ereignis erzeugt werden, das als genetisches Trampen bezeichnet wird.

Die Eigenschaften von Organismen können untersucht werden, indem die wissenschaftliche Methode angewendet wird, um zu überprüfen, ob es sich tatsächlich um Anpassungen handelt und welche vorläufige Funktion sie haben.

Dazu müssen Hypothesen über eine mögliche Verwendung vorgeschlagen und mit einem geeigneten experimentellen Design getestet werden - entweder durch Manipulation des Individuums oder durch einfache Beobachtung.

Obwohl Anpassungen oft perfekt und sogar "entworfen" erscheinen, sind sie es nicht. Die Anpassungen waren nicht das Ergebnis eines bewussten Prozesses, da die Evolution weder ein Ende noch ein Ziel hat und auch nicht versucht, Organismen zu perfektionieren.

Eigenschaften

Je nach Insel entwickelte sich eine andere Finkenart.

Eine Anpassung ist ein Merkmal, das die Fitness eines Individuums erhöht. In der Evolutionsbiologie bezieht sich der Begriff Fitness oder biologische Fitness auf die Fähigkeit eines Organismus, Nachkommen zu hinterlassen. Wenn eine bestimmte Person mehr Nachkommen hinterlässt als ein Partner, wird gesagt, dass sie eine größere Fitness hat.

Das am besten geeignete Individuum ist weder das Stärkste noch das Schnellste noch das Größte. Es ist derjenige, der überlebt, einen Partner findet und sich fortpflanzt.

Einige Autoren fügen ihren Definitionen der Anpassung häufig andere Elemente hinzu. Wenn wir die Geschichte der Linie berücksichtigen, können wir Anpassung als abgeleitetes Merkmal definieren, das sich als Reaktion auf einen bestimmten selektiven Wirkstoff entwickelt hat. Diese Definition vergleicht die Auswirkungen des Charakters auf die Fitness für eine bestimmte Variante.

Arten der Anpassung

Die drei Grundtypen von Anpassungen, basierend darauf, wie genetische Veränderungen ausgedrückt werden, sind strukturelle, physiologische und Verhaltensanpassungen. Innerhalb jedes dieser Typen werden unterschiedliche Prozesse ausgeführt. Die meisten Organismen haben Kombinationen aller drei.

Morphologisch und strukturell

Diese Anpassungen können anatomisch sein, einschließlich Mimikry und kryptischer Färbung.

Andererseits bezieht sich Mimikry auf die äußere Ähnlichkeit, die einige Organismen entwickeln können, um Eigenschaften anderer aggressiverer und gefährlicherer zu imitieren, um sie zu vertreiben.

Zum Beispiel sind Korallenschlangen giftig. Sie sind an ihren charakteristischen leuchtenden Farben zu erkennen. Auf der anderen Seite sind Königin-Bergschlangen harmlos, aber ihre Farben lassen sie wie ein Korallenriff aussehen.

Das Aussehen eines Organismus wird durch strukturelle Anpassungen in Abhängigkeit von der Umgebung, in der er sich entwickelt, modelliert. Zum Beispiel haben Wüstenfüchse große Ohren für Wärmestrahlung und Polarfüchse kleine Ohren, um die Körperwärme zu speichern.

Dank der Pigmentierung ihres Pelzes tarnen sich weiße Eisbären auf Eisschollen und gefleckten Jaguaren im gefleckten Schatten des Dschungels.

Pflanzen leiden auch unter diesen Veränderungen. Bäume können Korkrinde haben, um sie vor Waldbränden zu schützen.

Strukturelle Veränderungen betreffen Organismen auf verschiedenen Ebenen, vom Kniegelenk bis zum Vorhandensein großer Flugmuskeln und scharfem Sehen für Raubvögel.

Physiologisch und funktionell

Diese Arten von Anpassungen beinhalten die Veränderung von Organen oder Geweben. Sie sind eine Veränderung in der Funktion des Körpers, um ein Problem zu lösen, das in der Umwelt auftritt.

Je nach Körperchemie und Stoffwechsel werden physiologische Anpassungen in der Regel nicht sichtbar angezeigt.

Ein klares Beispiel für diese Art der Anpassung ist der Ruhezustand. Dies ist ein schläfriger oder lethargischer Zustand, den viele warmblütige Tiere im Winter durchmachen. Die physiologischen Veränderungen, die während des Winterschlafes auftreten, sind je nach Art sehr unterschiedlich.

Eine physiologische und funktionelle Anpassung wären beispielsweise die effizienteren Nieren für Wüstentiere wie Kamele, die Verbindungen, die die Blutgerinnung im Mückenspeichel verhindern, oder das Vorhandensein von Toxinen in den Blättern von Pflanzen, um sie abzuwehren. Pflanzenfresser.

Laboruntersuchungen, die den Gehalt an Blut, Urin und anderen Körperflüssigkeiten messen, Stoffwechselwege verfolgen, oder mikroskopische Untersuchungen des Gewebes eines Organismus sind häufig erforderlich, um physiologische Anpassungen zu identifizieren.

Es ist manchmal schwierig, sie zu erkennen, wenn es keinen gemeinsamen Vorfahren oder eng verwandte Arten gibt, mit denen die Ergebnisse verglichen werden können.

Ethologisch oder verhaltensbezogen

Diese Anpassungen wirken sich auf die Art und Weise aus, wie lebende Organismen aufgrund verschiedener Ursachen handeln, z. B. um die Fortpflanzung oder Nahrung sicherzustellen, sich gegen Raubtiere zu verteidigen oder Lebensräume zu verändern, wenn die Umweltbedingungen nicht geeignet sind.

Unter den Verhaltensanpassungen finden wir Migration, die sich auf die periodische und massive Mobilisierung von Tieren aus ihren natürlichen Brutgebieten in andere Lebensräume bezieht.

Diese Verschiebung erfolgt vor und nach der Brutzeit. Das Merkwürdige an diesem Prozess ist, dass sich darin andere Veränderungen entwickeln, die anatomisch und physiologisch sein können, wie dies bei Schmetterlingen, Fischen und Schmetterlingen der Fall ist.

Ein anderes Verhalten, das sich ändern kann, ist Werbung oder Werbung. Seine Varianten können unglaublich komplex sein. Das Ziel der Tiere ist es, einen Partner zu finden und ihn zur Paarung zu führen.

Während der Paarungszeit haben die meisten Arten unterschiedliche Verhaltensweisen, die als Rituale angesehen werden. Dazu gehören Ausstellen, Geräusche machen oder Geschenke anbieten.

So können wir beobachten, dass Bären Winterschlaf halten, um der Kälte zu entkommen, Vögel und Wale im Winter in wärmeres Klima ziehen und Wüstentiere nachts bei heißem Sommerwetter aktiv sind. Diese Beispiele sind Verhaltensweisen, die Tieren helfen, zu überleben.

Oft müssen Verhaltensanpassungen vor Ort und im Labor sorgfältig untersucht werden, um sie ans Licht zu bringen. Sie beinhalten normalerweise physiologische Mechanismen.

Diese Arten von Anpassungen treten auch beim Menschen auf. Diese verwenden kulturelle Anpassungen als Teilmenge von Verhaltensanpassungen. Zum Beispiel, wenn Menschen, die in einer bestimmten Umgebung leben, lernen, wie sie die Lebensmittel modifizieren können, die sie benötigen, um mit dem gegebenen Klima fertig zu werden.

Sind alle Funktionen angepasst?

Wenn wir ein Lebewesen beobachten, werden wir feststellen, dass es voller Eigenschaften ist, die einer Erklärung bedürfen. Stellen Sie sich einen Vogel vor: die Färbung des Gefieders, das Lied, die Form der Beine und des Schnabels, die komplexen Balztänze - können wir sie alle als adaptive Merkmale betrachten?

Nein. Obwohl die natürliche Welt voller Anpassungen ist, sollten wir nicht sofort darauf schließen, dass das Merkmal, das wir beobachten, eines davon ist. Ein Merkmal kann hauptsächlich aus folgenden Gründen vorhanden sein:

Sie können eine chemische oder physikalische Folge sein

Viele Eigenschaften sind einfach Folgen eines chemischen oder physikalischen Ereignisses. Die Farbe des Blutes ist bei Säugetieren rot und niemand denkt, dass die Farbe Rot an sich eine Anpassung ist.

Blut ist aufgrund seiner Zusammensetzung rot: Rote Blutkörperchen speichern ein Protein, das für den Sauerstofftransport verantwortlich ist, das Hämoglobin, das die charakteristische Färbung der Flüssigkeit verursacht.

Kann eine Folge der Gendrift sein

Drift ist ein zufälliger Prozess, der Änderungen der Allelfrequenzen hervorruft und zur stochastischen Fixierung oder Eliminierung bestimmter Allele führt. Diese Eigenschaften bringen keinen Vorteil und erhöhen nicht die Fitness des Individuums.

Angenommen, wir haben eine Population von Weißbären und Schwarzbären derselben Art. Irgendwann leidet die Studienpopulation aufgrund einer Umweltkatastrophe unter einem Rückgang der Anzahl der Organismen, und die meisten weißen Personen sterben zufällig.

Im Laufe der Zeit besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass das Allel, das für schwarzes Fell kodiert, fixiert wird und die gesamte Bevölkerung aus schwarzen Individuen besteht.

Es ist jedoch keine Anpassung, da es dem Individuum, das es besitzt, keinen Vorteil verschafft. Beachten Sie, dass die Prozesse der Gendrift nicht zur Bildung von Anpassungen führen, sondern nur durch den Mechanismus der natürlichen Selektion.

Es kann mit einem anderen Merkmal korreliert sein

Unsere Gene stehen nebeneinander und können auf unterschiedliche Weise in einem als Rekombination bezeichneten Prozess kombiniert werden. In einigen Fällen werden Gene miteinander verknüpft und vererbt.

Um diese Situation zu veranschaulichen, verwenden wir einen hypothetischen Fall: Die Gene, die für blaue Augen kodieren, sind mit denen für blondes Haar verknüpft. Logischerweise ist es eine Vereinfachung, es gibt wahrscheinlich andere Faktoren, die an der Färbung der Strukturen beteiligt sind, aber wir verwenden es als didaktisches Beispiel.

Angenommen, das blonde Haar unseres hypothetischen Organismus bietet einen gewissen Vorteil: Tarnung, Strahlenschutz, Kälte usw. Personen mit blonden Haaren haben mehr Kinder als Gleichaltrige, die diese Eigenschaft nicht haben.

Die Nachkommen haben zusätzlich zu den blonden Haaren blaue Augen, da die Gene miteinander verbunden sind. Im Laufe der Generationen können wir beobachten, dass die Häufigkeit blauer Augen zunimmt, obwohl sie keinen adaptiven Vorteil bieten. Dieses Phänomen ist in der Literatur als "genetisches Trampen" bekannt.

Kann eine Folge der phylogenetischen Geschichte sein

Einige Zeichen können eine Folge der phylogenetischen Geschichte sein. Die Nähte des Schädels bei Säugetieren tragen zum Geburtsprozess bei und erleichtern ihn und können als Anpassung daran interpretiert werden. Das Merkmal ist jedoch in anderen Abstammungslinien repräsentativ und ein Ahnenmerkmal.

Voranpassungen und Anpassungen

Im Laufe der Jahre haben Evolutionsbiologen die Terminologie hinsichtlich der Eigenschaften des Organismus bereichert, einschließlich neuer Konzepte wie "Voranpassung" und "Exaptation".

Nach Futuyma (2005) ist eine Voranpassung „ein Merkmal, das zufällig eine neue Funktion erfüllt“.

Zum Beispiel können die starken Schnäbel einiger Vögel ausgewählt worden sein, um eine bestimmte Art von Nahrung zu konsumieren. In geeigneten Fällen kann diese Struktur aber auch als Anpassung zum Angriff auf Schafe dienen. Diese plötzliche Funktionsänderung ist eine Voranpassung.

1982 führten Gould und Vrba das Konzept der "Exaptation" ein, um eine Voranpassung zu beschreiben, die für eine neue Verwendung kooptiert wurde.

Zum Beispiel wurden die Federn schwimmender Vögel nicht durch natürliche Selektion unter dem selektiven Druck des Schwimmens geformt, sondern sie dienten zufällig dazu.

Als Analogie zu diesem Prozess haben wir unsere Nase, obwohl sie sicherlich ausgewählt wurde, weil sie einen gewissen Vorteil beim Atmen hat, verwenden wir sie jetzt, um unsere Brille zu halten.

Das bekannteste Beispiel für Exaptation ist der Daumen des Pandas. Diese Art ernährt sich speziell von Bambus und verwendet zur Manipulation einen „sechsten Daumen“, der aus dem Wachstum anderer Strukturen stammt.

Beispiele für Anpassungen

Flug bei Wirbeltieren

Vögel, Fledermäuse und die inzwischen ausgestorbenen Flugsaurier erwarben konvergierend ihre Fortbewegungsmittel: den Flug. Verschiedene Aspekte der Morphologie und Physiologie dieser Tiere scheinen Anpassungen zu sein, die die Flugfähigkeit erhöhen oder begünstigen.

Die Knochen haben Hohlräume, die sie zu leichten, aber widerstandsfähigen Strukturen machen. Diese Konformation wird als pneumatisierte Knochen bezeichnet. In den heutigen Fluglinien - Vögeln und Fledermäusen - weist das Verdauungssystem auch bestimmte Besonderheiten auf.

Der Darm ist im Vergleich zu flugunfähigen Tieren ähnlicher Größe viel kürzer, wahrscheinlich um das Gewicht während des Fluges zu reduzieren. Die Verringerung der Nährstoffabsorptionsfläche führte somit zu einer Erhöhung der zellulären Absorptionswege.

Anpassungen bei Vögeln gehen auf molekulare Ebenen zurück. Es wurde vorgeschlagen, die Größe des Genoms als Anpassung für den Flug zu verringern, wodurch die Stoffwechselkosten verringert werden, die mit einem großen Genom und daher großen Zellen verbunden sind.

Echolokalisierung bei Fledermäusen

Quelle: Von Shung, aus Wikimedia Commons

Bei Fledermäusen gibt es eine besondere Anpassung, die es ihnen ermöglicht, sich räumlich zu orientieren, während sie sich bewegen: die Echolokalisierung.

Dieses System besteht aus der Emission von Geräuschen (Menschen sind nicht in der Lage, sie wahrzunehmen), die von Objekten abprallen, und die Fledermaus ist in der Lage, sie wahrzunehmen und zu übersetzen. Ebenso wird die Morphologie der Ohren bestimmter Arten als Anpassung angesehen, um die Wellen effektiv empfangen zu können.

Der lange Hals der Giraffen

Quelle: Von John Storr aus Wikimedia Commons

Niemand würde daran zweifeln, dass Giraffen eine ungewöhnliche Morphologie haben: einen länglichen Hals, der einen kleinen Kopf trägt, und lange Beine, die ihr Gewicht tragen. Dieses Design erschwert verschiedene Aktivitäten im Leben des Tieres, beispielsweise das Trinken von Wasser aus einem Teich.

Die Erklärung für den langen Hals dieser afrikanischen Arten ist seit Jahrzehnten ein beliebtes Beispiel für Evolutionsbiologen. Bevor Charles Darwin die Theorie der natürlichen Auslese konzipierte, hatte der französische Naturforscher Jean-Baptiste Lamarck bereits ein - wenn auch fehlerhaftes - Konzept von Veränderungen und biologischer Evolution.

Für Lamarck war der Hals der Giraffen verlängert, weil diese Tiere ihn ständig streckten, um die Akazienknospen erreichen zu können. Diese Aktion würde zu einer vererbbaren Änderung führen.

Im Lichte der modernen Evolutionsbiologie wird davon ausgegangen, dass die Verwendung und Nichtverwendung von Zeichen keine Auswirkungen auf die Nachkommen hat. Die Anpassung des langen Halses muss entstanden sein, weil die Individuen, die Mutationen für diese Eigenschaften trugen, mehr Nachkommen hinterließen als ihre Altersgenossen mit kürzeren Hälsen.

Intuitiv können wir davon ausgehen, dass der lange Hals Giraffen hilft, Nahrung zu bekommen. Diese Tiere suchen jedoch normalerweise in niedrigen Büschen nach Futter.

Wofür ist Giraffenhälse?

1996 untersuchten die Forscher Simmons und Scheepers die sozialen Beziehungen dieser Gruppe und widerlegten die Interpretation, wie Giraffen ihren Hals bekamen.

Für diese Biologen entwickelte sich der Hals zu einer "Waffe", mit der Männer im Kampf an Frauen gelangen und in hohen Gebieten keine Nahrung erhalten. Verschiedene Tatsachen stützen diese Hypothese: Die Hälse von Männern sind viel länger und schwerer als die von Frauen.

Wir können daraus schließen, dass wir, selbst wenn eine Anpassung eine offensichtlich offensichtliche Bedeutung hat, die Interpretationen hinterfragen und alle möglichen Hypothesen mit der wissenschaftlichen Methode testen müssen.

Unterschiede zur Evolution

Beide Konzepte, Evolution und Anpassung, sind kein Widerspruch. Evolution kann durch den Mechanismus der natürlichen Selektion erfolgen und dies erzeugt Anpassungen. Es muss betont werden, dass der einzige Mechanismus, der Anpassungen bewirkt, die natürliche Selektion ist.

Es gibt einen anderen Prozess, der als Gendrift bezeichnet wird (im vorherigen Abschnitt erwähnt), der zur Entwicklung einer Population führen kann, aber keine Anpassungen hervorruft.

Verwirrung über Anpassungen

Obwohl Anpassungen Merkmale zu sein scheinen, die genau auf ihre Verwendung zugeschnitten sind, haben Evolution und folglich die Konzeption von Anpassungen kein Ziel oder einen bewussten Zweck. Sie sind auch kein Synonym für Fortschritt.

So wie der Erosionsprozess keine schönen Berge schaffen soll, soll die Evolution keine Organismen schaffen, die perfekt an ihre Umwelt angepasst sind.

Organismen streben nicht danach, sich zu entwickeln, so dass natürliche Selektion einem Individuum nicht das gibt, was es braucht. Stellen wir uns zum Beispiel eine Reihe von Kaninchen vor, die aufgrund von Umweltveränderungen einen starken Frost aushalten müssen. Das Bedürfnis der Tiere nach reichlich Fell wird es nicht in der Bevölkerung erscheinen und verbreiten lassen.

Im Gegensatz dazu kann eine zufällige Mutation im genetischen Material des Kaninchens ein häufigeres Fell erzeugen, wodurch sein Träger mehr Kinder hat. Diese Kinder erben wahrscheinlich das Fell ihres Vaters. Somit kann reichlich vorhandenes Fell seine Häufigkeit in der Kaninchenpopulation erhöhen, und das Kaninchen war sich dies zu keinem Zeitpunkt bewusst.

Auch die Auswahl erzeugt keine perfekten Strukturen. Sie müssen nur "gut" genug sein, um an die nächste Generation weitergegeben werden zu können.

Verweise

1. E. Caviedes-Vidal, TJ McWhorter, SR Lavin, JG Chediack, CR Tracy & WH Karasov (2007). Die Verdauungsanpassung fliegender Wirbeltiere: Eine hohe parazelluläre Absorption im Darm gleicht kleinere Eingeweide aus. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften, 104 (48), 19132-19137.
2. Freeman, S. & Herron, JC (2002). Evolutionsanalyse. Prentice Hall.
3. Futuyma, DJ (2005). Evolution. Sinauer.
4. Gould, SJ & Vrba, ES (1982). Exaptation - ein fehlender Begriff in der Wissenschaft der Form. Paleobiology, 8 (1), 4 & ndash; 15.
5. Organ, CL, Shedlock, AM, Meade, A., Pagel, M. & Edwards, SV (2007). Ursprung der Größe und Struktur des Vogelgenoms bei Nicht-Vogel-Dinosauriern. Nature, 446 (7132), 180.