Tilpasning i evolutionen – definition, mekanismer og eksempler

Tilpasning er først og fremmest en proces og ikke en fysisk del af en krop.

Tilpasning... kunne ikke længere betragtes som en statisk tilstand, et produkt af en kreativ fortid, men blev i stedet en vedvarende dynamisk proces. Ernst Mayr.

En intern parasit (som f.eks. en fluke) er et godt eksempel: den har en meget simpel kropsstruktur, men alligevel er organismen meget tilpasset sit særlige miljø. Heraf kan vi se, at tilpasning ikke kun er et spørgsmål om synlige træk: hos sådanne parasitter finder kritiske tilpasninger sted i livscyklussen, som ofte er ret kompleks.

Som praktisk udtryk bruges tilpasning imidlertid ofte om produktet: de træk ved en art, som er resultatet af processen. Mange aspekter af et dyr eller en plante kan med rette betegnes som tilpasninger, selv om der altid er nogle træk, hvis funktion er tvivlsom. Ved at bruge udtrykket tilpasning om den evolutionære proces og adaptive træk om den kropslige del eller funktion (produktet) kan man skelne mellem de to betydninger af ordet.

Tilpasning er en af de to hovedprocesser, der forklarer de mange forskellige arter, vi ser i biologien. Den anden er artsdannelse (artsopsplitning eller kladogenese). Et yndet eksempel, der i dag bruges til at studere samspillet mellem tilpasning og artsdannelse, er udviklingen af cichlidefisk i afrikanske søer.

En organisme skal være levedygtig på alle stadier af sin udvikling og på alle stadier af sin udvikling. Dette sætter begrænsninger for udviklingen af organismers udvikling, adfærd og struktur.

Den generelle idé er, at hver enkelt genetisk og fænotypisk ændring i løbet af evolutionen bør være relativt lille, fordi udviklingssystemer er så komplekse og indbyrdes forbundne. Men polyploiditet hos planter er en ret almindelig stor genetisk ændring. Oprindelsen af eukaryota ved symbiose med mikroorganismer er et mere eksotisk eksempel.

Alle tilpasninger hjælper organismer med at overleve i deres økologiske nicher. Dette indebærer en stigning i den biologiske fitness.

Disse adaptive træk kan være strukturelle, adfærdsmæssige eller fysiologiske. Strukturelle tilpasninger er fysiske træk ved en organisme (form, kropsbeklædning, bevæbning og også den indre organisation).

Adfærdstilpasninger består af nedarvede adfærdskæder og/eller evnen til at lære: adfærd kan nedarves i detaljer (instinkter), eller der kan nedarves en tendens til indlæring (se neuropsykologi). Eksempler: søgning efter føde, sex, vokaliseringer.

Fysiologiske tilpasninger gør det muligt for organismen at udføre særlige funktioner (f.eks. fremstilling af gift, slimsugning, fototropisme), men også mere generelle funktioner som vækst og udvikling, temperaturregulering, ionbalance og andre aspekter af homøostase. Tilpasning påvirker således alle aspekter af en organismes liv.

Vigtige tilpasninger kommer ikke enkeltvis. De kommer i grupper, som arbejder sammen for at gøre dyret eller planten succesfuld i sin særlige niche eller levevis.

Spætter

Spættetilpasninger er et godt eksempel på, at der er brug for en hel række funktioner for at opnå en vellykket levevis.

1. Næbbet: Spidsen er mejselagtig og sliber sig selv ved at hakke på træ. Fuglen bruger det til at få fat i larver under barken, til at udvide et hul til at lave en rede og til at signalere sit territorium ved at tromme. Mange af spætternes fouragerings-, yngle- og signaladfærd indebærer trommende og hamrende brug af næbbet.
2. Lange klæbrige tunger griber efter insektlarver, der lever under barken.
3. Millisekundet før kontakt med træet lukker en fortykket niktitatmembran sig og beskytter øjet mod flyvende vragrester. Næseborene er også beskyttede; de er ofte spalteformede og har særlige fjer til at dække dem.
4. For at forhindre hjerneskader fra de hurtige og gentagne nedbremsninger har spætter udviklet en række tilpasninger, der beskytter hjernen. Disse omfatter

1. lille hjernestørrelse
2. hjernens placering spreder kontaktområdet mellem hjernen og kraniet
3. den korte varighed af kontakten
4. den ulige længde af den øverste og nederste del af næbbet (den nederste del er længere). Dette styrer slagkraften nedad, væk fra hjernen.
5. Spættens hjerne sidder i et kranium med ujævne, svampede plader, der absorberer stød.
6. Spætter har et særligt tungeben, der går fra næbbet og løkker sig over kraniet for at omslutte hjernen fuldstændigt. Det holder hjernen på plads. Det er hjernens bevægelse inde i kraniet under slaget, mere end selve slaget, der er årsag til hjernerystelser. Hvis hjernen holdes på plads, er risikoen for skader meget mindre.

5. Spætter har zygodaktyle fødder. Disse fødder har fire tæer, hvor den første og den fjerde er bagudvendt, og den anden og tredje er fremadvendt. Dette fodarrangement er godt til at gribe fat i træernes lemmer og stammer. Medlemmer af denne familie kan gå lodret op ad en træstamme. Ud over de stærke kløer og fødder har spætter korte, stærke ben. Dette er typisk for fugle, der fouragerer på stammer.
6. Spætternes haler er stive, og når fuglen sidder på lodrette overflader, arbejder halen og fødderne sammen for at støtte den.
7. Hele systemet er hjulpet af ændringer i hjernen, nervesystemet, musklerne og ledbåndene i forhold til, hvad der var normalt hos deres forfædre.

Forfødte spætter, som gik over til at klatre på træstammer, havde forfødte fod- og halestrukturer. Det tyder på, at en adfærdsændring, måske for at få fat i en bedre fødekilde, var en af de første ting, der skete i kæden af begivenheder. Den måde, hvorpå evolutionære nyskabelser starter, er et vigtigt emne.

Egenskaber uden funktion

Det er ikke alle kendetegn ved en organisme, der er tilpasninger. Det kan være nødvendigt med feltundersøgelser eller eksperimenter for at finde ud af, om de har en funktion i artens liv.

Tilpasninger afspejler ofte en arts tidligere liv. Hvis en art for nylig har ændret sin livsstil, kan en engang værdifuld tilpasning blive en uddøende rest. Dyr, der lever i mørke huler, mister ofte over en længere periode deres farver og syn.

Årsagerne til dette kan variere. Tabet af struktur og funktion kan være en positiv tilpasning, som sparer energi og materialer. Men det kan også blot være et biprodukt af gener, der er udvalgt til andre funktioner (pleiotropi). Eller strukturen kan være forbundet i udviklingen og påvirkes af selektion for en anden struktur.

Det er en generel regel, at alle tilpasninger, der ikke længere er nyttige, enten bliver til rudimentæreorganer (se ormformet appendiks) eller kan udvælges og tilpasses til andre funktioner (se øreknogler).

Tilpasninger med flere funktioner

Mange tilpasninger tjener mere end én funktion. Dette er ofte grunden til, at nogle træk bliver så tydelige, at de næsten definerer den pågældende art. Hestens ben er også et vigtigt forsvar: hestens spark er meget ødelæggende. Geviret hos hanhjorte har både en seksuel funktion og en forsvarsmæssig funktion mod rovdyr. Menneskets store hjerne tjener ikke kun til sprog, men også til at tænke og løse problemer. Fuglenes fjer bruges ikke kun til at flyve med; de er grundlaget for dens varmeopbevaring, temperaturregulering og signalering.

Kompromiser og konflikter mellem tilpasninger

Det er en dyb sandhed, at naturen ikke ved bedst, at den genetiske evolution ... er en historie om spild, nødværge, kompromiser og fejltagelser. Peter Medawar.

Tilpasninger er aldrig perfekte. Der er altid afvejninger mellem de forskellige funktioner og strukturer i en krop. Det er organismen som helhed, der lever og reproducerer sig, og derfor er det det samlede sæt af tilpasninger, der bliver givet videre til fremtidige generationer.

Alle tilpasninger har en ulempe: Hesteben er gode til at løbe på græs, men de kan ikke klø sig på ryggen; pattedyrs hår hjælper med at regulere temperaturen, men giver en niche for ektoparasitter. Kompromis og nødløsning er meget udbredt, men ikke perfektion. Udvælgelsespresset trækker i forskellige retninger, og den tilpasning, der bliver resultatet, er en slags kompromis.

Da det er fænotypen som helhed, der er målet for udvælgelsen, er det umuligt at forbedre alle aspekter af fænotypen på samme tid i samme grad. Ernst Mayr. ^p589

Påfugle

Camouflage for at undgå at blive opdaget ødelægges, når de levende farver vises i parringstiden. Her opvejes risikoen for livet af behovet for reproduktion. Påfuglens pynteslør (der vokser på ny i tide til hver parringssæson) er en berømt tilpasning. Det må reducere hans manøvredygtighed og flyveevne og er meget iøjnefaldende; desuden koster dets vækst fødevarekilder.

Darwins forklaring på dens fordel var seksuel udvælgelse: "Det afhænger af den fordel, som visse individer har i forhold til andre individer af samme køn og art, hvad angår reproduktion". Den form for seksuel selektion, som påfuglen repræsenterer, kaldes "parringsvalg", hvilket betyder, at processen vælger de bedst egnede frem for de mindre egnede, og at den derfor har en overlevelsesværdi. I praksis er den blå påfugl Pavo cristatus en ret succesfuld art med et stort naturligt udbredelsesområde i Indien, så det samlede resultat af deres parringssystem er ganske levedygtigt.

Menneskelig fødsel

Størrelsen af den menneskelige fosterhjerne ved fødslen betyder, at et nyfødt barns hjerne er ret umoden. Den nyfødte hjerne kan ikke være større end ca. 400 cm3, da den ellers ikke vil komme igennem moderens bækken. Den størrelse, der er nødvendig for en voksen hjerne, er dog ca. 1400 cm3.

De mest vitale ting i menneskets liv (bevægelse, tale) må vente, mens hjernen vokser og modnes. Det er resultatet af fødselskompromiset. En stor del af problemet stammer fra vores opretstående tobenede stilling, uden hvilken vores bækken kunne være udformet mere hensigtsmæssigt til fødslen. Neandertalerne havde et lignende problem.

Ændring af funktion over tid

En egenskabs funktion kan ændre sig over tid og gør det ofte også. Der er blevet brugt flere termer til at beskrive dette: præadaptation, exaptation og cooption. Præadaptation er den mest almindelige betegnelse, der anvendes, når en allerede eksisterende struktur eller et træk, der er nedarvet fra en forfader, udvikler en anden funktion. Det var det udtryk, der blev brugt af Julian Huxley og Ernst Mayr. Udtrykket 'pre-' betyder ikke, at der er tale om forudseenhed, men blot at tilpasningen allerede var til stede og tjente en ældre funktion. 'Exaptation' var Stephen J. Goulds ord.

Et eksempel på præadaptation er dinosaurerne, som udviklede fjer med funktion som varmeisolering og udstilling længe før de tidlige fugle brugte dem til at flyve med. Svedkirtler hos pattedyr blev senere omdannet til brystkirtler. Et andet eksempel er pattedyrenes øreknogler, som startede i gælledækslerne hos gamle fisk, der derefter blev en del af reptilernes underkæbe og derefter en del af pattedyrenes indre øre. Et andet eksempel er pingvinernes vinger. De blev engang brugt til at flyve med og bruges nu til at "flyve" under vandet.

Ændringer i organers og strukturers funktion er meget almindelige i evolutionen. Mange af tetrapodernes (landhvirveldyr) kendetegn har udviklet sig fra kendetegn med forskellige funktioner hos forfædrenes forfædre, de lappefinnede fisk (Sarcopterygii).

De følgende definitioner skyldes hovedsagelig Theodosius Dobzhansky.

1. Tilpasning er den evolutionære proces, hvorved en organisme bliver bedre i stand til at leve i sit eller sine levesteder.
2. Tilpasning er den tilstand, hvortil en organisme er tilpasset: den grad, i hvilken en organisme er i stand til at leve og formere sig i et givet sæt af levesteder.
3. Et adaptivt træk er et aspekt af organismens udviklingsmønster, som forbedrer sandsynligheden for, at organismen kan overleve og reproducere sig.

• Udvikling
• Adaptiv stråling
• Naturlig udvælgelse
• Fitness
• Artsdannelse
• Mimikry