التكيف البيولوجي: الخصائص والأنواع والأمثلة
التكيف البيولوجي هو سمة مميزة في كائن حي يزيد من قدرته على البقاء والتكاثر ، فيما يتعلق بأصحابه الذين لا يمتلكون هذه الصفة. العملية الوحيدة التي تؤدي إلى ظهور التعديلات هي الانتقاء الطبيعي.
إذا توقفنا عن مراقبة الأنساب المختلفة للكائنات الحية ، فسنجد أنها مليئة بسلسلة من التعديلات المعقدة. من تقليد الفراشات إلى البنية المعقدة لأجنحتها التي تسمح بالهروب.
ليس كل الخصائص أو السمات التي نلاحظها في بعض الكائنات الحية يمكن أن توصف على الفور بأنها تكيفات. قد تكون بعضها عواقب كيميائية أو فيزيائية ، وقد تكون سمات تنتج عن الانجراف الجيني أو حدث يسمى التنزه الجيني .
يمكن دراسة خصائص الكائنات الحية من خلال تطبيق المنهج العلمي للتحقق مما إذا كانت بالفعل تكيفات وما هي وظيفتها الأولية.
للقيام بذلك ، يجب اقتراح واختبار الفرضيات حول الاستخدام المحتمل مع تصميم تجريبي مناسب - إما عن طريق التلاعب بالفرد أو عن طريق الملاحظة البسيطة.
على الرغم من أن التعديلات تبدو مثالية عدة مرات وحتى "مصممة" ، فهي ليست كذلك. لم تكن التكيفات نتيجة لعملية واعية حيث أن التطور ليس له نهاية ولا هدف ، كما أنه لا يسعى إلى تحسين الكائنات الحية.
ملامح
التكيف هو سمة تزيد من اللياقة البدنية للفرد. في علم الأحياء التطوري ، يشير مصطلح اللياقة أو الملاءمة البيولوجية إلى قدرة الكائن الحي على ترك ذرية. إذا ترك شخص معين ذرية أكثر من شريك ، فيقال إنه يتمتع بلياقة أكبر .
الفرد ذو اللياقة الأكبر ليس الأقوى ولا الأسرع ولا الأعظم. هو الذي نجا ، ويجد رفيقة ويتكاثر.
عادة ما يضيف بعض المؤلفين عناصر أخرى في تعريفاتهم للتكيف. إذا أخذنا تاريخ السلالة في الاعتبار ، فيمكننا تعريف التكيف باعتباره شخصية مشتقة تطورت استجابة لعامل انتقائي معين. يقارن هذا التعريف بين تأثيرات الشخصية في لياقة متغير معين.
نوع
يمكن أن تظهر التكيفات على مستويات مختلفة. يمكننا أن نظهر التعديلات المورفولوجية والتشريحية مثل الأسنان التي تسمح لنا باستهلاك أنواع معينة من الطعام أو الهياكل المصممة للتشغيل والوصول بسرعة إلى فرائسها أو الفرار من الحيوانات المفترسة.
يمكن أن تكون التعديلات أيضًا فسيولوجية ، سواء على مستوى الخلايا أو العمليات الكيميائية الحيوية التي تحدث داخل الكائن الحي.
على سبيل المثال ، تحتوي بعض الأسماك التي تعيش في الماء حيث تكون درجات الحرارة شديدة البرودة على بروتينات مضادة للتجمد تسمح لها بالسباحة في المياه الجليدية دون تجميد.
بنفس الطريقة ، يمكن أن تكون التعديلات سلوكية أو أخلاقية. بعض السلوكيات في الحيوانات تفضل بقاؤها وتكاثرها.
في الزواحف ، يتم إعطاء قدرة التنظيم الحراري مع الحركة نحو المناطق الساخنة أو الباردة ، وهذا يتوقف على احتياجات الفرد. مثال آخر هو السلوك الطفيلي لبعض الطيور لوضع بيضها في أعشاش الأنواع الأخرى ، لتجنب عملية التكاثر.
هل جميع ميزات التكيفات؟
عند ملاحظة أي كائن حي ، سنلاحظ أنه مليء بالخصائص التي تحتاج إلى شرح. فكر في طائر: تلوين الريش ، والأغنية ، وشكل الساقين والمنقار ، والرقصات المعقدة للمغازل ، هل يمكننا اعتبارهم جميعًا كخصائص تكيفية؟
لا. رغم أنه صحيح أن العالم الطبيعي مليء بالتكيفات ، لا ينبغي لنا أن نستنتج على الفور أن الميزة التي نلاحظها هي واحدة منها. قد تكون هناك سمة موجودة للأسباب التالية:
يمكن أن تكون نتيجة كيميائية أو فيزيائية
العديد من السمات هي ببساطة عواقب حدث كيميائي أو مادي. لون الدم أحمر في الثدييات ولا أحد يعتقد أن اللون الأحمر في حد ذاته هو التكيف.
الدم أحمر بسبب تركيبته: تخزن خلايا الدم الحمراء بروتينًا مسؤولًا عن نقل الأكسجين يسمى الهيموغلوبين - والذي يسبب اللون المميز للسائل المذكور.
قد يكون نتيجة لانجراف الجينات
الانجراف هو عملية عشوائية تنتج تغييرات في ترددات الأليل ، وتؤدي إلى تثبيت أو إزالة بعض الأليلات بشكل عشوائي. هذه الخصائص لا تمنح أي ميزة ولا تزيد من اللياقة البدنية للفرد.
لنفترض أن لدينا مجموعة من الدببة البيضاء والدببة السوداء من نفس النوع. في مرحلة ما ، يعاني مجتمع الدراسة من انخفاض في عدد الكائنات الحية بسبب كارثة بيئية ويموت معظم الأفراد البيض بالصدفة البحتة.
مع مرور الوقت ، هناك احتمال كبير أن يتم إصلاح الأليل الذي يرمز إلى المعطف الأسود ، ويتكون جميع السكان من أفراد سود.
ومع ذلك ، فهو ليس تكيفًا لأنه لا يمنح أي ميزة للفرد الذي يملكه. لاحظ أن عمليات الانجراف الجيني لا تؤدي إلى تكوين تكيفات ، وهذا يحدث فقط من خلال آلية الانتقاء الطبيعي.
يمكن أن يرتبط مع ميزة أخرى
جيناتنا جنبًا إلى جنب ويمكن دمجها بطرق مختلفة في عملية تسمى إعادة التركيب. في بعض الحالات ، ترتبط الجينات وترث معًا.
لتوضيح هذا الموقف ، سوف نستخدم حالة افتراضية: ترتبط الجينات التي ترمز للعيون الزرقاء بجينات الشعر الأشقر. إنها منطقية تبسيط ، وربما هناك عوامل أخرى مرتبطة بتلوين الهياكل ، ومع ذلك نستخدمها كمثال تعليمي.
دعونا نفترض أن الشعر الأشقر لكائننا الافتراضي يعطيها بعض المزايا: التمويه ، الحماية من الإشعاع ، ضد البرد ، إلخ. الأفراد ذو الشعر الأشقر سيكون لديهم أطفال أكثر من أقرانهم الذين لا يمتلكون هذه الخاصية.
سيكون للذرية ، بالإضافة إلى الشعر الأشقر ، عيون زرقاء لأن الجينات مرتبطة. على مر الأجيال ، يمكننا أن نرى أن العيون الزرقاء تزداد في التردد رغم أنها لا تمنح أي ميزة تكيفية. تُعرف هذه الظاهرة في الأدب باسم " التنزه الوراثي ".
قد يكون نتيجة للتاريخ phylogenetic
قد تكون بعض الشخصيات نتيجة للتاريخ التطوري. تساهم خيوط الجمجمة في الثدييات وتسهل عملية الولادة ، وتكون قادرة على تفسيرها على أنها تكيف لها. ومع ذلك ، يتم تمثيل السمة في سلالات أخرى وهي سمة أسلاف.
ما قبل التكيفات والتأقلم
على مر السنين ، أثرى علماء الأحياء التطورية المصطلحات المتعلقة بخصائص الكائن الحي ، بما في ذلك المفاهيم الجديدة مثل "التلاؤم المسبق" و "التكيُّف".
وفقًا لـ Futuyma (2005) ، فإن التهيئة المسبقة هي "ميزة تخدم بحسن الحظ وظيفة جديدة".
على سبيل المثال ، ربما تم اختيار القمم القوية لبعض الطيور لاستهلاك نوع معين من الطعام. ولكن في الحالات المناسبة ، يمكن أن يكون هذا الهيكل بمثابة تكيف لمهاجمة الأغنام. هذا التغيير المفاجئ في الوظيفة هو preadaptation.
في عام 1982 ، قدم جولد وفربا مفهوم "التبخر" لوصف التكييف المسبق الذي تم اختياره للاستخدام الجديد.
على سبيل المثال ، لم يتم تشكيل ريش طيور السباحة عن طريق الانتقاء الطبيعي تحت الضغط الانتقائي للسباحة ، ولكن من حسن الحظ أنها خدمت له.
كقياس لهذه العملية ، لدينا أنفنا ، على الرغم من أنه قد تم اختياره لأنه أضاف بعض المزايا في عملية التنفس ، والآن نستخدمها لعقد عدساتنا.
المثال الأكثر شهرة في التوبة هو إبهام الباندا. تتغذى هذه الأنواع على وجه التحديد على الخيزران وللتلاعب بها ، فإنها تستخدم "الإبهام السادس" المستمد من نمو الهياكل الأخرى.
أمثلة على التعديلات
الرحلة في الفقاريات
الطيور والخفافيش والبتروصورات المنقرضة بالفعل المكتسبة بطريقة متقاربة وسائل تنقلها: الرحلة. يبدو أن العديد من الجوانب في التشكل وعلم وظائف الأعضاء في هذه الحيوانات هي التعديلات التي تزيد أو تفضل القدرة على الطيران.
تقدم العظام تجاويف تحولها إلى هياكل خفيفة ، ولكنها مقاومة. يُعرف هذا التشكل باسم العظام المموهة. في سلالات الطيران الحالية - الطيور والخفافيش - يحتوي الجهاز الهضمي أيضًا على بعض الخصائص المميزة.
الأمعاء أقصر بكثير ، مقارنة بالحيوانات غير الطائرة من نفس الحجم ، وربما لتقليل الوزن أثناء الرحلة. وبالتالي ، فإن الانخفاض في سطح امتصاص المواد الغذائية حدد زيادة في مسارات امتصاص الخلوية.
التكيفات في الطيور تصل إلى المستويات الجزيئية. لقد تم اقتراح أن حجم الجينوم تم تخفيضه كتكيف للطيران ، مما يقلل من تكاليف التمثيل الغذائي المرتبطة بوجود جينوم كبير ، وبالتالي خلايا كبيرة.
تحديد الموقع بالصدى في الخفافيش
في الخفافيش ، هناك تكيف خاص يسمح لهم بتوجيه أنفسهم مكانيًا أثناء التحرك: تحديد الموقع بالصدى.
يتكون هذا النظام من انبعاث الأصوات (البشر ليسوا قادرين على إدراكها) التي ترتد الأشياء وتكون الخفافيش قادرة على إدراكها وترجمتها. وبالمثل ، فإن التشكل من آذان بعض الأنواع يعتبر التكيف لتكون قادرة على استقبال الموجات على نحو فعال.
عنق طويل من الزرافات
لا أحد يشك في أن الزرافات لها شكل غير طبيعي: رقبة ممدودة بها رأس صغير وأرجل طويلة تدعم وزنها. يعيق هذا التصميم الأنشطة المختلفة لحياة الحيوان ، مثل أخذ المياه من البركة.
لقد كان تفسير العنق الطويل لهذه الأنواع الإفريقية مثالاً مفضلاً لعلماء الأحياء التطوريين. قبل تصور تشارلز داروين لنظرية الانتقاء الطبيعي ، كان عالم الطبيعة الفرنسي جان بابتيست لامارك قد أدار بالفعل مفهومًا - وإن كان مخطئًا - للتغيرات البيولوجية والتطور.
بالنسبة لـ Lamarck ، تم تمديد رقبة الزرافات لأن هذه الحيوانات امتدت باستمرار للوصول إلى براعم السنط. هذا الإجراء سيؤدي إلى تغيير وراثي.
في ضوء البيولوجيا التطورية الحديثة ، يُعتبر أن استخدام الحروف والتخلص منها ليس لهما أي تأثير على النسل. كان يجب أن ينشأ تكيف العنق الطويل لأن الأفراد الذين حملوا طفرات لهذه الخاصية تركوا ذرية أكثر من رفاقهم ذوي رقاب أقصر.
بشكل حدسي ، يمكننا أن نفترض أن العنق الطويل يساعد الزرافات في الحصول على الطعام. ومع ذلك ، عادة ما تسعى هذه الحيوانات طعامها في شجيرات منخفضة.
إذن ، ما فائدة رقاب الزرافات؟
في عام 1996 ، درس الباحثون سيمونز و Scheepers العلاقات الاجتماعية لهذه المجموعة ودحضوا تفسير كيف حصلت الزرافات على أعناقهم.
بالنسبة لهؤلاء البيولوجيين ، تطورت الرقبة ك "سلاح" يستخدمه الذكور في القتال للحصول على الإناث ، وليس للحصول على الطعام في المناطق المرتفعة. حقائق مختلفة تدعم هذه الفرضية: أعناق الذكور أطول وأثقل بكثير من تلك الإناث.
يمكننا أن نستنتج أنه على الرغم من أن للتكيف معنى واضح على ما يبدو ، يجب علينا أن نشكك في التفسيرات ونختبر جميع الفرضيات الممكنة باستخدام الطريقة العلمية.
الاختلافات مع التطور
كلا المفهومين والتطور والتكيف ليسا متناقضين. يمكن أن يحدث التطور من خلال آلية الانتقاء الطبيعي وهذا يولد التعديلات. من الضروري التأكيد على أن الآلية الوحيدة التي تنتج التعديلات هي الانتقاء الطبيعي.
هناك عملية أخرى ، تسمى الانجراف الجيني (المذكورة في القسم السابق) ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تطور السكان ولكن لا ينتج عنها تكيفات.
الارتباكات حول التعديلات
على الرغم من أن التعديلات تبدو وكأنها خصائص مصممة تمامًا لاستخدامها ، فإن التطور ، وبالتالي مفهوم التعديلات ، ليس له هدف أو هدف واعي. كما أنها ليست مرادفة للتقدم.
مثلما لا تهدف عملية التآكل إلى إنشاء جبال جميلة ، فإن التطور لا يهدف إلى إنشاء كائنات حية تتكيف تمامًا مع بيئتها.
لا تسعى الكائنات الحية للتطور ، لذا فإن الانتقاء الطبيعي لا يعطي الفرد ما يحتاج إليه. على سبيل المثال ، تخيل سلسلة من الأرانب التي ، بسبب التغيرات البيئية ، يجب أن تتحمل الصقيع القوي. حاجة الحيوانات لطبقة وفيرة لن تجعلها تظهر وتنتشر بين السكان.
في المقابل ، يمكن لبعض الطفرات العشوائية في المادة الوراثية للأرنب أن تولد معطفًا أكثر وفرة ، مما يجعل الحامل لديه أطفال أكثر. ربما يرث هؤلاء الأطفال فرو والدهم. وبالتالي ، قد يزيد الفراء الوفير من تواتره في عدد الأرانب ولم يكن الأرنب في أي وقت يعرفه.
بالإضافة إلى ذلك ، لا ينتج التحديد هياكل مثالية. يجب أن تكون فقط "جيدة بما فيه الكفاية" لتكون قادرة على الانتقال إلى الجيل القادم.
