Adaptatie (biologie)

Aanpassing is het evolutionaire proces waarbij een organisme beter geschikt wordt voor zijn leefomgeving. Dit proces vindt plaats gedurende vele generaties. Het is een van de basisfenomenen van de biologie.

Als mensen spreken over aanpassing, bedoelen ze vaak een 'eigenschap' (een eigenschap) die een dier of plant helpt te overleven. Een voorbeeld is de aanpassing van de tanden van paarden aan het slijpen van gras. Gras is hun gebruikelijke voedsel; het verslijt de tanden, maar de tanden van paarden blijven tijdens het leven groeien. Paarden hebben zich ook aangepast om snel te rennen, wat hen helpt om te ontsnappen aan hun roofdieren, zoals leeuwen. Deze kenmerken zijn het product van het proces van aanpassing.

De illustratie van vogelbekken toont een duidelijk teken van hun verschillende manieren van leven. Echter, het eten van een ander voedsel betekent ook een ander spijsverteringsstelsel, darm, klauwen, vleugels en bovenal een ander erfelijk gedrag. Voor de grote aanpassingen is wat verandert niet één enkele eigenschap, maar een hele groep van kenmerken.

Aanpassing vindt plaats omdat de beter aangepaste dieren de meeste kans hebben om te overleven en zich succesvol te reproduceren. Dit proces staat bekend als natuurlijke selectie; het is de basisoorzaak van evolutionaire verandering.

Vogelbekken als aanpassingen

Bijen en bloemen evolueerden samen, dus hun aanpassingen passen bij elkaar: co-evolutie.

Algemene principes

Aanpassing is in de eerste plaats een proces, in plaats van een fysiek deel van een lichaam.

Aanpassing... kon niet langer worden beschouwd als een statische toestand, een product van een creatief verleden, en werd in plaats daarvan een voortdurend dynamisch proces. Ernst Mayr.

Een inwendige parasiet (zoals een staartvin) is een goed voorbeeld: hij heeft een zeer eenvoudige lichaamsstructuur, maar toch is het organisme sterk aangepast aan zijn specifieke omgeving. Hieruit blijkt dat aanpassing niet alleen een kwestie is van zichtbare eigenschappen: bij dergelijke parasieten vinden kritische aanpassingen plaats in de levenscyclus, die vaak vrij complex is.

In de praktijk wordt echter vaak gesproken over aanpassing van het product: de kenmerken van een soort die het gevolg zijn van het proces. Veel aspecten van een dier of plant zijn correct te noemen aanpassingen, hoewel er altijd enkele kenmerken zijn waarvan de functie twijfelachtig is. Door de term aanpassing te gebruiken voor het evolutionaire proces, en adaptieve eigenschap voor het lichaamsdeel of de functie (het product), kunnen de twee zintuigen van het woord worden onderscheiden.

Adaptatie is een van de twee belangrijkste processen die de verschillende soorten die we in de biologie zien verklaren. Het andere is speciatie (soortsplitsing of cladogenese). Een favoriet voorbeeld dat vandaag de dag gebruikt wordt om het samenspel van adaptatie en speciatie te bestuderen is de evolutie van cichlidenvissen in Afrikaanse meren.

Een organisme moet in alle stadia van zijn ontwikkeling en in alle stadia van zijn evolutie levensvatbaar zijn. Dit legt beperkingen op aan de evolutie van de ontwikkeling, het gedrag en de structuur van de organismen.

Het algemene idee is dat elke genetische en fenotypische verandering tijdens de evolutie relatief klein moet zijn, omdat de ontwikkelingssystemen zo complex en onderling verbonden zijn. Maar polyploïdie in planten is een vrij grote genetische verandering. De oorsprong van de eukaryota door de symbiose van micro-organismen is een meer exotisch voorbeeld.

Ecologische niches

Alle aanpassingen helpen organismen te overleven in hun ecologische niches. Dit impliceert een verhoging van de biologische conditie.

Deze adaptieve eigenschappen kunnen structureel, gedragsmatig of fysiologisch zijn. Structurele aanpassingen zijn fysieke kenmerken van een organisme (vorm, lichaamsbedekking, bewapening; en ook de interne organisatie).

Gedragsaanpassingen bestaan uit geërfde gedragsketens en/of het vermogen om te leren: gedrag kan in detail worden geërfd (instincten), of een neiging tot leren kan worden geërfd (zie neuropsychologie). Voorbeelden: zoeken naar voedsel, seks, vocalisatie.

Fysiologische aanpassingen laten het organisme toe om speciale functies te vervullen (bijvoorbeeld het maken van gif, het afscheiden van slijm, fototropisme); maar ook meer algemene functies zoals groei en ontwikkeling, temperatuurregeling, ionisch evenwicht en andere aspecten van de homeostase. Aanpassing heeft dus invloed op alle aspecten van het leven van een organisme.

Aanpassingen

Belangrijke aanpassingen komen niet alleen. Ze komen in groepen, die samenwerken om het dier of de plant succesvol te maken in zijn specifieke niche of levensstijl.

Spechten

Spechtenaanpassingen zijn een goed voorbeeld van hoe een hele reeks functies nodig zijn voor een succesvolle manier van leven.

De snavel: de punt is beitelachtig en zelfslijpend door het pikken op hout. De vogel gebruikt hem om bij engerlingen onder de schors te komen, om een gat te verbreden om een nest te maken en om zijn territorium aan te geven door te trommelen. Veel van het foerageren, het kweken en het signaleren van het gedrag van spechten gaat gepaard met trommelen en hameren met behulp van de snavel.
Lange kleverige tongen grijpen insectenrobben die onder de schors leven.
De milliseconde voor het contact met hout sluit een verdikt nictiterend membraan, dat het oog beschermt tegen rondvliegend vuil. De neusgaten zijn ook beschermd; ze zijn vaak spleetvormig en hebben speciale veren om ze te bedekken.
Om hersenbeschadiging door de snelle en herhaalde vertragingen te voorkomen, hebben spechten een aantal aanpassingen ontwikkeld die de hersenen beschermen. Deze omvatten

kleine hersenen
de positie van de hersenen verspreidt het contactgebied tussen de hersenen en de schedel
de korte duur van het contact
de ongelijke lengte van de bovenste en onderste delen van hun snavels (de onderste is langer). Dit stuurt de stootkracht naar beneden, weg van de hersenen.
het brein van de specht wordt vastgehouden in een schedel met ongelijke, sponsachtige platen die de schok absorberen.
De spechten hebben een speciaal tongbeen, dat vanaf hun snavel, lussen boven op de schedel reikt om hun hersenen volledig te omringen. Dit werkt om de hersenen op hun plaats te houden. Het is de beweging van de hersenen in de schedel tijdens de inslag, meer dan de klap zelf, die hersenschudding veroorzaakt. Als de hersenen op hun plaats worden gehouden, wordt het risico op letsel sterk verminderd.

Spechten hebben zygodactylvoeten. Deze voeten hebben vier tenen, het eerste en vierde gezicht naar achteren, en het tweede en derde gezicht naar voren. Deze voetopstelling is goed voor het grijpen van de ledematen en stammen van bomen. De leden van deze familie kunnen verticaal op een boomstam lopen. Naast de sterke klauwen en voeten hebben spechten ook korte sterke benen. Dit is typisch voor vogels die op stammen foerageren.
De staarten van spechten zijn verstijfd en wanneer de vogel op verticale vlakken zit, werken de staart en de voeten samen om hem te ondersteunen.
Het hele systeem wordt geholpen door veranderingen in de hersenen, het zenuwstelsel, de spieren en de ligamenten van wat gebruikelijk was in hun voorouders.

De voorouderlijke spechten, die overgingen op het klimmen op boomstammen, hadden een voorouderlijke voet- en staartconstructie. Dit suggereert dat een verandering in gedrag, misschien om bij een betere voedselbron te komen, een van de eerste dingen was die gebeurde in de keten van gebeurtenissen. De manier waarop evolutionaire nieuwigheden beginnen is een belangrijk onderwerp.

Groene specht: let op de snavel, de voeten en de staart.

Zwarte specht

Functies van aanpassingen

Eigenschappen zonder functie

Niet alle kenmerken van een organisme zijn aanpassingen. Het kan nodig zijn veldonderzoek of experimenten uit te voeren om erachter te komen of het een functie heeft in het leven van de soort.

Aanpassingen hebben de neiging om het vroegere leven van een soort te weerspiegelen. Als een soort onlangs zijn levensstijl heeft veranderd, kan een ooit waardevolle aanpassing een afnemend overblijfsel worden. Dieren die in donkere grotten leven, verliezen vaak gedurende een lange periode hun kleuren en gezichtsvermogen.

De redenen hiervoor kunnen variëren. Het verlies aan structuur en functie kan een positieve aanpassing zijn die energie en materialen bespaart. Maar het kan ook gewoon een bijproduct zijn van genen die geselecteerd zijn voor andere functies (pleiotropie). Of de structuur kan worden gekoppeld in de ontwikkeling, en beïnvloed door selectie voor een andere structuur.

Het is een algemene regel dat alle aanpassingen die niet meer nuttig zijn, ofwel rudimentaireorganen worden (zie vermogende bijlage), ofwel kunnen worden geselecteerd en aangepast aan andere functies (zie oorbeentjes).

Aanpassingen met meerdere functies

Veel aanpassingen dienen meer dan één functie. Dit is vaak de reden dat sommige eigenschappen zo opvallend worden dat ze bijna de betreffende soort definiëren. De benen van een paard zijn ook een belangrijke verdediging: de schop van een paard is zeer destructief. Het gewei van mannelijke herten dient een seksuele functie en een verdediging tegen roofdieren. Het grote brein van de mens dient niet alleen voor de taal, maar ook voor het denken en het oplossen van problemen. Vogelveren worden niet alleen gebruikt om te vliegen; ze vormen de basis voor het behoud van de warmte, de temperatuurregeling en de signalering...

Compromis en conflict tussen aanpassingen

Het is een diepe waarheid dat de natuur niet het beste weet; dat de genetische evolutie... een verhaal is van verspilling, provisorisch, compromis en blunder. Peter Medawar.

Aanpassingen zijn nooit perfect. Er zijn altijd compromissen tussen de verschillende functies en structuren in een lichaam. Het is het organisme als geheel dat leeft en zich voortplant, daarom is het de complete set van aanpassingen die wordt doorgegeven aan toekomstige generaties.

Alle aanpassingen hebben een keerzijde: paardenbenen zijn geweldig voor het rennen op gras, maar ze kunnen hun rug niet krabben; het haar van zoogdieren helpt bij de temperatuurregeling, maar biedt een niche voor ectoparasieten. Compromis en make-shift komen op grote schaal voor, niet perfectie. Selectiedruk trekt in verschillende richtingen, en de aanpassing die daaruit voortvloeit is een soort compromis.

Aangezien het fenotype als geheel het doel is van de selectie, is het onmogelijk om alle aspecten van het fenotype tegelijkertijd in dezelfde mate te verbeteren. Ernst Mayr. ^p589

Peacocks

Camouflage om detectie te voorkomen wordt vernietigd wanneer levendige kleuren worden weergegeven tijdens de paringstijd. Hier wordt het risico voor het leven gecompenseerd door de noodzaak tot voortplanting. De siertrein van de pauw (die voor elk paringsseizoen opnieuw wordt gekweekt) is een beroemde aanpassing. Hij moet zijn wendbaarheid en vlucht verminderen en is enorm opvallend; bovendien kost zijn groei voedsel.

Darwin's uitleg over het voordeel ervan was in termen van seksuele selectie: "het hangt af van het voordeel dat bepaalde individuen hebben ten opzichte van andere individuen van hetzelfde geslacht en dezelfde soort, met betrekking tot de voortplanting". Het soort seksuele selectie dat door de pauw wordt vertegenwoordigd wordt 'partnerkeuze' genoemd, wat betekent dat het proces de meer fitte over de minder fitte selecteert, en dus overlevingswaarde heeft. In de praktijk is de blauwe pauw Pavo cristatus een vrij succesvolle soort, met een groot natuurlijk verspreidingsgebied in India, dus het algemene resultaat van hun paringssysteem is vrij levensvatbaar.

Menselijke geboorte

De grootte van de menselijke foetale hersenen bij de geboorte betekent dat de hersenen van een pasgeboren kind vrij onvolwassen zijn. Het brein van de pasgeborene kan niet groter zijn dan ongeveer 400 cc, anders komt het niet door het bekken van de moeder. Toch is de grootte die nodig is voor een volwassen brein ongeveer 1400 cc.

De meest vitale dingen in het menselijk leven (motoriek, spraak) moeten gewoon wachten terwijl de hersenen groeien en rijpen. Dat is het resultaat van het geboortecompromis. Een groot deel van het probleem komt voort uit onze rechtopstaande tweepedige houding, zonder welke ons bekken beter gevormd zou kunnen worden voor de geboorte. Neanderthalers hadden een soortgelijk probleem.

Verandering van functie in de loop van de tijd

De functie van een eigenschap kan in de loop van de tijd veranderen, en dat gebeurt ook vaak. Er zijn verschillende termen gebruikt om dit te beschrijven: preadaptatie, exaptatie, cooption. Preadaptatie is de meest voorkomende term die gebruikt wordt wanneer een bestaande structuur of eigenschap die van een voorouder is geërfd een andere functie ontwikkelt. Het was de term die werd gebruikt door Julian Huxley en Ernst Mayr. De term 'pre-' betekent niet dat er sprake is van een vooruitziende blik, het betekent alleen dat de aanpassing al beschikbaar was, in dienst van een of andere oudere functie. De 'aanpassing' was het woord van Stephen J. Gould.

Een voorbeeld van preadaptatie is bij dinosaurussen, die veren hebben ontwikkeld met de functie van thermo-isolatie en vertonen lang voordat ze werden gebruikt voor de vlucht door de vroege vogels. Zweetklieren bij zoogdieren werden later omgezet in borstklieren. Een ander voorbeeld is de lange reis van de zoogdieroorbeentjes, die begon in de kieuwdeksels van oude vissen, vervolgens deel uitmaakte van de onderkaak van reptielen, en vervolgens deel uitmaakte van het binnenoor van zoogdieren. Een ander voorbeeld zijn de vleugels van pinguïns. Ooit gebruikt om te vliegen, worden ze nu gebruikt om onder water te 'vliegen'.

Verandering van functie in organen en structuren is zeer gebruikelijk in de evolutie. Veel van de kenmerken van tetrapoden (gewervelde landdieren) zijn geëvolueerd van kenmerken met verschillende functies in de voorouderlijke kwabvinnigen (Sarcopterygii).

De trein van een Indiase pauw in volle gang...

Definities

De volgende definities zijn vooral te danken aan Theodosius Dobzhansky.

Adaptatie is het evolutionaire proces waarbij een organisme beter in staat is om te leven in zijn habitat of habitats.
Aangepastheid is de staat van aanpassing: de mate waarin een organisme in staat is te leven en zich voort te planten in een bepaalde set van habitats.
Een adaptieve eigenschap is een aspect van het ontwikkelingspatroon van het organisme dat de overlevings- en voortplantingskansen van dat organisme verbetert.

Gerelateerde pagina's

Vragen en antwoorden

V: Wat is aanpassing?

A: Aanpassing is het evolutionaire proces waarbij een organisme zich gedurende vele generaties beter aanpast aan zijn habitat.

V: Wat bedoelen mensen met aanpassing?

A: Men bedoelt vaak een "kenmerk" of eigenschap die een dier of plant helpt te overleven.

V: Kunt u een voorbeeld geven van aanpassing bij paarden?

A: Ja, een voorbeeld is de aanpassing van de tanden van paarden aan het malen van gras. Gras is hun gebruikelijke voedsel; het verslijt de tanden, maar de tanden van paarden blijven groeien tijdens hun leven. Bovendien hebben paarden zich aangepast om snel te lopen, waardoor ze kunnen ontsnappen aan roofdieren zoals leeuwen.

V: Zijn veranderingen in één eigenschap het enige resultaat van aanpassing?

A: Nee, bij grote aanpassingen treden veranderingen op in een hele groep kenmerken, zoals het spijsverteringsstelsel, de darmen, de klauwen, de vleugels en het gedrag.

V: Wat is de reden dat aanpassing bij dieren plaatsvindt?

A: Aanpassing vindt plaats omdat beter aangepaste dieren de meeste kans hebben om te overleven en zich succesvol voort te planten, wat natuurlijke selectie wordt genoemd.

V: Wat is natuurlijke selectie?

A: Natuurlijke selectie is de basisoorzaak van evolutionaire verandering, waarbij beter aangepaste dieren meer kans hebben om te overleven en zich voort te planten.

V: Wat laat een illustratie van vogelsnavels zien?

A: Een illustratie van vogelsnavels toont een duidelijk teken van hun verschillende levenswijze, maar wijst ook op verschillen in hun spijsverteringsstelsel, darmen, klauwen, vleugels en erfelijk gedrag als gevolg van hun aanpassing aan verschillende voedselbronnen.