Anpassung

Anpassung ist der evolutionäre Prozess, bei dem sich ein Organismus besser an seinen Lebensraum anpasst. Dieser Prozess vollzieht sich über viele Generationen. Er ist eines der grundlegenden Phänomene der Biologie.

Wenn Menschen von Anpassung sprechen, meinen sie oft ein "Merkmal" (eine Eigenschaft), das einem Tier oder einer Pflanze beim Überleben hilft. Ein Beispiel ist die Anpassung der Zähne von Pferden an das Mahlen von Gras. Gras ist ihre übliche Nahrung; es zermürbt die Zähne, aber die Zähne der Pferde wachsen im Laufe des Lebens weiter. Pferde haben sich auch daran gewöhnt, schnell zu laufen, was ihnen hilft, ihren Raubtieren, wie zum Beispiel Löwen, zu entkommen. Diese Eigenschaften sind das Ergebnis des Anpassungsprozesses.

Die Abbildung von Vogelschnäbeln zeigt ein offensichtliches Zeichen ihrer unterschiedlichen Lebensweise. Eine andere Nahrung zu essen bedeutet aber auch ein anderes Verdauungssystem, einen anderen Darm, andere Krallen, andere Flügel und vor allem ein anderes ererbtes Verhalten. Bei den großen Anpassungen verändert sich nicht ein einzelnes Merkmal, sondern eine ganze Gruppe von Merkmalen.

Anpassung erfolgt, weil die am besten angepassten Tiere am ehesten überleben und sich erfolgreich fortpflanzen können. Dieser Prozess wird als natürliche Auslese bezeichnet; er ist die grundlegende Ursache für evolutionäre Veränderungen.

Bienen und Blumen entwickelten sich gemeinsam, so dass ihre Anpassungen zueinander passen: Ko-Evolution.
Bienen und Blumen entwickelten sich gemeinsam, so dass ihre Anpassungen zueinander passen: Ko-Evolution.

Vogelschnäbel als Anpassungen
Vogelschnäbel als Anpassungen

Allgemeine Grundsätze

Anpassung ist in erster Linie ein Prozess und nicht ein physischer Teil eines Körpers.

Anpassung... konnte nicht länger als statischer Zustand, als Produkt einer kreativen Vergangenheit betrachtet werden, sondern wurde stattdessen zu einem kontinuierlichen dynamischen Prozess. Ernst Mayr.

Ein innerer Parasit (wie z.B. ein Egel) ist ein gutes Beispiel: Er hat eine sehr einfache Körperstruktur, aber dennoch ist der Organismus in hohem Maße an seine besondere Umgebung angepasst. Daran sehen wir, dass die Anpassung nicht nur eine Frage der sichtbaren Merkmale ist: Bei solchen Parasiten finden kritische Anpassungen im Lebenszyklus statt, der oft recht komplex ist.

In der Praxis wird der Begriff Anpassung jedoch oft für das Produkt verwendet: die Merkmale einer Art, die sich aus dem Prozess ergeben. Viele Aspekte eines Tieres oder einer Pflanze können korrekterweise als Anpassungen bezeichnet werden, obwohl es immer einige Merkmale gibt, deren Funktion in Zweifel steht. Durch die Verwendung des Begriffs Anpassung für den evolutionären Prozess und adaptives Merkmal für den Körperteil oder die Funktion (das Produkt) können die beiden Sinne des Wortes unterschieden werden.

Die Anpassung ist einer der beiden Hauptprozesse, die die Vielfalt der Arten erklären, die wir in der Biologie sehen. Der andere ist die Speziation (Artenspaltung oder Cladogenese). Ein beliebtes Beispiel, das heute zur Untersuchung des Zusammenspiels von Anpassung und Speziation verwendet wird, ist die Evolution der Buntbarsche in afrikanischen Seen.

Ein Organismus muss in allen Phasen seiner Entwicklung und in allen Stadien seiner Evolution lebensfähig sein. Dies setzt der Evolution von Entwicklung, Verhalten und Struktur der Organismen Grenzen.

Die allgemeine Idee ist, dass jede genetische und phänotypische Veränderung während der Evolution relativ klein sein sollte, da die Entwicklungssysteme so komplex und miteinander verbunden sind. Aber Polyploidie bei Pflanzen ist eine ziemlich häufige große genetische Veränderung. Die Entstehung der Eukaryota durch die Symbiose von Mikroorganismen ist ein exotischeres Beispiel.

Definitionen

Die folgenden Definitionen gehen hauptsächlich auf Theodosius Dobzhansky zurück.

  1. Anpassung ist der evolutionäre Prozess, durch den ein Organismus besser in der Lage ist, in seinem Lebensraum oder seinen Lebensräumen zu leben.
  2. Anpassungsfähigkeit ist der Zustand der Anpassung: der Grad, in dem ein Organismus in der Lage ist, in einer bestimmten Gruppe von Lebensräumen zu leben und sich fortzupflanzen.
  3. Ein adaptives Merkmal ist ein Aspekt des Entwicklungsmusters des Organismus, der die Wahrscheinlichkeit verbessert, dass dieser Organismus überlebt und sich fortpflanzt.

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Funktionen der Anpassungen

Eigenschaften ohne Funktion

Nicht alle Merkmale eines Organismus sind Anpassungen. Es kann Felduntersuchungen oder Experimente erfordern, um herauszufinden, ob er eine Funktion im Leben der Art hat.

Anpassungen spiegeln in der Regel das frühere Leben einer Art wider. Wenn eine Spezies kürzlich ihren Lebensstil geändert hat, kann eine einst wertvolle Anpassung zu einem schwindenden Überbleibsel werden. Tiere, die in dunklen Höhlen leben, verlieren oft über einen langen Zeitraum ihre Farben und ihr Augenlicht.

Die Gründe dafür können unterschiedlich sein. Der Verlust von Struktur und Funktion kann eine positive Anpassung sein, die Energie und Material spart. Er kann aber auch einfach ein Nebenprodukt von Genen sein, die für andere Funktionen ausgewählt wurden (Pleiotropie). Oder die Struktur kann in der Entwicklung verknüpft sein und durch die Auswahl für eine andere Struktur beeinflusst werden.

Es gilt die allgemeine Regel, dass Anpassungen, die nicht mehr nützlich sind, entweder zu rudimentärenOrganen werden (s. vermiformer Anhang) oder ausgewählt und an andere Funktionen angepasst werden können (s. Gehörknöchelchen).

Anpassungen mit mehreren Funktionen

Viele Anpassungen dienen mehr als einer Funktion. Dies ist oft der Grund dafür, dass einige Merkmale so auffällig werden, dass sie fast die betreffende Art definieren. Die Beine eines Pferdes sind auch eine Hauptverteidigung: Der Tritt eines Pferdes ist sehr zerstörerisch. Das Geweih von männlichen Hirschen dient sowohl einer sexuellen Funktion als auch der Abwehr von Raubtieren. Das grosse Gehirn des Menschen dient nicht nur der Sprache, sondern auch dem Denken und der Problemlösung. Vogelfedern dienen nicht nur zum Fliegen; sie sind die Grundlage für seine Wärmeerhaltung, Temperaturregulierung und Signalgebung.

Kompromiss und Konflikt zwischen Anpassungen

Es ist eine tiefe Wahrheit, dass die Natur es nicht am besten weiß; dass die genetische Evolution... eine Geschichte von Verschwendung, Behelfslösungen, Kompromissen und Fehlern ist. Peter Medawar.

Anpassungen sind nie perfekt. Es gibt immer Kompromisse zwischen den verschiedenen Funktionen und Strukturen in einem Körper. Es ist der Organismus als Ganzes, der lebt und sich fortpflanzt, daher ist es die Gesamtheit der Anpassungen, die an künftige Generationen weitergegeben wird.

Alle Anpassungen haben eine Kehrseite: Pferdebeine eignen sich hervorragend zum Laufen auf Gras, aber sie können sich nicht am Rücken kratzen; Säugetierhaare helfen bei der Temperaturregulierung, bieten aber eine Nische für Ektoparasiten. Kompromisse und Provisorien sind weit verbreitet, nicht Perfektion. Der Selektionsdruck zieht in verschiedene Richtungen, und die daraus resultierende Anpassung ist eine Art Kompromiss.

Da der Phänotyp als Ganzes das Ziel der Selektion ist, ist es unmöglich, alle Aspekte des Phänotyps gleichzeitig in gleichem Maße zu verbessern. Ernst Mayr. p589

Pfauen

Die Tarnung zur Vermeidung der Entdeckung wird zerstört, wenn zur Paarungszeit lebhafte Farben angezeigt werden. Hier wird die Gefahr für das Leben durch die Notwendigkeit der Fortpflanzung ausgeglichen. Eine berühmte Adaption ist der Zierzug des Pfaus (der zu jeder Paarungszeit neu gezüchtet wird). Er muss seine Manövrierfähigkeit und seinen Flug einschränken und ist enorm auffällig; zudem kostet sein Wachstum Nahrungsressourcen.

Darwins Erklärung für seinen Vorteil bezog sich auf die sexuelle Selektion: "Sie hängt von dem Vorteil ab, den bestimmte Individuen gegenüber anderen Individuen desselben Geschlechts und derselben Art in Bezug auf die Fortpflanzung haben". Die Art der sexuellen Selektion, die der Pfau repräsentiert, wird als "Partnerwahl" bezeichnet, d.h. der Prozess wählt die passenderen gegenüber den weniger passenden aus und hat somit Überlebenswert. In der Praxis ist der Blaue Pfau Pavo cristatus eine ziemlich erfolgreiche Art mit einem großen natürlichen Verbreitungsgebiet in Indien, so dass das Gesamtergebnis ihres Paarungssystems recht brauchbar ist.

Menschliche Geburt

Die Größe des menschlichen fötalen Gehirns bei der Geburt bedeutet, dass das Gehirn eines neugeborenen Kindes ziemlich unreif ist. Das Gehirn des Neugeborenen darf nicht grösser als etwa 400 cm³ sein, sonst gelangt es nicht durch das Becken der Mutter. Die für ein erwachsenes Gehirn erforderliche Größe beträgt jedoch etwa 1400 cm³.

Die lebenswichtigsten Dinge im menschlichen Leben (Fortbewegung, Sprache) müssen einfach warten, während das Gehirn wächst und reift. Das ist das Ergebnis des Geburtskompromisses. Ein Grossteil des Problems kommt von unserer aufrechten zweibeinigen Haltung, ohne die unser Becken für die Geburt geeigneter geformt werden könnte. Die Neandertaler hatten ein ähnliches Problem.

Änderung der Funktion im Laufe der Zeit

Die Funktion eines Merkmals kann sich im Laufe der Zeit ändern und tut dies oft auch. Es wurden mehrere Begriffe verwendet, um dies zu beschreiben: Präadaptation, Exaptation, Kooption. 'Voranpassung' ist der gebräuchlichste Begriff, der verwendet wird, wenn eine bereits vorhandene Struktur oder ein von einem Vorfahren geerbtes Merkmal eine andere Funktion entwickelt. Es war der von Julian Huxley und Ernst Mayr verwendete Begriff. Der Begriff "vor" bedeutet keine Vorausschau, er bedeutet nur, dass die Anpassung bereits vorhanden war und einer älteren Funktion diente. Der Begriff "Exaptation" war das Wort von Stephen J. Gould.

Ein Beispiel für die Voradaptation ist bei Dinosauriern, die Federn mit der Funktion der Wärmedämmung und des Displays entwickelten, lange bevor sie von den frühen Vögeln zum Flug verwendet wurden. Bei Säugetieren wurden die Schweißdrüsen später in Säugetierdrüsen umgewandelt. Ein weiteres Beispiel ist die lange Reise der Gehörknöchelchen von Säugetieren, die in den Kiemendeckeln alter Fische begannen, dann Teil des Unterkiefers von Reptilien wurden und dann Teil des Innenohrs von Säugetieren wurden. Ein weiteres Beispiel sind die Flügel von Pinguinen. Einst zum Fliegen verwendet, werden sie heute zum "Fliegen" unter Wasser eingesetzt.

Funktionsänderungen in Organen und Strukturen sind in der Evolution extrem häufig. Viele der Merkmale der Tetrapoden (Land-Wirbeltiere) entwickelten sich aus Merkmalen mit unterschiedlichen Funktionen bei den Fischen (Sarcopterygii) der Vorfahren mit Lappenflossen.

Der Zug eines indischen Pfaus in voller Aktion
Der Zug eines indischen Pfaus in voller Aktion

Anpassungsklagen

Wichtige Anpassungen kommen nicht von allein. Sie kommen in Gruppen, die gemeinsam daran arbeiten, dass das Tier oder die Pflanze in seiner/ihrer jeweiligen Nische oder Lebensweise erfolgreich ist.

Spechte

Spechtanpassungen sind ein gutes Beispiel dafür, dass eine ganze Reihe von Merkmalen für eine erfolgreiche Lebensweise erforderlich sind.

  1. Der Schnabel: seine Spitze ist meißelähnlich und durch das Aufhacken auf Holz selbstschärfend. Der Vogel benutzt ihn, um an Maden unter der Rinde zu gelangen, ein Loch zum Bau eines Nestes zu erweitern und sein Revier durch Trommeln zu signalisieren. Viele der Jagd-, Brut- und Signalverhaltensweisen der Spechte beinhalten das Trommeln und Hämmern mit dem Schnabel.
  2. Lange klebrige Zungen greifen nach Insektenlarven, die unter der Rinde leben.
  3. In der Millisekunde vor dem Kontakt mit Holz schließt sich eine verdickte Nickhaut, die das Auge vor umherfliegenden Trümmern schützt. Auch die Nasenlöcher sind geschützt; sie sind oft schlitzförmig geschlitzt und mit speziellen Federn versehen, die sie bedecken.
  4. Um Hirnschäden durch die schnellen und wiederholten Verlangsamungen zu verhindern, haben die Spechte eine Reihe von Anpassungen entwickelt, die das Gehirn schützen. Dazu gehören
    1. kleine Gehirngröße
    2. die Position des Gehirns breitet das Kontaktgebiet zwischen Gehirn und Schädel aus
    3. die kurze Dauer des Kontakts
    4. die ungleiche Länge des oberen und unteren Teils ihres Schnabels (der untere ist länger). Dies lenkt die Stoßkraft nach unten, weg vom Gehirn.
    5. Das Gehirn des Spechtes wird in einem Schädel mit unebenen, schwammartigen Platten gehalten, die Stöße absorbieren.
    6. Spechte haben ein spezielles Zungenbein, das vom Schnabel über die Schädeldecke reicht und das Gehirn vollständig umschließt. Dies dient dazu, das Gehirn an seinem Platz zu halten. Es ist die Bewegung des Gehirns im Inneren des Schädels beim Aufprall, die mehr als der Schlag selbst zu Gehirnerschütterungen führt. Wenn das Gehirn an Ort und Stelle gehalten wird, ist das Verletzungsrisiko stark reduziert.
  1. Spechte haben zygodaktylische Füße. Diese Füße haben vier Zehen, wobei der erste und der vierte nach hinten und der zweite und der dritte nach vorne zeigen. Diese Fußanordnung eignet sich gut zum Greifen der Gliedmaßen und Stämme von Bäumen. Mitglieder dieser Familie können einen Baumstamm senkrecht nach oben gehen. Zusätzlich zu den starken Krallen und Füßen haben Spechte kurze, kräftige Beine. Dies ist typisch für Vögel, die nach Stämmen suchen.
  2. Die Schwänze von Spechten sind versteift, und wenn der Vogel auf vertikalen Flächen sitzt, arbeiten Schwanz und Füße zusammen, um ihn zu stützen.
  3. Das gesamte System wird durch Veränderungen im Gehirn, im Nervensystem, in den Muskeln und Bändern gegenüber dem, was bei ihren Vorfahren üblich war, unterstützt.

Ahnenspechte, die zum Klettern auf Baumstämmen übergingen, besaßen eine angestammte Fuß- und Schwanzstruktur. Dies deutet darauf hin, dass eine Verhaltensänderung, vielleicht um an eine bessere Nahrungsquelle zu gelangen, eines der ersten Dinge war, die in der Kette der Ereignisse geschah. Die Art und Weise, wie evolutionäre Neuerungen beginnen, ist ein wichtiges Thema.

Schwarzspecht
Schwarzspecht

Grünspecht: Beachten Sie den Schnabel, die Füße und den Schwanz
Grünspecht: Beachten Sie den Schnabel, die Füße und den Schwanz

Ökologische Nischen

Alle Anpassungen helfen den Organismen, in ihren ökologischen Nischen zu überleben. Dies impliziert eine Steigerung der biologischen Fitness.

Diese adaptiven Merkmale können struktureller, verhaltensmäßiger oder physiologischer Natur sein. Strukturelle Anpassungen sind körperliche Merkmale eines Organismus (Form, Körperbedeckung, Bewaffnung; und auch die innere Organisation).

Verhaltensanpassungen setzen sich aus vererbten Verhaltensketten und/oder der Lernfähigkeit zusammen: Verhaltensweisen können im Detail vererbt werden (Instinkte), oder eine Neigung zum Lernen kann vererbt werden (siehe Neuropsychologie). Beispiele: Nahrungssuche, Sex, Vokalisationen.

Physiologische Anpassungen erlauben es dem Organismus, spezielle Funktionen zu erfüllen (z.B. Giftbildung, Schleimabsonderung, Phototropismus); aber auch allgemeinere Funktionen wie Wachstum und Entwicklung, Temperaturregulierung, ionisches Gleichgewicht und andere Aspekte der Homöostase. Die Anpassung betrifft also alle Aspekte des Lebens eines Organismus.

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