Adattamento

Principi generali

L'adattamento è, prima di tutto, un processo, piuttosto che una parte fisica del corpo.

L'adattamento... non poteva più essere considerato una condizione statica, un prodotto di un passato creativo, ed è diventato invece un processo dinamico continuo. Ernst Mayr.

Un parassita interno (come un colpo di fortuna) è un buon esempio: ha una struttura corporea molto semplice, ma l'organismo è comunque molto adattato al suo particolare ambiente. Da ciò si evince che l'adattamento non è solo una questione di tratti visibili: in tali parassiti gli adattamenti critici avvengono nel ciclo vitale, che spesso è piuttosto complesso.

Tuttavia, come termine pratico, l'adattamento è spesso usato per il prodotto: quelle caratteristiche di una specie che derivano dal processo. Molti aspetti di un animale o di una pianta possono essere correttamente chiamati adattamenti, anche se ci sono sempre alcune caratteristiche la cui funzione è in dubbio. Usando il termine adattamento per il processo evolutivo, e tratto adattivo per la parte o funzione corporea (il prodotto), si possono distinguere i due sensi della parola.

L'adattamento è uno dei due processi principali che spiegano le diverse specie che vediamo in biologia. L'altro è la speciazione (sdoppiamento delle specie o cladogenesi). Un esempio preferito utilizzato oggi per studiare l'interazione tra adattamento e speciazione è l'evoluzione dei pesci ciclidi nei laghi africani.

Un organismo deve essere vitale in tutte le fasi del suo sviluppo e in tutte le fasi della sua evoluzione. Questo pone dei vincoli all'evoluzione dello sviluppo, del comportamento e della struttura degli organismi.

L'idea generale è che ogni cambiamento genetico e fenotipico durante l'evoluzione dovrebbe essere relativamente piccolo, perché i sistemi di sviluppo sono così complessi e interconnessi. Ma la poliploidia nelle piante è un grande cambiamento genetico abbastanza comune. L'origine dell'eucariota dalla simbiosi di microrganismi è un esempio più esotico.

Nicchie ecologiche

Tutti gli adattamenti aiutano gli organismi a sopravvivere nelle loro nicchie ecologiche. Ciò implica un aumento dell'idoneità biologica.

Questi tratti adattativi possono essere strutturali, comportamentali o fisiologici. Gli adattamenti strutturali sono caratteristiche fisiche di un organismo (forma, copertura del corpo, armamento; e anche l'organizzazione interna).

Gli adattamenti comportamentali sono composti da catene comportamentali ereditate e/o dalla capacità di apprendere: i comportamenti possono essere ereditati in dettaglio (istinti), oppure può essere ereditata una tendenza all'apprendimento (vedi neuropsicologia). Esempi: ricerca di cibo, sesso, vocalizzazioni.

Gli adattamenti fisiologici permettono all'organismo di svolgere funzioni speciali (per esempio, produrre veleno, secernere melma, fototropismo); ma anche funzioni più generali come la crescita e lo sviluppo, la regolazione della temperatura, l'equilibrio ionico e altri aspetti dell'omeostasi. L'adattamento, quindi, riguarda tutti gli aspetti della vita di un organismo.

Adattamenti

Gli adattamenti importanti non vengono da soli. Vengono in gruppi, che lavorano insieme per far sì che l'animale o la pianta abbia successo nella sua particolare nicchia o nel suo particolare stile di vita.

Picchi

Gli adattamenti del picchio sono un buon esempio di come un'intera serie di caratteristiche siano necessarie per uno stile di vita di successo.

1. Il disegno di legge: la sua punta è a scalpello, e si autoaffila con la beccata sul legno. L'uccello lo usa per arrivare alle larve sotto la corteccia, per allargare un buco per fare un nido e per segnalare il suo territorio con il tamburellamento. Molti dei comportamenti di foraggiamento, allevamento e segnalazione dei picchi comportano il tamburellamento e il martellamento con il becco.
2. Lunghe lingue appiccicose afferrano le larve degli insetti che vivono sotto la corteccia.
3. Il millisecondo prima del contatto con il legno una membrana nittitante addensata si chiude, proteggendo l'occhio dai detriti volanti. Anche le narici sono protette; spesso sono tagliate e hanno piume speciali per coprirle.
4. Per prevenire i danni cerebrali dovuti alle rapide e ripetute decelerazioni, i picchi hanno sviluppato una serie di adattamenti che proteggono il cervello. Questi includono

1. piccole dimensioni del cervello
2. la posizione del cervello diffonde l'area di contatto tra il cervello e il cranio
3. la breve durata del contatto
4. la lunghezza ineguale della parte superiore e inferiore del becco (quella inferiore è più lunga). Questo indirizza la forza d'impatto verso il basso, lontano dal cervello.
5. il cervello del picchio è contenuto in un cranio con placche irregolari e spugnose che assorbono gli urti.
6. I picchi hanno uno speciale osso ioide, che dal becco si estende fino al cranio, si avvolge sopra il cranio per circondare completamente il cervello. Questo agisce per mantenere il cervello al suo posto. È il movimento del cervello all'interno del cranio durante l'impatto, più che il colpo stesso, a causare le commozioni cerebrali. Se il cervello viene tenuto in posizione, i rischi di lesioni si riducono notevolmente.

5. I picchi hanno i piedi zigodattili. Questi piedi hanno quattro dita dei piedi, la prima e la quarta faccia all'indietro, e la seconda e la terza faccia in avanti. Questa disposizione dei piedi è buona per afferrare gli arti e i tronchi degli alberi. I membri di questa famiglia possono camminare verticalmente su un tronco d'albero. Oltre ai forti artigli e ai piedi, i picchi hanno gambe corte e robuste. Questo è tipico degli uccelli che si foraggiano sui tronchi.
6. Le code dei picchi sono irrigidite e quando l'uccello si appollaia su superfici verticali, la coda e le zampe lavorano insieme per sostenerlo.
7. L'intero sistema è aiutato da cambiamenti nel cervello, nel sistema nervoso, nei muscoli e nei legamenti da ciò che era abituale nei loro antenati.

I picchi ancestrali, che passavano ad arrampicarsi sui tronchi degli alberi, avevano una struttura ancestrale del piede e della coda. Questo suggerisce che un cambiamento di comportamento, forse per arrivare a una migliore fonte di cibo, è stata una delle prime cose che sono accadute nella catena degli eventi. Il modo in cui iniziano le novità evolutive è un argomento importante.

Picchio verde: si noti il becco, i piedi e la coda


Picchio nero

Funzioni degli adattamenti

Tratti senza funzione

Non tutte le caratteristiche di un organismo sono adattamenti. Potrebbe aver bisogno di indagini sul campo o di esperimenti per scoprire se ha una funzione nella vita della specie.

Gli adattamenti tendono a riflettere la vita passata di una specie. Se una specie ha recentemente cambiato il suo stile di vita, un adattamento un tempo prezioso può diventare una vestigia in diminuzione. Gli animali che vivono in grotte buie spesso perdono, per un lungo periodo, i colori e la vista.

I motivi possono variare. La perdita di struttura e funzione può essere un adattamento positivo che fa risparmiare energia e materiali. Ma può essere semplicemente un sottoprodotto di geni selezionati per altre funzioni (pleiotropia). Oppure la struttura può essere legata allo sviluppo, e influenzata dalla selezione per qualche altra struttura.

È regola generale che gli adattamenti che non sono più utili diventino organivestigiali (vedi appendice vermiforme), oppure possano essere selezionati e adattati ad altre funzioni (vedi ossicini auricolari).

Adattamenti con molteplici funzioni

Molti adattamenti servono a più di una funzione. Questo è spesso il motivo per cui alcuni tratti diventano così evidenti da definire quasi la specie interessata. Anche le zampe di un cavallo sono una difesa principale: il calcio di un cavallo è molto distruttivo. Le corna dei cervi maschi svolgono una funzione sessuale e di difesa contro i predatori. Il grande cervello dell'uomo non serve solo per il linguaggio, ma anche per pensare e risolvere i problemi. Le piume degli uccelli non sono usate solo per volare, ma sono alla base della sua conservazione del calore, della regolazione della temperatura e della segnalazione.

Compromesso e conflitto tra gli adattamenti

È una verità profonda che la Natura non conosce meglio; che l'evoluzione genetica... è una storia di sprechi, di fortuna, di compromessi e di errori. Peter Medawar.

Gli adattamenti non sono mai perfetti. Ci sono sempre dei compromessi tra le varie funzioni e strutture di un corpo. È l'organismo nel suo insieme che vive e si riproduce, quindi è l'insieme completo degli adattamenti che viene trasmesso alle generazioni future.

Tutti gli adattamenti hanno un lato negativo: le zampe dei cavalli sono ottime per correre sull'erba, ma non possono grattarsi la schiena; i peli dei mammiferi aiutano a regolare la temperatura, ma offrono una nicchia per gli ectoparassiti. I compromessi e i cambiamenti si verificano spesso, non la perfezione. Le pressioni di selezione tirano in diverse direzioni, e l'adattamento che ne risulta è una sorta di compromesso.

Poiché il fenotipo nel suo insieme è l'obiettivo della selezione, è impossibile migliorare contemporaneamente tutti gli aspetti del fenotipo nella stessa misura. Ernst Mayr. ^p589

Pavoni

La mimetizzazione per evitare il rilevamento viene distrutta quando al momento dell'accoppiamento vengono visualizzati colori vivaci. Qui il rischio per la vita è controbilanciato dalla necessità di riproduzione. Il treno ornamentale del pavone (cresciuto di nuovo in tempo per ogni stagione degli amori) è un famoso adattamento. Deve ridurre la sua manovrabilità e il suo volo, ed è enormemente vistoso; inoltre, la sua crescita costa risorse alimentari.

La spiegazione di Darwin del suo vantaggio era in termini di selezione sessuale: "dipende dal vantaggio che alcuni individui hanno rispetto ad altri individui dello stesso sesso e della stessa specie, in relazione alla riproduzione". Il tipo di selezione sessuale rappresentato dal pavone è chiamato "scelta del compagno", che significa che il processo seleziona il più in forma rispetto al meno in forma, e quindi ha un valore di sopravvivenza. In pratica, il pavone azzurro Pavo cristatus è una specie piuttosto riuscita, con un grande areale naturale in India, quindi il risultato complessivo del loro sistema di accoppiamento è abbastanza valido.

Nascita umana

La dimensione del cervello fetale umano alla nascita significa che il cervello di un neonato è piuttosto immaturo. Il cervello del neonato non può essere più grande di circa 400 cc, altrimenti non passerà attraverso il bacino della madre. Eppure la dimensione necessaria per un cervello adulto è di circa 1400 cc.

Le cose più vitali della vita umana (la locomozione, la parola) devono solo aspettare che il cervello cresca e maturi. Questo è il risultato del compromesso sulla nascita. Gran parte del problema deriva dalla nostra posizione bipedica eretta, senza la quale il nostro bacino potrebbe essere modellato in modo più adeguato alla nascita. I Neanderthal avevano un problema simile.

Cambio di funzione nel tempo

La funzione di un tratto può, e spesso lo fa, cambiare nel tempo. Per descriverlo sono stati usati diversi termini: preadattamento, esaptazione, cooptazione. Preadattamento è il termine più comune usato quando una struttura o un tratto preesistente ereditato da un antenato evolve una funzione diversa. Era il termine usato da Julian Huxley e Ernst Mayr. Il termine "pre" non significa nessuna previsione, significa solo che l'adattamento era già disponibile, e serviva a qualche funzione più antica. "Esaptazione" era la parola di Stephen J. Gould.

Un esempio di preadattamento è quello dei dinosauri, che hanno evoluto le piume con la funzione di termoisolamento e di visualizzazione molto prima che fossero utilizzate per il volo dai primi uccelli. Le ghiandole sudoripare dei mammiferi si sono poi trasformate in ghiandole mammarie. Un altro esempio è il lungo viaggio degli ossicini dell'orecchio dei mammiferi, che ha avuto inizio nelle coperture branchiali dei pesci antichi, poi è diventato parte della mascella inferiore dei rettili, e poi è diventato parte dell'orecchio interno dei mammiferi. Un altro esempio sono le ali dei pinguini. Un tempo utilizzate per il volo, ora vengono utilizzate per "volare" sott'acqua.

Il cambiamento di funzione negli organi e nelle strutture è estremamente comune nell'evoluzione. Molte delle caratteristiche dei tetrapodi (vertebrati terrestri) si sono evolute a partire da caratteristiche con funzioni diverse nei pesci a lobi ancestrali (Sarcopterygii).

Il treno di un pavone indiano in piena esposizione

Definizioni

Le seguenti definizioni sono dovute principalmente a Teodosio Dobzhansky.

1. L'adattamento è il processo evolutivo per cui un organismo diventa più capace di vivere nel suo habitat o nei suoi habitat.
2. L'adattamento è lo stato di adattamento: il grado in cui un organismo è in grado di vivere e riprodursi in un determinato insieme di habitat.
3. Un tratto adattivo è un aspetto del modello di sviluppo dell'organismo che migliora le probabilità di sopravvivenza e di riproduzione di quell'organismo.

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