生物学的適応：特性、種類、例 - 生物学 - 2024

生物学的適応は、この特性を持っていないその仲間との関係で、生存と再生のための能力を向上させる生物に特徴的存在です。適応につながる唯一のプロセスは自然選択です。

生きている有機体の異なる系統を見るのをやめると、それらは一連の複雑な適応に満ちていることがわかります。蝶の模倣から飛行を可能にする翼の複雑な構造まで。

出典：Punnett、Reginald Crundall、Wikimedia Commons経由

特定の生物で私たちが観察するすべての特性または特徴を、適応としてすぐにラベル付けできるわけではありません。いくつかは化学的または物理的な結果である可能性があります、それらは遺伝的ドリフトまたは遺伝的ヒッチハイクと呼ばれるイベントによって生成された特性である可能性があります。

生物の特性は、科学的手法を適用して、それらが実際に適応であるかどうか、およびそれらの暫定的な機能を検証することによって研究できます。

そのためには、潜在的な使用についての仮説を提案し、適切な実験計画でテストする必要があります-個人を操作するか、単純に観察するかのどちらかです。

多くの場合、適応は完璧であり、「設計」されているように見えますが、そうではありません。進化には終わりも目標もないので、適応は意識的なプロセスの結果ではありませんでした。

特徴

島によって、異なる種類のフィンチが進化しました。

適応とは、個人の適応度を高める特性です。進化生物学では、フィットネスまたは生物学的フィットネスという用語は、子孫を残す生物の能力を指します。特定の個人がパートナーより多くの子孫を残す場合、彼はより大きな健康を持っていると言われています。

最も適した個人は、最強でも、最速でも、最高でもありません。それは生き残り、仲間を見つけて再現するものです。

一部の著者は、適応の定義に他の要素を追加することがあります。系統の履歴を考慮すると、適応は特定の選択的エージェントに応答して進化した派生特性として定義できます。この定義は、特定のバリアントの適合性に対する性格の影響を比較しています。

適応のタイプ

遺伝的変化の表現方法に基づく3つの基本的な適応タイプは、構造的、生理学的、および行動的調整です。これらの各タイプ内で、異なるプロセスが実行されます。ほとんどの生物は3つすべての組み合わせを持っています。

形態学的および構造的

これらの適応は、模倣や不可解な色付けなど、解剖学的に行うことができます。

模倣とは、一部の生物が他のより攻撃的で危険な生物の特性を模倣してそれらを追い払うことができるという外部の類似性を指します。

たとえば、珊瑚ヘビは有毒です。それらは特徴的な明るい色で認識できます。一方、クイーンマウンテンヘビは無害ですが、その色はサンゴ礁のように見えます。

生物の外観は、それが発達する環境に応じて、構造的適応を通じてモデル化されます。たとえば、砂漠のキツネは熱放射のために大きな耳を持ち、北極キツネは体の熱を保持するために小さな耳を持っています。

毛皮の色素沈着のおかげで、白いホッキョクグマは、流氷とジャングルの斑点のある色合いの斑点のあるジャガーにカモフラージュします。

植物もこれらの変化の影響を受けます。木々には、山火事から守るためにコルクの樹皮が付いている場合があります。

構造の変化は、膝関節から大きな飛翔筋の存在、捕食性鳥の鋭い視界まで、さまざまなレベルの生物に影響を与えます。

生理学的および機能的

これらのタイプの適応には、臓器または組織の変化が含まれます。それらは、環境で発生する問題を解決するための生物の機能の変化です。

身体の化学的性質と代謝に応じて、生理学的適応は通常目に見えません。

このタイプの適応の明確な例は、冬眠です。これは、多くの温血動物が冬に経験する眠気または無気力状態です。冬眠期間中に発生する生理学的変化は、種によって大きく異なります。

生理学的および機能的適応は、たとえば、ラクダなどの砂漠の動物にとってより効率的な腎臓、蚊の唾液の血液凝固または植物の葉の毒素の存在を防ぎ、それらを撃退する化合物です。草食動物。

血液、尿、およびその他の体液の含有量を測定したり、代謝経路を追跡したりする実験室研究、または生物の組織の顕微鏡研究は、生理学的適応を特定するためにしばしば必要です。

結果を比較するための共通の祖先または密接に関連する種がない場合、それらを検出することは時々困難です。

行動または行動

これらの適応は、繁殖や食料の確保、捕食者からの身の保護、環境条件が適切でない場合の生息地の変化など、さまざまな原因による生物の行動に影響を与えます。

行動適応の中には、自然の繁殖地から他の生息地への定期的かつ大規模な動物の移動を意味する移動が見られます。

この移動は繁殖期の前後に発生します。このプロセスの興味深い点は、蝶、魚、蝶に見られるように、解剖学的および生理学的である可能性のある他の変化がその中で発生することです。

変更の対象となる別の行動は求愛または求愛です。そのバリエーションは非常に複雑になる可能性があります。動物の目的は、交尾相手を取得して交尾に導くことです。

交配期間中、ほとんどの種は儀式と見なされる異なる行動をします。これには、展示、音作り、または贈り物が含まれます。

したがって、冬になると冬眠しているクマが冬眠し、鳥やクジラは暖かい気候に移動し、夏の暑い天候では砂漠の動物が夜に活動していることがわかります。これらの例は、動物の生存を助ける行動です。

多くの場合、行動の適応はそれらを明らかにするために、フィールドと実験室から慎重に研究します。彼らは通常生理学的メカニズムを伴います。

これらのタイプの適応は人間にも見られます。これらは、行動適応のサブセットとして文化的適応を採用しています。たとえば、特定の環境に住む人々が、特定の気候に対処するために必要な食品を変更する方法を学ぶ場合。

すべての機能が改造されていますか？

生き物を観察すると、説明が必要な特性がたくさんあることに気づきます。鳥を考えてみましょう：羽の色、歌、脚とくちばしの形、複雑な求愛ダンス、私たちは皆、それらを順応性のある特性と考えることができますか？

いいえ。自然界が適応に満ちていることは事実ですが、私たちが観察する特性がその1つであるとすぐに推測すべきではありません。特性は、主に次の理由で存在する可能性があります。

それらは化学的または物理的な結果である可能性があります

多くの特性は、単に化学的または物理的なイベントの結果です。哺乳類の血の色は赤であり、赤自体が適応であるとは誰も考えていません。

血液はその構成により赤くなっています。赤血球は、ヘモグロビンと呼ばれる酸素の輸送に関与するタンパク質を貯蔵しています。

遺伝子ドリフトの結果である可能性があります

ドリフトは、対立遺伝子の頻度に変化をもたらすランダムなプロセスであり、確率的な方法で特定の対立遺伝子の固定または排除につながります。これらの特性は利点をもたらさず、個人のフィットネスを向上させません。

同じ種のシロクマとツキノワグマの集団があるとします。ある時点で、研究集団は環境破壊のために生物の数が減少し、ほとんどの白人は偶然に死亡します。

時間の経過とともに、黒い毛皮をコードする対立遺伝子が固定され、全​​人口が黒い個体で構成される可能性が高くなります。

しかし、それを所有する個人に利点を与えることはないので、それは適応ではありません。遺伝子ドリフトのプロセスは適応の形成につながらないことに注意してください。これは自然選択のメカニズムを通してのみ発生します。

別の特性と相関している可能性があります

私たちの遺伝子は並んでいて、組換えと呼ばれるプロセスでさまざまな方法で組み合わせることができます。場合によっては、遺伝子がリンクされて一緒に遺伝します。

この状況を例示するために、架空のケースを使用します。青い目をコードする遺伝子は、ブロンドの髪の遺伝子にリンクされています。論理的にはこれは単純化であり、おそらく構造のカラーリングに関係する他の要因があると思われますが、それを教訓的な例として使用します。

私たちの架空の生物のブロンドの髪がそれにいくつかの利点を与えると仮定します：カモフラージュ、放射線に対する防護、寒さに対する防護など。ブロンドの髪を持つ個人は、この特徴を持たない同輩よりも多くの子供がいます。

遺伝子がリンクされているため、ブロンドの髪に加えて、子孫は青い目をします。世代を通じて、青い目の頻度は増加しますが、適応的な利点はありません。この現象は文献では「遺伝的ヒッチハイク」として知られています。

系統発生の歴史の結果かもしれません

一部の文字は、系統発生の歴史の結果である可能性があります。哺乳類の頭蓋骨の縫合糸は、出産の過程に寄与し、促進し、その適応として解釈することができます。ただし、この特性は他の系統の代表であり、祖先の特性です。

事前適応と適応

長年にわたり、進化生物学者は、「前適応」や「適応」などの新しい概念を含め、生物の特性に関する用語を充実させてきました。

Futuyma（2005）によると、事前適応は「偶然にも新しい機能を果たす特性」です。

たとえば、一部の鳥の強いくちばしは、特定の種類の食物を消費するために選択された可能性があります。しかし、適切な場合には、この構造は羊を攻撃するための適応としても機能します。この機能の突然の変化は事前適応です。

1982年に、グールドとヴルバは「適応」の概念を導入して、新しい使用のために選択された事前適応について説明しました。

たとえば、泳いでいる鳥の羽は、泳ぐという選択的な圧力のもとで自然淘汰によって形作られたわけではありませんでしたが、偶然にも彼らはそうするのに役立ちました。

このプロセスの類推として、私たちは鼻を持っていますが、呼吸プロセスにいくつかの利点を追加したので確かに選択されましたが、今では眼鏡を保持するためにそれを使用しています。

翻案の最も有名な例はパンダの親指です。この種は、特に竹を食べ、それを操作するために、他の構造の成長に由来する「第6親指」を使用します。

適応の例

脊椎動物の飛行

鳥、コウモリ、そして現在は絶滅した翼竜が収束して移動手段、飛行を獲得しました。これらの動物の形態学および生理学のさまざまな側面は​​、飛ぶ能力を増加または支持する適応であるように見えます。

骨には空洞があり、軽くすることができますが、耐性のある構造です。このコンフォメーションは、空気圧骨として知られています。今日の飛行系統-鳥とコウモリ-消化器系にも特定の特性があります。

腸は、おそらく飛行中の体重を減らすために、同様のサイズの飛べない動物と比較してはるかに短いです。したがって、栄養吸収表面の減少は、細胞吸収経路の増加を選択した。

鳥の適応は分子レベルにまで下がります。飛行のための適応としてゲノムのサイズが縮小され、大きなゲノム、したがって大きな細胞を有することに関連する代謝コストを削減することが提案されている。

コウモリのエコーロケーション

出典：Shung、Wikimedia Commons

コウモリには、移動中に空間的に向きを合わせることができる特別な適応があります。反響定位です。

このシステムは、オブジェクトから跳ね返る音（人間はそれらを知覚できない）の放出で構成され、コウモリはそれらを知覚および変換することができます。同様に、特定の種の耳の形態は、波を効果的に受信できるようにするための適応と見なされます。

キリンの長い首

出典：John Storr、Wikimedia Commons

キリンは珍しい形態を持っていることは誰も疑わないでしょう：小さな頭を支える細長い首と、体重を支える長い脚。この設計は、池から水を飲むなど、動物の生活のさまざまな活動を困難にします。

これらのアフリカ種の長い首の説明は、何十年もの間、進化生物学者のお気に入りの例でした。チャールズダーウィンが自然淘汰の理論を考案する前に、フランスの博物学者ジャンバティストラマルクは、変化と生物学的進化の概念を（誤っていたとしても）すでに使いました。

ラマルクの場合、これらの動物はアカシアの芽に到達できるようにキリンを絶えず伸ばしていたため、キリンの首が伸びていました。このアクションは、継承可能な変更に変換されます。

現代の進化生物学に照らして、キャラクターの使用と非使用は子孫に影響を与えないと考えられています。上記の特徴のために突然変異を持っている個人がより短い首を持つ彼らの仲間より多くの子孫を残したので、長い首の適応が生じたに違いありません。

直感的に、長い首はキリンが食べ物を手に入れるのを助けると推測できます。しかし、これらの動物は通常低木で食物を探します。

それで、キリンの首は何のためのものですか？

1996年に、研究者のSimmonsとScheepersはこのグループの社会的関係を研究し、キリンが首を手にした方法の解釈を否定しました。

これらの生物学者にとって、首は男性が女性に到達するために戦闘で使用する「武器」として進化しました。さまざまな事実がこの仮説を裏付けています。男性の首は女性の首よりもはるかに長くて重いです。

適応に明らかに明白な意味がある場合でも、解釈に疑問を投げかけ、科学的方法を使用してすべての可能な仮説を検証する必要があると結論付けることができます。

進化との違い

進化と適応の両方の概念は矛盾していません。進化は自然淘汰のメカニズムを介して発生する可能性があり、これは適応を生成します。適応を生み出す唯一のメカニズムは自然淘汰であることを強調する必要がある。

遺伝子ドリフト（前のセクションで説明）と呼ばれる別のプロセスがあります。これは、集団の進化につながる可能性がありますが、適応を生成しません。

適応に関する混乱

適応は、その使用、進化、およびその結果としての適応の概念のために正確に設計された機能であるように見えますが、目標や意識的な目的はありません。それらは進歩とは同義ではありません。

侵食の過程が美しい山を作ることを意図していないのと同じように、進化はそれらの環境に完全に適応した生物を作ることを意図していません。

生物は進化するように努力しないので、自然淘汰は個人に彼が必要とするものを与えません。たとえば、環境の変化により激しい霜に耐えなければならない一連のウサギを想像してみましょう。豊富な毛皮のための動物の必要性は、それが個体群に現れて広がることを引き起こしません。

対照的に、ウサギの遺伝物質におけるランダムな突然変異は、より豊富なコートを生成する可能性があり、そのキャリアはより多くの子供を持つことになります。これらの子供たちはおそらく父親の毛皮を継承しています。したがって、豊富な毛皮はウサギの個体数を増やす可能性があり、ウサギがこれを認識することはありませんでした。

また、選択は完璧な構造を生み出しません。彼らは、次世代に引き継ぐことができるほど十分に「良い」必要があります。

参考文献

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