Anpassung

Entdecken Sie, wie Galapagosfinken adaptive Radiation erlebten und Darwin bei seiner Evolutionstheorie halfen

Entdecken Sie, wie Galapagosfinken eine adaptive Radiation durchmachten und Darwin bei seiner Evolutionstheorie halfen

Die 14 Arten der Galapagosfinken unterscheiden sich voneinander vor allem in der Schnabelstruktur und den Ernährungsgewohnheiten. Es wird angenommen, dass die Vögel eine adaptive Radiation von einer einzigen Vorfahrenart durchlaufen haben, die sich entwickelt hat, um eine Vielzahl von unbesetzten ökologischen Nischen zu füllen.

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Anpassung, in der Biologie, der Prozess, durch den eine Art an ihre Umwelt angepasst wird; sie ist das Ergebnis der natürlichen Selektion, die über mehrere Generationen auf die vererbbare Variation wirkt. Organismen sind in vielfältiger Weise an ihre Umwelt angepasst: in ihrer Struktur, Physiologie und Genetik, in ihrer Fortbewegung oder Ausbreitung, in ihren Verteidigungs- und Angriffsmitteln, in ihrer Fortpflanzung und Entwicklung und in anderer Hinsicht.

Die routinemäßige Überwachung der Blutdruckwerte ist ein wichtiger Bestandteil der Beurteilung des Gesundheitszustandes einer Person. Der Blutdruck gibt Auskunft über die Blutmenge im Kreislauf und über die Herzfunktion und ist damit ein wichtiger Indikator für Krankheiten.'s health. Blood pressure provides information about the amount of blood in circulation and about heart function and thus is an important indicator of disease.
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Das Wort Adaptation stammt nicht aus dem heutigen Sprachgebrauch der Evolutionsbiologie, sondern geht auf das frühe 17. Jahrhundert zurück, als es eine Beziehung zwischen Design und Funktion bezeichnete oder wie etwas in etwas anderes passt. In der Biologie wurde diese allgemeine Idee übernommen, so dass Anpassung drei Bedeutungen hat. Erstens kann sich ein Tier oder eine Pflanze im physiologischen Sinne anpassen, indem es/sie sich an seine/ihre unmittelbare Umgebung anpasst, z. B. indem es/sie seine/ihre Temperatur oder seinen/ihren Stoffwechsel bei einem Anstieg der Höhe verändert. Zweitens, und allgemeiner, bezieht sich das Wort Anpassung entweder auf den Prozess des Angepasstwerdens oder auf die Merkmale von Organismen, die den Fortpflanzungserfolg im Vergleich zu anderen möglichen Merkmalen fördern. In diesem Fall wird der Anpassungsprozess durch genetische Variationen zwischen Individuen vorangetrieben, die sich an einen bestimmten Umweltkontext angepasst haben, d. h. in einem bestimmten Kontext erfolgreicher sind. Ein klassisches Beispiel ist der melanistische (dunkle) Phänotyp des Birkenspanners (Biston betularia), der sich nach der industriellen Revolution in Großbritannien vermehrt ausbreitete, da dunkel gefärbte Motten auf rußgeschwärzten Bäumen kryptisch erschienen und der Prädation durch Vögel entgingen. Der Prozess der Anpassung erfolgt durch eine Veränderung der Genfrequenz im Verhältnis zu den Vorteilen, die ein bestimmtes Merkmal mit sich bringt, wie bei der Färbung der Flügel der Motten.

hellgrauer Birkenspanner (Biston betularia)
hellgrauer Pfefferspinner (Biston betularia)

Ein hellgrauer Pfefferspinner (Biston betularia) und eine dunkel pigmentierte Variante ruhen nebeneinander auf dem Stamm einer rußverschmierten Eiche.verrußten Eiche. Vor diesem Hintergrund ist die hellgraue Motte leichter zu erkennen als die dunklere Variante.

Aus den Experimenten von Dr. H.B.D. Kettlewell, University of Oxford; Fotos von John S. Haywood

dunkel gefärbte Pfeffermotte Motte (Biston betularia)
Dunkel gefärbte Pfeffermotte (Biston betularia)

Vor dem Hintergrund einer mit Flechtenbewachsenen Eiche, sticht ein dunkel pigmentierter Pfefferspinner (Biston betularia) hervor, während die hellgraue Motte (links) unauffällig bleibt.

Aus den Experimenten von Dr. H.B.D. Kettlewell, University of Oxford; Fotos von John S. Haywood

Die dritte und populärere Ansicht von Anpassung bezieht sich auf die Form eines Merkmals, das sich durch natürliche Selektion für eine bestimmte Funktion entwickelt hat. Beispiele sind die langen Hälse von Giraffen für die Nahrungsaufnahme in den Baumkronen, die stromlinienförmigen Körper von Wasserfischen und Säugetieren, die leichten Knochen von fliegenden Vögeln und Säugetieren und die langen dolchartigen Eckzähne von Fleischfressern.

Anpassungen
Anpassungen

Die Lebensraumanpassungen von Walrossen (dicke Haut zum Schutz vor Kälte), Flusspferden (Nasenlöcher an der Oberseite der Schnauze) und Enten (Schwimmfüße).

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Alle Biologen sind sich einig, dass die Merkmale von Organismen im Allgemeinen Anpassungen widerspiegeln. Es gibt jedoch viele Meinungsverschiedenheiten über die Rolle von Geschichte und Zwängen beim Auftreten von Merkmalen sowie über die beste Methodik, um zu zeigen, dass ein Merkmal wirklich eine Anpassung ist. Ein Merkmal kann eher eine Funktion der Geschichte als der Anpassung sein. Der so genannte Pandadaumen oder radiale Sesambein ist ein Handgelenksknochen, der jetzt als opponierbarer Daumen fungiert und es den Großen Pandas ermöglicht, Bambushalme mit Geschicklichkeit zu greifen und zu manipulieren. Die Vorfahren der Großen Pandas und alle eng verwandten Arten, wie Schwarzbären, Waschbären und Rote Pandas, haben ebenfalls Sesambeine, obwohl die letztgenannten Arten sich nicht von Bambus ernähren oder den Knochen für ihr Fressverhalten nutzen. Daher ist dieser Knochen keine Anpassung für die Bambusfütterung.

Riesenpanda (Ailuropoda melanoleuca) beim Fressen in einem Bambuswald, Provinz Szechwan, China.
Riesenpanda (Ailuropoda melanoleuca) beim Fressen in einem Bambuswald, Provinz Szechwan, China.

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Der englische Naturforscher Charles Darwin erkannte in “On the Origin of Species by Means of Natural Selection” (1859) das Problem, zu bestimmen, ob sich ein Merkmal für die Funktion entwickelt hat, die es heute erfüllt:

Die Nähte der Schädel junger Säugetiere sind als eine schöne Anpassung zur Erleichterung der Geburt vorgebracht worden, und zweifellos erleichtern sie diesen Akt, oder sind vielleicht sogar unentbehrlich dafür; Da aber die Nähte in den Schädeln von jungen Vögeln und Reptilien vorkommen, die nur aus einem zerbrochenen Ei entkommen müssen, können wir folgern, dass diese Struktur aus den Gesetzen des Wachstums entstanden ist und bei der Geburt der höheren Tiere ausgenutzt wurde.

Daher muss man, bevor man erklärt, dass ein Merkmal eine Anpassung ist, feststellen, ob es auch bei den Vorfahren auftritt und sich daher historisch für andere Funktionen entwickelt haben könnte als die, denen es jetzt dient.

Ein weiteres Problem bei der Bezeichnung eines Merkmals als Anpassung ist, dass das Merkmal eine notwendige Folge oder ein Zwang der Physik oder Chemie sein kann. Eine der häufigsten Formen von Zwängen betrifft die Funktion von anatomischen Merkmalen, die sich in ihrer Größe unterscheiden. Zum Beispiel sind die Eckzähne bei Fleischfressern größer als bei Pflanzenfressern. Dieser Größenunterschied wird oft als eine Anpassung an Raubtiere erklärt. Die Größe der Eckzähne hängt jedoch auch mit der Gesamtkörpergröße zusammen (eine solche Skalierung ist als Allometrie bekannt), wie große Fleischfresser wie Leoparden zeigen, die größere Eckzähne haben als kleine Fleischfresser wie Wiesel. So sind Unterschiede in vielen Tier- und Pflanzenmerkmalen, wie z. B. die Größe der Jungtiere, die Dauer von Entwicklungsperioden (z. B. Trächtigkeit, Langlebigkeit) oder die Muster und Größen von Baumblättern, mit physischen Größenbeschränkungen verbunden.

Adaptive Erklärungen in der Biologie sind schwierig zu testen, da sie viele Merkmale umfassen und unterschiedliche Methoden erfordern. Experimentelle Ansätze sind wichtig, um zu zeigen, dass jede kleine Variabilität, wie bei vielen physiologischen oder Verhaltensunterschieden, eine Anpassung ist. Die rigorosesten Methoden sind diejenigen, die experimentelle Ansätze mit Informationen aus der Natur kombinieren – zum Beispiel, um zu zeigen, dass die Schnäbel verschiedener Arten von Galapagosfinken unterschiedlich geformt sind, weil sie an die Ernährung mit unterschiedlich großen Samen angepasst sind.

adaptive Radiation bei Galapagosfinken
adaptive Radiation bei Galapagosfinken

Vierzehn Arten von Galapagosfinken, die sich aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben. Die unterschiedlichen Formen ihrer Schnäbel, die an verschiedene Ernährungsweisen und Lebensräume angepasst sind, zeigen den Prozess der adaptiven Radiation.

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Die vergleichende Methode, bei der Vergleiche zwischen Arten verwendet werden, die sich unabhängig voneinander entwickelt haben, ist ein effektives Mittel zur Untersuchung historischer und physikalischer Zwänge. Bei diesem Ansatz werden statistische Methoden zur Berücksichtigung von Größenunterschieden (Allometrie) und Evolutionsbäume (Phylogenien) zur Verfolgung der Merkmalsentwicklung zwischen den Linien eingesetzt.

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