Evoluutio
Lopputulokset > Adaptaatio

Adaptaatio on prosessi, joka tekee eliöistä paremmin sopeutuneita elinympäristöihinsä. Adaptaatio voi myös viitata piirteeseen, joka on tärkeä eliön selviytymiselle. Esimerkkinä hevosten hampaiden adaptaatio ruohon jauhantaan. Voimme erottaa sanan kaksi merkitystä käyttämällä adaptaatiota viittaamaan evoluutioprosessiin ja adaptiivista piirrettä prosessin tuotteeseen (ruumiinosaan tai funktioon). Adaptaatiot ovat luonnonvalinnan tuottamia. Seuraavat määritelmät johtuvat Theodosius Dobzhanskyn työstä:
Adaptaatio on evolutiivinen prosessi, jossa eliöstä tulee kyvykkäämpi elämään sen ympäristössä tai ympäristöissä.
Adaptoituneisuus on adaptaation tila: missä määrin eliö pystyy elämään ja lisääntymään tietyissä ympäristöissä.
Adaptiivinen piirre on eliön kehityskuvion ominaisuus, joka mahdollistaa tai parantaa todennäköisyyttä, että eliö säilyy hengissä ja lisääntyy.
Adaptaatio voi johtaa joko uuden piirteen hankkimiseen tai esivanhemmilta perityn piirteen menetykseen. Esimerkki, joka havainnollistaa kummankin näistä muutoksista, on bakteerien adaptaatio antibioottivalintaan, jossa geneettiset muutokset aiheuttavat antibioottiresistenssin muuttamalla antibiootin kohdetta tai nostamalla antibioottia ulos solusta kuljettavien mekanismien tehokkuutta. Muita merkittäviä esimerkkejä ovat kolibakteerien (Escherichia coli) kehittyminen käyttämään sitruunahappoa ravintoaineena pitkään kestäneessä laboratoriokokeessa; Flavobacterium-nimisessä bakteerissa kehittynyt uudenlainen entsyymi, joka mahdollistaa bakteerin kasvamisen nailonin valmistuksessa syntyvien sivutuotteiden päällä; ja maaperästä löytyvä Sphingobium -niminen bakteeri, jolle on kehittynyt täysin uudenlainen metaboliareitti, joka hajottaa torjunta-aineena käytettyä synteettistä pentakloorifenolia. Mielenkiintoinen mutta edelleen kiistanalainen ajatus on, että jotkut adaptaatiot voisivat kasvattaa eliön kykyä tuottaa variaatiota ja adaptoitua luonnonvalinnan kautta, kasvattaen eliön kehittymiskykyä.
Adaptaatio tapahtuu olemassa olevien rakenteiden asteittaisen muuttumisen kautta. Tästä seuraa, että sukua olevien lajien rakenteilla – joilla on samanlaiset sisäiset järjestäytymiset – voi olla eri funktiot. Tämä johtuu yksittäisten esivanhemmilta perittyjen rakenteiden adaptoimisesta eri tarkoituksiin. Esimerkiksi lepakoiden siivissä olevat luut ovat erittäin samanlaisia kuin hiirien jaloissa ja kädellisten käsissä olevat luut, johtuen siitä, että nämä ovat kaikki polveutuneet yhteisestä nisäkäsesivanhemmasta. Koska kaikki elossa olevat lajit ovat kuitenkin jossain määrin sukua toisilleen, elimet, joilla ei vaikuta olevan minkäänlaista rakenteellista samankaltaisuutta (kuten niveljalkaisten, kalmarien ja selkärankaisten silmät tai niveljalkaisten ja selkärankaisten raajat ja siivet) voivat olla riippuvaisia yhteisistä homologisista geeneistä, jotka säätelevät niiden rakenteita ja funktioita; tätä kutsutaan syväksi homologiaksi (engl. deep homology).
Jotkut rakenteet voivat evoluution aikana menettää alkuperäisen funktionsa ja muuttua surkastumiksi. Sellaisilla rakenteilla voi olla vähän jos lainkaan tehtävää nykyisissä lajeissa, mutta niillä voi olla selkeä funktio esivanhemmissa tai muissa läheistä sukua olevissa lajeissa. Esimerkkeinä ovat pseudogeenit, ei-toimivat silmien jäänteet sokeissa luolakaloissa, lentokyvyttömien lintujen siivet ja lonkkaluiden olemassaolo valaissa ja käärmeissä. Esimerkkejä ihmisten surkastumista ovat muun muassa viisaudenhampaat, häntäluu, umpilisäke ja muita käyttäytymiseen liittyviä surkastumia, kuten kananlihalle meneminen ja primitiiviset refleksit.
Kuitenkin monet yksinkertaisilta adaptaatioilta vaikuttavat piirteet ovat itse asiassa eksaptaatioita: alun perin yhteen tarkoitukseen adaptoituja rakenteita, joista on sattumalta tullut jokseenkin käytännöllisiä muihin tarkoituksiin ajan myötä. Esimerkkinä on Holaspis guentheri -niminen afrikkalainen lisko, jolle kehittyi erittäin litteä pää, jotta se voisi piiloutua halkeamiin. Tämä voidaan päätellä tarkastelemalla kyseisen liskon lähisukulaisia. Holaspis guentherin päästä on kuitenkin tullut niin litteä, että siitä on hyötyä puusta puuhun liitämisessä – eksaptaatio. Solujen sisällä bakteeriflagellien ja proteiinien lajittelukoneiden kaltaiset molekyylikoneet kehittyivät rekrytoimalla useita jo olemassa olevia proteiineja, joilla oli aiemmin erilaiset tarkoitukset. Toinen esimerkki on glykolyysissä ja vierasaineiden aineenvaihdunnassa käytettyjen entsyymien rekrytoiminen eliöiden silmälinsseihin toimimaan kristalliineiksi kutsuttuina rakenteellisina proteiineina.
Eräs evolutiivisen kehitysbiologian nykyisistä tutkimuskohteista on adaptaatioiden ja eksaptaatioiden kehityksellinen perusta. Tämä tutkimustyö käsittelee alkionkehityksen alkuperää ja evoluutiota ja sitä, miten muutokset kehityksessä ja kehitystä ohjaavissa prosesseissa tuottavat uusia ominaisuuksia. Nämä tutkimukset ovat osoittaneet, että evoluutio voi muuttaa kehitystä tuottaakseen uusia rakennelmia. Esimerkkinä ovat alkion luuston rakenteet, jotka kehittyvät leuoiksi muissa eläimissä, mutta muodostavat mieluummin osan välikorvaa nisäkkäissä. On myös mahdollista, että rakenteet, jotka ovat kadonneet evoluution myötä, voivat ilmestyä uudelleen kehitystä ohjaavissa geeneissä tapahtuvien muutoksien takia. Esimerkkinä ovat mutaatiot kanoissa, jotka aiheuttavat, että niiden alkioissa kasvaa krokotiilien hampaita muistuttavia hampaita. Nyt on tulossa selväksi, että useimmat eliöiden muodoissa tapahtuvat muutokset johtuvat muutoksista, jotka tapahtuvat pienessä säilyneiden geenien joukossa.