Adaptação

Princípios gerais

A adaptação é, antes de mais nada, um processo, e não uma parte física de um corpo.

A adaptação... não podia mais ser considerada uma condição estática, um produto de um passado criativo, e tornou-se, ao invés disso, um processo dinâmico contínuo. Ernst Mayr.

Um parasita interno (como um acaso) é um bom exemplo: ele tem uma estrutura corporal muito simples, mas ainda assim o organismo está altamente adaptado a seu ambiente particular. A partir disto, vemos que a adaptação não é apenas uma questão de traços visíveis: em tais parasitas, as adaptações críticas ocorrem no ciclo de vida, que muitas vezes é bastante complexo.

Entretanto, como termo prático, a adaptação é freqüentemente utilizada para o produto: aquelas características de uma espécie que resultam do processo. Muitos aspectos de um animal ou planta podem ser corretamente chamados de adaptações, embora sempre existam algumas características cuja função esteja em dúvida. Usando o termo adaptação para o processo evolutivo, e traço adaptativo para a parte ou função corporal (o produto), os dois sentidos da palavra podem ser distinguidos.

A adaptação é um dos dois principais processos que explicam as diversas espécies que vemos na biologia. O outro é a especiação (separação de espécies ou cladogênese). Um exemplo favorito usado hoje para estudar a interação entre adaptação e especiação é a evolução dos peixes ciclídeos nos lagos africanos.

Um organismo deve ser viável em todos os estágios de seu desenvolvimento e em todas as etapas de sua evolução. Isto impõe restrições à evolução do desenvolvimento, do comportamento e da estrutura dos organismos.

A idéia geral é que cada mudança genética e fenotípica durante a evolução deve ser relativamente pequena, pois os sistemas de desenvolvimento são tão complexos e interligados. Mas a poliploidia nas plantas é uma grande mudança genética bastante comum. A origem da eukaryota pela simbiose de microorganismos é um exemplo mais exótico.

Nichos ecológicos

Todas as adaptações ajudam os organismos a sobreviver em seus nichos ecológicos. Isto implica um aumento da aptidão biológica.

Estes traços adaptativos podem ser estruturais, comportamentais ou fisiológicos. As adaptações estruturais são características físicas de um organismo (forma, cobertura corporal, armamento; e também a organização interna).

As adaptações comportamentais são compostas de cadeias de comportamento herdadas e/ou a capacidade de aprender: os comportamentos podem ser herdados em detalhes (instintos), ou uma tendência de aprendizagem pode ser herdada (ver neuropsicologia). Exemplos: busca de alimentos, sexo, vocalizações.

As adaptações fisiológicas permitem que o organismo desempenhe funções especiais (por exemplo, fazer veneno, secretar baba, fototropismo); mas também funções mais gerais como crescimento e desenvolvimento, regulação de temperatura, equilíbrio iônico e outros aspectos da homeostase. A adaptação, portanto, afeta todos os aspectos da vida de um organismo.

Fatos de adaptação

Adaptações importantes não vêm isoladamente. Elas vêm em grupos, que trabalham juntos para fazer com que o animal ou planta tenha sucesso em seu nicho ou estilo de vida particular.

Pica-paus

As adaptações do pica-pau são um bom exemplo de como um conjunto completo de características é necessário para um modo de vida bem sucedido.

1. A conta: sua ponta é em forma de cinzel, e se afixa pela bicada na madeira. A ave a usa para chegar às larvas sob a casca, para alargar um buraco para fazer um ninho e para sinalizar seu território por meio de um tambor. Muitos dos comportamentos de forragem, reprodução e sinalização dos pica-paus envolvem bater tambores e martelar usando a conta.
2. Línguas longas e pegajosas agarram larvas de insetos que vivem sob a casca da árvore.
3. O milissegundo antes do contato com a madeira se fecha uma membrana nictitante espessada, protegendo o olho de detritos voadores. As narinas também são protegidas; muitas vezes são cortadas em forma de fenda e têm penas especiais para cobri-las.
4. Para evitar danos cerebrais das desacelerações rápidas e repetidas, os pica-paus desenvolveram uma série de adaptações que protegem o cérebro. Estas incluem

1. pequeno tamanho do cérebro
2. a posição do cérebro espalha a área de contato entre o cérebro e o crânio
3. a curta duração do contato
4. o comprimento desigual das partes superior e inferior de seus bicos (a parte inferior é mais longa). Isto direciona a força de impacto para baixo, para longe do cérebro.
5. o cérebro do pica-pau é segurado em um crânio com placas irregulares e esponjosas que absorvem o choque.
6. Os pica-paus têm um osso hióide especial, que se estende de seu bico, passando por cima do crânio para rodear completamente seus cérebros. Isto age para manter o cérebro no lugar. É o movimento do cérebro dentro do crânio durante o impacto, mais do que o próprio golpe, que causa concussões. Se o cérebro for mantido no lugar, os riscos de lesões são grandemente reduzidos.

5. Os pica-paus têm pés de zigodáctilo. Estes pés têm quatro dedos dos pés, o primeiro e o quarto face para trás, e o segundo e o terceiro face para frente. Este arranjo de pés é bom para agarrar os membros e os troncos das árvores. Os membros desta família podem caminhar verticalmente para cima de um tronco de árvore. Além das garras e pés fortes, os pica-paus têm pernas curtas e fortes. Isto é típico das aves que forram nos troncos.
6. Os rabos dos pica-paus são endurecidos, e quando a ave se empoleira em superfícies verticais, a cauda e os pés trabalham em conjunto para apoiá-la.
7. Todo o sistema é ajudado por mudanças no cérebro, sistema nervoso, músculos e ligamentos do que era habitual em seus antepassados.

Os pica-paus ancestrais, que passaram a trepar em troncos de árvores, tinham uma estrutura ancestral de pés e cauda. Isto sugere que uma mudança no comportamento, talvez para chegar a uma fonte de alimento melhor, foi uma das primeiras coisas que aconteceram na cadeia de eventos. A forma como as novidades evolucionárias começam é um tópico importante.

Pica-pau verde: observe o bico, os pés e a cauda


Pica-pau preto

Funções das adaptações

Traços sem função

Nem todas as características de um organismo são adaptações. Ele pode precisar de investigações ou experiências de campo para descobrir se tem uma função na vida da espécie.

As adaptações tendem a refletir a vida passada de uma espécie. Se uma espécie mudou recentemente seu estilo de vida, uma adaptação outrora valiosa pode se tornar um vestígio cada vez menor. Os animais que vivem em cavernas escuras frequentemente perdem, durante um longo período, suas cores e sua visão.

As razões para isso podem variar. A perda de estrutura e função pode ser uma adaptação positiva que economiza energia e materiais. Mas pode ser simplesmente um subproduto de genes selecionados para outras funções (pleiotropia). Ou a estrutura pode estar ligada em desenvolvimento, e afetada pela seleção para alguma outra estrutura.

É uma regra geral que quaisquer adaptações que não são mais úteis ou se tornam órgãosvestigiais (ver apêndice vermiforme), ou podem ser selecionadas e adaptadas a outras funções (ver ossículos auriculares).

Adaptações com múltiplas funções

Muitas adaptações servem a mais de uma função. Esta é a razão pela qual algumas características se tornam tão perceptíveis que quase definem as espécies em questão. As pernas de um cavalo também são uma defesa principal: o pontapé de um cavalo é muito destrutivo. Os chifres de veados machos servem a uma função sexual, assim como uma defesa contra os predadores. O grande cérebro do homem serve não só para a linguagem, mas também para pensar e resolver problemas. As penas das aves não são usadas apenas para voar; elas são a base de sua conservação de calor, regulação de temperatura e sinalização.

Compromisso e conflito entre as adaptações

É uma profunda verdade que a Natureza não conhece melhor; que a evolução genética... é uma história de desperdício, improviso, compromisso e engano. Peter Medawar.

As adaptações nunca são perfeitas. Há sempre tradeoffs entre as diversas funções e estruturas de um corpo. É o organismo como um todo que vive e se reproduz, portanto, é o conjunto completo de adaptações que se transmite às gerações futuras.

Todas as adaptações têm um lado negativo: as pernas dos cavalos são ótimas para correr na grama, mas não podem coçar as costas; o pêlo dos mamíferos ajuda na regulação da temperatura, mas oferece um nicho para ectoparasitas. O compromisso e o make-shift ocorrem amplamente, não a perfeição. As pressões de seleção puxam em diferentes direções, e a adaptação que resulta é algum tipo de compromisso.

Como o fenótipo como um todo é o alvo da seleção, é impossível melhorar simultaneamente todos os aspectos do fenótipo no mesmo grau. Ernst Mayr. ^p589

Pavões

A camuflagem para evitar a detecção é destruída quando as cores vivas são exibidas no momento do acasalamento. Aqui o risco à vida é contrabalançado pela necessidade de reprodução. O trem ornamental do pavão (crescido novamente no tempo para cada época de acasalamento) é uma adaptação famosa. Ele deve reduzir sua manobrabilidade e seu vôo, e é extremamente visível; também, seu crescimento custa recursos alimentares.

A explicação de Darwin sobre sua vantagem foi em termos de seleção sexual: "depende da vantagem que certos indivíduos têm sobre outros indivíduos do mesmo sexo e espécie, em relação à reprodução". O tipo de seleção sexual representado pelo pavão é chamado de "escolha do cônjuge", ou seja, o processo seleciona quanto mais apto sobre o menos apto, e por isso tem valor de sobrevivência. Na prática, o pavão azul Pavo cristatus é uma espécie bastante bem sucedida, com uma grande variedade natural na Índia, portanto, o resultado geral de seu sistema de acasalamento é bastante viável.

O nascimento humano

O tamanho do cérebro fetal humano ao nascer significa que o cérebro de uma criança recém-nascida é bastante imaturo. O cérebro do recém-nascido não pode ser maior do que cerca de 400 cc, caso contrário, ele não passará pela pélvis da mãe. No entanto, o tamanho necessário para um cérebro adulto é de cerca de 1400ccs.

As coisas mais vitais na vida humana (locomoção, fala) só têm que esperar enquanto o cérebro cresce e amadurece. Este é o resultado do compromisso de nascimento. Muito do problema vem de nossa postura bípede ereta, sem a qual nossa pélvis poderia ser moldada de forma mais adequada ao nascimento. Os neandertais tiveram um problema semelhante.

Mudança de função ao longo do tempo

A função de uma característica pode, e muitas vezes muda com o tempo. Vários termos têm sido usados para descrever isto: pré-adaptação, exaptação, cooptação. Pré-adaptação" é o termo mais comum usado quando uma estrutura ou traço preexistente herdado de um ancestral desenvolve uma função diferente. Foi o termo usado por Julian Huxley e Ernst Mayr. O termo "pré-" não significa qualquer previsão, apenas significa que a adaptação já estava disponível, servindo a alguma função mais antiga. Exaptação' foi a palavra de Stephen J. Gould.

Um exemplo de pré-adaptação é nos dinossauros, que desenvolveram penas com a função de isolamento térmico e exibem muito antes de serem usados para voar pelas primeiras aves. As glândulas sudoríparas em mamíferos foram posteriormente transformadas em glândulas mamárias. Outro exemplo é a longa jornada dos ossículos da orelha dos mamíferos, que começou na cobertura das brânquias dos antigos peixes, depois se tornou parte da mandíbula inferior dos répteis, e depois se tornou parte da orelha interna dos mamíferos. Outro exemplo são as asas dos pingüins. Antes usadas para voar, elas agora são usadas para "voar" debaixo d'água.

A mudança de função em órgãos e estruturas é extremamente comum em evolução. Muitas das características dos tetrápodes (vertebrados terrestres) evoluíram a partir de características com diferentes funções nos ancestrais peixes de barbatanas de lobo (Sarcopterygii).

Uma exposição completa do trem do Pavão Índio

Definições

As seguintes definições são principalmente devidas a Theodosius Dobzhansky.

1. A adaptação é o processo evolutivo pelo qual um organismo se torna mais capaz de viver em seu habitat ou habitats.
2. Adaptação é o estado de adaptação: o grau em que um organismo é capaz de viver e se reproduzir em um determinado conjunto de habitats.
3. Uma característica adaptativa é um aspecto do padrão de desenvolvimento do organismo que melhora a probabilidade de esse organismo sobreviver e se reproduzir.

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