適応とは？生物学的定義と進化・自然淘汰の代表事例

一般原則

適応とは、まず第一に、身体の物理的な部分ではなく、プロセスである。

適応...もはや静的な状態、創造的な過去の産物と考えることはできず、代わりに継続的な動的なプロセスとなった。エルンスト・マイヤー

内部寄生虫（フリュークなど）は良い例で、非常に単純な身体構造をしていますが、その生物は特定の環境に高度に適応しています。このことから、適応は目に見える形質だけの問題ではないことがわかります。このような寄生虫では、非常に複雑なライフサイクルの中で重要な適応が行われます。

しかし、実用的な用語としては、適応はしばしば製品に対して使われることが多い。動物や植物の多くの側面は正しく適応と呼ぶことができますが、機能が疑わしい特徴も常に存在します。進化の過程を表す用語として「適応」、身体的な部分や機能（製品）を表す用語として「適応形質」を使うことで、この言葉の2つの意味を区別することができます。

適応は、私たちが生物学で目にする多様な種を説明する二つの主要なプロセスの一つです。もう一つは種分化（種の分裂、またはクラッドジェネシス）です。今日、適応と種分化の相互作用を研究するためによく使われている例は、アフリカの湖でのシクリッドフィッシュの進化です。

生物は、その発生のすべての段階で、またその進化のすべての段階で生存可能でなければならない。これは、生物の発達、行動、構造の進化に制約を与える。

一般的な考え方は、発生系は非常に複雑で相互にリンクしているため、進化の間の各遺伝的・表現型の変化は比較的小さいはずだというものです。しかし、植物における多型は、かなり一般的な大きな遺伝的変化である。微生物の共生による真核生物群の起源は、よりエキゾチックな例です。

生態的ニッチ

すべての適応は、生物がその生態学的ニッチで生き延びるのを助ける。これは生物学的適性の増加を意味します。

これらの適応形質は、構造的なもの、行動的なもの、生理的なもののいずれかである。構造的適応とは、生物の物理的特徴（形状、体表、武装、内部組織）のことである。

行動適応は、継承された行動連鎖および／または学習能力によって構成される：行動は詳細に継承されることがあります（本能）、または学習の傾向が継承されることがあります（神経心理学を参照）。例：食べ物探し、セックス、発声。

生理的な適応は、生物が特殊な機能（例えば、毒を作る、スライムを分泌する、光刺激）を行うことを可能にするだけでなく、成長や発達、温度調節、イオンバランスやその他の恒常性の側面などのより一般的な機能も可能にします。順応は、生物の生命のあらゆる側面に影響を与えます。

適応のスーツ

重要な適応は単一ではありません。動物や植物が特定のニッチやライフスタイルで成功を収めるために一緒に働くグループになっているのです。

キツツキ

キツツキの適応は、生き方を成功させるために必要とされる機能の全体的なスイートがどのようにして必要とされるかを示す良い例です。

1. 嘴：先端はノミのような形をしていて、木をつついて自分で削る。樹皮の下の虫を捕まえたり、穴を広げて巣を作ったり、太鼓を叩いて縄張りに合図を送ったりするために使います。キツツキの採餌、繁殖、合図行動の多くは、嘴を使って太鼓を叩いたり、ハンマーで叩いたりしています。
2. 長い粘着性のある舌は、樹皮の下に住む昆虫の虫をつかみます。
3. 木材と接触する1ミリ秒前には、厚くなった瞳孔膜が閉じ、飛散する破片から目を保護します。鼻孔も保護されています。鼻孔はスリット状になっていて、特殊な羽で覆われています。
4. 急激な減速を繰り返すことによる脳の損傷を防ぐために、キツツキは脳を保護する多くの適応を進化させてきました。これらには次のようなものがあります。

1. 小脳
2. 脳の位置は脳と頭蓋骨の接触領域を広げる
3. 接触時間が短い
4. くちばしの上と下の部分の長さが 不均等であること（下の方が長い）。これは衝撃力を下に向けて 脳から遠ざけることになります
5. キツツキの脳は、衝撃を吸収する凹凸のある海綿状のプレートを持つ頭蓋骨の中に保持されています。
6. キツツキは、彼らのくちばしから達する特別な舌骨を持っています、完全に彼らの脳を囲むように頭蓋骨の上にループします。これは脳を固定する働きをしています。脳震盪を引き起こすのは、打撃そのものよりも、衝撃時の頭蓋骨内の脳の動きです。脳が所定の位置に保持されている場合は、傷害のリスクが大幅に減少します。

5. キツツキはzygodactyl足を持っています。これらの足には4つのつま先があり、第1と第4は後ろ向きで、第2と第3は前方を向いています。この足の配置は、木の手足や幹をつかむのに適しています。木の幹の上を垂直に歩くことができます。強い爪と足に加えて、キツツキは短くて強い脚を持っています。これは、幹の上で採餌する鳥の典型的なものです。
6. キツツキの尾は硬くなっていて、鳥が垂直な面に止まるときには、尾と足が協力して支えます。
7. 先祖代々の当たり前のことから、脳、神経系、筋肉、靭帯などの変化によって、システム全体が助けられています。

木の幹に登ることに切り替えた先祖代々のキツツキは、先祖代々の足と尾の構造を持っていた。このことは、行動の変化、おそらくより良い食料源を手に入れるための変化が、出来事の連鎖の中で最初に起こったことの一つであったことを示唆しています。進化の新奇性がどのようにして始まるのかは重要なテーマである。

適応機能

機能を持たない Traits

生物のすべての機能が適応であるとは限らない。それが種の生活の中で機能しているかどうかを調べるためには、現地調査や実験が必要かもしれません。

適応は種の過去の生活を反映する傾向がある。ある種が最近その生活様式を変えた場合、かつて価値のあった適応は衰退の一途をたどるかもしれません。暗い洞窟の中で暮らす動物は、長い間に色や視力を失うことが多い。

その理由は様々です。構造や機能の喪失は、エネルギーや材料を節約する正の適応かもしれない。しかし、それは単に他の機能のために選択された遺伝子の副産物であるかもしれない（多元性）。あるいは、構造は発生の過程でリンクしており、他の構造のために選択されたことによって影響を受けているのかもしれません。

それは、もはや有用ではない任意の適応は、いずれかのいずれかの小器官になることが一般的なルールである（バーミドウ虫垂を参照）、または選択され、他の機能に適応することができる（耳の小骨を参照）。

複数の機能を備えたアダプテーション

多くの適応は一つ以上の機能を果たしている。これが、ある種の形質が、その種の種族を定義するほど顕著になる理由であることが多い。馬の足は主な防御手段でもあり、馬の蹴りは非常に破壊的である。雄の鹿の角は、捕食者からの防御だけでなく、性的な機能も果たしている。人間の大きな脳は言語だけでなく、思考や問題解決にも役立っている。鳥の羽は単に飛ぶためだけに使われているのではなく、熱保存、温度調節、シグナル伝達の基礎となっています。

適応の妥協と葛藤

自然は最善を知らないというのは 深遠な真実である 遺伝的進化は... 無駄と偽物と妥協と過ちの物語である。ピーター・メダワー

適応は決して完璧ではありません。体内の様々な機能や構造の間には常にトレードオフが存在します。生きて繁殖するのは生物全体であり、したがって、後の世代に引き継がれるのは適応の完全なセットなのです。

すべての適応には欠点があります：馬の足は草の上を走るのには最適ですが、背中を掻くことはできません；哺乳類の毛は体温調節に役立ちますが、外寄生虫のためのニッチを提供しています。妥協とメイク・シフトは広く行われているが、完璧ではない。淘汰の圧力は異なる方向に引っ張られ、その結果生じる適応はある種の妥協である。

表現型全体が選択の対象となるので、表現型のすべての側面を同時に同じ程度に改善することは不可能である。エルンスト・マイヤー ^p589

ピーコック

探知を避けるための迷彩は、交尾時に鮮やかな色が表示されると破壊されます。ここでは、生命へのリスクは繁殖の必要性によって相殺されます。クジャクの観賞用電車（交尾期に合わせて新たに成長する）は有名な適応です。それは彼の操縦性と飛行を減少させなければならず、非常に目立ちます。

ダーウィンはその優位性を性淘汰の観点から説明しました。"それは、特定の個体が繁殖に関連して、同じ性別と種の他の個体の上に持っている利点に依存する"。クジャクに代表される性的選択の種類は「仲間選択」と呼ばれるもので、このプロセスでは、より適合している方が適合していない方よりも適合している方が選択されるので、生存価値があることを意味しています。実際には、アオクジャクのPabo cristatusは、インドでは自然の範囲が広く、かなり成功している種であり、その交尾システムの全体的な結果は、かなり実行可能なものである。

人の誕生

出生時の人間の胎児の脳の大きさは、新生児の脳がかなり未熟であることを意味します。新生児の脳は約400ccsより大きくならないと、母体の骨盤を通らないので、大人の脳に必要な大きさは約1400ccsです。それでも大人の脳に必要なサイズは約1400ccsです。

人間が生きていく上で最も重要なもの（運動、発話）は、脳が成長して成熟するまで待つだけです。これは生まれつきの妥協の結果です。問題の多くは、直立した二足歩行の姿勢から来ています。そうでなければ、骨盤は出産に適した形になります。ネアンデルタール人にも同じような問題がありました。

機能の経時変化

形質の機能は、時間の経過とともに変化することがあり、しばしば変化します。これを説明するためにいくつかの用語が使用されてきました: 先天的適応、外天的適応、共同選択。先天的適応」は、先祖から受け継いだ既存の構造や形質が異なる機能を進化させるときに使われる最も一般的な用語です。それはジュリアンハクスレーとエルンストマイヤーによって使用される用語だった。用語 'プリ'は、任意の先見性を意味するものではなく、それは単に適応がすでに利用可能であったことを意味し、いくつかの古い機能を提供しています。'Exaptation'はスティーブン・J・グールドの言葉であった。

先天的な適応の一例は恐竜にあり、初期の鳥類が飛行に使用するずっと前に、熱保温と表示の機能を持つ羽毛を進化させた。哺乳類の汗腺は後に乳腺に変化した。もう一つの例は、古代魚の鰓蓋に始まり、爬虫類の下顎の一部となり、その後哺乳類の内耳の一部となった哺乳類の耳小骨の長い旅路である。もう一つの例は、ペンギンの翼です。かつては空を飛ぶために使われていましたが、現在では水中で「飛ぶ」ために使われています。

臓器や構造物の機能の変化は進化において極めて一般的である。四足類（陸上脊椎動物）の特徴の多くは、先祖のローブフィンフィッシュ（Sarcopterygii）の機能の異なる特徴から進化したものである。

定義

以下の定義は、主にテオドシウス・ドブジャンスキーによるものです。

1. 適応とは、生物がその生息地や生息地でよりよく生きることができるようになる進化の過程のことです。
2. 順応性とは、順応している状態のことで、ある生物が与えられた生息環境の中で生き、繁殖することができる程度のことです。
3. 適応形質とは、その生物が生き残り繁殖する確率を向上させる、その生物の発達パターンの側面のことである。

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