Adaptación biológica

Principios generales

La adaptación es, en primer lugar, un proceso, más que una parte física del cuerpo.

La adaptación... ya no puede considerarse una condición estática, producto de un pasado creativo, y se convierte en un proceso dinámico continuo. Ernst Mayr.

Un parásito interno (como una chiripa) es un buen ejemplo: tiene una estructura corporal muy simple, pero aun así el organismo está muy adaptado a su entorno particular. De ello se desprende que la adaptación no es sólo una cuestión de rasgos visibles: en estos parásitos las adaptaciones críticas tienen lugar en el ciclo vital, que suele ser bastante complejo.

Sin embargo, como término práctico, la adaptación se utiliza a menudo para el producto: aquellos rasgos de una especie que resultan del proceso. Muchos aspectos de un animal o una planta pueden llamarse correctamente adaptaciones, aunque siempre hay algunos rasgos cuya función es dudosa. Utilizando el término adaptación para el proceso evolutivo y rasgo adaptativo para la parte o función corporal (el producto), se pueden distinguir los dos sentidos de la palabra.

La adaptación es uno de los dos procesos principales que explican la diversidad de especies que vemos en biología. El otro es la especiación (división de especies o cladogénesis). Uno de los ejemplos más utilizados hoy en día para estudiar la interacción entre adaptación y especiación es la evolución de los peces cíclidos en los lagos africanos.

Un organismo debe ser viable en todas las fases de su desarrollo y en todas las etapas de su evolución. Esto impone restricciones a la evolución del desarrollo, el comportamiento y la estructura de los organismos.

La idea general es que cada cambio genético y fenotípico durante la evolución debería ser relativamente pequeño, porque los sistemas de desarrollo son muy complejos y están interconectados. Pero la poliploidía en las plantas es un gran cambio genético bastante común. El origen de los eucariotas por la simbiosis de microorganismos es un ejemplo más exótico.

Nichos ecológicos

Todas las adaptaciones ayudan a los organismos a sobrevivir en sus nichos ecológicos. Esto implica un aumento de la aptitud biológica.

Estos rasgos adaptativos pueden ser estructurales, de comportamiento o fisiológicos. Las adaptaciones estructurales son rasgos físicos de un organismo (forma, recubrimiento corporal, armamento; y también la organización interna).

Las adaptaciones del comportamiento se componen de cadenas de comportamiento heredadas y/o de la capacidad de aprender: los comportamientos pueden heredarse en detalle (instintos), o puede heredarse una tendencia al aprendizaje (véase la neuropsicología). Ejemplos: búsqueda de comida, sexo, vocalizaciones.

Las adaptaciones fisiológicas permiten al organismo realizar funciones especiales (por ejemplo, fabricar veneno, secretar baba, fototropismo); pero también funciones más generales como el crecimiento y el desarrollo, la regulación de la temperatura, el equilibrio iónico y otros aspectos de la homeostasis. La adaptación, por tanto, afecta a todos los aspectos de la vida de un organismo.

Trajes de adaptaciones

Las adaptaciones importantes no vienen solas. Vienen en grupos, que trabajan juntos para que el animal o la planta tengan éxito en su nicho o estilo de vida particular.

Pájaros carpinteros

Las adaptaciones de los pájaros carpinteros son un buen ejemplo de cómo se necesita todo un conjunto de características para una forma de vida exitosa.

1. El pico: su punta tiene forma de cincel y se autoafila al picotear la madera. El pájaro lo utiliza para alcanzar las larvas bajo la corteza, para ensanchar un agujero para hacer un nido y para señalar su territorio tamborileando. Muchos de los comportamientos de forrajeo, cría y señalización de los pájaros carpinteros implican tamborilear y martillear con el pico.
2. Las largas lenguas pegajosas agarran las larvas de los insectos que viven bajo la corteza.
3. Un milisegundo antes de entrar en contacto con la madera, se cierra una gruesa membrana nictitante que protege el ojo de los restos que vuelan. Las fosas nasales también están protegidas; a menudo tienen forma de hendidura y cuentan con plumas especiales para cubrirlas.
4. Para evitar daños cerebrales por las rápidas y repetidas desaceleraciones, los pájaros carpinteros han desarrollado una serie de adaptaciones que protegen el cerebro. Entre ellas se encuentran

1. tamaño pequeño del cerebro
2. la posición del cerebro extiende la zona de contacto entre el cerebro y el cráneo
3. la corta duración del contacto
4. la longitud desigual de las partes superior e inferior del pico (la inferior es más larga). Esto dirige la fuerza del impacto hacia abajo, lejos del cerebro.
5. el cerebro del pájaro carpintero se mantiene en un cráneo con placas desiguales y esponjosas que absorben los golpes.
6. Los pájaros carpinteros tienen un hueso hioides especial, que sale de su pico y hace un bucle en la parte superior del cráneo para rodear completamente su cerebro. Esto actúa para mantener el cerebro en su sitio. Es el movimiento del cerebro dentro del cráneo durante el impacto, más que el golpe en sí, lo que provoca las conmociones cerebrales. Si el cerebro se mantiene en su sitio, el riesgo de lesiones se reduce considerablemente.

5. Los pájaros carpinteros tienen pies zigodáctilos. Estos pies tienen cuatro dedos, el primero y el cuarto hacia atrás, y el segundo y el tercero hacia delante. Esta disposición de los pies es buena para agarrar las ramas y los troncos de los árboles. Los miembros de esta familia pueden subir verticalmente por el tronco de un árbol. Además de las fuertes garras y pies, los pájaros carpinteros tienen patas cortas y fuertes. Esto es típico de las aves que se alimentan de los troncos.
6. La cola de los pájaros carpinteros es rígida, y cuando el ave se posa en superficies verticales, la cola y las patas trabajan juntas para sostenerla.
7. Todo el sistema se ve favorecido por los cambios en el cerebro, el sistema nervioso, los músculos y los ligamentos respecto a lo que era habitual en sus antepasados.

Los pájaros carpinteros ancestrales, que pasaron a trepar por los troncos de los árboles, tenían una estructura ancestral de patas y cola. Esto sugiere que un cambio de comportamiento, quizá para conseguir una mejor fuente de alimento, fue una de las primeras cosas que ocurrieron en la cadena de acontecimientos. La forma en que se inician las novedades evolutivas es un tema importante.

Pájaro carpintero verde: observe el pico, las patas y la cola


Pico negro

Funciones de las adaptaciones

Rasgos sin función

No todas las características de un organismo son adaptaciones. Puede ser necesario realizar investigaciones de campo o experimentos para averiguar si tiene una función en la vida de la especie.

Las adaptaciones tienden a reflejar la vida pasada de una especie. Si una especie ha cambiado recientemente su estilo de vida, una adaptación que antes era valiosa puede convertirse en un vestigio menguante. Los animales que viven en cuevas oscuras suelen perder, durante un largo periodo, sus colores y su vista.

Las razones para ello pueden variar. La pérdida de estructura y función puede ser una adaptación positiva que ahorra energía y materiales. Pero puede ser simplemente un subproducto de los genes seleccionados para otras funciones (pleiotropía). O la estructura puede estar vinculada en el desarrollo y verse afectada por la selección para alguna otra estructura.

Es una regla general que las adaptaciones que ya no son útiles se conviertan en órganosvestigiales (véase el apéndice vermiforme) o se seleccionen y adapten a otras funciones (véase los huesecillos del oído).

Adaptaciones con múltiples funciones

Muchas adaptaciones cumplen más de una función. Por eso, a menudo, algunos rasgos se hacen tan notables que casi definen a la especie en cuestión. Las patas de un caballo también son una defensa principal: la patada de un caballo es muy destructiva. La cornamenta de los ciervos macho tiene una función sexual y de defensa contra los depredadores. El gran cerebro del hombre no sólo sirve para el lenguaje, sino también para pensar y resolver problemas. Las plumas de las aves no sólo sirven para volar; son la base de su conservación del calor, la regulación de la temperatura y la señalización

Compromiso y conflicto entre adaptaciones

Es una verdad profunda que la Naturaleza no sabe lo que es mejor; que la evolución genética... es una historia de despilfarro, improvisación, compromiso y desatino. Peter Medawar.

Las adaptaciones nunca son perfectas. Siempre hay compensaciones entre las distintas funciones y estructuras de un organismo. Es el organismo en su conjunto el que vive y se reproduce, por lo que es el conjunto de adaptaciones el que se transmite a las generaciones futuras.

Todas las adaptaciones tienen un inconveniente: las patas de los caballos son estupendas para correr por la hierba, pero no pueden rascarse la espalda; el pelo de los mamíferos ayuda a regular la temperatura, pero ofrece un nicho para los ectoparásitos. El compromiso y la adaptación se dan de forma generalizada, no la perfección. Las presiones de selección tiran en diferentes direcciones, y la adaptación que resulta es una especie de compromiso.

Dado que el objetivo de la selección es el fenotipo en su conjunto, es imposible mejorar simultáneamente todos los aspectos del fenotipo en el mismo grado. Ernst Mayr. ^p589

Pavos reales

El camuflaje para evitar la detección se destruye cuando se muestran colores vivos en la época de apareamiento. En este caso, el riesgo para la vida se ve contrarrestado por la necesidad de reproducción. La cola ornamental del pavo real (que crece de nuevo en cada temporada de apareamiento) es una famosa adaptación. Debe reducir su maniobrabilidad y su vuelo, y es enormemente llamativa; además, su crecimiento cuesta recursos alimenticios.

La explicación de Darwin sobre su ventaja fue en términos de selección sexual: "depende de la ventaja que ciertos individuos tienen sobre otros del mismo sexo y especie, en relación con la reproducción". El tipo de selección sexual representado por el pavo real se denomina "elección de pareja", lo que significa que el proceso selecciona a los más aptos sobre los menos aptos, por lo que tiene valor de supervivencia. En la práctica, el pavo real azul Pavo cristatus es una especie bastante exitosa, con una gran área de distribución natural en la India, por lo que el resultado global de su sistema de apareamiento es bastante viable.

Nacimiento humano

El tamaño del cerebro del feto humano al nacer significa que el cerebro de un recién nacido es bastante inmaduro. El cerebro del recién nacido no puede ser mayor de unos 400 cc, pues de lo contrario no atravesaría la pelvis de la madre. Sin embargo, el tamaño necesario para un cerebro adulto es de unos 1.400 cc.

Las cosas más vitales de la vida humana (locomoción, habla) tienen que esperar mientras el cerebro crece y madura. Este es el resultado del compromiso del nacimiento. Gran parte del problema proviene de nuestra postura bípeda erguida, sin la cual nuestra pelvis podría tener una forma más adecuada para el nacimiento. Los neandertales tenían un problema similar.

Cambio de función en el tiempo

La función de un rasgo puede cambiar, y a menudo lo hace, con el tiempo. Se han utilizado varios términos para describir esto: preadaptación, exaptación, cooptación. Preadaptación" es el término más utilizado cuando una estructura o rasgo preexistente heredado de un ancestro evoluciona hacia una función diferente. Fue el término utilizado por Julian Huxley y Ernst Mayr. El término 'pre' no significa ninguna previsión, sólo significa que la adaptación ya estaba disponible, sirviendo a alguna función anterior. Exaptación' era la palabra de Stephen J. Gould.

Un ejemplo de preadaptación es el de los dinosaurios, que desarrollaron plumas con la función de termoaislamiento y exhibición mucho antes de que las primeras aves las utilizaran para volar. Las glándulas sudoríparas de los mamíferos se transformaron posteriormente en glándulas mamarias. Otro ejemplo es el largo viaje de los huesecillos del oído de los mamíferos, que empezaron en las cubiertas de las branquias de los antiguos peces, luego pasaron a formar parte de la mandíbula inferior de los reptiles y después se convirtieron en parte del oído interno de los mamíferos. Otro ejemplo son las alas de los pingüinos. Antes se utilizaban para volar, ahora sirven para "volar" bajo el agua.

El cambio de función en los órganos y estructuras es extremadamente común en la evolución. Muchos de los rasgos de los tetrápodos (vertebrados terrestres) evolucionaron a partir de rasgos con funciones diferentes en los peces ancestrales de aletas lobuladas (Sarcopterygii).

Un pavo real indio en plena formación

Definiciones

Las siguientes definiciones se deben principalmente a Theodosius Dobzhansky.

1. La adaptación es el proceso evolutivo por el que un organismo se adapta mejor a su hábitat o hábitats.
2. La adaptación es el estado de ser adaptado: el grado en que un organismo es capaz de vivir y reproducirse en un conjunto determinado de hábitats.
3. Un rasgo adaptativo es un aspecto del patrón de desarrollo del organismo que mejora la probabilidad de que ese organismo sobreviva y se reproduzca.

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