التكيف الفسيولوجي: ما هو وأمثلة - مادة الاحياء - 2025

A التكيف الفسيولوجي هو سمة أو صفة على مستوى علم وظائف الأعضاء من كائن حي - الذي يطلق عليه خلية النسيج أو العضو - الذي يزيد من فعاليته البيولوجية أو اللياقة البدنية.

في علم وظائف الأعضاء ، هناك ثلاثة مصطلحات لا ينبغي الخلط بينها: التكيف ، والإعداد ، والتأقلم. الانتقاء الطبيعي لتشارلز داروين هو الآلية الوحيدة المعروفة التي تؤدي إلى التكيف. هذه العملية بطيئة وتدريجية بشكل عام.

المصدر: pixabay.com

من الشائع أن يتم الخلط بين التكيف مع الإعداد أو التأقلم. يرتبط المصطلح الأول بالاختلافات على المستوى الفسيولوجي ، على الرغم من أنه يمكن أن يحدث أيضًا في علم التشريح أو الكيمياء الحيوية ، نتيجة تعرض الجسم لظروف بيئية جديدة ، مثل البرودة الشديدة أو الحرارة.

يتضمن التأقلم نفس التغييرات الموصوفة في مصطلح البيئة ، فقط تلك التغيرات البيئية التي يسببها الباحث في المختبر أو في الميدان. كل من التأقلم والإعداد ظواهر قابلة للعكس.

مما تتكون؟

التكيفات الفسيولوجية هي خصائص الخلايا والأعضاء والأنسجة التي تزيد من كفاءة الأفراد الذين يمتلكونها ، مقارنة بمن لا يمتلكونها.

عندما نتحدث عن "الفعالية" فإننا نعني المصطلح المستخدم على نطاق واسع في علم الأحياء التطوري (ويسمى أيضًا الفعالية الداروينية أو اللياقة) المرتبط بقدرة الكائنات الحية على البقاء والتكاثر. يمكن تقسيم هذه المعلمة إلى مكونين: احتمال البقاء ومتوسط ​​عدد النسل.

بمعنى أنه عندما يكون لدينا خصائص فسيولوجية معينة تزيد من لياقة الأفراد ، يمكننا أن ندرك أنها سمة تكيفية.

يجب أن نكون حذرين عند تحديد التكيفات ، لأن جميع الخصائص التي نراها في الحيوان ليست قابلة للتكيف. على سبيل المثال ، نعلم جميعًا أن دمنا له لون أحمر نابض بالحياة.

هذه الخاصية ليس لها قيمة تكيفية وهي مجرد نتيجة كيميائية. لون الدم أحمر لأنه يحتوي على جزيء يسمى الهيموجلوبين المسؤول عن نقل الأكسجين.

كيف نستنتج أن السمة هي تكيف فسيولوجي؟

عندما نلاحظ خاصية معينة لكائن ما يمكننا وضع عدة فرضيات حول معناها التكيفي.

على سبيل المثال ، ليس هناك شك في أن عيون الحيوانات هي هياكل تسمح بالتقاط الضوء. إذا طبقنا ترتيب الأفكار الموضحة أعلاه ، يمكننا أن نستنتج أن الأفراد الذين لديهم هياكل ترى الضوء لديهم بعض المزايا على أقرانهم ، مثل الهروب بسهولة من الحيوانات المفترسة أو العثور على الطعام بسهولة أكبر.

ومع ذلك ، وفقًا لعالم الأحياء التطوري وعالم الحفريات الشهير ستيفن جاي جولد "لا ينبغي قبول أي تفسير للقيمة التكيفية للشخصية لمجرد أنها معقولة وجذابة".

في الواقع ، فإن إثبات أن الشخصيات هي تكيفات هي واحدة من أبرز مهام علماء الأحياء التطورية ، منذ زمن تشارلز داروين.

أمثلة

الجهاز الهضمي في الفقاريات الطائرة

تواجه الفقاريات والطيور والخفافيش الطائرة تحديًا أساسيًا: التغلب على قوة الجاذبية لتتمكن من الحركة.

وبالتالي ، فإن هذه الكائنات لها خصائص فريدة لا نجدها في مجموعة أخرى من الفقاريات التي تكون طريقة حركتها أرضية بحتة ، مثل الفأر على سبيل المثال.

تتراوح تعديلات هذه الفقاريات الغريبة من عظام خفيفة الوزن ذات ثقوب داخلية إلى انخفاض كبير في حجم الدماغ.

وفقًا للأدبيات ، فإن أحد أهم الضغوط الانتقائية التي شكلت هذه المجموعة الحيوانية هو الحاجة إلى تقليل كتلتها لزيادة كفاءة الطيران.

يُفترض أن الجهاز الهضمي قد تم تشكيله من خلال هذه القوى ، ويفضل الأفراد ذوي الأمعاء القصيرة ، مما يعني كتلة أقل أثناء الطيران.

ومع ذلك ، عند الحد من الأمعاء تأتي مضاعفات إضافية: استيعاب العناصر الغذائية. نظرًا لوجود سطح امتصاص أصغر ، يمكننا أن ندرك أن تناول العناصر الغذائية يتأثر. أظهرت الأبحاث الحديثة أن هذا لا يحدث.

وفقًا لـ Caviedes - Vidal (2008) ، هناك مسار امتصاص خالي يعوض النقص في أنسجة الأمعاء. للوصول إلى هذه الاستنتاجات ، درس المؤلفون مسارات الامتصاص في أمعاء خفاش الفاكهة Artibeus lituratus.

تكيفات النبات مع البيئات الجافة

عندما تتعرض النباتات لظروف بيئية معاكسة ، فإنها لا تستطيع الانتقال إلى مواقع أخرى ذات ظروف أفضل ، مثل الطيور التي تهاجر إلى مناطق دافئة هربًا من الإجهاد الحراري في الشتاء.

لهذا السبب ، فإن الأنواع النباتية المختلفة لديها تكيفات ، بما في ذلك الفسيولوجية ، والتي تسمح لها بمواجهة الظروف غير المواتية ، مثل الجفاف في الصحاري.

هناك أشجار ذات أنظمة جذرية واسعة (جذور) تسمح لها بأخذ المياه من الخزانات العميقة.

كما أنها تقدم مسارات أيضية بديلة تساعد في تقليل فقد الماء. من بين هذه المسارات لدينا نباتات C4 التي تقلل من ظاهرة التنفس الضوئي ، وذلك بفضل الفصل المكاني لدورة كالفن وتثبيت ثاني أكسيد الكربون.

التنفس الضوئي هو مسار بديل لا يوفر أي مكسب ويحدث عندما يستخدم إنزيم RuBisCO (ribulose-1،5-bisphosphate carboxylase / Oxygenase) الأكسجين وليس ثاني أكسيد الكربون.

تعمل نباتات CAM (استقلاب حمض crassulaceae) على إبطاء عملية التنفس الضوئي وتسمح للنبات بتقليل فقد الماء ، وذلك بفضل الفصل المؤقت.

البروتينات المضادة للتجمد في الأسماك teleost

حققت العديد من أنواع الأسماك البحرية (التي تنتمي إلى Teleostei infraclass) سلسلة من التكيفات الرائعة لتتمكن من التطور في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة.

تشمل هذه التعديلات الفسيولوجية إنتاج البروتينات المضادة للتجمد والبروتينات السكرية. يتم إنتاج هذه الجزيئات في كبد الأسماك ويتم تصديرها إلى مجرى الدم لأداء وظيفتها.

وفقًا للتركيب الكيميائي الحيوي للبروتينات ، يتم تمييز أربع مجموعات. علاوة على ذلك ، لا تمتلك جميع الأنواع الآلية نفسها: فبعضها يصنع البروتينات قبل تعرضها لدرجات حرارة منخفضة ، والبعض الآخر يفعل ذلك استجابةً للمنبهات الحرارية ، بينما تقوم مجموعة أخرى بتصنيعها على مدار العام.

بفضل التأثيرات التجميعية للحلول ، عند إضافة المزيد من المواد المذابة إلى البلازما ، تنخفض درجة الحرارة التي تتجمد عندها بشكل كبير. في المقابل ، فإن أنسجة الأسماك التي ليس لديها هذا النوع من الحماية ستبدأ في التجمد بعد أن تصل درجة الحرارة إلى 0 درجة مئوية.

المراجع

1. Caviedes - Vidal، E.، Karasov، WH، Chediack، JG، Fasulo، V.، Cruz - Neto، AP، & Otani، L. (2008). الامتصاص الخلوي: خفاش يكسر نموذج الثدييات. بلوس واحد، 3 (1) ، e1425.
2. Davies ، PL ، Hew ، CL ، & Fletcher ، GL (1988). بروتينات الأسماك المضادة للتجمد: علم وظائف الأعضاء وعلم الأحياء التطوري. المجلة الكندية لعلم الحيوان ، 66 (12) ، 2611-2617.
3. فريمان ، س. ، وهيرون ، جي سي (2002). التحليل التطوري. برنتيس هول.
4. Price، ER، Brun، A.، Caviedes - Vidal، E.، & Karasov، WH (2015). التكيفات الهضمية لأنماط الحياة الهوائية. علم وظائف الأعضاء ، 30 (1) ، 69-78.
5. Villagra، PE، Giordano، C.، Alvarez، JA، Bruno Cavagnaro، J.، Guevara، A.، Sartor، C.،… & Greco، S. (2011). أن تكون نباتًا في الصحراء: استراتيجيات لاستخدام المياه ومقاومة الإجهاد المائي في الجبل المركزي في الأرجنتين. علم البيئة أوسترال ، 21 (1) ، 29-42.