适应

生物学

shì yìng

适应是一种可遗传的结构或行为性状,能提高生物体在其所处环境中生存和繁殖的机会。

Definition

适应是指一种身体部位或行为特征,能帮助生物在其生存的环境中存活下来,例如鸭子的蹼足,或鸟类在冬季向南迁徙;它是遗传得来的,而不是后天学会的,因为长颈鹿一出生脖子就是长的,而不是在一生中逐渐拉长的。更准确地说,适应是一种由自然选择塑造的可遗传性状,之所以被塑造,是因为它能在特定环境中提高生物体的适合度,也就是生存和繁殖的能力,它可以是结构上的、生理上的,也可以是行为上的;由于环境各不相同,在一个地方适应良好的性状,在另一个地方可能反而不利,而且适应是发生在跨代的种群身上,而不是发生在一个个体的一生之中。从最深层次看,适应是指其当前功能正是被自然选择针对该功能塑造出来的性状,这与被重新用于新用途的"扩展适应",或者非适应性的副产物有所区别;适应是在多种相互竞争的需求之间做出的折中,受到发育历史、遗传和物理条件的约束,因此它们是局部最优而非全局最优;趋同演化,即彼此没有亲缘关系的谱系针对相似的挑战演化出相似的解决方案,正是自然选择根据功能塑造形态的有力证据。

Example

仙人掌把水分储存在粗壮的茎中,并通过刺而不是叶片来减少水分流失,而北极熊则依靠浓密的毛皮和一层脂肪来保暖。骆驼能在不受伤害的情况下损失多达$25$百分比的体内水分,并能闭合鼻孔以抵挡风沙;北极狐通过较小的耳朵和较短的四肢来减少热量散失,而沙漠狐则通过较大的耳朵来散热。鲨鱼、鱼龙和海豚各自独立演化出了流线型的身体,因为水中的阻力对这三者遵循相同的物理规律;生活在高海拔的藏族人群携带能抑制红细胞过量生成的EPAS1基因变异,这是一种在过去数千年间才出现的适应性特征。

Key Insight

适应性特征既揭示了自然选择的强大力量,也揭示了它的局限性:脊椎动物的眼睛堪称精妙,但它的视网膜却是"反接"的,还带有一个盲点,这是演化在既有发育路径的约束下不得不做出的妥协,而不是设计拙劣的表现。