تعريف التكيف في علم الأحياء

في علم الأحياء، يشير التكيف إلى العملية التي يتكيف فيها الأنواع مع بيئتها، وهي نتيجة للانتقاء الطبيعي بناء على الاختلافات الوراثية عبر الأجيال، وتتكيف الكائنات الحية مع بيئتها بأشكال وطرق مختلفة، سواء في بنيتها ووظائفها ووراثتها وحركتها وانتشارها ووسائل الدفاع والهجوم وتكاثرها وتطورها وجوانب أخرى.

تطور التكيف في علم الأحياء

لا يعود استخدام كلمة التكيف في علم الأحياء التطوري إلى الوقت الحالي، بل يعود تاريخ استخدامها إلى أوائل القرن السابع عشر، حيث أشارت إلى وجود علاقة بين التصميم والوظيفة أو كيفية تناسب شيء ما مع شيء آخر. وتم تطوير هذه الفكرة في علم الأحياء لتشمل ثلاثة معانٍ للتكيف.

أولاً : من الناحية الفسيولوجية، يستطيع الحيوان أو النبات التكيف مع بيئته المباشرة، على سبيل المثال، عنطريق تغيير درجة حرارته أو استقلابه بزيادة الارتفاع.

ثانيًا :  وعادة، يشير مصطلح التكيف إما إلى عملية التكيف نفسها أو إلى السمات المميزة في الكائنات الحية التي تساعدها في التكاثر بنجاح مقارنة بالسمات الأخرى المحتملة. في هذا السياق، يتم تحفيز عملية التكيف بالتغيرات الجينية بين الأفراد، حيث تتكيف الأجيال مع الظروف البيئية المحددة. مثال كلاسيكي على ذلك هو العثة المهروسة (Biston betularia) التي زادت أعدادها في بريطانيا بعد الثورة الصناعية. ظهرت العثة ذات الألوان الداكنة لتتناسب مع الأشجار الملونة بالسواد، مما ساهم في حمايتها من الطيور المفترسة. تحدثت عملية التكيف هذه عن طريق تغير تردد الجين المسؤول عن خاصية لون الأجنحة.

ثالثًا : أما وجهة النظر الثالثة ، والأكثر شيوعًا للتكيف ، تتعلق بشكل الميزة التي تطورت عن طريق الانتقاء الطبيعي لوظيفة معينة ، وتشمل الأمثلة رقاب الزرافات الطويلة ، للتغذية في قمم الأشجار ، والأجسام المبسطة للأسماك ، والثدييات المائية ، والعظام الخفيفة للطيور ، والثدييات الطائرة ، وأسنان الكلاب الطويلة ، التي تشبه الخناجر. 

التكيف الاضطراري وتفسيره

يتفق جميع علماء الأحياء على أن الخصائص العضوية تعكس بشكل عام التعديلات، وعلى الرغم من ذلك، فإن هناك خلافات كثيرة حول دور التاريخ والقيود في ظهور الخصائص، وكذلك حول الأسلوب الأفضل لإثبات أن الخصائص هي تكيف وليست وظيفة في التاريخ.

ما يسمى بإبهام الباندا، أو عظم السمسم الشعاعي، هو في الواقع عظم الرسغ الذي يعمل الآن كإبهام معاكس، مما يتيح للباندا العملاقة الإمساك بسيقان الخيزران ومعالجتها بمهارة. وقد كانت أجداد الباندا العملاقة وجميع الأنواع ذات الصلة، مثل الدببة السوداء والراكون والباندا الحمراء، لديها أيضا عظام سمسم، على الرغم من أن الأنواع الأخيرة التي لا تتغذى على الخيزران أو تستخدم العظام للتغذية.

لذلك ، هذا العظم ليس تكيفًا لتغذية الخيزران كما اعترف به الطبيعي الإنجليزي تشارلز داروين في كتابه أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي (1859)، والتحدي الذي يواجه العلماء هو تحديد ما إذا كانتطورت الميزة الحالية لهذا العظم لتحقيق وظيفة مختلفة

وهكذا ، قبل شرح أن السمة هي تكيف ، من الضروري تحديد ما إذا كانت تظهر أيضًا في الأسلاف ، وبالتالي ربما تطورت تاريخياً ، لوظائف مختلفة عن تلك التي تخدمها الآن ، وهناك مشكلة أخرى في تحديد السمة على أنها تكيف ، هي أن السمة قد تكون نتيجة ضرورية ، أو قيدًا للفيزياء أو الكيمياء.

تتضمن وظيفة السمات التشريحية إحدى أكثر أشكال القيد شيوعًا، وتختلف هذه السمات في الحجم، فعلى سبيل المثال، تكون أسنان الكلاب أكبر في الحيوانات الآكلة للحوم منها في الحيوانات العاشبة، وغالبًا ما يتم تفسير هذا الاختلاف في الحجم على أنه تكيف مع الافتراس.

ومع ذلك، يرتبط حجم أسنان الكلاب أيضا بحجم أجسامها بشكل عام، ويعرف هذا الارتباط بمصطلح العلوم الحياتية `allometry`. يلاحظ ذلك أيضا في الحيوانات اللحومية الكبيرة مثل النمور، حيث تكون أنيابها أكبر من تلك الموجودة في الحيوانات اللحومية الصغيرة مثل الثعالب. وبالتالي، فإن اختلافات العديد من الخصائص الحيوية والنباتية، مثل حجم الشباب، وفترات النمو (مثل مدة الحمل والعمر)، وأنماط وأحجام أوراق الأشجار، ترتبط بالعوامل المرتبطة بالحجم.

تعدد السمات ومنهجيات التكيف

يعد اختبار التفسيرات التكيفية في علم الأحياء أمراً صعباً لأنه يتضمن العديد من السمات ويتطلب منهجيات مختلفة، وتعتبر المناهج التجريبية مهمة لإثبات أن أي تغيير صغير، كما في الاختلافات الفسيولوجية أو السلوكية، يمكن أن يكون تكيفاً.

تعتبر أكثر الطرق صرامة هي تلك التي تجمع بين المناهج التجريبية والمعلومات من الإعدادات الطبيعية، مثل إظهار كيف أن مناقير أنواع مختلفة من نباتاتعشبة جلاپاجوس تتشكل بطرق مختلفة وذلك لتكييفها مع التغذية على البذور ذات الأحجام المختلفة.

يعد النهج المقارن باستخدام المقارنات عبر الأنواع التي تطورت بشكل مستقل وسيلة فعالة لدراسة القيود التاريخية والمادية، إذ يشمل استخدام طرق إحصائية لملاحظة الاختلافات في الحجم والأشجار التطورية لتتبع تطور سمات بين السلالات.

أنواع التكيف

تعيش الكائنات الحية، من الميكروبات إلى النباتات والحيوانات، في بيئات يمكن أن تتغير لتصبح أكثر جفافا وأكثر سخونة، وبرودة وأكثر حموضة، وأكثر قتامة ومشمسة، مع عدد لا نهائي من المتغيرات. تتمتع الكائنات ذات المزايا الوراثية، مثل الطفرة، بالقدرة على النجاة في الظروف الجديدة وتمرير التغييرات إلى الأحفاد والانتشار في السكان كتأقلم. تتكون التكيفات الأساسية الثلاثة، وفقا لكيفية التعبير عن التغييرات الجينية، من التكيفات الهيكلية والفسيولوجية والسلوكية، وتتوافر في معظم الكائنات الحية.

التكيفات الهيكلية

تشكل بيئة الكائن الحي مظهره من خلال التعديلات الهيكلية ، فالثعالب الصحراوية لها آذان كبيرة للإشعاع الحراري ، والثعالب القطبية الشمالية لها آذان صغيرة للحفاظ على حرارة الجسم ، كما تحتوي الأختام على زعانف للتنقل في المياه ، ولدى حيوانات الراكون أرقام منفصلة ومرنة للتعامل مع الطعام.

وتمتزج الدببة القطبية البيضاء مع طوفان الجليد ، ونماذج الجاكوار المرقطة في ظل الغابة المترقطة ، وقد تحتوي الأشجار على لحاء الفلين للحماية من حرائق الغابات ، وتؤثر التعديلات الهيكلية على الكائنات الحية على مستويات مختلفة ، من طريقة مفصل الركبة إلى وجود عضلات طيران كبيرة ، وبصر حاد للطيور المفترسة.

التكيفات الفسيولوجية

استنادًا إلى كيمياء الجسم ، والتمثيل الغذائي ، لا تظهر التكيفات الفسيولوجية عادة من الخارج ، وهي تتكون من أشياء مثل الكلى الأكثر كفاءة للحيوانات الصحراوية ، مثل فئران الكنغر ، والمركبات التي تمنع تخثر الدم في لعاب البعوض ، أو وجود السموم في أوراق النبات لصد الحيوانات العاشبة.

وغالبًا ما تكون الدراسات المختبرية التي تقيس محتويات الدم والبول ، وسوائل الجسم الأخرى ، التي تتبع مسارات التمثيل الغذائي ، أو الدراسات الميكروسكوبية لأنسجة الكائن الحي ضرورية ، لتحديد التكيفات الفسيولوجية ، وفي بعض الأحيان يكون اكتشافها صعبًا ، إذا لم يكن هناك سلف مشترك ، أو نوع وثيق الصلة يمكن مقارنة النتائج معه.

التكيفات السلوكية

التكيفات التي تؤثر على سلوك الكائن الحي تسمى تكيفات سلوكية. يستخدم السبات للهروب من البرد، وتهاجر الطيور والحيتان إلى المناطق الشتوية الدافئة. تنشط حيوانات الصحراء في الليل خلال الطقس الحار في الصيف. تسعى السحالي للحصول على بقعة مشمسة في الصباح لتسخين درجة حرارة جسمها بشكل أسرع. وتتظاهر قاتلة التعشيش بأنها مصابة لجذب المفترسين بعيدا عن صغارها.

يمكن أن تكون التعديلات السلوكية التي تنطوي على إجراءات التزاوج ، مثل تلك التي يعرضها الطائر الأسترالي ، معقدة بشكل مدهش ، وغالبا ما تأخذ التكيفات السلوكية دراسات ميدانية ، ومخبرية دقيقة لإبرازها بالكامل ، وغالبا ما تتضمن آليات فسيولوجية أيضا ، ويستخدم البشر التكيفات الثقافية كمجموعة فرعية من التكيفات السلوكية ، حيث يتعلم الأشخاص الذين يعيشون في بيئة معينة ، وطرق تربية الطعام الذي يحتاجونه ، والتعامل مع المناخ المعين.