Кіріспе
Эволюциямен ауысқан қасиеттің қызметі. Экзаптация және оған байланысты коопция термині эволюция барысында қасиеттің қызметінің өзгеруін сипаттайды. Мысалы, қасиет белгілі бір функцияны орындау үшін эволюциялануы мүмкін, бірақ кейін басқа функцияны атқаруға бейімделуі мүмкін. Экзаптация анатомия мен мінез-құлықта жиі кездеседі. Құс қауырсындары – классикалық мысал. Олар бастапқыда температураны реттеу үшін пайда болған болуы мүмкін, бірақ кейін ұшуға бейімделді. Қауырсындар ұшуға көмектесу үшін алғаш қолданылғанда, бұл экзаптивті пайдалану болды. Содан бері табиғи іріктеу арқылы ұшу қабілетін жақсарту үшін қалыптасты, сондықтан қазіргі күйінде ұшуға бейімделу ретінде қарастырылады. Көптеген құрылымдар бастапқыда экзаптация ретінде пайда болады: жаңа функцияға бейімделгеннен кейін, олар осы функцияға одан әрі бейімделеді. Экзаптацияға деген қызығушылық эволюцияның процесіне де, нәтижелеріне де қатысты: күрделі қасиеттерді құрайтын процесс және оның өнімдері (функциялар, анатомиялық құрылымдар, биохимиялық заттар және т.б.), олар толық дамымаған болуы мүмкін. "Экзаптация" терминін Стивен Джей Гулд пен Элизабет Врба "алдын ала бейімделу" терминін ауыстыру үшін ұсынды, оны телеологиялық мазмұнға толы термин деп есептеді.
Exaptation and the related term co option describe a shift in the function of a trait during evolution. For example, a trait can evolve because it served one particular function, but subsequently it may come to serve another. Exaptations are common in both anatomy and behaviour. Bird feathers are a classic example. Initially they may have evolved for temperature regulation, but later were adapted for flight. When feathers were first used to aid in flight, that was an exaptive use. They have since then been shaped by natural selection to improve flight, so in their current state they are best regarded as adaptations for flight. So it is with many structures that initially took on a function as an exaptation: once molded for a new function, they become further adapted for that function. Interest in exaptation relates to both the process and products of evolution: the process that creates complex traits and the products (functions, anatomical structures, biochemicals, etc.) that may be imperfectly developed. The term "exaptation" was proposed by Stephen Jay Gould and Elisabeth Vrba, as a replacement for 'pre adaptation', which they considered to be a teleologically loaded term.
Тарих және анықтамалар
Чарльз Дарвинмен қасиеттің функциясы эволюциялық тарихы барысында өзгеруі мүмкін деген идея туды. Көп жылдар бойы бұл құбылыс «алдын ала бейімделу» деп аталып келді, бірақ бұл термин биологиядағы телеологияны білдіретіндіктен және табиғи іріктеумен қақтығысатындай көрінетіндіктен, «экзаптация» терминімен алмастырылды. Бұл идеяны бірнеше ғалым зерттеген, ал 1982 жылы Стивен Джей Гулд пен Элизабет Врба «экзаптация» терминін енгізді. Дегенмен, бұл анықтамада бейімделудің рөліне қатысты екі түрлі түсінік болды. (1) Табиғи іріктеу арқылы белгілі бір функция үшін қалыптасқан қасиет (бейімделу) жаңа мақсат үшін қолданылады – қосымша пайдалану. (2) Табиғи іріктеудің тікелей әсерінен тумаған қасиет (бейімделмеу) қазіргі қолдану үшін қосымша пайдаланылады – қосымша пайдалану. (Gould and Vrba 1982, 1-кесте) Анықтамаларда экзаптациялардың қосымша пайдаланудан кейін табиғи іріктеу арқылы қалыптасқаны туралы мәлімдеме жоқ, бірақ Гулд пен Врба қосымша пайдаланудан кейін қалыптасқан қасиеттердің мысалдарын (мысалы, қауырсын) келтіреді. Егер қасиет (әсіресе, негізгі немесе жалғыз) жаңа мақсатта қолданылса, оған селекциялық қысым өзгеруі мүмкін, бұл әртүрлі эволюциялық бағытты бастауы мүмкін. Осы екіұштылықты болдырмау үшін Дэвид Бусс және авторлар тобы «қосымша пайдаланған бейімделу» терминін ұсынды, ол қосымша пайдаланғаннан кейін пайда болған қасиеттермен ғана шектеледі. Алайда, «экзаптация» және «қосымша пайдалану» терминдері осы мәселеде түсініксіз болып қалады.
The definitions are silent as to whether exaptations had been shaped by natural selection after cooption, although Gould and Vrba cite examples (e. g., feathers) of traits shaped after cooption. Note that the selection pressure upon a trait is likely to change if it is (especially, primarily or solely) used for a new purpose, potentially initiating a different evolutionary trajectory. To avoid these ambiguities, David Buss et al. suggested the term "co opted adaptation", which is limited to traits that evolved after cooption. However, the commonly used terms of "exaptation" and "cooption" are ambiguous in this regard.
Алдын ала бейімдеу
Кейбір жағдайларда, алдын ала бейімделудегі "pre" дегенді телеологиялық емес себептермен, бейімделудің өзінен бұрын қолданылған ретінде түсіндіруге болады, бұл терминге экзаптациядан өзгеше мағына береді. Мысалы, болашақ орта (мысалы, ыстық немесе құрғақ) қазіргі географиялық немесе уақыттық шекарасындағы популяцияның кездескен жағдайларына ұқсауы мүмкін. Бірақ бұл болашаққа бағытталған емес, қазіргі геномдарға әсер ететін және болашаққа салдарлары бар табиғи іріктеуді білдіреді. Функция әрқашан формадан бұрын туындамайды: дамыған құрылымдар кейбір құрылымдық немесе тарихи себептерге байланысты бастапқыда арналған функцияларын өзгерте немесе бейімдей алады.
Мысалдар
Экзаптацияларға бастапқыда жылуды реттеуге, көрсетуге, кейіннен құстардың ұшуына пайдаланған қауырсындардың коопциясы жатады. Тағы бір мысал – көптеген алғашқы балықтардың өкпелері, олар құрлықтағы омыртқалы жануарлардың өкпелеріне айналды, бірақ сондай-ақ экзаптацияға ұшырап, дамыған балықтардағы газдық көпіршікке – жүзу қабілетін реттеу органына айналды. Үшінші мысал – сүтқоректілердің жақ сүйектерінің екі сүйегін қайта пайдаланып, осылайша есту сүйекшелерін – балдақ пен кірпішін құру, ал сүтқоректілердің жағында тек бір буын қалдыру. Артроподтар шамамен Силур кезеңінің соңында құрлықта тіршілік ететін жануарлардың ең ерте анықталған қалдықтарын қалдырды, ал шамамен сол кездегі құрлықтағы іздерді де артроподтар жасаған деп есептеледі. Артроподтардың құрлыққа оңай бейімделуіне себеп – олардың буынды экзоскелеттері гравитацияға қарсы қолдау көрсетті, ал өзара әрекеттесетін механикалық компоненттері рычагтар, тіректер және суға батып қалмайтын қозғалыс құралдарын жасады. Метаболизмді экзаптацияның маңызды бөлігі деп қарастыруға болады. Өте ертеде пайда болған және Жердегі тіршілікке орталықтанған биологиялық жүйе ретінде, зерттеулер метаболизмнің жаңа жағдайлар мен ортада дене шынықтыру деңгейін арттыру үшін экзаптацияны пайдалана алатынын көрсетті. Зерттеулер метаболизмнің сәтті жүруі үшін 44 көміртек көзінің жарамды екенін және осы метаболикалық жүйелердегі кез келген бейімделу бірнеше экзаптациялардың нәтижесі екенін көрсетті. Осы тұрғыдан алғанда, экзаптация адаптациялардың пайда болуында маңызды рөл атқарады. Жақындағы мысал – Ричард Ленскидің E. coli бактериясының ұзақ мерзімді эволюциялық тәжірибесі, онда 31 000 ұрпақтан кейін он екі популяцияның бірінде цитратты аэробтық түрде өсіруге қабілет пайда болды. Блоунт және әріптестерінің геномдық талдауы бұл жаңа қасиеттің геннің дубликациясына байланысты екенін көрсетті, нәтижесінде цитрат тасымалдаушысы, әдетте тек анаэробтық жағдайларда экспрессияланатын, енді аэробтық жағдайларда да экспрессияланады, осылайша оны аэробтық пайдалану үшін экзаптациялайды. Гулд және Брозиус экзаптация тұжырымын генетикалық деңгейге көтерді. Алғашында қарапайым қоқыс ДНК деп есептелген ретропозонды қарастырып, оның экзаптация деп аталатын жаңа функцияны иеленуі мүмкін деген қорытынды жасауға болады. Төтенше жағдай туғанда, түр пайдалы мақсаттар үшін қоқыс ДНК-ны пайдалана алады. Бұл 250 миллион жыл бұрын Пермь-Триас жойылу оқиғасына тап болған және Жер атмосферасындағы оттегі деңгейінің күрт өскен сүтқоректілердің ата-бабаларында болуы мүмкін. 100-ден астам локустар тек сүтқоректілердің геномдарында сақталғаны анықталды және олардың плацента, диафрагма, сүт бездері, неокортекс және есту сүйекшелері сияқты ерекшеліктердің пайда болуында маңызды рөл атқаратыны болжанып отыр. Экзаптацияның нәтижесінде, яғни бұрын "пайдасыз" ДНК-ны тіршілік ету мүмкіндігін арттыру үшін пайдалану арқылы, сүтқоректілер жаңа ми құрылымдарын және жаппай жойылудан аман қалуға және жаңа ортаға бейімделуге көмектесетін мінез-құлықты қалыптастыра алды. Сол сияқты, вирустар мен олардың құрамдас бөліктері де жиі қожайынның функциялары үшін экзаптацияланады. Экзаптацияланған вирустардың функциялары әдетте басқа вирустардан немесе жасушалық бәсекелестерден қорғаныс, жасушалар арасында нуклеин қышқылдарын беру немесе сақтау функцияларын қамтиды. Куонин және Крупович вирустың экзаптациясы әр түрлі деңгейде болуы мүмкін екенін айтты – толыққанды жұмыс істейтін вирусты пайдаланудан бастап, ақаулы, ішінара бұзылған вирустарды пайдалануға және жеке вирустық белоктарды пайдалануға дейін.
Адаптация және экзаптация циклы
Гулд пен Врба экзаптация туралы жазылған алғашқы мақалаларының бірінде, экзаптация туған кезде, ол жаңа қызметіне толыққанды сәйкес келмейтіні және осыған байланысты, оны тиімдірек пайдалану үшін жаңа бейімделулер пайда болуы мүмкін деген болжам жасады. Яғни, белгілі бір белгінің дамуының бастауы, нақты немесе белгілі бір қызметке бағытталған бастапқы бейімделуден басталады, одан кейін бастапқы экзаптация (бар ерекшелік жаңа қызмет үшін қолданылады, бірақ ол үшін толыққанды жарамды болмауы мүмкін), ал бұл өз кезегінде екінші деңгейлі бейімделудің эволюциясына алып келеді (жақсы нәтиже алу үшін табиғи іріктеу арқылы ерекшелік жақсарылады), экзаптацияның одан әрі дамуын қамтамасыз етеді және т.б. Мысалы, қауырсындар маңызды мысал болып табылады, олар бастапқыда терморегуляцияға бейімделген болуы мүмкін, бірақ уақыт өте келе жәндіктерді ұстауға пайдалы болып, басқа да пайдалы қасиет ретінде қызмет еткен. Мысалы, нақты орналасуы бар ірі контурлық қауырсындар жәндіктерді тиімді ұстауға бейімделу ретінде пайда болды, бұл ақырында ұшуға алып келді, себебі үлкен қауырсындар осы мақсатқа жақсырақ сай келді.
Күрделі қасиеттердің эволюциясы
Дарвиннің эволюция теориясына қатысты туындаған бір мәселе – күрделі құрылымдардың қалай бірте-бірте дамуын түсіндіру болды, себебі олардың бастапқы формалары ешқандай функцияны атқаруға жеткіліксіз болуы мүмкін еді. Джордж Джексон Миварт (Дарвиннің сынаушысы) атап өткендей, құстың қанатының 5 пайызы функционалды болмас еді. Күрделі белгілердің бастапқы формасы пайдалы формаға айналу үшін жеткілікті ұзақ сақталмайтын еді. Дарвин "Түрлердің шығу тегі" кітабының соңғы басылымында көптеген күрделі белгілердің бұрынғы белгілерден пайда болғанын, олар әртүрлі функцияларды атқарғанын түсіндірді. Перделер ауаны ұстап, құстарға температураны тиімді реттеуге мүмкіндік берді, мысалы, ыстық болғанда қауырсындарын көтеру арқылы. Осы мүмкіндікке ие жеке жануарлар жақсырақ тіршілік ететін және көбейетін болған, нәтижесінде белгінің таралуы мен күшеюіне әкелді. Соңында, перделер жеткілікті үлкеніп, кейбір құстардың желкендеуіне мүмкіндік берді. Бұл құстар өз кезегінде жақсырақ тіршілік ететін және көбейетін болды, нәтижесінде бұл белгі тарады, себебі ол екінші, тіпті пайдалырақ функцияны атқарды: қозғалыс. Осылайша, құстар қанатының эволюциясын температураны реттеуден ұшуға қарай функциялық өзгеріс арқылы түсіндіруге болады.
Жүрушілердің жобалау
Дарвин тірі организмдердің ерекшеліктері қоршаған ортаға лайықты жақсы жасалғандығын түсіндірді, бірақ көптеген ерекшеліктері толық емес екенін де мойындады. Олар қолда бар материалдардан жасалған сияқты, яғни, уақытша шешімдермен құрастырылған. efn|Jacob (1977) Дегенмен, мұның себебі олардың екі мақсатқа қызмет етуінде. Физикалық және әлеуметтік оқшаланудан туындайтын ауырсынудың кейбір химиялық жолдары бір-бірімен тоғысады.
Діннің танымдық ғылымында
Діннің танымдық ғылымында экзаптация діни мінез-құлықты және сенімді түсіндіру үшін пайдаланылады. Осылайша, дін – ақыл-ой эволюциясының туындысы ретінде қарастырылады.