Adaptation (biologie)

Principes généraux

L'adaptation est avant tout un processus, plutôt qu'une partie physique du corps.

L'adaptation... ne peut plus être considérée comme une condition statique, un produit d'un passé créatif, et devient plutôt un processus dynamique continu. Ernst Mayr. ^p483

Un parasite interne (tel qu'un douve) est un bon exemple : il a une structure corporelle très simple, mais l'organisme est tout de même très adapté à son environnement particulier. L'adaptation n'est donc pas seulement une question de caractéristiques visibles : chez ces parasites, des adaptations critiques ont lieu au cours du cycle de vie, qui est souvent assez complexe.

Toutefois, en pratique, on utilise souvent le terme d'adaptation pour le produit : les caractéristiques d'une espèce qui résultent du processus. De nombreux aspects d'un animal ou d'une plante peuvent être correctement appelés adaptations, bien qu'il y ait toujours des caractéristiques dont la fonction est mise en doute. En utilisant le terme d'adaptation pour le processus d'évolution, et de trait adaptatif pour la partie ou la fonction corporelle (le produit), on peut distinguer les deux sens du mot.

L'adaptation est l'un des deux principaux processus qui expliquent la diversité des espèces que nous voyons en biologie. L'autre est la spéciation (scission des espèces ou cladogenèse). ^p562 Un exemple favori utilisé aujourd'hui pour étudier l'interaction entre l'adaptation et la spéciation est l'évolution des cichlidés dans les lacs africains.

Un organisme doit être viable à tous les stades de son développement et à tous les stades de son évolution. Cela impose des contraintes à l'évolution du développement, du comportement et de la structure des organismes.

L'idée générale est que chaque changement génétique et phénotypique au cours de l'évolution devrait être relativement faible, car les systèmes de développement sont si complexes et interconnectés. Mais la polyploïdie chez les plantes est une modification génétique importante assez courante. L'origine des eucaryotes par la symbiose de micro-organismes est un exemple plus exotique.

Niches écologiques

Toutes les adaptations aident les organismes à survivre dans leurs niches écologiques. Cela implique une augmentation de la capacité biologique.

Ces traits d'adaptation peuvent être structurels, comportementaux ou physiologiques. Les adaptations structurelles sont des caractéristiques physiques d'un organisme (forme, revêtement du corps, armement ; et aussi l'organisation interne).

Les adaptations comportementales sont composées de chaînes comportementales héritées et/ou de la capacité à apprendre : les comportements peuvent être hérités en détail (instincts), ou une tendance à apprendre peut être héritée (voir neuropsychologie). Exemples : recherche de nourriture, de sexe, de vocalisations.

Les adaptations physiologiques permettent à l'organisme de remplir des fonctions particulières (par exemple, la fabrication de venin, la sécrétion de bave, le phototropisme) ; mais aussi des fonctions plus générales telles que la croissance et le développement, la régulation de la température, l'équilibre ionique et d'autres aspects de l'homéostasie. L'adaptation touche donc tous les aspects de la vie d'un organisme.

Les adaptations

Les adaptations importantes ne viennent pas seules. Elles se font en groupes, qui travaillent ensemble pour que l'animal ou la plante réussisse dans sa niche ou son mode de vie particulier.

Les pics

Les adaptations des pics sont un bon exemple de la manière dont toute une série de caractéristiques sont nécessaires pour un mode de vie réussi.

1. Le bec : sa pointe est en forme de ciseau, et s'affûte automatiquement en picotant le bois. L'oiseau l'utilise pour s'attaquer aux larves sous l'écorce, pour élargir un trou afin de faire un nid et pour signaler son territoire en jouant du tambour. La plupart des comportements de recherche de nourriture, de reproduction et de signalisation des pics consistent à tambouriner et à marteler à l'aide du bec.
2. De longues langues collantes saisissent les larves d'insectes qui vivent sous l'écorce.
3. La milliseconde avant le contact avec le bois, une membrane nictitante épaissie se ferme, protégeant l'œil des débris volants. Les narines sont également protégées ; elles sont souvent fendues et recouvertes de plumes spéciales.
4. Pour prévenir les lésions cérébrales dues aux décélérations rapides et répétées, les pics ont développé un certain nombre d'adaptations qui protègent le cerveau. Ces adaptations comprennent
1. la petite taille du cerveau
2. la position du cerveau élargit la zone de contact entre le cerveau et le crâne
3. la courte durée du contact
4. la longueur inégale des parties supérieure et inférieure de leur bec (la partie inférieure est plus longue). La force de l'impact est ainsi dirigée vers le bas, loin du cerveau.
5. le cerveau du pic est maintenu dans un crâne avec des plaques inégales et spongieuses qui absorbent les chocs.
6. Les pics ont un os hyoïde spécial, qui part de leur bec, fait une boucle sur le dessus du crâne pour entourer complètement leur cerveau. Cela permet de maintenir le cerveau en place. C'est le mouvement du cerveau à l'intérieur du crâne lors de l'impact, plus que le coup lui-même, qui provoque les commotions cérébrales. Si le cerveau est maintenu en place, les risques de blessure sont considérablement réduits.
5. Les pics ont des pieds zygodactyles. Ces pieds ont quatre orteils, le premier et le quatrième sont tournés vers l'arrière, et le deuxième et le troisième vers l'avant. Cette disposition des pieds permet de saisir les branches et les troncs d'arbres. Les membres de cette famille peuvent marcher à la verticale sur un tronc d'arbre. En plus de leurs griffes et de leurs pieds robustes, les pics ont des pattes courtes et fortes. C'est typique des oiseaux qui s'alimentent sur les troncs.
6. Les queues des pics sont raidies, et lorsque l'oiseau se perche sur des surfaces verticales, la queue et les pattes travaillent ensemble pour le soutenir.
7. Tout le système est aidé par des changements dans le cerveau, le système nerveux, les muscles et les ligaments par rapport à ce qui était habituel chez leurs ancêtres.

Les pics ancestraux, qui sont passés à l'escalade sur les troncs d'arbres, avaient une structure ancestrale de pied et de queue. Cela suggère qu'un changement de comportement, peut-être pour trouver une meilleure source de nourriture, a été l'une des premières choses qui se sont produites dans la chaîne des événements. La façon dont les nouveautés de l'évolution commencent est un sujet important.

Pic vert : notez le bec, les pieds et la queue


Pic noir

Fonctions des adaptations

Traits sans fonction

Toutes les caractéristiques d'un organisme ne sont pas des adaptations. Il peut nécessiter des enquêtes sur le terrain ou des expériences pour savoir s'il a une fonction dans la vie de l'espèce.

Les adaptations ont tendance à refléter la vie passée d'une espèce. Si une espèce a récemment modifié son mode de vie, une adaptation autrefois précieuse peut devenir un vestige de moins en moins important. Les animaux qui vivent dans des grottes sombres perdent souvent, sur une longue période, leurs couleurs et leur vue.

Les raisons de cette situation peuvent varier. La perte de structure et de fonction peut être une adaptation positive qui permet d'économiser de l'énergie et des matériaux. Mais elle peut être simplement un sous-produit de gènes sélectionnés pour d'autres fonctions (pléiotropie). Ou bien la structure peut être liée au cours du développement et affectée par la sélection pour une autre structure.

En règle générale, les adaptations qui ne sont plus utiles deviennent soit des organes vestigiaux (voir appendice vermiforme), soit peuvent être sélectionnées et adaptées à d'autres fonctions (voir osselets d'oreille).

Des adaptations aux fonctions multiples

De nombreuses adaptations servent plus d'une fonction. C'est souvent la raison pour laquelle certains traits deviennent si évidents qu'ils définissent presque l'espèce concernée. Les pattes d'un cheval sont également une défense principale : le coup de pied d'un cheval est très destructeur. Les bois des cerfs mâles ont une fonction sexuelle et servent de défense contre les prédateurs. Le grand cerveau de l'homme sert non seulement au langage, mais aussi à la réflexion et à la résolution de problèmes. Les plumes d'oiseaux ne servent pas seulement à voler, elles sont à la base de la conservation de la chaleur, de la régulation de la température et de la signalisation

Compromis et conflits entre les adaptations

C'est une vérité profonde que la Nature ne connaît pas mieux ; que l'évolution génétique... est une histoire de gaspillage, de fortune, de compromis et de bévue. Peter Medawar.

Les adaptations ne sont jamais parfaites. Il y a toujours des compromis entre les différentes fonctions et structures d'un organisme. C'est l'organisme dans son ensemble qui vit et se reproduit, c'est donc l'ensemble des adaptations qui est transmis aux générations futures.

Toutes les adaptations ont un inconvénient : les pattes de cheval sont parfaites pour courir sur l'herbe, mais elles ne peuvent pas se gratter le dos ; les poils des mammifères aident à la régulation de la température, mais offrent une niche pour les ectoparasites. Les compromis et les improvisations sont monnaie courante, mais pas la perfection. Les pressions de sélection tirent dans différentes directions, et l'adaptation qui en résulte est une sorte de compromis.

Comme le phénotype dans son ensemble est la cible de la sélection, il est impossible d'améliorer simultanément tous les aspects du phénotype au même degré. Ernst Mayr. ^p589

Paons

Le camouflage pour éviter la détection est détruit lorsque des couleurs vives sont affichées au moment de l'accouplement. Dans ce cas, le risque pour la vie est contrebalancé par le besoin de reproduction. La traîne ornementale du paon (qui repousse à temps pour chaque saison des amours) est une adaptation célèbre. Il doit réduire sa manœuvrabilité et son vol, et est très visible ; de plus, sa croissance coûte des ressources alimentaires.

Darwin expliquait son avantage en termes de sélection sexuelle : "elle dépend de l'avantage que certains individus ont par rapport à d'autres individus du même sexe et de la même espèce, en matière de reproduction". Le type de sélection sexuelle représenté par le paon est appelé "choix du partenaire", ce qui signifie que le processus sélectionne le plus apte par rapport au moins apte, et a donc une valeur de survie. Dans la pratique, le paon bleu Pavo cristatus est une espèce qui réussit assez bien, avec une grande aire de répartition naturelle en Inde, de sorte que le résultat global de son système d'accouplement est tout à fait viable.

La naissance humaine

La taille du cerveau du fœtus humain à la naissance signifie que le cerveau d'un nouveau-né est assez immature. Le cerveau du nouveau-né ne peut pas dépasser environ 400 cm3, sinon il ne passera pas par le bassin de la mère. Pourtant, la taille nécessaire pour un cerveau adulte est d'environ 1 400 cm3.

Les choses les plus vitales de la vie humaine (la locomotion, la parole) n'ont qu'à attendre que le cerveau se développe et mûrisse. C'est le résultat du compromis de naissance. Une grande partie du problème vient de notre position bipède droite, sans laquelle notre bassin pourrait être mieux adapté à la naissance. Les Néandertaliens ont un problème similaire.

Changement de fonction au fil du temps

La fonction d'un trait peut changer, et c'est souvent le cas, au fil du temps. Plusieurs termes ont été utilisés pour décrire cela : préadaptation, exaptation, cooptation. La "préadaptation" est le terme le plus communément utilisé lorsqu'une structure préexistante ou un trait hérité d'un ancêtre évolue vers une fonction différente. C'est le terme utilisé par Julian Huxley et Ernst Mayr. Le terme "pré-" ne signifie pas une quelconque anticipation, il signifie simplement que l'adaptation était déjà disponible, remplissant une fonction plus ancienne. Exaptation" était le mot de Stephen J. Gould.

Un exemple de préadaptation est celui des dinosaures, dont les plumes ont évolué avec la fonction de thermo-isolation et d'affichage bien avant d'être utilisées pour le vol par les premiers oiseaux. Chez les mammifères, les glandes sudoripares se sont transformées par la suite en glandes mammaires. Un autre exemple est le long voyage des osselets d'oreille des mammifères, qui ont commencé dans les couvertures branchiales des poissons anciens, puis sont devenus une partie de la mâchoire inférieure des reptiles, et enfin ont fait partie de l'oreille interne des mammifères. Un autre exemple est celui des ailes de pingouins. Autre exemple : les ailes des pingouins, autrefois utilisées pour voler, sont aujourd'hui utilisées pour "voler" sous l'eau.

Le changement de fonction dans les organes et les structures est extrêmement courant dans l'évolution. De nombreuses caractéristiques des tétrapodes (vertébrés terrestres) ont évolué à partir de caractéristiques ayant différentes fonctions chez les poissons à nageoires lobées ancestraux (Sarcopterygii).

La formation d'un paon indien en   pleine exposition

Définitions

Les définitions suivantes sont principalement dues à Theodosius Dobzhansky.

1. L'adaptation est le processus évolutif par lequel un organisme devient plus apte à vivre dans son ou ses habitats.
2. L'adaptation est l'état d'être adapté : le degré auquel un organisme est capable de vivre et de se reproduire dans un ensemble d'habitats donné.
3. Un trait adaptatif est un aspect du modèle de développement de l'organisme qui améliore la probabilité de survie et de reproduction de cet organisme.

Pages connexes

• Évolution
• Rayonnement adaptatif
• Sélection naturelle
• Fitness
• Spéciation
• Mimétisme