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Lexikon der Biologie

Anpassung

Anpassung, 1) Biochemie: biochemische Anpassung, Änderungen im Stoffwechselgeschehen (Stoffwechsel) von Organismen, die zur Erhaltung der Homöostase, bei sich ändernden Umwelteinflüssen, dienen. Dazu stehen dem Organismus drei Hauptstrategien zur Verfügung: 1. Änderungen der in einem System vorhandenen Makromolekülarten, 2. Neueinstellung von Mengen- oder Konzentrationsverhältnissen der Makromoleküle und 3. adaptive Regulation der Funktionen der in der Zelle vorhandenen Makromoleküle. Im einzelnen kann dies Modulationen der Genexpression, von Enzymaktivitäten (Enzyme) durch Effektoren oder Produktion von Isoenzymen, und damit veränderten Enzym-Substrat-Affinitäten, bedeuten. Von grundlegender Bedeutung für alle Arten biochemischer Anpassung ist die Funktion der makromolekularen Liganden-Affinitäten. Basis dieser Affinitäten sind schwache Wechselwirkungen, wie z. B. Wasserstoffbrücken. Daher sind die Affinitätsmerkmale sehr empfindlich gegenüber Änderungen von Temperatur, Druck, Ionenstärke usw. Biochemische Anpassungen sind also zum großen Teil mit der Ausbildung komplizierter Systeme schwacher Wechselwirkungen verknüpft, wodurch den Makromolekülen die für ihre Funktion in einem Mikroklima notwendige Spezifität verliehen wird. Ob eine der obengenannten Hauptstrategien einzeln oder alle drei gemeinsam auftreten, hängt im wesentlichen von der Art des äußeren Einflusses, aber auch von der zur Anpassung zur Verfügung stehenden Zeit ab. Die evolutionsbedingte Anpassung geht bis hin zu DNA-Sequenzänderungen, während z. B. die Anpassung eines Organismus an große Höhen – und damit an ein vermindertes Sauerstoffangebot (Sauerstoff) der Luft – sich innerhalb von zwei Tagen durch erhöhte Hämoglobin- (Hämoglobine) und 2,3-Diphosphoglycerat-Konzentrationen manifestiert. (Dieses Phänomen wird von Hochleistungssportlern ausgenutzt, die durch Höhentraining ihre Leistungsfähigkeit steigern.) Daran beteiligt ist das Erythropoetin, das als synthetisches Präparat als Mittel zum Blut-Doping diskutiert wird. Eine Anpassung an die Temperatur (Temperaturanpassung) wird am Beispiel von Acetylcholin-Esterase-Isoenzymen (Acetylcholin-Esterase, ACh) im Gehirn der Regenbogen-Forelle (Salmo gairdneri) deutlich. So weist die ACh-E aus Tieren, welche an Temperaturen von 18 °C adaptiert sind, eine andere elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit (Elektrophorese) auf als die aus Tieren, die an 4 °C akklimatisiert wurden. Bei Tieren, die bei 12 °C gehalten wurden, findet man beide Formen. Bei extrem niedrigen Temperaturen wird bei Insekten und Fröschen aufgrund von jahreszeitlicher Rhythmik auch die Produktion von Gefrierschutzproteinen beobachtet, die ein langsames und kontrolliertes Gefrieren der extrazellulären Flüssigkeit bewirken, während in die Zellen Glycerin oder Sorbit eingelagert werden kann, wodurch ein Durchgefrieren der Zellen verhindert wird. Entsprechende Anpassungen auf enzymatischer und Metabolit-Ebene sind auch gegenüber Druckveränderungen gefunden worden. Adaptation. 2) Biologie: Organismen sind im Gegensatz zu unbelebten Systemen dadurch ausgezeichnet, daß sie "zweckmäßig" und planvoll aufgebaut sind. Diese planvolle Konstruktion können Lebewesen nur dadurch aufrechterhalten, indem sie ständig ihrer Umwelt Energie entnehmen. Lebewesen besitzen im Gegensatz zu unbelebten Objekten eine Umwelt. Mit dieser Umwelt stehen sie in Wechselbeziehung. Daher müssen Organismen über Eigenschaften verfügen, die ihnen diese Wechselbeziehung mit ihrer Umwelt ermöglichen. Eigenschaften, die Lebewesen diese lebenserhaltende Auseinandersetzung mit den unterschiedlichsten Umweltbedingungen gestatten, nennt man Anpassungen oder Adaptationen. Anpassungen haben Funktionen, sie erfüllen einen "Zweck". Anpassungen sind aber durch keine finalistische, sondern eine a-posteriori-Zweckmäßigkeit ausgezeichnet; sie sind das Ergebnis vorausgegangener Selektion. Die Selektion ist ein statistischer Prozeß, in dem eine Anpassung auf ihren Anpassungswert oder Adaptationswert überprüft wird. Besitzer von Anpassungen mit höherem Anpassungswert werden von der Selektion bevorzugt. Bevorzugt bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Träger einer Anpassung mit höherem Anpassungswert mit größerer Wahrscheinlichkeit Nachkommen hervorbringen kann, als der Träger einer Anpassung mit geringerem Anpassungswert. Individuen mit der besseren Anpassung werden in der Population der nächsten Generation relativ häufiger sein; besser angepaßt bedeutet auch einen höheren Grad an Ökonomisierung, d. h. letztlich eine ökonomischere Nutzung der Umwelt. Eine Anpassung (Phän) wird durch die Selektion, die vom "äußeren" Milieu ausgeht, herausgebildet. Dieser "äußeren Anpassung" ist die "innere Anpassung" der zahlreichen Gen-Wechselwirkungen (Epigenotypus) unterlegt. Der Anpassungswert eines Gens hängt damit nicht nur von seinem unmittelbaren Beitrag zu einem Phän ab, sondern auch von seinem eignungssteigernden Einfluß auf andere Gene. Der Anpassungswert eines Phänotypus wird durch den Epigenotypus bestimmt. Der "Zweck" einer Anpassung ist die Fortpflanzung und damit die Weitergabe der einer Anpassung zugrundeliegenden genetischen Information. Damit eine Art mit ihren Anpassungen erhalten bleibt, darf der Informationsfluß von Generation zu Generation nicht abreißen. Adaptation, Adaptiogenese, Analogie, Evolution, inclusive fitness, Genaktivierung, Leben, Lebensformtypus, ökologische Nische, Plastizität, Präadaptation, Selektionsdruck, Strategie, Streß, Variabilität, Vitalität.

T.Z./P.S.

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