Mis on vestigiaalorganid? Definitsioon, evolutsioonilised põhjused ja näited

Mida tähendab vestigiaalorgan?

Vestigiaalorganid on kehaosad või elundid, mis on väiksemad, lihtsamad või vähem funktsionaalsed kui samasugused organid sugulasliikidel. Need elundid on osaliselt või täielikult kaotanud oma algse rolli organismi ellujäämises või paljunemises.

Miks vestigiaalorganid tekivad?

Vestigiaalsus on üks silmapaistvamaid tõendeid evolutsiooni kohta. Kui populatsiooni elutingimused muutuvad, võib algne kohanemine muutuda üleliigseks. Sellisel juhul nõrgeneb looduslik valik, mis varem säilitas selle omaduse. Mutatsioonid ja eraldunud arenguvariandid võivad kuhjuda. Kuna kõik struktuurid nõuavad energia- ja arenguressursse ning võivad kanda riske (näiteks nakkus- või vähihoog), on evolutsiooniliselt soodne, et mittevajalikud osad degeneriseeruvad või kaovad.

Peamised mehhanismid, mis viivad vestigiaalsete omadusteni:

Relaxed selection (sile valiku nõrgenemine) — osa struktuuri kaitsev tähtsus väheneb;
Neutraalsed mutatsioonid ja juhuslik geneetiline triiv;
Kulude ja kasu vahekord — kui organi hoidmine on kallis või riskantne, võib selle kadumine anda selektiivset eelist;
Eksapteerimine — mõnikord omandab rikutud organ uue, teisese funktsiooni.

Näited loomadest ja inimestest

Vestigiaalsetele muutustele võib näiteid leida nii loomadel kui taimedel. Mõned tüüpilised näited:

Maod kaotasid jalad pärast seda, kui nende liikumine muutus sobivaks roomamiseks; mõnel maoliigil (nt boadel) esinevad aga allesjäänud tagajalad ja rikutud vaagnaluu.
Inimese vermiformne pimesool oli varem suur ja tähtis osas taimetoiduliste mikroobide lagundamisel — see sisaldas mikroobe, mis produtseerisid tsellulaasi taimsete rakuseinte lõhkumiseks. Tänapäeval pole lehed inimese peamiseks toiduks ja tselluloosi me ei seedi.
Paljud koopas elavad organismsed kaotasid nägemise ja karvakihi värvuse, sest pimedas keskkonnas need omadused enam ei aita; elundid degenereeruvad aja jooksul ning mutatsioonid kuhjuvad.
Inimeste puhul võivad vestigiaalsete organite hulka lugeda ka umbilisäkke (pimesool) ja sabaluud (coccyx), samuti teatud näo- ja kõrvalihased, mis paljudel teistel imetajatel on töökorras.
Lendavates putukates (nt kärbsed) on tiiva asemele kujunenud halterid, mis on tasakaalu- ja stabiilsuseorganid — see on näide, kus struktuur muudetakse uueks funktsiooniks (eksapteerimine).

Uuringud ja otsekohesed näited

Praktiline näide valiku toimimisest on koopaliste väheste nägemisega krevettide uuring: vaatlustes kahejalgsete i grupi kohta (Gammarus minus) leiti, et paaritumise ajal kinnituvad isased emasloomadele ja kaitsevad neid. Paaritud isastel olid silmad väiksemad kui paaritumata isastel ning paaritunud isaste viljakus oli keskmiselt suurem — valik väikeste silmade suunas hinnati üsna tugevaks (valikugradient ~ -0,30). Teadlased oletavad, et nägemise kaotus võis vabastada närvisüsteemi ressursse teiste sensoorsete kanalite töötlemiseks.^p310

Vestigiaalsete struktuuride tähendus ja ettevaatused

On oluline mõista, et vestigiaalne ei tähenda alati täielikku kasutuksust. Mõnel juhul omandab organ uue funktsiooni või säilib osaline roll immuunsuse, reproduktiivse või neuroloogilise tegevuse juures. Näiteks inimese pimesoolil näivad olevat immuunsüsteemi ja soolemikroobstoas stabiliseerivad rollid ning mitte kõik vestigiaalid ei ole täiesti kasutu.

Kuidas vestigiaalorganit tõestatakse?

Vestigiaalsete organite identifitseerimine tugineb mitmele allikale:

Võrdlev anatoomia ja filogeneetilised andmed — kuidas struktuur esines seotud liigikaaslastel ja esivanematel;
Fossiilid ja arenguainestik (embrioloogia) — näitavad, kuidas organ on aja jooksul muutunud;
Geneetilised uuringud — pseudogeenid, mutatsioonid ja geeniekspressiooni muutused näitavad funktsiooni kadu;
Käitumuslikud ja ökoloogilised uuringud — selgitavad, miks konkreetne omadus on kasutu või kahjulik tänases keskkonnas.

Lõppsõna

Vestigiaalorganid on evolutsiooni loomulikud jäljed — nad annavad aimu liikide minevikust ja sellest, kuidas muutused ökoloogias ja käitumises on suunanud kehaehituse uuele jaotusele. Kuigi paljud neist organitest on vähendanud või kaotanud oma algse funktsiooni, võivad need mõnikord säilitada teisi rolle või muutuda uueks kohastumuseks (eksapteerimine). Näited nii loomariigis kui ka inimestel aitavad mõista evolutsiooni dünaamikat, sh valiku, juhusliku triivi ja arengu piirangute rolli.

Fitness

Kõik funktsioonid ja struktuurid arenevad ja muutuvad, sest need mõjutavad organismi bioloogilist sobivust. Need muudavad tõenäolisemaks või ebatõenäolisemaks, et indiviidid paljunevad ja annavad geenid järgmisele põlvkonnale. Nii näiteks suurendab konna võime elada üle kohaliku mürgise madu hammustust, mis suurendab tema sobivust. Kui ta aga elab piirkonnas, kus madu ei ela, siis vähendab see tema sobivust. Seda seetõttu, et ta kannab keerulise mehhanismi "kulu", saamata mingit eelist ellujäämisel ja paljunemisel. See toimib ka vastupidi. Maod, kes söövad mürgiseid saakloomi, peavad kasutama viise, kuidas saagi mürkaineid üle elada. Madu seedimine ja ainevahetus on aeglasem ja nad liiguvad aeglasemalt. Vt karusnahkne mutt ja sukamadu.

Kõigel on oma hind: kas see kulutab energiat või selle struktuur hõivab ruumi, mida võiks kasutada teisiti.

Küsimused ja vastused

K: Mis on vestigiaalsed organid?

V: Vestigiaalorganid on kehaorganid, mis on väiksemad ja lihtsamad kui sugulasliikidel. Nad on kaotanud või peaaegu kaotanud oma algse funktsiooni ja annavad tunnistust evolutsioonist.

K: Kuidas tekivad vestigiaalsed organid?

V: Vestigiaalorganid esinevad loomadel (ja taimedel), kes on oma eluviisi võrreldes esivanematega muutnud. Näiteks kaotasid maod oma jalad, kui nende liikumissüsteem muutus.

K: Milline on näide vestigiaalsest elundist inimesel?

V: Inimese vermiformne pimesool on näide inimesel esinevast vestigiaalsest elundist. See oli palju suurem ja säilitas mikroobe, mis tootsid tsellulaasi taimede rakuseinte lagundamiseks, kuid seda ei kasutata enam, kuna lehed ei kuulu inimese põhitoidule.

K: Miks kasutamata elundid tavaliselt degenereeruvad?

V: Kasutamata elundid degenereeruvad tavaliselt seetõttu, et nad vajavad arenguks, hoolduseks ja kaaluks energiat, kuid ei paku organismi fitnessile mingit kasu, nii et nende vastu on valikusurve. Lisaks sellele võivad nad kasutamata jättes olla altimad sellistele haigustele nagu nakkus või vähk.

K: Kas valik võib muuta rikutud organi millekski kasulikuks?

V: Jah, aeg-ajalt võib valik muuta rikutud organi millekski kasulikuks - seda nähtust nimetatakse eksapteerimiseks. Näitena võib tuua imetajate kõrvakõrvad, mis olid kunagi lõualuu luud varajastel proto-imetajatel, keda kutsuti Therapsidaks.

K: Mida täheldasid teadlased koopas elava kahejalgse Gammarus minus kohta?

V: Teadlased täheldasid aktiivset valikut koopas elava kahejalgse Gammarus minus varesilmade vastu paaritumisel - paaritatud isastel olid silmad keskmiselt väiksemad kui paaritamata isastel, kuna väiksemate silmadega seotud suurem viljakusmäär vabastas rohkem närvisüsteemi ressursse muude sensoorsete sisendite töötlemiseks.