Transcript Prilagodbena morfologija ili Funkcionalna morfologija Ili zašto baš tako izgledamo?

Prilagodbena morfologija ili
Funkcionalna morfologija
Ili zašto baš tako izgledamo?
Ili kako znamo kako su strukture
geološke prošlosti funkcionirale?
Biomehanički razlozi
• Iz fosila rekonstruirati organ/organizam
i funkcioniranje u ekosistemu je
ZADATAK Funkcionalne morfologije.
• Kako
smo na
temelju
ostataka prepoznali
nepoznati organizam
• Autoekologija: proučava odnose
pojedinog organizma prema okolišu.
Orijentirana je na oblik i rast organizma
i odnos morfologije prema staništu i
načinu života.
• Prilagodba: skladnost organizma prema
okolišu
Ciljevi autoekologije
• Definirati funkciju određene anatomske
forme
• Kako su organizmi postigli svoj oblik.
• Faze: (1) božanska sreća
(2) B. G. Cuvier
• (3) C. Darwin
• Prilagodba sklad organizma i okoliša u
kojem živi ili spremnost organizma da
živi u okolišu!
Faktori koji utječu na morfologiju
•
Oblik organizma ovisi o: (1) genomu; (2)
razvoju (načinu rasta) (3)
Strategije rasta
• Rubna priraštanja: stariji se stadiji
rasta sačuvaju: linije prirasta
• Priraštanja: novi se dijelovi nadograđuju
na vanjski, postojeći skelet
• Dodavanje segmenata tijela uz veće
promjene:
Dodavanje pločica
Serijska dodavanja
• Kolonijski organizmi: dijelovi koji se
repliciraju kompatibilni su s drugim
dijelovima organizma
Presvlačenje
• Svaka faza rasta znači dodavanje novih
dijelova skeleta, dozvoljava radikalnu
promjenu oblika
Stalna mijenjanja
• Kosti mijenjaju oblik tijekom rasta.
Faktori koji utječu na morfologiju
• (3)cfunkcioniranju u okolišu i (4)
ponašanju organizma.
•
POSTUPAK (Koraci) PRI
ISTRAŽIVANJU:
1. Opisivanje struktura, odnos struktura
međusobno i prema okolišu
2. Definiranje funkcionalnih i mehaničkih
odnosa u strukturama.
3. Veza između morfologije –
performancije i spremnosti
• METODE istraživanja:
1) ANALOGNI I HOMOLOGNI ORGANI
2) PARADIGMA
3) EKSPERIMENTALNA
PALEOAUTOEKOLOGIJA
4) KOMPJUTORKA SIMULACIJA
Analogni i homologni organi (1) Ili
Teorijska morfologija
• Analogni organi: neovisno o podrijetlu,
organi imaju istu funkciju zbog sličnog
načina života, ili slično načina kretanja,
ili slične prehrane… npr. krila ptica i
insekata
• Homologni organi: Zajedničko podrijetlo
uvjetuje sličnost pojedinih organa.
Analogni i homologni organi (2) ili
Teorijska morfologija
• Pitanje: da li svi što može postojati i
postoji? Određeni se oblici ponavljaju:
torpedni oblik tijela riba, gmazova i
sisavaca
KONVERGENCIJA
Kako se to radi?
• Definirati prilagodbu koju analiziramo,
prepoznati sve organizme koji imaju tu
osobinu ili prilagodbu.
• Provesti filogenetsku analizu da bi
otkrili kako je nastala osobina odnosno
prilagodba.
 Teorijska ili tradicionalna Morfologija
• Ispitati da li je osobina strukturalna ili
inženjerijska tvorevina: Predložiti
hipotezu koja će objasniti kako je
struktura nekada funkcionirala:
METODA PARADIGME - Fizikalni ili
matematički modeli ili KOMPJUTORSKA
SIMULACIJA.
Paradigma
• Trebamo unijeti znanstveni pristup u
prepoznavanju analizu funkcije
• Za svaku strukturu treba odabrati i
definirati funkciju koju ima struktura
• Za svaku funkciju osmisliti idealni model
- paradigma
Slučaj: puž
• Proučavamo slijedeće osobine: oblik
kućice, oblik ušća, vrh, broj zavoja,
ornamentaciju
Oblik
• Omjer mjerljivih parametara definira
oblik.
Visina > Širina
Širina > Visina
Oblik ušća
Mjesečast
Zaobljen
Bubrežast
Vrh
• α<300
α=150-1800
α= 60-900
Broj zavoja
n<4
n = 6 – 10
n > 10
Ornamentacija: zadnji zavoj
glatka površina
linije rasta
rebra
rebra
TEORIJA PARADIGME (1)
• Promatrani parametri: os namatanja, iskrivljenost
namatanja, omjer veličine dva sukcesivna zavoja ili
brzina rasta (W), visina zavoja ili kako brzo se pomiće
kućica po osi (T) i udaljenosti zavojnice od osi
udaljenost od ušća (D).
TEORIJA PARADIGME (2)
• Matematički model, Roentgen slika i
stvarni model
Pretvaranje modela u realnost
Kombinacija parametara W, T i D = daje
brojne konfiguracije, ali većina poznatih
organizama (recentnih i fosilnih) su u
ograničenom morfoprostoru!
W
D
T
TEORIJA PARADIGME (4)
• Varijacije u formi glavonožaca
(matematički model)
Ograničenja: PARADIGME
• Panselekcionizam
1. Strukturalna ograničenja
2. Evolucijsko nasljeđe
3. Plejotropija
4. Nema selekcijske prednosti
5. Svaka osobna nije idealno osmišljena
6. Korelacija između strukture i funkcije nije
dobra
7. Strukture imaju više funkcija
• Evolucijsko nasljeđe: organizam može
stvoriti nove anatomske osobine samo
ako postoje “sirove strukture” kod
predaka
• Plejotropija: jedan gen je kriv za veliki
broj nepovezanih fenotipskih efekata.
• Nema selekcijske prednosti
• Svaka osobna nije idealno osmišljena
pravi
palac
• Korelacija između struktura i funkcija
uvijek nije pozitivna.
Ono što nam se čini očitim kod
funkcioniranja organi nije tako:
Kompjutorska simulacija
Kompjutorska simulacija
PRILAGODBA
• Veličina organizma:
• Biti velik, biti mali! Biti u prednosti ili
ne?
• Zašto gigantizam nalazimo smo kod
nekih grupa organizama? Puka
slučajnost ili biomehnički razlozi?
• Zašto kod nekih grupa organizama nikada ne
nalazimo gigantizam?
• Evolucijom organizmi postaju sve veći ili sve
manji? Cope-ovo pravilo
• Koliko treba vremena za razvoj velikih
organizama?
• Što je bolje biti div ili patuljak?
Biomehanički razlozi
• Primjena principa mehanike kod analize
organizama.
• Istraživanja su usmjerena prema:
 Čvrstoći materijala i arhitekturi
 Snazi i energiji - vilica: plijen
 Kretanju - plivanje, letenje, propulzija
Biomehanički razlozi
Zašto tako malo divova?
• Oni organizmi koji pri rastu odbacuju
skelet to bi u slučaju gigantizma morali
napraviti desetak puta tijekom života!
• Filtratori imaju problem sa
trepetljikama koje zbog svoje
organizacije i međusobna prožimanja ne
mogu podržavati veliki organizam
• Mehanički razlozi kod organizama s
ljušturama: zbog načina gradnje skeleta
Vrijeme potrebno za razvoj
gigantizma
Norik – Prosauropodi (Plateosurus), 5m
Lijas – Melanosaurus
12 m dug, 10 t
Vrijeme potrebno za razvoj
gigantizma
• Bat – Kimeriđ – najveći dinosauri do 30
m dugi, 80 t teški
Prednosti i loše strane gigantizma
• Veća sposobnost hvatanja plijena,
odnosno bježanja predatorima
• Razmnožavanje je uspješnije
(preživljavanja mladih jedinki)
• Povećana inteligencija
• Veća izdržljivost
• Veća raznolikost hane
• Manja smrtnost
• Duži život jedinki
• Povećana termalna inercija
Prednosti i loše strane gigantizma
• Specijalizacija
• Velike količine hrane i potreba za
očuvanjem specifičnih uvjeta u okolišu
• Mali genetski “pool”
HETEROKRONIJA
• Pedomorfoza: kad potomci imaju
juvenilne osobine predaka. Potomci u
poput mladih jedinki predaka ili neke
specifične osobine nalikuju juvenilnim
analognim osobinama predaka.
• Kod fosilnih oblika: trilobiti (5 faza
razvoja glabele)
• Kod modernih organizama: Spolni
dimorfizam
Pedomorfoza
•
Peramorfoza
Mlada jedinka iz populacije Djece nalikuje
odrasloj jedinki populacije predaka.
Predak
Potomak
• Permorfoza: Spolna zrelost nastupa
kasno u ontogeniji
•
GLABELA
Spolni Dimorfizam
Kako znamo o spolnom dimorfizmu
kod organizama prošlosti?
• Analogija sa živućim srodnicima
• Omjer pretpostavljenih ostataka ženki
spram mužjaka (razlike u veličini,
obliku…)
Kako znati da je postojao
dimorfizam?
• Tafonomske varijacije: post mortem
promjene
Praktičan rad
• Tanystropheus ostaci : 4 različite
interpretacije kretanja, 2 različita
okoliša
Peyer: gušterolika
kopnena životinja
Wild: kopnena
životinja,
uzdignuta
vrata
Kummer: uzdignut
Povijen vrat
Tschanz: nefleksibilan, horizontalni vrat
Zaključak: blizina vode, spor i lovi iz zasjede
Peters: kopnena,
uspravnog stava
životinja
MORFOLOGIJA I OKOLIŠ
• Pre-Vendijska biota
Vendijska biota
Tommotijska biota
Kambrijska biota
Kambrijska biota
Paleozojska biota
Ramenonošci, triolobiti, graptoliti,
koralji
Moderna biota
Vježbe 3.1.
• Archaeocatidae: Rowlan-ov greben
(južna Nevada), izdanak
• Nema ni analognih ni homolognih
organizama
• Znanje hidrodinamike
Vježba 3.2.
• Pterosaurov let
• Nema analognih organizama
• Homologni: ptice i sisavci
• Znanje aeromehanike
Vježba 3.3.
• Suture kod amonita
“Homologni organizmi”ili
“Živi fosili”