Prilagodbena morfologija ili Funkcionalna morfologija Ili zato ba

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 • Omjerljivih parametara definira oblik. Visina > 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

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

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), 5 m 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…)