Любая причина, которая снижает или увеличивает репродуктивный успех у части популяции, потенциально оказывает эволюционное давление , давление отбора или давление отбора , приводя в движение естественный отбор . [1] Это количественное описание количества изменений, происходящих в процессах, изучаемых эволюционной биологией , но формальная концепция часто распространяется на другие области исследований.
В популяционной генетике давление отбора обычно выражают в виде коэффициента отбора .
Было показано, что помещение гена, биосинтезующего аминокислоты , такого как ген HIS4 , под селективное давление аминокислот в дрожжах , вызывает усиление экспрессии соседних генов, что происходит из-за совместной регуляции транскрипции двух соседних генов у эукариот . [2]
Устойчивость бактерий к лекарствам является примером результата естественного отбора . Когда лекарство применяется к определенному виду бактерий, те, которые не могут сопротивляться, умирают и не производят потомства, а те, которые выживают, потенциально передают ген устойчивости следующему поколению (вертикальная передача гена). Ген устойчивости также может передаваться одной бактерии другой бактерией другого вида (горизонтальная передача гена). Из-за этого устойчивость к лекарствам увеличивается из поколения в поколение. Например, в больницах создается среда, в которой такие патогены, как C. difficile выработали устойчивость к антибиотикам. [3] Устойчивость к антибиотикам усугубляется неправильным применением антибиотиков. Устойчивость к антибиотикам поощряется, когда антибиотики используются для лечения небактериальных заболеваний, а также когда антибиотики не используются в течение установленного периода времени или в предписанной дозе. [4] Устойчивость к антибиотикам может возникнуть в результате постоянных генетических вариаций в популяции или мутаций de novo в популяции. Любой путь может привести к устойчивости к антибиотикам, что может быть формой эволюционного спасения . [ нужна цитата ]
Clostridium difficile , вид грамположительных бактерий, населяющий кишечник млекопитающих, является примером одного типа бактерий, который является основной причиной смертности от нозокомиальных инфекций. [3]
Когда симбиотическая популяция кишечной флоры разрушается (например, антибиотиками ), человек становится более уязвимым для патогенов. Быстрая эволюция устойчивости к антибиотикам оказывает огромное селективное давление на полезные аллели устойчивости, передаваемые будущим поколениям. Гипотеза Красной Королевы показывает, что эволюционная гонка вооружений между патогенными бактериями и людьми — это постоянная битва за эволюционные преимущества в конкурентной борьбе друг с другом. Эволюционная гонка вооружений между быстро развивающимися факторами вирулентности бактерий и методами лечения современной медицины требует от биологов-эволюционистов понимания механизмов устойчивости этих патогенных бактерий, особенно с учетом растущего числа инфицированных госпитализированных пациентов. Развившиеся факторы вирулентности представляют угрозу для пациентов в больницах, у которых ослаблен иммунитет из-за болезни или лечения антибиотиками. Факторы вирулентности – это характеристики, которые развились у развившихся бактерий для повышения патогенности. Один из факторов вирулентности C. difficile , главным образом, обусловливающим его устойчивость к антибиотикам, являются его токсины: энтеротоксин TcdA и цитотоксин TcdB. [5] Токсины производят споры, которые трудно инактивировать и удалить из окружающей среды. Это особенно актуально в больницах, где в палате инфицированного пациента споры могут сохраняться до 20 недель. [6] Таким образом, борьба с угрозой быстрого распространения ИКД зависит от санитарно-гигиенических методов больниц, обеспечивающих удаление спор из окружающей среды. Исследование, опубликованное в Американском журнале гастроэнтерологии, показало, что для контроля распространения ИКД в медицинских учреждениях необходимы перчатки, гигиена рук, одноразовые термометры и дезинфекция окружающей среды. [7] Вирулентность этого патогена поразительна и может радикально изменить подходы к санитарии, используемые в больницах для борьбы со вспышками ИКД. [ нужна цитата ]
Малярийный паразит может оказывать избирательное давление на человеческие популяции. Это давление привело к естественному отбору эритроцитов, несущих мутацию гена серповидноклеточного гемоглобина ( Hb S), вызывающую серповидноклеточную анемию , в регионах, где малярия является серьезной проблемой для здоровья, поскольку это состояние обеспечивает некоторую устойчивость к этому инфекционному заболеванию. [8]
Так же, как с развитием устойчивости бактерий к антибиотикам, у широко используемых сельскохозяйственных химикатов стала проявляться устойчивость к пестицидам и гербицидам . Например:
Деятельность человека может привести к непреднамеренным изменениям в окружающей среде. Человеческая деятельность окажет возможное негативное воздействие на определенную популяцию, в результате чего многие представители этой популяции умрут из-за того, что не будут адаптированы к этому новому давлению. Особи, которые лучше адаптированы к этому новому давлению, выживут и размножатся с большей скоростью, чем те, кто находится в невыгодном положении. Это происходит на протяжении многих поколений, пока население в целом не станет лучше адаптировано к давлению. [1] Это естественный отбор в действии, но давление исходит от антропогенной деятельности, такой как строительство дорог или охота. [10] Это видно на приведенных ниже примерах скальных ласточек и лосей. Однако не вся человеческая деятельность, вызывающая эволюционное давление, происходит непреднамеренно. Это продемонстрировано приручением собак и последующим селекционным разведением , в результате которого появились различные породы, известные сегодня.
В более густонаселенных (человеческих) районах и районах с торговлей людьми увеличивается количество сообщений о гремучих змеях, которые не гремят. Это явление обычно связывают с избирательным давлением со стороны людей, которые часто убивают змей, когда их обнаруживают. [11] Змеи, не гремящие, с большей вероятностью останутся незамеченными, поэтому выживайте, чтобы воспроизвести потомство, которое, как и они сами, с меньшей вероятностью будет греметь. [ нужна цитата ]
Популяции скальных ласточек в Небраске продемонстрировали морфологические изменения в своих крыльях после многих лет жизни рядом с дорогами. [10] Собирая данные за более чем 30 лет, исследователи заметили уменьшение размаха крыльев у живых популяций ласточек, а также отметили уменьшение количества скальных ласточек, убитых проезжающими автомобилями. У тех скальных ласточек, которых убили проезжающие машины, размах крыльев был больше, чем у популяции в целом. Было показано, что мешающие эффекты, такие как использование дорог, размер автомобиля и численность населения, не оказали влияния на исследование.
Эволюционное давление со стороны человека наблюдается и в популяциях лосей . [12] Эти исследования рассматривают не морфологические различия, а поведенческие различия. Было показано, что более быстрые и подвижные лоси-самцы с большей вероятностью станут добычей охотников. Охотники создают среду, в которой более активные животные с большей вероятностью станут жертвами хищников , чем менее активные. [4] Самки лосей, выжившие в течение последних двух лет, с каждым годом уменьшали свою активность, в результате чего оставались более пугливые самки лосей, у которых было больше шансов выжить. [12] Самки лосей в отдельном исследовании также показали поведенческие различия: самки старшего возраста демонстрировали робкое поведение, которого можно было ожидать от этой выборки. [13]
С момента одомашнивания собак они развивались вместе с людьми под давлением со стороны людей и окружающей среды. [6] Это началось с того, что люди и волки жили на одной территории, и давление сосуществования в конечном итоге привело к их приручению. Эволюционное давление со стороны людей привело к появлению множества различных пород, которые соответствовали потребностям того времени, будь то необходимость защиты домашнего скота или помощь в охоте. [7] Охота и скотоводство были первыми причинами, по которым люди искусственно отбирали черты, которые они считали полезными. [8] Это селекционное разведение на этом не заканчивается, а распространяется на людей, отбирающих определенные черты, которые считаются желательными у их домашних собак, такие как размер и цвет, даже если они не обязательно приносят ощутимую пользу человеку. [9] Непреднамеренным последствием этого отбора является то, что домашние собаки также склонны иметь наследственные заболевания в зависимости от того, к какой конкретной породе они относятся. [14]
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)