В биологии коадаптация — это процесс, посредством которого два или более видов, генов или фенотипических признаков подвергаются адаптации как пара или группа. Это происходит, когда две или более взаимодействующих характеристики подвергаются естественному отбору вместе в ответ на одно и то же селективное давление или когда селективное давление изменяет одну характеристику и последовательно изменяет интерактивную характеристику. Эти взаимодействующие характеристики полезны только тогда, когда они вместе, что иногда приводит к увеличению взаимозависимости. Коадаптация и коэволюция , хотя и похожи по процессу, не являются одним и тем же; коадаптация относится к взаимодействиям между двумя единицами, тогда как коэволюция относится к их эволюционной истории. Коадаптация и ее примеры часто рассматриваются как доказательство коэволюции. [1]
На генетическом уровне коадаптация — это накопление взаимодействующих генов в генофонде популяции путем отбора. Давление отбора на один из генов повлияет на его взаимодействующие белки, после чего произойдут компенсаторные изменения. [2] [1]
Белки часто действуют в сложных взаимодействиях с другими белками, и функционально связанные белки часто демонстрируют схожий эволюционный путь. [1] [3] Возможным объяснением является коадаптация. [1] Примером этого является взаимодействие между белками, кодируемыми митохондриальной ДНК (мтДНК) и ядерной ДНК (яДНК). МтДНК имеет более высокую скорость эволюции/мутации, чем яДНК, особенно в определенных кодирующих областях. [2] [3] Однако для поддержания физиологической функциональности отбор функционально взаимодействующих белков и, следовательно, коадаптированной яДНК будет благоприятным. [2]
Коадаптация между последовательностями мтДНК и яДНК была изучена у веслоногого рачка Tigriopus californicus . [2] МтДНК кодирующих последовательностей COII среди конспецифичных популяций этого вида сильно расходится. [2] Когда мтДНК одной популяции помещали в ядерный фон другой популяции, активность цитохром с оксидазы значительно снижалась, что предполагает коадаптацию. Результаты показывают маловероятную связь между вариацией мтДНК и факторами окружающей среды. Более вероятным объяснением является нейтральная эволюция мтДНК с компенсаторными изменениями яДНК, вызванными нейтральной эволюцией мтДНК (случайные мутации с течением времени в изолированных популяциях). [2]
Генные блоки в бактериальных геномах представляют собой последовательности генов, совместно расположенных на хромосоме , которые эволюционно сохраняются во многих таксонах. [4] Некоторые консервативные блоки представляют собой опероны , где гены котранскрибируются в полицистронную мРНК , и такие опероны часто связаны с одной функцией, такой как метаболический путь или белковый комплекс . [4] Совместное расположение генов с родственной функцией и сохранение этих взаимосвязей в течение эволюционного времени указывают на то, что естественный отбор действовал для поддержания коадаптивного преимущества.
По мере развития раннего картирования генов на хромосоме бактериофага T4 стало очевидно, что расположение генов далеко не случайно. [5] Гены со схожими функциями имеют тенденцию попадать в кластеры и, по-видимому, коадаптированы друг к другу. Например, гены, которые определяют белки, используемые в морфогенезе головки бактериофага, тесно кластеризованы. [6] Другими примерами явно коадаптированных кластеров являются гены, которые определяют клиновидную пластинку, хвостовые волокна и вспомогательные белки ДНК-полимеразы . [6] В других случаях, когда структурная связь продуктов генов не столь очевидна, также может происходить коадаптированная кластеризация, основанная на функциональном взаимодействии. Таким образом, Обрингер [7] предположил, что определенный кластер генов, сосредоточенный вокруг генов imm и spackle , кодирует белки, адаптированные для конкуренции и защиты на уровне ДНК .
Подобно признакам на генетическом уровне, аспекты органов также могут быть подвержены коадаптации. Например, тонкие кости могут иметь схожую производительность в отношении переноса ежедневных нагрузок, как и более толстые кости, поскольку тонкие кости имеют больше минерализованной ткани . Это означает, что тонкость и уровень минерализации, вероятно, были коадаптированы. Однако, поскольку они тверже, чем толстые кости, тонкие кости, как правило, менее гибкие и более склонны к поломке, особенно при воздействии более экстремальных условий нагрузки. [8]
Слабоэлектрические рыбы способны создавать слабое электрическое поле с помощью электрического органа . Эти электрические поля могут использоваться для общения между особями посредством разрядов электрических органов (EOD), которые могут быть дополнительно модулированы для создания контекстно-специфических сигналов, называемых «чирпами». Рыбы могут ощущать эти электрические поля и сигналы с помощью электрорецепторов . Исследования рыбы-призрака [9] показывают, что сигналы, производимые электрической рыбой, и способ их получения могут быть коадаптированы, поскольку среда, в которой обитает рыба (как физическая, так и социальная), влияет на выбор чириканий, EOD и обнаружения. Взаимодействия между территориальными рыбами благоприятствуют иным параметрам сигнала, чем взаимодействия внутри социальных групп рыб.
Поведение родителей и их потомства во время кормления зависит друг от друга. Родители кормятся в зависимости от того, насколько сильно их потомство просит, в то время как потомство просит в зависимости от того, насколько оно голодно. Обычно это приводит к конфликту интересов между родителем и потомством, поскольку потомство хочет, чтобы его кормили как можно больше, в то время как родитель может вкладывать в родительскую заботу лишь ограниченное количество энергии. Таким образом, отбор будет происходить для комбинации поведения выпрашивания и кормления, которая приводит к наивысшей приспособленности, что приводит к совместной адаптации. [10] Совместная адаптация родителей и потомства может дополнительно зависеть от асимметрии информации, например, самки лазоревки больше подвержены попрошайничеству в природе, в результате чего они реагируют сильнее, чем самцы, на схожие уровни стимулов. [11]
Также возможно, что родственные черты только частично коадаптируются из-за черт, не развивающихся с одинаковой скоростью, или полностью противоречат друг другу. Исследования австралийских сцинков [12] показали, что дневные сцинки имеют высокие температурные предпочтения и могут оптимально бегать при более высоких температурах, в то время как ночные сцинки имеют низкие предпочитаемые температуры и оптимальную температуру. Однако различия между высокими и низкими оптимальными температурами были намного меньше, чем между предпочитаемыми температурами, что означает, что ночные сцинки бегают медленнее по сравнению с их дневными аналогами. В случае Eremiascincus оптимальная температура и предпочитаемая температура расходились друг с другом в противоположных направлениях, создавая антагонистическую коадаптацию.
