stringtranslate.com

Эволюционная физиология

Часто предполагается, что естественный и половой отбор воздействуют наиболее непосредственно на поведение (например, что животное выбирает делать при столкновении с хищником), которое выражается в пределах, установленных способностями к производительности всего организма (например, насколько быстро он может бегать), которые определяются подчиненными признаками (например, составом типа мышечных волокон). Слабость этой концептуальной и операционной модели [1] заключается в отсутствии явного признания места признаков жизненного цикла .

Эволюционная физиология — это изучение биологической эволюции физиологических структур и процессов ; то есть того, как функциональные характеристики организмов реагировали на естественный отбор или половой отбор или изменялись случайным генетическим дрейфом на протяжении нескольких поколений в течение истории популяции или вида. [2] Это субдисциплина как физиологии , так и эволюционной биологии . Практикующие специалисты в этой области имеют разное происхождение, включая физиологию, эволюционную биологию, экологию и генетику .

Соответственно, диапазон фенотипов , изучаемых эволюционными физиологами, широк, включая черты жизненного цикла , поведение, производительность всего организма, [3] [4] функциональную морфологию , биомеханику , анатомию , классическую физиологию, эндокринологию , биохимию и молекулярную эволюцию . Эта область тесно связана со сравнительной физиологией , экофизиологией и физиологией окружающей среды , и ее результаты являются основным предметом озабоченности эволюционной медицины . Одно из предложенных определений — «изучение физиологической основы приспособленности , а именно коррелированной эволюции (включая ограничения и компромиссы ) физиологической формы и функции, связанной с окружающей средой, диетой, гомеостазом , управлением энергией, долголетием , смертностью и характеристиками жизненного цикла ». [5]

История

Как следует из названия, эволюционная физиология является продуктом слияния двух отдельных научных дисциплин. Согласно Гарленду и Картеру, [2] эволюционная физиология возникла в конце 1970-х годов после дебатов относительно метаболического и терморегуляторного статуса динозавров (см. физиология динозавров ) и млекопитающих рептилий .

За этим периодом последовали попытки в начале 1980-х годов интегрировать количественную генетику в эволюционную биологию , что имело побочные эффекты в других областях, таких как поведенческая экология и экофизиология . В середине-конце 1980-х годов филогенетические сравнительные методы начали становиться популярными во многих областях, включая физиологическую экологию и сравнительную физиологию . В томе 1987 года под названием « Новые направления в экологической физиологии» [6] было мало экологии [7], но значительный акцент был сделан на эволюционных темах. Он вызвал бурные дебаты, и в течение нескольких лет Национальный научный фонд создал группу под названием «Экологическая и эволюционная физиология».

Вскоре после этого эксперименты по отбору и экспериментальная эволюция стали все более распространенными в эволюционной физиологии. Макрофизиология возникла как субдисциплина, в которой практикующие пытаются определить крупномасштабные закономерности в физиологических признаках (например, закономерности ковариации с широтой ) и их экологические последствия. [8] [9] [10]

Совсем недавно важность эволюционной физиологии была обоснована с точки зрения функционального анализа, эпигенетики и расширенного эволюционного синтеза . [11] Развитие эволюционной физиологии также отражено в появлении субдисциплин, таких как эволюционная биомеханика [12] [13] и эволюционная эндокринология , [14] [15] , которые рассматривают такие гибридные вопросы, как «Каковы наиболее распространенные эндокринные механизмы, которые реагируют на отбор по поведению или признакам жизненного цикла?» [16]

Эмерджентные свойства

Как гибридная научная дисциплина, эволюционная физиология предоставляет некоторые уникальные перспективы. Например, понимание физиологических механизмов может помочь в определении того, представляет ли собой конкретный образец фенотипической изменчивости или ковариации (например, аллометрическое отношение) то, что могло бы существовать, или просто то, что допустил отбор. [2] [17] [18] Аналогичным образом, глубокое знание физиологических механизмов может значительно улучшить понимание возможных причин эволюционных корреляций и ограничений, чем это возможно для многих признаков, обычно изучаемых эволюционными биологами (например, морфологией ).

Области исследований

Важные области текущих исследований включают в себя:

Методы

Финансирование и общества

В Соединенных Штатах исследования в области эволюционной физиологии финансируются в основном Национальным научным фондом . В ряде научных обществ есть секции, которые охватывают эволюционную физиологию, в том числе:

Журналы, которые часто публикуют статьи по эволюционной физиологии

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Хан, Р. Х.; Дж. С. Родс; И. А. Жирард; Н. Э. Шварц; Т. Гарланд, младший (2024). «Эволюционирует ли поведение первым? Коррелированные ответы на отбор для произвольного поведения бега в колесе у домашних мышей». Экологическая и эволюционная физиология . 97 (2): 97–117. doi :10.1086/730153. PMID  38728689.
  2. ^ abcde Гарланд, Т. младший; П. А. Картер (1994). "Эволюционная физиология" (PDF) . Annual Review of Physiology . 56 : 579–621. doi :10.1146/annurev.ph.56.030194.003051. PMID  8010752.
  3. ^ Арнольд, С. Дж. (1983). «Морфология, производительность и приспособленность» (PDF) . American Zoologist . 23 (2): 347–361. doi : 10.1093/icb/23.2.347 .
  4. ^ Careau, VC; T. Garland, Jr. (2012). «Производительность, личность и энергетика: корреляция, причинно-следственная связь и механизм» (PDF) . Физиологическая и биохимическая зоология . 85 (6): 543–571. doi :10.1086/666970. hdl : 10536/DRO/DU:30056093 . PMID  23099454. S2CID  16499109.
  5. ^ Лавгроув, Б. Г. (2006). «Сила приспособленности у млекопитающих: восприятие африканского течения». Физиологическая и биохимическая зоология . 79 (2): 224–236. doi : 10.1086/499994. PMID  16555182. S2CID  24536395.
  6. ^ Федер, ME; А. Ф. Беннетт; WW Бурггрен; Р. Б. Хьюи, ред. (1987). Новые направления в экологической физиологии . Нью-Йорк: Cambridge Univ. Press. ISBN 978-0-521-34938-3.
  7. ^ Кингсолвер, Дж. Г. (1988). «Эволюционная физиология: где экология? Обзор New Directions in Ecological physiology, Feder et al. 1987». Ecology . 69 (5): 1645–1646. doi :10.2307/1941674. JSTOR  1941674.
  8. ^ Чоун, С.Л.; К.Дж. Гастон; Д. Робинсон (2004). «Макрофизиология: крупномасштабные закономерности в физиологических признаках и их экологические последствия». Функциональная экология . 18 (2): 159–167. Bibcode : 2004FuEco..18..159C. doi : 10.1111/j.0269-8463.2004.00825.x .
  9. ^ Гастон, К. Дж.; Чоун, С. Л.; Калоси, П.; Бернардо, Дж.; Билтон, Д. Т.; Кларк, А.; Клюзелла-Труллас, С.; Галамбор, К. К.; Конаржевский, М.; Пек, Л. С.; Портер, ВП; Пёртнер, Х. О.; Резенде, Э. Л.; Шульте, П. М.; Спайсер, Дж. И.; Стиллман, Дж. Х.; Тербланш, Дж. С.; ван Клейнен, М. (2009). «Макрофизиология: концептуальное воссоединение» (PDF) . The American Naturalist . 174 (5): 595–612. doi :10.1086/605982. hdl : 10019.1/119921 . PMID  19788354. S2CID  6239591.
  10. ^ Чоун, С.Л.; Гастон, К.Дж. (2015). «Макрофизиология — прогресс и перспективы». Функциональная экология . 30 (3): 330–344. doi : 10.1111/1365-2435.12510 .
  11. ^ Нобл, Д.; Яблонка, Э.; Джойнер, М. Дж.; Мюллер, ГБ; Омхольт, С. В. (2014). «Эволюция развивается: физиология возвращается на центральную сцену». Журнал физиологии . 592 (11): 2237–2244. doi :10.1113/jphysiol.2014.273151. PMC 4048083. PMID  24882808 . 
  12. ^ Тейлор, Г.; А. Томас (2014). Эволюционная биомеханика: селекция, филогения и ограничение . Оксфорд: Издательство Оффордского университета. ISBN 978-0-19-177945-9.
  13. ^ Бройд, С.; Демпси, М.; Ванг, Л.; Кокс, ПГ; Фаган, М.; Бейтс, КТ (2021). «Эволюционная биомеханика: твердые ткани и мягкие доказательства?». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 288 (1945): 20202809. doi :10.1098/rspb.2020.2809. PMC 7935025. PMID  33593183 . 
  14. ^ Зера, А. Дж.; Харшман, Л. Г.; Уильямс, Т. Д. (2007). «Эволюционная эндокринология: развивающийся синтез между эндокринологией и эволюционной генетикой». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 38 : 793–817. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.38.091206.095615. S2CID  33272127.
  15. ^ Кокс, Р. М.; МакГлотлин, Дж. В.; Бонье, Ф. (2016). «Гормоны как медиаторы фенотипической и генетической интеграции: подход эволюционной генетики». Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 126–137. doi : 10.1093/icb/icw033 . PMID  27252188.
  16. ^ Гарланд, Т. младший; Чжао, М.; Зальцман, В. (2016). «Гормоны и эволюция сложных признаков: понимание искусственного отбора в поведении». Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 207–224. doi :10.1093/icb/icw040. PMC 5964798. PMID  27252193 . 
  17. ^ Вебер, К. Э. (1990). «Отбор по аллометрии крыла у Drosophila melanogaster». Генетика . 126 (4): 975–989. doi :10.1093/genetics/126.4.975. PMC 1204293. PMID 2127580  . 
  18. ^ Bolstad, GH; et, al (2015). «Сложные ограничения аллометрии, выявленные искусственным отбором на крыльях Drosophila melanogaster». Труды Национальной академии наук . 112 (43): 13284–13289. Bibcode : 2015PNAS..11213284B. doi : 10.1073/pnas.1505357112 . hdl : 11250/2463865 . PMC 4629349. PMID  26371319 . 
  19. ^ Crawford, DL; PM Schulte; A. Whitehead; MF Oleksiak (2020). «Эволюционная физиология и геномика высокоадаптивных киллифиш (Fundulus heteroclitus)». Comprehensive Physiology . 10 (2): 637–671. doi :10.1002/cphy.c190004. ISBN 978-0-470-65071-4. PMID  32163195.
  20. ^ Гарланд, Т. младший; SC Adolph (1991). "Физиологическая дифференциация популяций позвоночных" (PDF) . Annual Review of Ecology and Systematics . 22 : 193–228. doi :10.1146/annurev.ecolsys.22.1.193. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-02-16 . Получено 2013-05-07 .
  21. ^ Келли, СА; Т. Панхуис; А. Стоер (2012). «Фенотипическая пластичность: молекулярные механизмы и адаптивное значение». Comprehensive Physiology . 2 (2): 1417–1439. doi :10.1002/cphy.c110008. ISBN 9780470650714. PMID  23798305.
  22. ^ Bacigalupe, LD; F. Bozinovic (2002). «Конструкция животных и устойчивая скорость метаболизма». Журнал экспериментальной биологии . 205 (Pt 19): 2963–2970. doi :10.1242/jeb.205.19.2963. PMID  12200400.
  23. ^ Падиан, К.; де Риклес, А. (2020). «Вывод физиологических режимов вымерших позвоночных: методы, ограничения и рамки». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 6 (1793): 20190147. doi :10.1098/rstb.2019.0147. PMC 7017439. PMID  31928190 . 
  24. ^ Резенде, EL; Бачигалупе, LD; Несполо, LD; Божинович, LD (2020). «Уменьшение динозавров и эволюция эндотермии у птиц». Science Advances . 6 (1): eaaw4486. Bibcode : 2020SciA ....6.4486R. doi : 10.1126/sciadv.aaw4486. PMC 6938711. PMID  31911937. 
  25. ^ Араужо, Р.; и др. (2022). «Биомеханика внутреннего уха раскрывает позднетриасовое происхождение эндотермии млекопитающих». Nature . 607 (7920): 726–731. Bibcode :2022Natur.607..726A. doi :10.1038/s41586-022-04963-z. PMID  35859179.
  26. ^ Беннетт, А. Ф.; Р. Э. Ленски (1999). «Экспериментальная эволюция и ее роль в эволюционной физиологии» (PDF) . American Zoologist . 39 (2): 346–362. doi : 10.1093/icb/39.2.346 .
  27. ^ Гиббс, АГ (1999). «Лабораторный выбор для сравнительного физиолога». Журнал экспериментальной биологии . 202 (20): 2709–2718. doi :10.1242/jeb.202.20.2709. PMID  10504307.
  28. ^ Irschick, DJ; JJ Meyers; JF Husak; J.-F. Le Galliard (2008). «Как отбор влияет на функциональные возможности организма в целом? Обзор и синтез» (PDF) . Evolutionary Ecology Research . 10 : 177–196. CiteSeerX 10.1.1.371.8464 . ISSN  0003-1569. Архивировано из оригинала (PDF) 2011-06-09 . Получено 2009-01-22 . 
  29. ^ Гарланд, Т. младший; А. Ф. Беннетт; Э. Л. Резенде (2005). «Филогенетические подходы в сравнительной физиологии» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 208 (Pt 16): 3015–3035. doi : 10.1242/jeb.01745 . PMID  16081601. S2CID  14871059.

Внешние ссылки