Эволюционное давление , селективное давление или давление отбора оказывают факторы, которые снижают или повышают репродуктивный успех в части популяции, управляя естественным отбором . [1] Это количественное описание количества изменений, происходящих в процессах, изучаемых эволюционной биологией , но формальная концепция часто распространяется на другие области исследований.
В популяционной генетике селективное давление обычно выражается в виде коэффициента отбора .
Было показано, что помещение гена биосинтеза аминокислот , например, гена HIS4 , под селективное давление аминокислот в дрожжах вызывает усиление экспрессии соседних генов, что обусловлено транскрипционной совместной регуляцией двух соседних генов у эукариот . [2]
Устойчивость к лекарствам у бактерий является примером результата естественного отбора . Когда лекарство применяется к виду бактерий, те, которые не могут сопротивляться, умирают и не производят потомства, в то время как 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 с течением поколений. Например, в больницах создаются среды, в которых такие патогены, как C. difficile, вырабатывают устойчивость к антибиотикам. [3] Устойчивость к антибиотикам ухудшается из-за неправильного использования антибиотиков. Устойчивость к антибиотикам поощряется, когда антибиотики используются для лечения небактериальных заболеваний, и когда антибиотики не используются в течение предписанного периода времени или в предписанной дозе. [4] Устойчивость к антибиотикам может возникнуть из-за постоянной генетической изменчивости в популяции или мутаций de novo в популяции. Любой из путей может привести к устойчивости к антибиотикам, что может быть формой эволюционного спасения . [ требуется цитата ]
Clostridioides difficile , грамположительные бактерии, обитающие в кишечнике млекопитающих, являются примером одного из типов бактерий, являющихся основной причиной смерти от внутрибольничных инфекций. [3]
Когда популяции симбиотической кишечной флоры нарушаются (например, антибиотиками ), человек становится более уязвимым для патогенов. Быстрая эволюция устойчивости к антибиотикам оказывает огромное селективное давление на выгодные 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 конкуренции друг с другом. Эволюционная гонка вооружений между быстро эволюционирующими факторами вирулентности бактерий и методами лечения современной медицины требует от эволюционных биологов понимания механизмов устойчивости этих патогенных бактерий, особенно с учетом растущего числа инфицированных госпитализированных пациентов. Эволюционировавшие факторы вирулентности представляют угрозу для пациентов в больницах, чей иммунитет ослаблен из-за болезни или лечения антибиотиками. Факторы вирулентности — это характеристики, которые эволюционировавшие бактерии развили для повышения патогенности. Один из факторов вирулентности C. difficile , которая в значительной степени обуславливает его устойчивость к антибиотикам, — это 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 палата инфицированного пациента может содержать споры до 20 недель. [6] Поэтому борьба с угрозой быстрого распространения ИКД зависит от практики больничной санитарии, удаляющей споры из окружающей среды. Исследование, опубликованное в Американском журнале гастроэнтерологии, показало, что для контроля распространения ИКД использование перчаток, гигиена рук, одноразовые термометры и дезинфекция окружающей среды являются необходимыми практиками в медицинских учреждениях. [7] Вирулентность этого патогена примечательна и может радикально изменить подходы к санитарии, используемые в больницах для контроля вспышек ИКД. [ необходима цитата ]
Малярийный паразит может оказывать селективное давление на человеческие популяции. Это давление привело к естественному отбору эритроцитов, несущих мутацию гена серповидноклеточного гемоглобина ( Hb S ), вызывающую серповидноклеточную анемию , в районах, где малярия является серьезной проблемой для здоровья, поскольку это состояние обеспечивает некоторую устойчивость к этому инфекционному заболеванию. [8]
Так же, как и в случае с развитием устойчивости бактерий к антибиотикам, устойчивость к пестицидам и гербицидам начала проявляться у широко используемых сельскохозяйственных химикатов . Например:
Человеческая деятельность может привести к непреднамеренным изменениям в окружающей среде. Человеческая деятельность может иметь возможное негативное влияние на определенную популяцию, в результате чего многие особи из этой популяции погибнут из-за того, что не будут адаптированы к этому новому давлению. Особи, которые лучше адаптированы к этому новому давлению, выживут и будут размножаться с большей скоростью, чем те, кто находится в невыгодном положении. Это происходит на протяжении многих поколений, пока популяция в целом не будет лучше адаптирована к давлению. [1] Это естественный отбор в действии, но давление исходит от деятельности человека, такой как строительство дорог или охота. [10] Это видно на приведенных ниже примерах скальных ласточек и лосей. Однако не вся человеческая деятельность, которая вызывает эволюционное давление, происходит непреднамеренно. Это продемонстрировано в одомашнивании собак и последующем селективном разведении , которое привело к появлению различных пород, известных сегодня.
В более густонаселенных (людьми) и охваченных торговлей районах все чаще встречаются сообщения о гремучих змеях, которые не гремят. Это явление обычно приписывается селективному давлению со стороны людей, которые часто убивают змей, когда их обнаруживают. [11] Не гремящие змеи с большей вероятностью останутся незамеченными, поэтому выживают и производят потомство, которое, как и они сами, с меньшей вероятностью будет греметь. [ необходима цитата ]
Популяции скальных ласточек в Небраске продемонстрировали морфологические изменения крыльев после многих лет проживания рядом с дорогами. [10] Собирая данные в течение более 30 лет, исследователи заметили уменьшение размаха крыльев у ныне живущих популяций ласточек, а также отметили уменьшение количества скальных ласточек, убитых проезжающими автомобилями. Те скальные ласточки, которые были убиты проезжающими автомобилями, показали больший размах крыльев, чем популяция в целом. Было показано, что такие сопутствующие эффекты, как использование дорог, размер автомобиля и размер популяции, не оказали влияния на исследование.
Эволюционное давление, оказываемое людьми, также наблюдается в популяциях лосей . [12] Эти исследования не рассматривают морфологические различия, а различия в поведении. Было показано, что более быстрые и подвижные самцы лосей с большей вероятностью становятся жертвами охотников. Охотники создают среду, в которой более активные животные с большей вероятностью становятся жертвами хищников , чем менее активные животные. [4] Самки лосей, которые выживали в течение последних двух лет, с каждым годом снижали свою активность, оставляя более робких самок лосей, которые с большей вероятностью выживают. [12] Самки лосей в отдельном исследовании также показали различия в поведении, при этом более старые самки демонстрировали робкое поведение, которое можно было бы ожидать от этого отбора. [13]
С момента одомашнивания собак они эволюционировали вместе с людьми из-за давления 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 одомашниванию. Эволюционное давление со стороны людей привело к появлению множества различных пород, которые соответствовали потребностям того времени, будь то потребность в защите скота или помощь в охоте. [7] Охота и выпас скота были парой первых причин, по которым люди искусственно отбирали черты, которые они считали полезными. [8] Это селективное разведение на этом не заканчивается, а распространяется на людей, которые отбирают определенные черты, которые они считают желательными у своих одомашненных собак, такие как размер и цвет, даже если они не обязательно полезны для человека ощутимым образом. [9] Непреднамеренным последствием этого отбора является то, что одомашненные собаки также склонны иметь наследственные заболевания в зависимости от того, какую конкретную породу они охватывают. [14]
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)