stringtranslate.com

Эволюционная физиология

Часто предполагается, что естественный и половой отбор самым непосредственным образом влияет на поведение (например, на то, что животное решает делать при столкновении с хищником), которое выражается в пределах, установленных эксплуатационными способностями всего организма (например, насколько быстро оно может бегать). которые определяются подчиненными признаками (например, составом мышечных волокон). Слабой стороной этой концептуальной и операционной модели [1] является отсутствие явного признания места особенностей истории жизни .

Эволюционная физиология — это изучение биологической эволюции физиологических структур и процессов ; то есть, каким образом функциональные характеристики организмов отреагировали на естественный отбор или половой отбор или изменились в результате случайного генетического дрейфа в нескольких поколениях в течение истории популяции или вида. [ 2] Это раздел физиологии и эволюционной биологии . Практики в этой области имеют самые разные знания, включая физиологию, эволюционную биологию, экологию и генетику .

Соответственно, диапазон фенотипов , изучаемых эволюционными физиологами, широк, включая черты истории жизни , поведение, работоспособность 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 открытия представляют собой серьезную проблему эволюционной медицины . Одним из предложенных определений является «исследование физиологической основы приспособленности , а именно, коррелированной эволюции (включая ограничения и компромиссы ) физиологических форм и функций, связанных с окружающей средой, диетой, гомеостазом , управлением энергией, долголетием и смертностью» . и особенности истории жизни ». [5]

История

Как следует из названия, эволюционная физиология является продуктом слияния двух различных научных дисциплин. По мнению Гарланда и Картера, [2] эволюционная физиология возникла в конце 1970-х годов, после дебатов относительно метаболического и терморегуляторного статуса динозавров (см. физиологию динозавров ) и млекопитающих рептилий .

За этим периодом последовали попытки в начале 1980-х годов интегрировать количественную генетику в эволюционную биологию , что оказало побочное воздействие на другие области, такие 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 книге 1987 года под названием «Новые направления в экологической физиологии» [6] было мало экологии [7], но значительное внимание уделялось эволюционным темам. Это вызвало бурные дебаты, и через несколько лет Национальный научный фонд создал группу под названием «Экологическая и эволюционная физиология».

Вскоре после этого селекционные эксперименты и экспериментальная эволюция стали все более распространенными в эволюционной физиологии. Макрофизиология возникла как субдисциплина, в которой специалисты-практики пытаются выявить крупномасштабные закономерности физиологических признаков (например, закономерности ковариации в зависимости от широты ) и их экологические последствия. [8] [9] [10]

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

Эмерджентные свойства

Как гибридная научная дисциплина, эволюционная физиология открывает уникальные перспективы. Например, понимание физиологических механизмов может помочь определить, представляет ли конкретный образец фенотипической изменчивости или ковариации (например, аллометрические отношения) то, что могло бы существовать, или просто то, что позволил отбор. [2] [17] [18] Точно так же глубокое знание физиологических механизмов может значительно улучшить понимание возможных причин эволюционных корреляций и ограничений, чем это возможно для многих черт, обычно изучаемых биологами-эволюционистами (например, морфология ).

Области исследований

Важными направлениями текущих исследований являются:

Техники

Финансирование и общества

В США исследования в области эволюционной физиологии финансируются главным образом Национальным научным фондом . В ряде научных обществ есть секции, посвященные эволюционной физиологии, в том числе:

Журналы, которые часто публикуют статьи об эволюционной физиологии.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хан, Р.Х.; Дж. С. Роудс; И.А. Жирар; Н.Е. Шварц; Т. Гарланд-младший (2024). «Разве поведение развивается первым? Коррелирующие реакции на выбор добровольного бега на колесе у домашних мышей». Экологическая и эволюционная физиология . 97 : 97–117. дои : 10.1086/730153. ПМИД  38728689.
  2. ^ abcde Гарланд, Т. младший; П.А. Картер (1994). «Эволюционная физиология» (PDF) . Ежегодный обзор физиологии . 56 : 579–621. doi : 10.1146/annurev.ph.56.030194.003051. ПМИД  8010752.
  3. ^ Арнольд, SJ (1983). «Морфология, работоспособность и фитнес» (PDF) . Американский зоолог . 23 (2): 347–361. дои : 10.1093/icb/23.2.347 .
  4. ^ Каро, ВК; Т. Гарланд-младший (2012). «Работа, личность и энергетика: корреляция, причинно-следственная связь и механизм» (PDF) . Физиологическая и биохимическая зоология . 85 (6): 543–571. дои : 10.1086/666970. hdl : 10536/DRO/DU:30056093 . PMID  23099454. S2CID  16499109.
  5. ^ Лавгроув, Б.Г. (2006). «Сила приспособленности млекопитающих: взгляды из африканского течения». Физиологическая и биохимическая зоология . 79 (2): 224–236. дои : 10.1086/499994. PMID  16555182. S2CID  24536395.
  6. ^ Федер, Мэн; А. Ф. Беннетт; В. В. Бурггрен; РБ Хьюи, ред. (1987). Новые направления экологической физиологии . Нью-Йорк: Кембриджский университет. Нажимать. ISBN 978-0-521-34938-3.
  7. ^ Кингсолвер, JG (1988). «Эволюционная физиология: где экология? Обзор новых направлений экологической физиологии, Федер и др., 1987». Экология . 69 (5): 1645–1646. дои : 10.2307/1941674. JSTOR  1941674.
  8. ^ Чоун, СЛ; К. Джей Гастон; Д. Робинсон (2004). «Макрофизиология: крупномасштабные закономерности физиологических особенностей и их экологические последствия». Функциональная экология . 18 (2): 159–167. Бибкод : 2004FuEco..18..159C. дои : 10.1111/j.0269-8463.2004.00825.x .
  9. ^ Гастон, KJ; Чоун, СЛ; Калози, П.; Бернардо, Дж.; Билтон, DT; Кларк, А.; Клузелла-Труллас, С.; Галамбор, СК; Конаржевский, М.; Пек, Л.С.; Портер, WP; Портнер, ХО; Резенде, Эль; Шульте, премьер-министр; Спайсер, Дж.И.; Стиллман, Дж. Х.; Тербланш, Дж.С.; ван Кляйнен, М. (2009). «Макрофизиология: концептуальное воссоединение» (PDF) . Американский натуралист . 174 (5): 595–612. дои : 10.1086/605982. hdl : 10019.1/119921 . PMID  19788354. S2CID  6239591.
  10. ^ Чоун, СЛ; Гастон, Кей Джей (2015). «Макрофизиология - прогресс и перспективы». Функциональная экология . 30 (3): 330–344. дои : 10.1111/1365-2435.12510 .
  11. ^ Ноубл, Д.; Яблонка, Э.; Джойнер, MJ; Мюллер, Великобритания; Омхольт, Юго-Запад (2014). «Эволюция развивается: физиология возвращается на центральное место». Журнал физиологии . 592 (11): 2237–2244. doi : 10.1113/jphysicalol.2014.273151. ПМК 4048083 . ПМИД  24882808. 
  12. ^ Тейлор, Г.; А. Томас (2014). Эволюционная биомеханика: отбор, филогения и ограничение . Оксфорд: Оффордский университет. Нажимать. ISBN 978-0-19-177945-9.
  13. ^ Бройд, С.; Демпси, М.; Ван, Л.; Кокс, П.Г.; Фэган, М.; Бейтс, КТ (2021). «Эволюционная биомеханика: твердые ткани и мягкие доказательства?». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 288 : 20202809. дои : 10.1098/rspb.2020.2809.
  14. ^ Зера, AJ; Харшман, Л.Г.; Уильямс, Т.Д. (2007). «Эволюционная эндокринология: развивающийся синтез эндокринологии и эволюционной генетики». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 38 : 793–817. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.38.091206.095615. S2CID  33272127.
  15. ^ Кокс, РМ; МакГлотлин, JW; Бонье, Ф. (2016). «Гормоны как медиаторы фенотипической и генетической интеграции: подход эволюционной генетики». Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 126–137. дои : 10.1093/icb/icw033 . ПМИД  27252188.
  16. ^ Гарланд, Т. младший; Чжао, М.; Зальцман, В. (2016). «Гормоны и эволюция сложных признаков: идеи искусственного отбора о поведении». Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 207–224. дои : 10.1093/icb/icw040. ПМЦ 5964798 . ПМИД  27252193. 
  17. ^ Вебер, К.Э. (1990). «Отбор по аллометрии крыльев Drosophila melanogaster». Генетика . 126 : 975–989. дои : 10.1093/генетика/126.4.975. ПМК 1204293 . ПМИД  2127580. 
  18. ^ Болстад, GH; и др. (2015). «Сложные ограничения аллометрии, выявленные в результате искусственного отбора на крыле Drosophila melanogaster ». Труды Национальной академии наук . 112 : 13284–13289. дои : 10.1073/pnas.1505357112. hdl : 11250/2463865 . ПМИД  26371319.
  19. ^ Кроуфорд, ДЛ; премьер-министр Шульте; А. Уайтхед; М.Ф. Олексиак (2020). «Эволюционная физиология и геномика легко адаптируемой рыбы-убийцы (Fundulus гетероклитус)». Комплексная физиология . 10 : 637–671. doi : 10.1002/cphy.c190004.
  20. ^ Гарланд, Т. младший; СК Адольф (1991). «Физиологическая дифференциация популяций позвоночных» (PDF) . Ежегодный обзор экологии и систематики . 22 : 193–228. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.22.1.193. Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2012 г. Проверено 7 мая 2013 г.
  21. ^ Келли, SA; Т. Панхуис; А. Стер (2012). «Фенотипическая пластичность: молекулярные механизмы и адаптивное значение». Комплексная физиология . 2 (2): 1417–1439. doi : 10.1002/cphy.c110008. ISBN 9780470650714. ПМИД  23798305.
  22. ^ Басигалупе, LD; Ф. Бозинович (2002). «Дизайн животных и устойчивая скорость метаболизма». Журнал экспериментальной биологии . 205 : 2963–2970. дои : 10.1242/jeb.205.19.2963. ПМИД  12200400.
  23. ^ Падиан, К.; де Риклес, А. (2020). «Выводы о физиологических режимах вымерших позвоночных: методы, пределы и рамки». Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 6 : 20190147. doi : 10.1098/rstb.2019.0147.
  24. ^ Резенде, Эль; Басигалупе, LD; Несполо, Л.Д.; Божинович, Л.Д. (2020). «Сокращение динозавров и эволюция эндотермии у птиц». Достижения науки . 6 : eaaw4486. doi : 10.1126/sciadv.aaw4486. ПМЦ 6938711 . 
  25. ^ Араужо, Р.; и др. (2022). «Биомеханика внутреннего уха показывает позднетриасовое происхождение эндотермии млекопитающих». Природа . 607 : 726–731. doi : 10.1038/s41586-022-04963-z.
  26. ^ Беннетт, AF; Р.Э. Ленский (1999). «Экспериментальная эволюция и ее роль в эволюционной физиологии» (PDF) . Американский зоолог . 39 (2): 346–362. дои : 10.1093/icb/39.2.346 .
  27. ^ Гиббс, AG (1999). «Лабораторный отбор на сравнительного физиолога». Журнал экспериментальной биологии . 202 (20): 2709–2718. дои : 10.1242/jeb.202.20.2709.
  28. ^ Иршик, диджей; Джей Джей Мейерс; Дж. Ф. Гусак; Ж.-Ф. Ле Галлиард (2008). «Как отбор влияет на функциональные возможности всего организма? Обзор и синтез» (PDF) . Исследования в области эволюционной экологии . 10 : 177–196. CiteSeerX 10.1.1.371.8464 . ISSN  0003-1569. Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2011 г. Проверено 22 января 2009 г. 
  29. ^ Гарланд, Т. младший; А. Ф. Беннетт; ЭЛЬ Резенде (2005). «Филогенетические подходы в сравнительной физиологии» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 208 (Часть 16): 3015–3035. дои : 10.1242/jeb.01745 . PMID  16081601. S2CID  14871059.

Внешние ссылки