Эволюционный компромисс
В эволюционной биологии эволюционный компромисс — это ситуация, в которой эволюция не может улучшить одну часть биологической системы, не причиняя вреда другой ее части. В этом контексте компромиссы относятся к процессу, посредством которого признака увеличивается приспособленность за счет снижения приспособленности другого признака. Широко распространенная теория о причинах эволюционных компромиссов заключается в том, что из-за ограничений ресурсов (например, энергии, среды обитания/пространства, времени) одновременная оптимизация двух признаков не может быть достигнута. Другая общепринятая причина эволюционных компромиссов заключается в том, что повышение приспособленности одного признака отрицательно влияет на приспособленность другого признака. [1] [2] Эта отрицательная взаимосвязь обнаруживается у признаков, которые являются антагонистически плейотропными (один ген отвечает за несколько признаков, не все из которых полезны для организма) или когда присутствует неравновесие по сцеплению (неслучайная ассоциация аллелей в разных локусах во время гаметической фазы ). [3]
Предыстория и теория
[ редактировать ]Общая концепция эволюционных компромиссов заключается в том, что повышение приспособленности (или функции) одного признака должно происходить за счет снижения приспособленности/функции другого признака. [4] «Y-модель» утверждает, что внутри человека любые две черты определяются ресурсами из общего пула. Несмотря на то, что «Y-модель» является полезным инструментом, дающим ценную информацию, в большей части литературы она слишком упрощена. [3] Исследователи внесли различные математические расширения в «Y-модель», чтобы получить представление об эволюционных компромиссах.
Важным моментом, который отмечают многие авторы при обсуждении концепции того, как компромиссы влияют на эволюционные изменения, является двусмысленное использование слова «ограничение». Термин «ограничение» имеет два значения: препятствие (замедление), но не остановка эволюции в определенных направлениях или существование определенных эволюционных траекторий, недоступных для отбора. Различие между двумя значениями этого слова важно, потому что согласно первому определению все состояния или формы характера возможны, тогда как, согласно более позднему определению, некоторые состояния характера недостижимы. При обсуждении эволюционных компромиссов важно прояснить, какой смысл этого слова используется. [3]
Примеры истории жизни
[ редактировать ]Эволюционные компромиссы могут присутствовать в форме, называемой компромиссами истории жизни, которые можно определить как снижение приспособленности (по сути, репродуктивного успеха в течение всей жизни), вызванное одной чертой истории жизни, в результате увеличения приспособленности, вызванной другой чертой истории жизни. . [5] Черты жизненного цикла – это черты, тесно связанные с приспособленностью, такие как черты, связанные со скоростью роста, размером тела, реакцией на стресс, сроками размножения, количеством/качеством потомства, продолжительностью жизни и расселением. [6]
Классическим примером компромисса между историей жизни является отрицательная связь между возрастом и степенью зрелости. Темпы роста отрицательно коррелируют с максимальным размером, так что самые быстрорастущие особи производят самых маленьких взрослых особей, а медленно растущие особи производят крупных взрослых особей. [7] Другим классическим примером является компромисс между энергетическими инвестициями в воспроизводство и выживание. Если организм имеет определенное количество энергии, которое должно быть распределено между всеми функциями, которые выполняет особь, то чем больше энергии выделяется на размножение (повышение половой активности/размеров репродуктивных органов), тем меньше доступно для выживания (долголетия/оружия). размер). Например, посредством экспериментальных манипуляций в лаборатории исследователи смогли увидеть, что увеличение репродуктивной активности коррелирует с уменьшением продолжительности жизни самцов плодовой мухи ( Drosophila melanogaster ). [8] Дополнительные доказательства компромисса между размножением и выживанием получены из исследования, проведенного на ластоногих , где длина гениталий и масса семенников отрицательно связаны с инвестициями в прекопулятивное вооружение. [9]
Компромиссы жизненного цикла также можно рассматривать в контексте адаптации к конкретной среде. Общая теория состоит в том, что повышение приспособленности в выбранной среде приведет к потере приспособленности в других, невыбранных средах. Исследователи использовали экспериментальную эволюцию, чтобы проверить эту теорию на Escherichia coli, развивавшейся в среде 20 °C. Они смогли увидеть это, хотя и не повсеместно (то есть это наблюдалось у всех людей), но в целом наблюдалось снижение приспособленности эволюционировавшей E. coli при выращивании при температуре 40 °C. [10]
Человеческие/клинические примеры
[ редактировать ]Примеры компромиссов также можно найти в исследованиях с участием людей. В человеческих популяциях, где энергия является ограничивающим фактором, можно увидеть компромисс между ростом и иммунной функцией. Исследование, проведенное в сельских районах Боливии, показало, что дети с повышенным иммунным ответом прибавляют в росте меньше, чем дети с нормальным уровнем иммунного ответа. Эта тенденция была сильнее у детей в возрасте от двух до пяти лет, в возрасте, когда дети быстро растут, а также у детей с меньшими запасами жира. [11] Также наблюдался компромисс между ростом и воспроизводством. В исследовании беременных подростков исследователи заметили, что плодам женщин, все еще растущих, выделялось меньше энергии, чем плодам тех, кто завершил свой рост. [12] Компромиссы наблюдались и в клинической медицине. Например, заместительная гормональная терапия для женщин в постменопаузе может снизить риск рака яичников и остеопороза , но может увеличить риск рака молочной железы . Это может быть связано с тем фактом, что стероиды яичников действуют как костные трофические гормоны и как стимуляторы митоза в ткани молочной железы. [13]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гарланд, Т. (2014). Компромиссы. Текущая биология , 24(2), R60-R61.
- ^ Гарланд, Т., Даунс, СиДжей, и Айвс, Арканзас (2022). Компромиссы (и ограничения) в биологии организмов. Физиологическая и биохимическая зоология , 95 (1), 82–112.
- ^ Перейти обратно: а б с Рофф Д.А. и Фэйрберн Д. (2007). Эволюция компромиссов: где мы находимся? Журнал эволюционной биологии , 20 (2), 433–447.
- ^ Оу, Цян; Ян, Сяньфэн; Май, Хуцзюань; Хан, Цзянь; Ван, Ронг (29 апреля 2020 г.) . Кембрийские членистоногие» .
- ^ Зера, Эй Джей, и Харшман, Л.Г. (2001). Физиология компромиссов в истории жизни животных. Ежегодный обзор экологии и систематики , 32 (1), 95–126.
- ^ Ланкастер, Лос-Анджелес, О., Моррисон, Г., и Фитт, Р.Н. (2017). Компромиссы в истории жизни, интенсивность конкуренции и сосуществование в новых и развивающихся сообществах в условиях изменения климата. Философские труды Королевского общества BLID https://doi.org/10.1098/rstb.2016.0046 (электронный)).
- ^ Стернс, Южная Каролина (1989). Компромиссы в эволюции жизненного цикла. Функциональная экология , 3(3), 259–268.
- ^ Партридж, Л., и Фаркуар, М. (1981). Сексуальная активность сокращает продолжительность жизни самцов плодовых мух. Природа , 294(5841), 580–582.
- ^ Фитцпатрик, Дж. Л., Альмбро, М., Гонсалес-Войер, А., Колм, Н., и Симмонс, Л. В. (2012). Соревнования самцов и совместная эволюция вооружения и семенников ластоногих. Эволюция: Международный журнал органической эволюции , 66 (11), 3595–3604.
- ^ Беннетт, А.Ф., и Ленски, Р.Э. (2007). Экспериментальная проверка эволюционных компромиссов во время температурной адаптации. Труды Национальной академии наук , 104 (приложение 1), 8649–8654.
- ^ Макдейд, ТВ; Рейес-Гарсия, В.; Таннер, С.; Уанка, Т.; Леонард, WR (2008). «Поддержание против роста: исследование затрат на активацию иммунитета у детей в низменной Боливии». Американский журнал физической антропологии . 136 (4): 478–484. дои : 10.1002/ajpa.20831 . ПМИД 18383156 .
- ^ Шолль, Т.О.; Хедигер, ML; Шалл, Дж.И.; Ху, CS; Фишер, Р.Л. (1994). «Материнский рост во время беременности и конкуренция за питательные вещества». Американский журнал клинического питания . 60 (2): 183–188. дои : 10.1093/ajcn/60.2.183 . ПМИД 8030595 .
- ^ Ньирджеси, И. (2003). Рак молочной железы и заместительная гормональная терапия: исследование миллиона женщин. Ланцет , 362(9392), 1330.
