Эволюционное давление
| Часть серии о |
| Эволюционная биология |
|---|
 |
Эволюционное давление , давление отбора или давление отбора оказывают факторы, которые уменьшают или увеличивают репродуктивный успех у 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 давление отбора обычно выражают в виде коэффициента отбора .
аминокислот Селективное давление
Было показано, что помещение аминокислоты гена, биосинтезирующего , такого как ген HIS4 , под селективное давление аминокислот у дрожжей, вызывает усиление экспрессии соседних генов , что происходит из-за совместной регуляции транскрипции двух соседних генов у эукариот . [2]
Устойчивость к антибиотикам [ править ]
Устойчивость бактерий к лекарствам является примером результата естественного отбора . Когда лекарство применяется к определенному виду бактерий, те, которые не могут сопротивляться, умирают и не производят потомства, а 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 из поколения в поколение. Например, в больницах создается среда, в которой такие патогены, C. как difficile выработали устойчивость к антибиотикам. [3] Устойчивость к антибиотикам усугубляется неправильным применением антибиотиков. Устойчивость к антибиотикам поощряется, когда антибиотики используются для лечения небактериальных заболеваний, а также когда антибиотики не используются в течение установленного периода времени или в предписанной дозе. [4] Устойчивость к антибиотикам может возникнуть в результате устойчивых генетических вариаций в популяции или мутаций de novo в популяции. Любой путь может привести к устойчивости к антибиотикам, что может быть формой эволюционного спасения . [ нужна ссылка ]
Внутрибольничные инфекции [ править ]
Clostridium difficile , вид грамположительных бактерий, населяющий кишечник млекопитающих, является примером одного типа бактерий, который является основной причиной смертности от нозокомиальных инфекций. [3]
Когда симбиотическая популяция кишечной флоры разрушается (например, антибиотиками ), человек становится более уязвимым для патогенов. Быстрая эволюция устойчивости к антибиотикам оказывает огромное селективное давление на полезные 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 конкурентной борьбе друг с другом. Эволюционная гонка вооружений между быстро развивающимися факторами вирулентности бактерий и методами лечения современной медицины требует от биологов-эволюционистов понимания механизмов устойчивости этих патогенных бактерий, особенно с учетом растущего числа инфицированных госпитализированных пациентов. Развившиеся факторы вирулентности представляют угрозу для пациентов в больницах, у которых ослаблен иммунитет из-за болезни или лечения антибиотиками. Факторы вирулентности – это характеристики, которые развились у развившихся бактерий для повышения патогенности. Один из факторов вирулентности С. difficile , главным образом, обусловливающим его устойчивость к антибиотикам, являются 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 в палате инфицированного пациента споры могут сохраняться до 20 недель. [6] Таким образом, борьба с угрозой быстрого распространения ИКД зависит от санитарно-гигиенических методов больниц, обеспечивающих удаление спор из окружающей среды. Исследование, опубликованное в Американском журнале гастроэнтерологии, показало, что для контроля распространения ИКД в медицинских учреждениях необходимы перчатки, гигиена рук, одноразовые термометры и дезинфекция окружающей среды. [7] Вирулентность этого патогена поразительна и может радикально изменить подходы к санитарии, используемые в больницах для борьбы со вспышками ИКД. [ нужна ссылка ]
Естественный отбор у человека [ править ]
Малярийный паразит может оказывать избирательное давление на человеческие популяции. Это давление привело к естественному отбору эритроцитов, несущих мутацию гемоглобина ( серповидноклеточного гена Hb S ), вызывающую серповидноклеточную анемию , в регионах, где малярия является серьезной проблемой для здоровья, поскольку это состояние обеспечивает некоторую устойчивость к этому инфекционному заболеванию. [8]
Устойчивость к гербицидам и пестицидам [ править ]
 | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Июль 2016 г. ) |
Так же, как с развитием устойчивости бактерий к антибиотикам, у широко используемых сельскохозяйственных химикатов стала проявляться устойчивость к пестицидам и гербицидам . Например:
- Исследования в США показали, что плодовые мухи, наводняющие апельсиновые рощи, становятся устойчивыми к малатиону — пестициду, используемому для их уничтожения.
- На Гавайях и в Японии ромбовидная моль выработала устойчивость к Bacillus thuringiensis , которая используется в нескольких коммерческих культурах, включая Bt-кукурузу , примерно через три года после того, как ее начали активно использовать.
- В Англии крысы в некоторых районах развили настолько сильную устойчивость к крысиному яду, что могут потреблять его в пять раз больше, чем обычные крысы, не умирая.
- ДДТ больше не эффективен в борьбе с комарами , переносчиками малярии в некоторых местах, и этот факт способствовал возобновлению заболевания.
- На юге США сорняк Amaranthus palmeri , мешающий производству хлопка, развил широко распространенную устойчивость к гербициду глифосату .
- В Балтийском море снижение солености способствовало появлению нового вида бурых водорослей Fucus radicans . [9]
оказывают эволюционное давление Люди
Деятельность человека может привести к непреднамеренным изменениям в окружающей среде. Человеческая деятельность окажет возможное негативное воздействие на определенную популяцию, в результате чего многие представители этой популяции умрут из-за того, что не будут адаптированы к этому новому давлению. Особи, которые лучше адаптированы к этому новому давлению, выживут и размножатся с большей скоростью, чем те, кто находится в невыгодном положении. Это происходит на протяжении многих поколений, пока население в целом не станет лучше адаптировано к давлению. [1] Это естественный отбор в действии, но давление исходит от антропогенной деятельности, такой как строительство дорог или охота. [10] Это видно на приведенных ниже примерах скальных ласточек и лосей. Однако не вся человеческая деятельность, вызывающая эволюционное давление, происходит непреднамеренно. Это продемонстрировано приручением собак и последующим селекционным разведением , в результате которого появились различные породы, известные сегодня.
Гремучие змеи [ править ]
В более густонаселенных (человеческих) районах и районах с торговлей людьми увеличивается количество сообщений о гремучих змеях, которые не гремят. Это явление обычно связывают с избирательным давлением со стороны людей, которые часто убивают змей, когда их обнаруживают. [11] Не гремучие змеи с большей вероятностью останутся незамеченными, поэтому выживают, чтобы воспроизвести потомство, которое, как и они сами, менее склонно греметь. [ нужна ссылка ]
Клифф глотает [ править ]
Популяции скальных ласточек в Небраске продемонстрировали морфологические изменения в своих крыльях после многих лет жизни рядом с дорогами. [10] Собирая данные за более чем 30 лет, исследователи заметили уменьшение размаха крыльев у живых популяций ласточек, а также отметили уменьшение количества скальных ласточек, убитых проезжающими автомобилями. У тех скальных ласточек, которых убили проезжающие машины, размах крыльев был больше, чем у популяции в целом. Было показано, что мешающие эффекты, такие как использование дорог, размер автомобиля и численность населения, не оказали влияния на исследование.
Каждый [ править ]
Эволюционное давление со стороны человека наблюдается и в популяциях лосей . [12] Эти исследования рассматривают не морфологические различия, а поведенческие различия. Было показано, что более быстрые и подвижные лоси-самцы с большей вероятностью станут добычей охотников. Охотники создают среду, в которой более активные животные с большей вероятностью станут жертвами хищников , чем менее активные. [4] Самки лосей, пережившие последние два года, с каждым годом уменьшали свою активность, в результате чего оставалось более пугливые лосихи, у которых было больше шансов выжить. [12] Самки лосей в отдельном исследовании также продемонстрировали различия в поведении: самки старшего возраста демонстрировали робкое поведение, которого и следовало ожидать от этой выборки. [13]
Приручение собаки [ править ]
С момента одомашнивания собак они развивались вместе с людьми под давлением 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 приручению. Эволюционное давление со стороны людей привело к появлению множества различных пород, которые соответствовали потребностям того времени, будь то защита домашнего скота или помощь в охоте. [7] Охота и скотоводство были первыми причинами, по которым люди искусственно отбирали черты, которые они считали полезными. [8] Это селекционное разведение на этом не заканчивается, а распространяется на людей, отбирающих определенные черты, которые считаются желательными у их домашних собак, такие как размер и цвет, даже если они не обязательно приносят ощутимую пользу человеку. [9] Непреднамеренным последствием этого отбора является то, что домашние собаки также склонны иметь наследственные заболевания в зависимости от того, к какой конкретной породе они относятся. [14]
См. также [ править ]
- Фитнес (биология) – Ожидаемый репродуктивный успех.
- Выживает сильнейший - фраза, описывающая механизм естественного отбора.
- Консервативная последовательность - одинаковые последовательности ДНК, РНК или белков в геномах или среди видов.
Примечания [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Естественный отбор» . Evolution.berkeley.edu . Архивировано из оригинала 30 октября 2019 г. Проверено 29 ноября 2017 г.
- ^ Али Разаги; Роджер Хюрлиманн; Ли Оуэнс; Кирстен Хейманн (2015). «Повышение экспрессии и секреции рекомбинантного hIFNγ за счет селективного давления, вызванного аминокислотным голоданием, на соседний ген HIS4 у Pichia Pastoris» (PDF) . Европейский фармацевтический журнал . 62 (2): 43–50. дои : 10.1515/afpuc-2015-0031 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Доусон Л.Ф., Валиенте Э., Рен Б.В. (2009). «Clostridium difficile — постоянно развивающийся и проблемный патоген. Инфекции». Генетика и эволюция . 9 (6): 1410–1417. дои : 10.1016/j.meegid.2009.06.005 . ПМИД 19539054 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Браун, Джоэл С.; Лаундре, Джон В.; Гурунг, Махеш (1999). «Экология страха: оптимальное добывание пищи, теория игр и трофические взаимодействия» . Журнал маммологии . 80 (2): 385–399. дои : 10.2307/1383287 . JSTOR 1383287 .
- ^ Терьер MCZ, Симоне М.Л., Бишар П., Фроссар Дж.Л. (2014). «Рецидивирующие инфекции Clostridium difficile : важность кишечной микробиоты» . Всемирный журнал гастроэнтерологии . 20 (23): 7416–7423. дои : 10.3748/wjg.v20.i23.7416 . ПМК 4064086 . ПМИД 24966611 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ван, Го-дун; Чжай, Вэйвэй; Ян, Хэ-цюань; Фань, Жо-си; Цао, Сюэ; Чжун, Ли; Ван, Лу; Лю, Фэй; Ву, Хун (14 мая 2013 г.). «Геномика отбора собак и параллельная эволюция собак и людей» . Природные коммуникации . 4 : 1860. Бибкод : 2013NatCo...4.1860W . дои : 10.1038/ncomms2814 . ПМИД 23673645 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Острандер, Элейн А; Галиберт, Фрэнсис; Паттерсон, Дональд Ф. (01 марта 2000 г.). «Собачья генетика достигает совершеннолетия». Тенденции в генетике . 16 (3): 117–124. дои : 10.1016/S0168-9525(99)01958-7 . ПМИД 10689352 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Паркер, Хайди Г.; Дрегер, Дайна Л.; Рембо, Мод; Дэвис, Брайан В.; Маллен, Александра Б.; Карпинтеро-Рамирес, Гретхен; Острандер, Элейн А. (25 апреля 2017 г.). «Геномный анализ показывает влияние географического происхождения, миграции и гибридизации на развитие современных пород собак» . Отчеты по ячейкам . 19 (4): 697–708. дои : 10.1016/j.celrep.2017.03.079 . ISSN 2211-1247 . ПМЦ 5492993 . ПМИД 28445722 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Линдблад-То, Керстин; члены Broad Sequencing Platform; Уэйд, Клэр М.; Миккельсен, Тарьей С.; Карлссон, Элинор К.; Яффе, Дэвид Б.; Камаль, Майкл; Зажим, Мишель; Чанг, Джин Л. (декабрь 2005 г.). «Последовательность генома, сравнительный анализ и структура гаплотипов домашней собаки» . Природа . 438 (7069): 803–819. Бибкод : 2005Natur.438..803L . дои : 10.1038/nature04338 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 16341006 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Браун, Чарльз Р.; Бомбергер Браун, Мэри (18 марта 2013 г.). «Куда делись все убитые на дорогах?» . Современная биология . 23 (6): Р233–Р234. Бибкод : 2013CBio...23.R233B . дои : 10.1016/j.cub.2013.02.023 . ПМИД 23518051 .
- ^ Джим Херрон Самора (24 июня 2011 г.). «Опасность гремучих змей возрастает по мере того, как все больше змей нападают без предупреждения» . Хроники Сан-Франциско . Архивировано из оригинала 10 июня 2010 г. Проверено 4 мая 2019 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Чути, Симона; Мухли, Тайлер Б.; Патон, Дейл Г.; Макдевитт, Аллан Д.; Мусиани, Марко; Бойс, Марк С. (07 ноября 2012 г.). «Человеческий отбор поведенческих черт лося в ландшафте страха» . Труды Лондонского королевского общества B: Биологические науки . 279 (1746): 4407–4416. дои : 10.1098/rspb.2012.1483 . ISSN 0962-8452 . ПМЦ 3479801 . ПМИД 22951744 .
- ^ Турфьель, Хенрик; Чути, Симона; Бойс, Марк С. (14 июня 2017 г.). «Учимся на чужих ошибках: как самка лося (Cervus elaphus) с возрастом корректирует поведение, чтобы избегать охотников» . ПЛОС ОДИН . 12 (6): e0178082. Бибкод : 2017PLoSO..1278082T . дои : 10.1371/journal.pone.0178082 . ISSN 1932-6203 . ПМК 5470680 . ПМИД 28614406 .
- ^ Сарган, Дэвид Р. (1 июня 2004 г.). «IDID: Наследственные заболевания у собак: Интернет-информация о генетике наследственных заболеваний собак». Геном млекопитающих . 15 (6): 503–506. дои : 10.1007/s00335-004-3047-z . ISSN 0938-8990 . ПМИД 15181542 . S2CID 19306779 .
