Сравнительная физиология

Сравнительная физиология — раздел физиологии , изучающий и использующий разнообразие функциональных характеристик различных видов организмов . Это тесно связано с эволюционной физиологией и физиологией окружающей среды . Многие университеты предлагают курсы бакалавриата, которые охватывают сравнительные аспекты физиологии животных. По словам Клиффорда Лэдда Проссера , «Сравнительная физиологияэто не столько определенная дисциплина, сколько точка зрения, философия».

История

Первоначально, как рассказывается в недавней истории этой области, физиология сосредоточилась в первую очередь на людях, во многом из-за желания улучшить медицинскую практику. Когда физиологи впервые начали сравнивать различные виды, это иногда было вызвано простым любопытством, чтобы понять, как работают организмы, но также и желанием открыть основные физиологические принципы. Такое использование конкретных организмов, удобное для изучения конкретных вопросов, известно как принцип Крога .

Методология

К. Лэдд Проссер, основатель современной сравнительной физиологии, изложил широкую программу сравнительной физиологии в своей книге, отредактированной в 1950 году (см. резюме и обсуждение в Garland and Carter ):

1. Описать, как разные виды животных удовлетворяют свои потребности.

Это равносильно каталогизации функциональных аспектов биологического разнообразия, и недавно оно было раскритиковано как «коллекционирование марок» с предположением, что эта область должна выйти за пределы этой начальной исследовательской фазы.

2. Использование физиологической информации для реконструкции филогенетических взаимоотношений организмов.

В принципе, физиологическая информация может использоваться так же, как морфологическая информация или последовательность ДНК используются для измерения эволюционного расхождения организмов. На практике это делалось редко, по крайней мере, по четырем причинам:

• физиология не оставляет после себя многих ископаемых следов,
• его нельзя измерить по музейным образцам,
• его трудно оценить количественно по сравнению с морфологией или последовательностями ДНК, и
• физиология с большей вероятностью будет адаптивной, чем ДНК, и поэтому подвержена параллельной и конвергентной эволюции , что затрудняет филогенетическую реконструкцию.

3. Выяснить, как физиология обеспечивает взаимодействие между организмами и окружающей их средой.

По сути, это физиологическая экология или экологическая физиология.

4. Определить «модельные системы» для изучения отдельных физиологических функций.

Примеры этого включают использование гигантских аксонов кальмара для понимания общих принципов нервной передачи, использование мышц-шейкеров хвоста гремучей змеи для измерения изменений метаболитов in vivo (поскольку все животное можно поместить в ЯМР-аппарат), и использование экзотермических пойкилотермных животных для изучения влияния температуры на физиологию.

5. Использовать «вид животного» в качестве экспериментальной переменной.

«В то время как другие разделы физиологии используют такие переменные, как свет, температура, напряжение кислорода и гормональный баланс, сравнительная физиология, кроме того, использует вид или тип животного в качестве переменной для каждой функции».

25 лет спустя Проссер сформулировал ситуацию так: «Мне нравится думать об этом как о методе в физиологии, который использует тип организма в качестве одной из экспериментальных переменных».

Сравнительные физиологи часто изучают организмы, обитающие в «экстремальных» условиях (например, в пустынях), поскольку надеются найти особенно яркие примеры эволюционной адаптации. Одним из примеров является изучение водного баланса у млекопитающих, обитающих в пустынях, у которых обнаружена специализация почек.

Точно так же сравнительных физиологов привлекали «необычные» организмы, например, очень большие или маленькие. В качестве примера последнего колибри были изучены . Другой пример: жирафы изучались из-за их длинных шеек и ожиданий, что это приведет к специализации, связанной с регуляцией кровяного давления . В более общем смысле, экзотермических позвоночных изучали, чтобы определить, как крови изменяются кислотно-щелочной баланс и pH при изменении температуры тела .

Финансирование

В США исследования в области сравнительной физиологии финансируются как Национальными институтами здравоохранения, так и Национальным научным фондом .

Общества

В ряде научных обществ есть секции сравнительной физиологии, в том числе:

• Американское физиологическое общество
• Австралийское и новозеландское общество сравнительной физиологии и биохимии
• Канадское общество зоологов
• Японское общество сравнительной физиологии и биохимии
• Общество интегративной и сравнительной биологии
• Общество экспериментальной биологии

Биографии

Кнут Шмидт-Нильсен (1915–2007) был крупной фигурой в области сравнительной физиологии позвоночных, много лет работал на факультете Университета Дьюка и обучал большое количество студентов (некролог) . Он также является автором нескольких книг, в том числе влиятельного текста, известных своим доступным стилем письма.

Гровер К. Стивенс (1925–2003) был известным специалистом по сравнительной физиологии беспозвоночных, работавшим на факультете Университета Миннесоты не стал председателем-основателем кафедры органической биологии Калифорнийского университета в Ирвине. , пока в 1964 году наставник многочисленных аспирантов, многие из которых продолжили развитие этой области (некролог) . Он написал несколько книг и был не только опытным биологом, но и опытным пианистом и философом.

публикующие статьи по сравнительной физиологии

• Американский журнал физиологии - регуляторная, интегративная и сравнительная физиология
• Ежегодный обзор физиологии
• Сравнительная биохимия и физиология
• Интегративная и сравнительная биология
• Журнал сравнительной физиологии
• Журнал экспериментальной биологии
• Физиологическая и биохимическая зоология

См. также

• Август Крог
• Клод Бернар
• Сравнительная анатомия
• Экофизиология
• Эволюционная физиология
• Физиология человека
• Джон Спикман
• Кнут Шмидт-Нильсен
• Принцип Крога
• Ланселот Хогбен
• Петр Хочачка
• Филогенетические сравнительные методы
• Физиология
• Раймонд Б. Хьюи
• Теодор Гарланд мл.

Дальнейшее чтение

• Анктил, М. 2022. Животное как машина. Стремление понять, как животные работают и адаптируются. Издательство Университета Макгилла-Куина, Монреаль и Кингстон, Лондон, Чикаго.
• Баррингтон, EJW 1975. Сравнительная физиология и проблемы дизайна. Журнал экспериментальной зоологии 194:271-286.
• Кларк, А. Дж. 1927. Сравнительная физиология сердца. Издательство Кембриджского университета, Лондон.
• Данцлер, WH, изд. 1997. Справочник по физиологии. Секция 13: сравнительная физиология. Том. I. Оксфордский университет. Пресс, Нью-Йорк.
• Данцлер, WH, изд. 1997. Справочник по физиологии. Секция 13: сравнительная физиология. Том. II. Оксфордский университет. Пресс, Нью-Йорк. viii + 751-1824 стр.
• Федер, МЭ, А. Ф. Беннетт, В. В. Бурггрен и Р.Б. Хьюи, ред. 1987. Новые направления экологической физиологии. Кембриджский университет. Пресс, Нью-Йорк. 364 стр.
• Гарланд, Т. младший и П.А. Картер. 1994. Эволюционная физиология. Ежегодный обзор физиологии 56:579-621. PDF-файл , заархивировано 12 апреля 2021 г. в Wayback Machine.
• Гиббс, AG (1999). «Лабораторный отбор на сравнительного физиолога». Журнал экспериментальной биологии . 202 (Часть 20): 2709–2718. дои : 10.1242/jeb.202.20.2709 . ПМИД   10504307 .
• Гилмор, КМ; Уилсон, RW; Сломан, К.А. (2005). «Интеграция поведения в сравнительную физиологию». Физиологическая и биохимическая зоология . 78 (5): 669–678. дои : 10.1086/432144 . ПМИД   16047293 . S2CID   586358 .
• Гордон, М.С., Г.А. Бартоломью, А.Д. Гриннелл, К.Б. Йоргенсен и Ф.Н. Уайт. 1982. Физиология животных: принципы и адаптации. 4-е изд. Макмиллан, Нью-Йорк. 635 страниц.
• Гринберг, М.Дж., П.В. Хочачка и К.П. Мангум, ред. 1975. Новые направления сравнительной физиологии и биохимии. Журнал экспериментальной зоологии 194:1-347.
• Хочачка, П.В. и Г.Н. Сомеро. 2002. Биохимическая адаптация — механизм и процесс физиологической эволюции. Издательство Оксфордского университета. 478 стр.
• Мангум, К.П. и П.В. Хочачка. 1998. Новые направления сравнительной физиологии и биохимии: механизмы, адаптации и эволюция. Физиологическая зоология 71:471-484.
• Мойес, К.Д. и премьер-министр Шульте. 2006. Основы физиологии животных. Пирсон Бенджамин Каммингс, Сан-Франциско. 734 стр.
• Проссер, CL, изд. 1950. Сравнительная физиология животных. WB Saunders Co., Филадельфия. ix + 888 с.
• Рэндалл Д., В. Бурггрен и К. Френч. 2002. Экерт физиология животных: механизмы и адаптации. 5-е изд. WH Freeman and Co., Нью-Йорк. 736 стр. + глоссарий, приложения, указатель.
• Росс, DM (1981). «Иллюзия и реальность в сравнительной физиологии». Канадский журнал зоологии . 59 (11): 2151–2158. дои : 10.1139/z81-291 .
• Шмидт-Нильсен, К. 1972. Как работают животные. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.
• Шмидт-Нильсен, К. 1984. Масштабирование: почему размер животного так важен? Издательство Кембриджского университета, Кембридж. 241 стр.
• Шмидт-Нильсен, К. 1997. Физиология животных: адаптация и окружающая среда. 5-е изд. Издательство Кембриджского университета, Кембридж. ix + 607 с.
• Шмидт-Нильсен, К. 1998. Верблюжий нос: воспоминания любопытного ученого. 352 стр. The Island Press. Обзор
• Сомеро, Дж.Н. 2000. Единство в разнообразии: взгляд на методы, вклад и будущее сравнительной физиологии. Ежегодный обзор физиологии 62: 927-937.
• Стивенс, GC; Шинске, Р.А. (1961). «Поглощение аминокислот морскими беспозвоночными». Лимнология и океанография . 6 (2): 175–181. Бибкод : 1961LimOc...6..175S . дои : 10.4319/lo.1961.6.2.0175 .
• Стивенс, Г.К. (1982). «Последние успехи в изучении темы «Питание водных животных и вещественный баланс воды» » . Американский зоолог . 22 (3): 611–619. дои : 10.1093/icb/22.3.611 .
• Манахан, Дакота ; Райт, Ш. ; Стивенс, Южная Каролина ; Райс, Массачусетс (1982). «Транспорт растворенных аминокислот мидиями Mytilus edulis : демонстрация чистого поглощения из морской воды с помощью анализа ВЭЖХ» . Наука . 215 (4537): 1253–1255. дои : 10.1126/science.215.4537.1253 . ПМИД   17757542 . S2CID   36756710 .
• Ласточка, Дж. Г.; Гарланд, Т. младший (2005). «Селекционные эксперименты как инструмент эволюционной и сравнительной физиологии: понимание сложных признаков - Введение к симпозиуму» . Интегративная и сравнительная биология . 45 (3): 387–390. дои : 10.1093/icb/45.3.387 . ПМИД   21676784 .
• Уиллмер П., Г. Стоун и И. Джонстон. 2005. Экологическая физиология животных. Второе издание. Blackwell Science, Оксфорд, Великобритания xiii + 754 стр.