Совместная адаптация
В биологии фенотипических коадаптация — это процесс, при котором два или более видов, генов или признаков подвергаются адаптации в паре или группе. Это происходит, когда две или более взаимодействующих характеристик вместе подвергаются естественному отбору в ответ на одно и то же давление отбора или когда давление отбора изменяет одну характеристику и последовательно изменяет интерактивную характеристику. Эти взаимодействующие характеристики приносят пользу только тогда, когда они вместе, иногда приводя к усилению взаимозависимости. Коадаптация и коэволюция , хотя и схожи по процессу, но не одно и то же; коадаптация относится к взаимодействию между двумя единицами, тогда как коэволюция относится к их эволюционной истории. Коадаптация и ее примеры часто рассматриваются как свидетельство коэволюции. [1]
Гены и белковые комплексы
[ редактировать ]На генетическом уровне коадаптация представляет собой накопление взаимодействующих генов в генофонде популяции путем отбора. Давление отбора на один из генов повлияет на взаимодействующие с ним белки, после чего произойдут компенсаторные изменения. [2] [1]
Белки часто действуют в сложных взаимодействиях с другими белками, а функционально родственные белки часто демонстрируют схожий эволюционный путь. [1] [3] Возможное объяснение – коадаптация. [1] Примером этого является взаимодействие между белками, кодируемыми митохондриальной ДНК (мтДНК) и ядерной ДНК (нДНК). МтДНК имеет более высокую скорость эволюции/мутации, чем яДНК, особенно в определенных кодирующих областях. [2] [3] Однако для поддержания физиологической функциональности предпочтительным будет отбор функционально взаимодействующих белков и, следовательно, коадаптированной нДНК. [2]
Коадаптация между последовательностями мтДНК и яДНК была изучена у копепод Tigriopuscalifornicus . [2] МтДНК кодирующих последовательностей COII среди конспецифичных популяций этого вида сильно различается. [2] Когда мтДНК одной популяции помещалась на ядерный фон другой популяции, активность цитохром-с-оксидазы значительно снижается, что указывает на коадаптацию. Результаты показывают маловероятную связь между вариациями мтДНК и факторами окружающей среды. Более вероятным объяснением является нейтральная эволюция мтДНК с компенсаторными изменениями яДНК, вызванными нейтральной эволюцией мтДНК (случайные мутации с течением времени в изолированных популяциях). [2]
Бактерии и бактериофаг
[ редактировать ]Генные блоки в бактериальных геномах представляют собой последовательности генов, расположенные рядом на хромосоме и эволюционно консервативные во многих таксонах. [4] Некоторые консервативные блоки представляют собой опероны , в которых гены котранскрибируются с полицистронной мРНК , и такие опероны часто связаны с единственной функцией, такой как метаболический путь или белковый комплекс . [4] Совместное расположение генов со схожими функциями и сохранение этих отношений на протяжении эволюционного времени указывает на то, что естественный отбор действовал для поддержания коадаптационного преимущества.
По мере развития раннего картирования генов на хромосоме бактериофага Т4 стало очевидно, что расположение генов далеко не случайно. [5] Гены со схожими функциями имеют тенденцию объединяться в кластеры и, по-видимому, коадаптируются друг к другу. Например, гены, которые определяют белки, участвующие в морфогенезе головки бактериофага, плотно сгруппированы. [6] Другими примерами явно коадаптированных кластеров являются гены, которые определяют клин базовой пластинки, хвостовые волокна и вспомогательные белки ДНК-полимеразы . [6] В других случаях, когда структурные взаимоотношения генных продуктов не столь очевидны, также может возникнуть коадаптированная кластеризация, основанная на функциональном взаимодействии. Таким образом, Обрингер [7] предположил, что определенный кластер генов, сосредоточенный вокруг генов imm и spackle , кодирует белки, адаптированные к конкуренции и защите на уровне ДНК .
Органы
[ редактировать ]Подобно чертам на генетическом уровне, аспекты органов также могут подвергаться совместной адаптации. Например, тонкие кости могут выдерживать ежедневные нагрузки так же, как и более толстые кости, поскольку тонкие кости имеют более минерализованную ткань . Это означает, что гибкость и уровень минерализации, вероятно, были согласованы. Однако из-за того, что тонкие кости тверже толстых костей, они обычно менее податливы и более склонны к поломке, особенно при воздействии более экстремальных нагрузок. [8]
Слабоэлектрические рыбы способны создавать слабое электрическое поле с помощью электрического органа . Эти электрические поля можно использовать для общения между людьми посредством электрических разрядов в органах (EOD), которые можно дополнительно модулировать для создания контекстно-зависимых сигналов, называемых «чириканьем». Рыбы могут чувствовать эти электрические поля и сигналы с помощью электрорецепторов . Исследование рыбы-ножа-призрака [9] указывает на то, что сигналы, производимые электрическими рыбами, и способ их получения могут быть адаптированы, поскольку среда, в которой обитает рыба (как физическая, так и социальная), влияет на отбор щебетания, EOD и обнаружение. Взаимодействия между территориальными рыбами благоприятствуют другим параметрам сигнала, чем взаимодействия внутри социальных групп рыб.
Поведение
[ редактировать ]Поведение родителей и их потомства во время кормления находится под влиянием друг друга. Родители кормятся в зависимости от того, сколько попросит их потомство, а потомство - в зависимости от того, насколько оно голодно. Обычно это приводит к конфликту интересов между родителем и потомством, поскольку потомство хочет, чтобы его кормили как можно больше, тогда как родитель может вкладывать лишь ограниченное количество энергии в родительскую заботу. Таким образом, отбор будет происходить для сочетания поведения попрошайничества и кормления, которое приводит к наивысшей приспособленности, что приводит к совместной адаптации. [10] На совместную адаптацию родителей и потомков может дополнительно влиять информационная асимметрия, например, самки лазоревок в природе больше подвержены попрошайничеству, в результате чего они реагируют больше, чем самцы, на одинаковые уровни стимулов. [11]
Частичная и антагонистическая коадаптация
[ редактировать ]Также возможно, что родственные черты лишь частично адаптируются друг к другу из-за того, что черты развиваются с разной скоростью или полностью противоречат друг другу. Исследования австралийских сцинков [12] выявили, что дневные сцинки предпочитают высокую температуру и могут оптимально бегать при более высоких температурах, в то время как ночные сцинки имеют низкую предпочтительную температуру и оптимальную температуру. Однако разница между высокими и низкими оптимальными температурами была намного меньше, чем между предпочтительными температурами, а это означает, что ночные сцинки бегают медленнее, чем их дневные собратья. В случае Eremiascincus оптимальная и предпочтительная температура расходились друг от друга в противоположных направлениях, создавая антагонистическую коадаптацию.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Хуан, Дэвид; Пасос, Флоренсио; Валенсия, Альфонсо (2008). «Коэволюция и коадаптация белковых сетей». Письма ФЭБС . 582 (8): 1225–1230. дои : 10.1016/j.febslet.2008.02.017 . hdl : 10261/346627 . ПМИД 18282476 . S2CID 22702946 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Блиер, Пьер У.; Дюфрен, Франция; Бертон, Рональд С. (2001). «Естественный отбор и эволюция пептидов, кодируемых мтДНК: доказательства межгеномной коадаптации». Тенденции в генетике . 17 (7): 400–406. дои : 10.1016/s0168-9525(01)02338-1 . ПМИД 11418221 .
- ^ Перейти обратно: а б Грейнер, Стефан; Бок, Ральф (2013). «Настройка менежа втроем: коэволюция и совместная адаптация ядерных и органелларных геномов растений». Биоэссе . 35 (4): 354–365. дои : 10.1002/bies.201200137 . ПМИД 23361615 . S2CID 205475365 .
- ^ Перейти обратно: а б Реам Д.К., Банкапур А.Р., Фридберг И. Событийно-ориентированный подход к изучению эволюции генных блоков у бактерий. Биоинформатика. 1 июля 2015 г.; 31 (13): 2075-83. doi: 10.1093/биоинформатика/btv128. Epub, 25 февраля 2015 г. PMID 25717195; PMCID: PMC4481853
- ^ Эдгар Р.С., Эпштейн Р.Х. Генетика бактериального вируса. Sci Am. 1965, февраль; 212:70-8. doi: 10.1038/scientificamerican0265-70. ПМИД 14272117
- ^ Перейти обратно: а б Каттер Э., Т. Стидэм, Б. Гуттман, Э. Каттер, Д. Баттс, С. Петерсон, Т. Джавахишвили, Ф. Арисака, В. Месянжинов, В. Ругер, Г. Мосиг. 1994. Геномная карта бактериофага Т4, с. 491–519. В Дж. Караме, Дж. В. Дрейке, К. Н. Кройцере, Г. Мосиге, Д. Х. Холле, Ф. А. Эйзерлинге, Л. В. Блэке, EK Spicer, E Kutter, K Carlson, ES Miller (ред.), Молекулярная биология бактериофага T4. Американское общество микробиологии, Вашингтон, округ Колумбия
- ^ Обрингер Дж.В. Функции генов иммунитета и спакла фага Т4 при генетическом исключении. Генет Рес. Октябрь 1988 г.;52(2):81-90. дои: 10.1017/s0016672300027440. ПМИД 3209067
- ^ Томмазини, Стивен М.; Насер, Филип; Ху, Бин; Джепсен, Карл Дж. (2007). «Биологическая совместная адаптация морфологических и композиционных особенностей способствует механической функциональности и хрупкости скелета» . Журнал исследований костей и минералов . 23 (2): 236–246. дои : 10.1359/jbmr.071014 . ПМЦ 2665697 . ПМИД 17922614 .
- ^ Петцольд, Жаклин; Марсат, Гэри; Смит, Дж. Трой (2016). «Совместная адаптация разрядов электрических органов и стрекотания у южноамериканских рыб-ножей-призраков (Apteronotidae)» . Журнал физиологии-Париж . 110 (2): 200–215. дои : 10.1016/j.jphysparis.2016.10.005 . ПМК 5408315 . ПМИД 27989653 .
- ^ Кёлликер, Матиас; Броди III, Эдмунд Д.; Мур, Аллен Дж. (2005). «Коадаптация родительского предложения и спроса на потомство» (PDF) . Американский натуралист . 166 (4): 506–516. дои : 10.1086/491687 . ПМИД 16224706 . S2CID 19036695 .
- ^ Лукас, Карстен; Френо, Нолвенн; Энс, Марсель; Мюллер, Вендт (2016). «Половые роли в содержании гнезда – как информационная асимметрия способствует совместной адаптации родителей и потомков» . Экология и эволюция . 6 (6): 1825–1833. doi : 10.1002/ece3.1976 . ПМЦ 4759049 . ПМИД 26929817 .
- ^ Хьюи, РБ и А. Ф. Беннетт. 1987. Филогенетические исследования коадаптации: предпочтительные температуры по сравнению с оптимальными температурами продуктивности ящериц. Эволюция 41:1098–1115.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Коадаптационная статья в словаре по эволюции .