Экологическая эволюционная биология развития
Экологическая эволюционная биология развития (эко-эво-дево) — это область биологии, объединяющая экологию , биологию развития и эволюционную биологию для изучения их взаимосвязи. Эта концепция тесно связана со многими биологическими механизмами. Эффекты эко-эво-дево могут быть результатом пластичности развития , результатом симбиотических отношений или эпигенетически наследоваться. Совпадение пластичности развития и симбиозов, коренящихся в эволюционных концепциях, определяет экологическую эволюционную биологию развития. Взаимодействия хозяин-микроорганизмы во время развития характеризуют симбиотические отношения, в то время как спектр фенотипов, основанный на канализации и реакции на сигналы окружающей среды, подчеркивает пластичность. [ 1 ] Пластичность развития, контролируемая температурой окружающей среды, может подвергнуть определенные виды риску в результате изменения климата.
Фенотипическая пластичность
[ редактировать ]Фенотипическая или пластичность развития — это изменение развития под воздействием факторов окружающей среды. [ 2 ] Эти факторы могут вызывать появление нескольких типов вариантов, которые повышают приспособленность организма в зависимости от окружающей среды, в которой он находится. Эти изменения могут быть направлены на защиту, хищничество, определение пола и половой отбор. [ 2 ]
Адаптация, обусловленная пластичностью, действует на эволюцию тремя способами: фенотипической аккомодацией, генетической аккомодацией и генетической ассимиляцией. Фенотипическая аккомодация – это когда организм корректирует свой фенотип, чтобы лучше соответствовать окружающей среде, без генетической индукции. [ 3 ] [ 2 ] Признак, выбранный средой посредством фенотипической аккомодации, затем может быть интегрирован в геном. Этот процесс называется генетической аккомодацией. Генетическая аккомодация позволяет передавать черты, созданные окружающей средой, и дает лучшую реакцию на изменения окружающей среды. [ 4 ] </ref> Наконец, генетическая ассимиляция – это когда индуцированный фенотип закрепляется в геноме. Эта черта больше не вызвана окружающей средой. На этом этапе пластичность теряется, поскольку при потере стимула окружающей среды фенотип все еще сохраняется. [ 2 ] [ 5 ]
В некоторых случаях виды меняют окружающую среду в соответствии с их потребностями. Это явление называется строительством ниши . Эти организмы могут изменять неблагоприятные условия под себя. Эти изменения ослабляют избирательное давление и дают преимущество, которое они имели бы в противном случае. Этими преимуществами могут быть создание укрытий, таких как гнезда и норы, физическое или химическое изменение окружающей среды или создание тени. [ 2 ] [ 6 ]
Эпигенетическое наследование
[ редактировать ]Эпигенетическая наследственность — это наследование эпигенетических меток на ДНК, вызванное факторами окружающей среды. Простым примером этого является перестановка, впервые описанная у растений. Происходит следующее: форма или цвет семени изменяют гомологичный аллель. [ 7 ] Эти метки изменяют закономерности экспрессии генов, которые могут передаваться следующему поколению. Это означает, что сигналы окружающей среды могут влиять на развитие потомства организма.
Это похоже на теорию эволюции Ламарка . Он заявил, что организм может передавать физические характеристики, которые родительский организм приобрел в результате использования или неиспользования в течение своей жизни, своему потомству. Хотя это не совсем так, у многих организмов есть черты или гены, которые они не используют, но эпигенетическое наследование, например, факторы окружающей среды, такие как температура или доступность пищи в течение жизни родителей, могут влиять на развитие потомства. Примером тому является питание в молодости. Гены – не единственное, что контролирует все в организме. Плохое питание может замедлить и сильно задержать плавный переход полового созревания у ребенка. [ 8 ]
Это также может заставить некоторые гены, которые были нулевыми, активироваться, а другие гены выключиться. [ 9 ] Многие не принимают во внимание это явление, и весьма интересно отметить, что такие вещи, как недоедание и температура в одном организме, могут повлиять на следующие поколения этого организма. [ 7 ]
Симбиотические взаимодействия
[ редактировать ]
Симбиоз описывает отношения между двумя видами, живущими рядом в окружающей среде, и симбиотические взаимодействия оказывают значительное влияние на динамику эко-эво-дево. Многие симбиотические организмы эволюционировали совместно и со временем стали зависеть от этих взаимоотношений. Воздействие на любой вовлеченный организм может быть положительным, нейтральным или отрицательным, и эти эффекты используются для широкой классификации различных типов симбиотических отношений. Симбиотические отношения обычно делятся на категории мутуализма , комменсализма , паразитизма / хищничества , аменсализма или конкуренции , хотя для описания более сложных или необычных взаимодействий могут использоваться и другие категории. Отношения между рыбой-клоуном и анемонами — один из примеров мутуалистического симбиоза. [ 10 ] Мутуализм особенно распространен между эктотермными животными, что делает эти симбиотические отношения одними из наиболее подверженных угрозе изменения климата . [ 11 ]
Изменение климата
[ редактировать ]Изменение климата может изменить развитие организмов. На определение пола отдельных животных, как на тип пластичности развития, может влиять температура окружающей среды. Некоторые рептилии и лучепёрые рыбы полагаются на определение пола в зависимости от температуры (TSD). Детерминация происходит в течение определенного периода эмбрионального развития. Хотя точные механизмы этого типа определения пола для большинства видов остаются неизвестными, были обнаружены чувствительные к температуре белки, определяющие пол аллигаторов. [ 12 ] Эффекты повышения температуры уже можно наблюдать у животных, например, у зеленой морской черепахи. Морские черепахи производят больше самок при воздействии более высоких температур. [ 13 ] В результате популяция взрослых зеленых черепах в настоящее время на более прохладных пляжах на 65% состоит из самок, но может достигать 85% на более теплых местах гнездования. [ 14 ] В отличие от растущей доли самок морских черепах, рыбы, использующие TSD, такие как южная камбала , обычно производят больше самцов в ответ на более высокие температуры. [ 15 ] Виды, на определение пола которых сильно влияет температура, могут подвергаться особому риску изменения климата. С эволюционной точки зрения половые хромосомы морских черепах отличаются от половых хромосом других видов рептилий, и это различие делает их восприимчивыми к TSD. Исследователи считают, что это явление стоит изучить, поскольку однажды изменение климата может повлиять на другие виды позвоночных. [ 16 ]
Повышение глобальной температуры может уменьшить количество генетических вариаций , снижая шансы конкретных видов на выживание. [ 17 ] Наличие большого генофонда имеет решающее значение, когда речь идет о способности адаптироваться к условиям окружающей среды и болезням. Изменение климата может со временем снизить количество генетического разнообразия в популяции и чрезвычайно вредно для общей приспособленности особей в данной популяции. [ 18 ]
Когда дело доходит до развития, изменение климата затрагивает не только животных. Это также затрагивает людей, особенно жителей развивающихся стран. Например, будущие матери, проживающие в районах, где из-за изменения климата чаще встречаются засухи, могут страдать от обезвоживания, которое может иметь вредные последствия для развития их ребенка. [ 19 ] Обезвоживание может привести к снижению уровня околоплодных вод, что напрямую связано с развитием ребенка и даже может стать причиной преждевременных родов. [ 20 ] Недоедание детей является огромной проблемой в развивающихся странах . Повышение глобальной температуры может изменить вегетационные периоды для определенных групп продуктов питания, что затруднит получение детьми необходимых питательных веществ для идеального человеческого развития. [ 21 ]
Экологическая, эволюционная биология и биология развития сравнивают эти поджанры биологии. Взаимодействие организмов с окружающей средой очень важно. Изменение климата сильно меняет эти взаимодействия и вызывает беспокойство в отношении общего благополучия нашего экологического ландшафта. Изменение климата радикально влияет на людей, животных, растения и бактерии, а также на их симбиотические отношения друг с другом. Для ученых, исследователей и людей во всем мире важно работать вместе, чтобы найти лучшую стратегию сохранения биологического разнообразия и замедления роста глобальной температуры и последствий изменения климата.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гилберт С.Ф., Бош Т.К., Ледон-Реттиг К. (октябрь 2015 г.). «Эко-Эво-Дево: симбиоз развития и пластичность развития как эволюционные агенты». Обзоры природы. Генетика . 16 (10): 611–622. дои : 10.1038/nrg3982 . ПМИД 26370902 . S2CID 205486234 .
- ^ Jump up to: а б с д и Гилберт, Скотт, Ф. и Дэвид Эпель. Экологическая биология развития. Доступно в: Yuzu Reader (2-е издание). Издательство Оксфордского университета «Академик», США, 2015.
- ^ Вест-Эберхард MJ (ноябрь 2005 г.). «Фенотипическая аккомодация: адаптивные инновации благодаря пластичности развития». Журнал экспериментальной зоологии. Часть B. Молекулярная эволюция и эволюция развития . 304 (6): 610–618. Бибкод : 2005JEZB..304..610W . дои : 10.1002/jez.b.21071 . ПМИД 16161068 .
- ^ Гилберт С.Ф., Бош Т.К., Ледон-Реттиг К. (октябрь 2015 г.). «Эко-Эво-Дево: симбиоз развития и пластичность развития как эволюционные агенты». Обзоры природы. Генетика . 16 (10): 611–622. дои : 10.1038/nrg3982 . ПМИД 26370902 .
- ^ Ниджхаут HF, Кудла AM, Hazelwood CC (2021). «Генетическая ассимиляция и аккомодация: модели и механизмы». Актуальные темы биологии развития . 141 : 337–369. дои : 10.1016/bs.ctdb.2020.11.006 . ISBN 978-0-12-814968-3 . ПМИД 33602492 .
- ^ Лаланд К., Мэтьюз Б., Фельдман М.В. (2016). «Введение в теорию построения ниш» . Эволюционная экология . 30 (2): 191–202. Бибкод : 2016EvEco..30..191L . дои : 10.1007/s10682-016-9821-z . ПМЦ 4922671 . ПМИД 27429507 .
- ^ Jump up to: а б Мартин С., Чжан (26 апреля 2007 г.). «Механизмы эпигенетического наследования» . Современное мнение в области клеточной биологии . 19 (3): 266–272 – через Science Direct.
- ^ Писатель Л.Ф. (27 марта 2024 г.). «Питание и половое созревание: лучший способ обеспечить рост вашего ребенка» . Внутри детского блога . Проверено 17 апреля 2024 г.
- ^ Хорстемке Б (30 июля 2018 г.). «Критический взгляд на трансгенерационную эпигенетическую наследственность у людей» . Природные коммуникации . 9 (1): 2973. doi : 10.1038/s41467-018-05445-5 . ISSN 2041-1723 . ПМК 6065375 .
- ^ «Симбиоз: искусство жить вместе» . Education.nationalgeographic.org . Проверено 31 марта 2024 г.
- ^ Шесть DL (октябрь 2009 г.). «Изменение климата и мутуализм». Обзоры природы. Микробиология . 7 (10): 686. doi : 10.1038/nrmicro2232 . ПМИД 19756007 .
- ^ Яцу Р., Миягава С., Коно С., Сайто С., Лоуэрс Р.Х., Огино Ю. и др. (декабрь 2015 г.). «TRPV4 связывает температуру окружающей среды и определение пола у американского аллигатора» . Научные отчеты . 5 (1): 18581. Бибкод : 2015NatSR...518581Y . дои : 10.1038/srep18581 . ПМЦ 4683465 . ПМИД 26677944 .
- ^ Ренекер Дж.Л., Камель С.Дж. (декабрь 2016 г.). «Изменение климата увеличивает производство детенышей самок на лежбище северных морских черепах» . Экология . 97 (12): 3257–3264. Бибкод : 2016Ecol...97.3257R . дои : 10.1002/ecy.1603 . ПМИД 27912005 . S2CID 205779228 .
- ^ Дженсен М.П., Аллен С.Д., Эгучи Т., Белл И.П., ЛаКаселла Э.Л., Хилтон В.А. и др. (январь 2018 г.). «Потепление окружающей среды и феминизация одной из крупнейших популяций морских черепах в мире» . Современная биология . 28 (1): 154–159.e4. Бибкод : 2018CBio...28E.154J . дои : 10.1016/j.cub.2017.11.057 . ПМИД 29316410 . S2CID 30322533 .
- ^ Ханикатт Дж.Л., Дек К.А., Миллер С.К., Северанс М.Е., Аткинс Э.Б., Лукенбах Дж.А. и др. (апрель 2019 г.). «Более теплые воды приводят к маскулинизации диких популяций рыб с определением пола в зависимости от температуры» . Научные отчеты . 9 (1): 6527. Бибкод : 2019NatSR...9.6527H . дои : 10.1038/s41598-019-42944-x . ПМК 6483984 . ПМИД 31024053 .
- ^ Янзен Ф.Дж., Паукстис Г.Л. (июнь 1991 г.). «Определение пола у рептилий в окружающей среде: экология, эволюция и дизайн эксперимента». Ежеквартальный обзор биологии . 66 (2): 149–179. дои : 10.1086/417143 . ПМИД 1891591 . S2CID 35956765 .
- ^ Разгур О., Форестер Б., Таггарт Дж.Б., Бекарт М., Жюсте Дж., Ибаньес С. и др. (май 2019 г.). «Учет адаптивной генетической изменчивости при оценке уязвимости к изменению климата снижает прогнозы потери ареала видов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (21): 10418–10423. Бибкод : 2019PNAS..11610418R . дои : 10.1073/pnas.1820663116 . ПМК 6535011 . ПМИД 31061126 .
- ^ «Генный фонд – определение, типы, работа, значение, эволюция, примеры» . 19 июня 2023 г. Проверено 11 апреля 2024 г.
- ^ Лусамбили А, Накстад Б (май 2023 г.). «Информированность и меры по снижению обезвоживания у беременных, родильниц и новорожденных в сельских районах Кении» . Африканский журнал первичной медико-санитарной помощи и семейной медицины . 15 (1): e1–e3. дои : 10.4102/phcfm.v15i1.3991 . ПМЦ 10244926 . ПМИД 37265162 .
- ^ «Обезвоживание во время беременности: ранние симптомы и профилактика» . www.medicalnewstoday.com . 22 июня 2018 г. Проверено 8 апреля 2024 г.
- ^ Грегори П.Дж., Ингрэм Дж.С., Брклачич М. (ноябрь 2005 г.). «Изменение климата и продовольственная безопасность» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 360 (1463): 2139–2148. дои : 10.1098/rstb.2005.1745 . ПМЦ 1569578 . ПМИД 16433099 .
