Эволюционная физиология
| Часть серии о |
| Эволюционная биология |
|---|
 |
Эволюционная физиология — это изучение биологической эволюции физиологических ; структур и процессов то есть, каким образом функциональные характеристики организмов отреагировали на естественный отбор или половой отбор или изменились в результате случайного генетического дрейфа в нескольких поколениях в течение истории популяции или вида. [2] Это субдисциплина физиологии и . эволюционной биологии Практики в этой области имеют самые разные знания, включая физиологию, эволюционную биологию, экологию и генетику .
Соответственно, диапазон фенотипов , изучаемых эволюционными физиологами, широк, включая особенности жизненного цикла , поведение, работоспособность всего организма, [3] [4] функциональная морфология , биомеханика , анатомия , классическая физиология, эндокринология , биохимия и молекулярная эволюция . Эта область тесно связана со сравнительной физиологией , экофизиологией и физиологией окружающей среды , и ее открытия представляют собой серьезную проблему эволюционной медицины . Одним из предложенных определений является «исследование физиологической основы приспособленности , а именно, коррелированной эволюции (включая ограничения и компромиссы ) физиологических форм и функций, связанных с окружающей средой, диетой, гомеостазом , управлением энергией, долголетием и смертностью» . и характеристики истории жизни ». [5]
История [ править ]
Как следует из названия, эволюционная физиология является продуктом слияния двух различных научных дисциплин. По мнению Гарланда и Картера, [2] Эволюционная физиология возникла в конце 1970-х годов, после дебатов относительно метаболического и терморегуляторного статуса динозавров (см. физиология динозавров ) и млекопитающих рептилий .
За этим периодом последовали попытки в начале 1980-х годов интегрировать количественную генетику в эволюционную биологию , что оказало побочное воздействие на другие области, такие как поведенческая экология и экофизиология . В середине-конце 1980-х годов филогенетические сравнительные методы начали становиться популярными во многих областях, включая физиологическую экологию и сравнительную физиологию . Том 1987 года под названием « Новые направления в экологической физиологии». [6] было мало экологии [7] но значительный упор на эволюционные темы. Это вызвало бурные дебаты, и через несколько лет Национальный научный фонд создал группу под названием « Экологическая и эволюционная физиология» .
Вскоре после этого селекционные эксперименты и экспериментальная эволюция стали все более распространенными в эволюционной физиологии. Макрофизиология возникла как субдисциплина, в которой специалисты-практики пытаются выявить крупномасштабные закономерности физиологических признаков (например, закономерности ковариации в зависимости от широты ) и их экологические последствия. [8] [9] [10]
Совсем недавно важность эволюционной физиологии обсуждалась с точки зрения функционального анализа, эпигенетики и расширенного эволюционного синтеза . [11] Рост эволюционной физиологии также отражается в появлении субдисциплин, таких как эволюционная биомеханика. [12] [13] и эволюционная эндокринология , [14] [15] в котором рассматриваются такие гибридные вопросы, как «Каковы наиболее распространенные эндокринные механизмы, которые реагируют на отбор по поведению или особенностям жизненного цикла?» [16]
Эмерджентные свойства [ править ]
Как гибридная научная дисциплина, эволюционная физиология открывает уникальные перспективы. Например, понимание физиологических механизмов может помочь определить, представляет ли конкретный образец фенотипической изменчивости или ковариации (например, аллометрические отношения) то, что могло бы существовать, или просто то, что позволил отбор. [2] [17] [18] Точно так же глубокое знание физиологических механизмов может значительно улучшить понимание возможных причин эволюционных корреляций и ограничений, чем это возможно для многих черт, обычно изучаемых биологами-эволюционистами (например, морфологии ).
Области исследований [ править ]
Важными направлениями текущих исследований являются:
- Функциональность организма как центральный фенотип (например, показатели скорости или выносливости при передвижении животных )
- Роль поведения в физиологической эволюции
- Физиологическая и эндокринологическая основа изменчивости особенностей жизненного цикла (например, размера кладки )
- Функциональное значение молекулярной эволюции
- Геномные основы адаптации [19]
- Степень адаптивности видовых различий
- Физиологические основы ограничений географических ареалов
- Географические различия в физиологии [20]
- Роль полового отбора в формировании физиологической эволюции
- Величина «филогенетического сигнала» в физиологических признаках
- Роль патогенов и паразитов в физиологической эволюции и иммунитете.
- Применение моделирования оптимальности для выяснения степени адаптации
- Роль фенотипической пластичности в учете индивидуальных, популяционных и видовых различий [21]
- Механистическая основа компромиссов и ограничений эволюции (например, предполагаемое ограничение Кэрриера на бег и дыхание)
- Ограничения на устойчивую скорость метаболизма [22]
- Происхождение аллометрических масштабных соотношений или аллометрических законов (и так называемой метаболической теории экологии )
- Индивидуальные вариации (см. также Психология индивидуальных различий )
- Функциональное значение биохимических полиморфизмов
- Анализ физиологических вариаций с помощью количественной генетики
- Палеофизиология [23] и эволюция эндотермии [24] [25]
- человека Адаптационная физиология
- Дарвиновская медицина
- Эволюция пищевых антиоксидантов
Техники [ править ]
- Искусственный отбор и экспериментальная эволюция [26] [27] видео бегущего колеса мыши
- Генетические анализы и манипуляции [2]
- Измерение отбора в дикой природе [28]
- Фенотипическая пластичность и манипуляция [2]
- Филогенетически обоснованные сравнения [29]
- Двойная маркировка воды для измерения энергетических потребностей свободноживущих животных
и общества Финансирование
В США исследования в области эволюционной физиологии финансируются главным образом Национальным научным фондом . В ряде научных обществ есть секции, посвященные эволюционной физиологии, в том числе:
- Американское физиологическое общество «интегрирует науки о жизни от молекулы к организму»
- Общество интегративной и сравнительной биологии
- Общество экспериментальной биологии
которые часто публикуют статьи об эволюционной физиологии Журналы ,
- Американский натуралист
- Сравнительная биохимия и физиология
- Комплексная физиология
- Экология
- Эволюция. Архивировано 25 апреля 2006 г. в Wayback Machine.
- Функциональная экология
- Интегративная и сравнительная биология
- Журнал сравнительной физиологии
- Журнал эволюционной биохимии и физиологии
- Журнал эволюционной биологии
- Журнал экспериментальной биологии
- Экологическая и эволюционная физиология (ранее физиологическая и биохимическая зоология )
См. также [ править ]
- Аллометрия
- Аллометрический закон
- Гипотеза полезной акклиматизации
- Сравнительная физиология
- Дарвиновская медицина
- Скорость полевого метаболизма
- Экофизиология
- Эволюционная нейронаука
- Эволюционная психиатрия
- Эволюционная психология
- Экспериментальная эволюция
- Физиология человека
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова
- Закон Клейбера
- Принцип Крога
- Джон Спикман
- Леон Орбели
- Теория истории жизни
- Список физиологов
- Метаболическая теория экологии
- Петр Хочачка
- Фенотипическая пластичность
- Филогенетические сравнительные методы
- Физиология
- Физиология динозавров
- Раймонд Б. Хьюи
- Теодор Гарленд-младший.
- Бережливый фенотип
Ссылки [ править ]
- ^ Хан, Р.Х.; Дж. С. Роудс; И.А. Жирар; Н.Е. Шварц; Т. Гарланд-младший (2024). «Разве поведение развивается первым? Коррелированные реакции на выбор добровольного поведения у домашних мышей» . Экологическая и эволюционная физиология . 97 : 97–117. дои : 10.1086/730153 . ПМИД 38728689 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Это Гарланд, Т. младший; П.А. Картер (1994). «Эволюционная физиология» (PDF) . Ежегодный обзор физиологии . 56 : 579–621. дои : 10.1146/annurev.ph.56.030194.003051 . ПМИД 8010752 .
- ^ Арнольд, SJ (1983). «Морфология, работоспособность и фитнес» (PDF) . Американский зоолог . 23 (2): 347–361. дои : 10.1093/icb/23.2.347 .
- ^ Каро, ВК; Т. Гарланд-младший (2012). «Работа, личность и энергетика: корреляция, причинно-следственная связь и механизм» (PDF) . Физиологическая и биохимическая зоология . 85 (6): 543–571. дои : 10.1086/666970 . hdl : 10536/DRO/DU:30056093 . ПМИД 23099454 . S2CID 16499109 .
- ^ Лавгроув, Б.Г. (2006). «Сила приспособленности млекопитающих: взгляды из африканского течения». Физиологическая и биохимическая зоология . 79 (2): 224–236. дои : 10.1086/499994 . ПМИД 16555182 . S2CID 24536395 .
- ^ Федер, Мэн; А. Ф. Беннетт; В. В. Бурггрен; РБ Хьюи, ред. (1987). Новые направления экологической физиологии . Нью-Йорк: Кембриджский университет. Нажимать. ISBN 978-0-521-34938-3 .
- ^ Кингсолвер, Дж. Г. (1988). «Эволюционная физиология: где экология? Обзор новых направлений экологической физиологии, Федер и др., 1987». Экология . 69 (5): 1645–1646. дои : 10.2307/1941674 . JSTOR 1941674 .
- ^ Чоун, СЛ; К. Джей Гастон; Д. Робинсон (2004). «Макрофизиология: крупномасштабные закономерности физиологических особенностей и их экологические последствия» . Функциональная экология . 18 (2): 159–167. Бибкод : 2004FuEco..18..159C . дои : 10.1111/j.0269-8463.2004.00825.x .
- ^ Гастон, Кей Джей; Чоун, СЛ; Калози, П.; Бернардо, Дж.; Билтон, DT; Кларк, А.; Клузелла-Труллас, С.; Галамбор, СК; Конаржевский, М.; Пек, Л.С.; Портер, WP; Портнер, ХО; Резенде, Эль; Шульте, премьер-министр; Спайсер, Дж.И.; Стиллман, Дж. Х.; Тербланш, Дж.С.; ван Кляйнен, М. (2009). «Макрофизиология: концептуальное воссоединение» (PDF) . Американский натуралист . 174 (5): 595–612. дои : 10.1086/605982 . hdl : 10019.1/119921 . ПМИД 19788354 . S2CID 6239591 .
- ^ Чоун, СЛ; Гастон, Кей Джей (2015). «Макрофизиология – прогресс и перспективы» . Функциональная экология . 30 (3): 330–344. дои : 10.1111/1365-2435.12510 .
- ^ Ноубл, Д.; Яблонка, Э.; Джойнер, MJ; Мюллер, Великобритания; Омхольт, Юго-Запад (2014). «Эволюция развивается: физиология возвращается на центральное место» . Журнал физиологии . 592 (11): 2237–2244. дои : 10.1113/jphysicalol.2014.273151 . ПМК 4048083 . ПМИД 24882808 .
- ^ Тейлор, Г.; А. Томас (2014). Эволюционная биомеханика: отбор, филогения и ограничение . Оксфорд: Оффордский университет. Нажимать. ISBN 978-0-19-177945-9 .
- ^ Бройд, С.; Демпси, М.; Ван, Л.; Кокс, П.Г.; Фэган, М.; Бейтс, КТ (2021). «Эволюционная биомеханика: твердые ткани и мягкие доказательства?». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 288 : 20202809. дои : 10.1098/rspb.2020.2809 .
- ^ Зера, Эй Джей; Харшман, Л.Г.; Уильямс, Т.Д. (2007). «Эволюционная эндокринология: развивающийся синтез эндокринологии и эволюционной генетики» . Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 38 : 793–817. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.38.091206.095615 . S2CID 33272127 .
- ^ Кокс, РМ; МакГлотлин, JW; Бонье, Ф. (2016). «Гормоны как медиаторы фенотипической и генетической интеграции: подход эволюционной генетики» . Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 126–137. дои : 10.1093/icb/icw033 . ПМИД 27252188 .
- ^ Гарланд, Т. младший; Чжао, М.; Зальцман, В. (2016). «Гормоны и эволюция сложных черт: идеи искусственного отбора о поведении» . Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 207–224. дои : 10.1093/icb/icw040 . ПМЦ 5964798 . ПМИД 27252193 .
- ^ Вебер, К.Е. (1990). «Отбор по аллометрии крыльев Drosophila melanogaster » . Генетика . 126 : 975–989. дои : 10.1093/генетика/126.4.975 . ПМК 1204293 . ПМИД 2127580 .
- ^ Болстад, GH; и др. (2015). «Сложные ограничения аллометрии, выявленные в результате искусственного отбора на крыле Drosophila melanogaster ». Труды Национальной академии наук . 112 : 13284–13289. дои : 10.1073/pnas.1505357112 . hdl : 11250/2463865 . ПМИД 26371319 .
- ^ Кроуфорд, ДЛ; премьер-министр Шульте; А. Уайтхед; М.Ф. Олексиак (2020). «Эволюционная физиология и геномика легко адаптируемой рыбы-убийцы ( Fundulus гетероклитус )» . Комплексная физиология . 10 : 637–671. дои : 10.1002/cphy.c190004 .
- ^ Гарланд, Т. младший; СК Адольф (1991). «Физиологическая дифференциация популяций позвоночных» (PDF) . Ежегодный обзор экологии и систематики . 22 : 193–228. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.22.1.193 . Архивировано из оригинала (PDF) 16 февраля 2012 г. Проверено 7 мая 2013 г.
- ^ Келли, ЮАР; Т. Панхуис; А. Стер (2012). «Фенотипическая пластичность: молекулярные механизмы и адаптивное значение». Комплексная физиология . 2 (2): 1417–1439. дои : 10.1002/cphy.c110008 . ISBN 9780470650714 . ПМИД 23798305 .
- ^ Басигалупе, LD; Ф. Бозинович (2002). «Дизайн животных и устойчивая скорость метаболизма». Журнал экспериментальной биологии . 205 : 2963–2970. дои : 10.1242/jeb.205.19.2963 . ПМИД 12200400 .
- ^ Падиан, К.; де Риклес, А. (2020). «Выводы о физиологических режимах вымерших позвоночных: методы, пределы и рамки» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 6 : 20190147. doi : 10.1098/rstb.2019.0147 .
- ^ Резенде, Эль; Басигалупе, LD; Несполо, Л.Д.; Божинович, Л.Д. (2020). «Сокращение динозавров и эволюция эндотермии у птиц» . Достижения науки . 6 : eaaw4486. дои : 10.1126/sciadv.aaw4486 . ПМЦ 6938711 .
- ^ Араужо, Р.; и др. (2022). «Биомеханика внутреннего уха показывает позднетриасовое происхождение эндотермии млекопитающих» . Природа . 607 : 726–731. дои : 10.1038/s41586-022-04963-z .
- ^ Беннетт, А.Ф.; Р.Э. Ленский (1999). «Экспериментальная эволюция и ее роль в эволюционной физиологии» (PDF) . Американский зоолог . 39 (2): 346–362. дои : 10.1093/icb/39.2.346 .
- ^ Гиббс, AG (1999). «Лабораторный отбор на сравнительного физиолога» . Журнал экспериментальной биологии . 202 (20): 2709–2718. дои : 10.1242/jeb.202.20.2709 .
- ^ Иршик, диджей; Джей Джей Мейерс; Дж. Ф. Гусак; Ж.-Ф. Ле Галлиард (2008). «Как отбор влияет на функциональные возможности всего организма? Обзор и синтез» (PDF) . Исследования в области эволюционной экологии . 10 : 177–196. CiteSeerX 10.1.1.371.8464 . ISSN 0003-1569 . Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2011 г. Проверено 22 января 2009 г.
- ^ Гарланд, Т. младший; А. Ф. Беннетт; ЭЛЬ Резенде (2005). «Филогенетические подходы в сравнительной физиологии» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 208 (Часть 16): 3015–3035. дои : 10.1242/jeb.01745 . ПМИД 16081601 . S2CID 14871059 .
Внешние ссылки [ править ]
- Люди, лаборатории и программы в области эволюционной физиологии
- Эволюционная системная биология – некоторые важные статьи
- Коллекция, посвященная физиологической и биохимической зоологии : компромиссы в экологической и эволюционной физиологии
физиологии Типы | ||
|---|---|---|
| Животные |  | |
| Растения | ||
| Клетки | ||
| похожие темы | ||