Принцип Крога

Принцип Крога гласит, что «для такого большого количества задач найдется какое-то животное или несколько таких животных, на которых ее будет наиболее удобно изучать». Эта концепция занимает центральное место в тех дисциплинах биологии , которые полагаются на сравнительный метод , таких как нейроэтология , сравнительная физиология и, в последнее время, функциональная геномика .

История

Принцип Крога назван в честь датского физиолога Августа Крога , лауреата Нобелевской премии по физиологии за вклад в понимание анатомии и физиологии капиллярной системы , который описал его в «Американском журнале физиологии» в 1929 году. Однако этот принцип был впервые разъяснил почти за 60 лет до этого и почти теми же словами, что и Крог, в 1865 году Клод Бернар , француз вдохновитель экспериментальной медицины, на странице 27 своего «Введения в исследование экспериментальной медицины»:

В научном исследовании наибольшее значение имеют мельчайшие процессы. Удачного выбора животного , определенным образом сконструированного инструмента, использования одного реагента вместо другого часто бывает достаточно для решения самых серьезных общих вопросов. («В научных исследованиях величайшее значение имеют мельчайшие процессы. Удачного выбора животного , определенного устройства прибора, использования одного реагента вместо другого часто бывает достаточно для решения общих вопросов самого высокого порядка. ")

- Клод Бернар, Введение в изучение экспериментальной медицины , JB Baillière et Fils, Библиотекари Императорской Медицинской Академии, 1865. стр. 400

Крог написал следующее в своем трактате 1929 года о нынешнем «статусе» физиологии (курсив наш):

...Я хочу подчеркнуть, что путь, по которому мы можем стремиться к идеалу, лежит через изучение жизненных функций во всех их аспектах у множества организмов . Мы можем выяснить, более того, очень скоро мы узнаем основные механизмы млекопитающих функции почек , но общая проблема выделения может быть решена только тогда, когда органы выделения будут изучены везде, где мы их находим, и во всех их существенных модификациях. Более того, такие исследования, несомненно, расширят и углубят наше понимание проблем почек и человека окажутся ценными даже с самой узкой утилитарной точки зрения. Для такого большого количества задач найдется какое-нибудь животное или несколько таких животных, на которых ее будет удобнее всего изучать . когда мой учитель Кристиан Бор интересовался дыхательным механизмом легких Много лет назад , и разработал метод изучения обмена через каждое легкое в отдельности, он обнаружил, что у определенного вида черепах имеется трахея, разделяющаяся на главные бронхов высоко на шее, и мы в лабораторных шутках говорили, что это животное создано специально для целей физиологии дыхания . Я не сомневаюсь, что существует немало животных, подобным образом «созданных» для особых физиологических целей, но боюсь, что большинство из них неизвестны людям, для которых они были «созданы», и нам следует обратиться к зоологам , чтобы найти их и захватить их».

- Август Крог, Прогресс физиологии , Американский журнал физиологии, 1929. 90 (2), стр. 243-251.

«Принцип Крога» не использовался как формальный термин до 1975 года, когда биохимик Ганс Адольф Кребс (который первоначально описал цикл лимонной кислоты ) впервые упомянул о нем.

Совсем недавно, на встрече Международного общества нейроэтологии в Нюборге , Дания , в 2004 году, принцип Крога был назван группой центральным принципом на их 7-м Конгрессе. Принципу Крога также уделяется внимание в области функциональной геномики , где растет давление и желание расширить геномные исследования на более широкий спектр организмов, выходящих за рамки традиционных рамок этой области.

Философия и приложения

Центральная концепция принципа Крога — эволюционная адаптация. Эволюционная теория утверждает, что организмы приспособлены к определенным нишам , некоторые из которых узкоспециализированы для решения определенных биологических проблем. Эти адаптации обычно используются биологами несколькими способами:

Термус водный

• Методология : (например, Taq-полимераза и ПЦР ): Необходимость манипулирования биологическими системами в лаборатории привела к использованию специализации организма. Одним из примеров принципа Крога является широко используемая полимеразная цепная реакция (ПЦР), метод, который основан на быстром воздействии на ДНК высокой температуры для амплификации определенных представляющих интерес последовательностей. ДНК-полимераза Фермент многих организмов денатурирует при высоких температурах, однако, чтобы решить эту проблему, Чиен и его коллеги обратились к Thermus aquaticus , штамму бактерий, обитающих в гидротермальных источниках . Thermus aquaticus содержит полимеразу, термостабильную при температурах, необходимых для ПЦР. Биохимически модифицированная Taq-полимераза, как ее обычно называют, теперь обычно используется в ПЦР.
• Преодоление технических ограничений : (например, крупные нейроны у моллюсков ): Два исследования, получившие Нобелевскую премию, были проведены с использованием идей, центральных для принципа Крога, по преодолению технических ограничений в физиологии нервной системы . Ионная основа потенциала действия была выяснена на гигантском аксоне кальмара в 1958 году Ходжкиным и Хаксли , разработчиками оригинального устройства фиксации напряжения и со-лауреатами Нобелевской премии 1963 года по физиологии и медицине . Зажим напряжения сейчас является центральной частью технологии в современной нейрофизиологии , но его удалось разработать только с использованием большого диаметра гигантского аксона кальмара. Другой морской моллюск, заднежаберный Aplysia, обладает относительно небольшим количеством крупных нервных клеток , которые легко идентифицировать и картировать от особи к особи. По этим причинам аплизия была выбрана для изучения клеточных и молекулярных основ обучения и памяти, что привело к получению Эриком Канделом Нобелевской премии в 2000 году.

Эти альбомы , The Barn Owl

• Понимание более сложных/тонких систем (например, сипух и локализации звука ): Помимо преодоления технических ограничений, принцип Крога имеет особенно важные последствия в свете конвергентной эволюции и гомологии . Либо из-за истории эволюции, либо из-за особых ограничений в данной нише не существует бесконечных решений всех биологических проблем. Вместо этого организмы используют схожие нейронные алгоритмы, поведение или даже структуры для выполнения схожих задач. Если цель состоит в том, чтобы понять, как нервная система может локализовать объекты с помощью звука, можно воспользоваться подходом с привлечением слухового «специалиста», такого как сипуха, которую изучали Марк Кониши , Эрик Кнудсен и их коллеги. Сипуха по своей природе является ночным хищником и во многом полагается на точную информацию о времени поступления звука в свои уши. Информация, полученная с помощью этого подхода, во многом способствовала нашему пониманию того, как мозг отображает сенсорное пространство и как нервная система кодирует информацию о времени.

См. также

• Август Крог
• Сравнительная физиология
• Эволюционная физиология
• Длина Крога
• Нейроэтология

Дальнейшее чтение

• Беннетт А.Ф. (2003). Экспериментальная эволюция и принцип Крога: создание биологической новизны для функционального и генетического анализа. Физиологическая и биохимическая зоология 76:1-11. PDF , заархивировано 29 августа 2008 г. в Wayback Machine.
• Бурггрен В.В. (1999/2000). Физиология развития, модели животных и принцип Августа Крога. Зоология 102:148-156.
• Чиен А., Эдгар Д.Б., Трела Дж.М. (1976). «Полимераза дезоксирибонуклеиновой кислоты крайнего термофила Thermus aquaticus». Дж. Бактериол. 174:1550-1557
• Кроуфорд, Д.Л. (2001). «Функциональная геномика не должна ограничиваться несколькими избранными организмами». Геномная биология 2 (1): взаимодействия 1001.1-1001.2.
• Кребс Х.А. (1975). Принцип Августа Крога: «Для многих задач есть животное, на котором их удобнее всего изучать». Журнал экспериментальной зоологии 194:221-226.
• Крог А (1929). Прогресс физиологии. Американский журнал физиологии 90:243-251.
• «Принцип Крога для новой эры». (2003) [Редакционная статья] Nature Genetics 34(4), стр. 345–346.
• Миллер Г. (2004) Поведенческая неврология без клетки. Наука 306(5695):432-434.