Временная пластичность
Временная пластичность , также известная как мелкозернистая адаптация к окружающей среде, [ 1 ] Это тип фенотипической пластичности , который включает фенотипические изменения организмов в ответ на изменения окружающей среды с течением времени. Животные могут реагировать на кратковременные изменения окружающей среды физиологическими (обратимыми) и поведенческими изменениями; растения, ведущие малоподвижный образ жизни, реагируют на кратковременные изменения окружающей среды как физиологическими изменениями, так и изменениями развития (необратимыми). [ 2 ]
Временная пластичность имеет место во временном масштабе минут, дней или сезонов, а также в средах, которые одновременно изменчивы и предсказуемы в течение жизни человека. Временная пластичность считается адаптивной , если фенотипическая реакция приводит к повышению приспособленности . [ 3 ] Необратимые фенотипические изменения можно наблюдать у метамерных организмов, таких как растения, которые зависят от условий окружающей среды, в которых развивался каждый метамер. [ 1 ] При некоторых обстоятельствах раннее воздействие определенных стрессоров может повлиять на способность отдельного растения реагировать на будущие изменения окружающей среды ( метапластичность ). [ 4 ]
Обратимая пластичность
[ редактировать ]Обратимое изменение определяется как изменение, которое выражается в ответ на стрессор окружающей среды, но возвращается в нормальное состояние после того, как стресса больше нет. [ 5 ] Обратимые изменения с большей вероятностью будут адаптивными для организма, если стресс, вызывающий изменения, носит временный характер и организм, вероятно, снова подвергнется ему в течение своей жизни. [ 6 ] Обратимая пластичность часто включает изменения в физиологии или поведении. Многолетние растения, которые часто испытывают повторяющиеся стрессы в окружающей среде из-за отсутствия подвижности, получают большую выгоду от обратимой физиологической пластичности, такой как изменения в поглощении и распределении ресурсов. [ 7 ] Когда необходимые питательные вещества низкие, скорость резорбции корней и листьев может увеличиться, сохраняясь на высоком уровне до тех пор, пока в почве не появится больше питательных веществ, и скорость резорбции не вернется к нормальному состоянию. [ 8 ]
Необратимая пластичность
[ редактировать ]Необратимые изменения описываются как изменения, которые остаются выраженными в организме после прекращения воздействия окружающей среды. [ 5 ] Экологические сдвиги, которые приводят к необратимой пластичности организма, обычно меняются не так быстро, как, например, постепенное повышение температуры. Это часто приводит к необратимым изменениям в морфологии или процессе развития организма (пластичность развития). [ 9 ] Растения очень пластичны и имеют тенденцию проявлять множество необратимых изменений в развитии, таких как сдвиги во времени развития бутонов и цветков. [ 10 ] У животных многие организмы выигрывают от наличия нескольких персистирующих морф в популяции , которые возникают во время развития в ответ на условия окружающей среды. Например, пресноводные улитки образуют более сферические раковины в присутствии хищника ( синежаберная солнечная рыба ) и конические раковины в отсутствие хищников. [ 11 ] Эти формы раковины постоянны и не могут быть изменены, даже если статус хищника в среде обитания улитки изменится.
Примеры
[ редактировать ]Морфологически и пластические черты развития в ряде случаев могут быть обратимыми, а некоторые физиологические реакции могут быть необратимыми, что отличается от типичной тенденции. Одним из примеров обратимой пластичности развития является изменение формы рта у круглых червей pacificus Pristionchus под воздействием изменений типа и доступности пищи. [ 12 ] Вторым примером обратимой пластичности развития является длина галапагосских морских игуан Amblyrhynchus cristatus в ответ на погодные условия Эль-Ниньо . В сезоны Эль-Ниньо запасы пищи для водорослей уменьшаются, но увеличиваются в сезоны Ла-Нинья . Это изменение доступности пищи совпадает с изменениями размеров игуан в течение сезона. [ 13 ]
Уникальным и сложным примером пластичности является камуфляж — приспособление, которое позволяет животным избегать хищников, прячась на виду. [ 14 ] Механизмы маскировки не одинаковы у всех видов — они могут быть морфологическими, физиологическими, поведенческими или даже комбинацией признаков. [ 15 ] Камуфляж также может быть необратимым или обратимым, в зависимости от вида. Камуфляж может быть необратимым, если цветовые узоры или другие морфологические признаки задаются во время развития. Однако камуфляж также может быть обратимым: изменения цвета, текстуры и поведения происходят в ответ на непосредственные угрозы (например, мимический осьминог ).
В некоторых случаях одно и то же изменение фенотипа может быть обратимым у одного вида и необратимым у другого. Например, как у растений гороха, так и у пшеницы наблюдаются изменения в росте корней из-за факторов окружающей среды, но эти изменения являются постоянными только для пшеницы. [ 16 ] Иногда это может происходить даже в пределах одного вида из-за в значительной степени непредсказуемых результатов взаимодействия между генетической структурой человека и его конкретным опытом окружающей среды. [ 17 ]
Развитие листьев
[ редактировать ]Листья Dicerandra Linerifolia, выращенные в начале своего развития, при более низкой температуре окружающей среды, толще, шире и имеют меньше устьиц , чем выращенные позже в том же году. [ 1 ]
Плотность корней
[ редактировать ]В периоды спорадической доступности питательных веществ плотность мелких корней увеличивается, чтобы более эффективно поглощать питательные вещества. Во время затопления растения увеличивают корневую массу в ответ на использование избытка воды в окружающей среде. [ 4 ]
Резорбция питательных веществ
[ редактировать ]Растения способны регулировать степень реабсорбции питательных веществ из листьев. Резорбция имеет тенденцию быть неполной в средах, богатых питательными веществами, и, наоборот, среда с низким содержанием питательных веществ часто вызывает полную резорбцию у растений. [ 8 ]
Морфология листьев
[ редактировать ]Листья, выращенные в засушливый сезон, отличаются от листьев, выращенных в более влажные сезоны. Листья различаются по форме (листья, выращенные в засушливый сезон, были длиннее и уже по сравнению с листьями, выращенными во влажный сезон), имели более высокую плотность трихом и более низкое содержание антоцианов. [ 18 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Винн А.А. (июнь 1996 г.). «Адаптация к мелкозернистым изменениям окружающей среды: анализ внутрииндивидуальных изменений листьев однолетнего растения». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 50 (3): 1111–1118. дои : 10.2307/2410651 . JSTOR 2410651 . ПМИД 28565263 .
- ^ Грунтман М., Сегев У., Тильбёргер К. (23 мая 2019 г.). «Пластичность, вызванная тенью, в инвазивных популяциях недотроги железистых» . Исследования сорняков . 60 : 16–25. дои : 10.1111/wre.12394 . S2CID 213104742 — через EBSCOhost.
- ^ Альперт П., Симмс Э.Л. (2002). «Относительные преимущества пластичности и устойчивости в различных средах: когда растению полезно приспособиться?» . Эволюционная экология . 16 (3): 285–297. Бибкод : 2002EvEco..16..285A . дои : 10.1023/A:1019684612767 . S2CID 25740791 . ProQuest 750494735 – через ProQuest.
- ^ Jump up to: а б Ван С., Каллауэй Р.М., Чжоу Д.В., Вайнер Дж. (январь 2017 г.). Кэхилл Дж. (ред.). «Опыт наводнения или засухи меняет реакцию растений на последующие условия воды» . Журнал экологии . 105 (1): 176–187. Бибкод : 2017JEcol.105..176W . дои : 10.1111/1365-2745.12649 .
- ^ Jump up to: а б Шнайдер Х.М. (сентябрь 2022 г.). «Характеристика, стоимость, сигналы и будущие перспективы фенотипической пластичности» . Анналы ботаники . 130 (2): 131–148. дои : 10.1093/aob/mcac087 . ПМЦ 9445595 . ПМИД 35771883 .
- ^ Габриэль В. (июль 2005 г.). «Как стресс вызывает обратимую фенотипическую пластичность» . Журнал эволюционной биологии . 18 (4): 873–883. дои : 10.1111/j.1420-9101.2005.00959.x . ПМИД 16033559 . S2CID 1513576 .
- ^ Мадьяр Г., Кун А., Оборный Б., Штуфер Дж. Ф. (январь 2007 г.). «Важность пластичности и стратегии принятия решений для приобретения растительных ресурсов в пространственно-временных переменных средах». Новый фитолог . 174 (1): 182–193. дои : 10.1111/j.1469-8137.2007.01969.x . ПМИД 17335508 .
- ^ Jump up to: а б Дреновский Р.Э., Петрасиак Н., Короткая Т.Д. (февраль 2019 г.). Сильва Т. (ред.). «Глобальные временные закономерности пластичности резорбции питательных веществ растениями» . Глобальная экология и биогеография . 28 (6): 728–743. Бибкод : 2019GloEB..28..728D . дои : 10.1111/geb.12885 . ISSN 1466-822X . S2CID 92208531 .
- ^ Мочек А.П., Султан С., Фостер С., Ледон-Реттиг С., Дворкин И., Нейхаут Х.Ф. и др. (сентябрь 2011 г.). «Роль пластичности развития в эволюционных инновациях» . Слушания. Биологические науки . 278 (1719): 2705–2713. дои : 10.1098/rspb.2011.0971 . ПМК 3145196 . ПМИД 21676977 .
- ^ де Йонг М., Лейзер О (1 января 2012 г.). «Пластичность развития растений» . Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии . 77 : 63–73. дои : 10.1101/sqb.2012.77.014720 . ПМИД 23250989 .
- ^ Геппнер С.Р., Робертс М.Е., Бити Л.Е., Люттбег Б. (2020). «Реакция пресноводных улиток на хищничество рыбы объединяет фенотипическую пластичность и местную адаптацию». Водная экология . 54 (1): 309–322. Бибкод : 2020AqEco..54..309G . дои : 10.1007/s10452-019-09744-x . ISSN 1386-2588 . S2CID 254191109 .
- ^ Вернер М.С., Серебриенников Б., Лошко Т., Намдео С., Ленуцци М., Дардири М. и др. (август 2017 г.). «Влияние окружающей среды на форму рта Pristionchus pacificus посредством различных методов культивирования» . Научные отчеты . 7 (1): 7207. Бибкод : 2017NatSR...7.7207W . дои : 10.1038/s41598-017-07455-7 . ПМК 5543044 . ПМИД 28775277 .
- ^ Викельски, Мартин; Том, Коринна (январь 2000 г.). «Морские игуаны уменьшаются, чтобы пережить Эль-Ниньо» . Природа . 403 (6765): 37–38. Бибкод : 2000Natur.403...37W . дои : 10.1038/47396 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 10638740 . S2CID 205064759 .
- ^ Пембери Смит, MQ, Ракстон, Джорджия (октябрь 2020 г.). «Маскировка в хищников» . Биологические обзоры Кембриджского философского общества . 95 (5): 1325–1340. дои : 10.1111/brv.12612 . HDL : 10023/19948 . ПМИД 32410297 . S2CID 218649415 .
- ^ Дуарте Р.К., Флорес А.А., Стивенс М. (июль 2017 г.). «Маскировка посредством изменения цвета: механизмы, адаптивное значение и экологическое значение» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 372 (1724): 20160342. doi : 10.1098/rstb.2016.0342 . ПМК 5444063 . ПМИД 28533459 .
- ^ Сьюлгорд Х, Исеског Д, Кирхгесснер Н, Бенго А.Г., Келлер Т, Коломби Т (01 августа 2021 г.). «Обратимая и необратимая фенотипическая пластичность корней при изменяющихся физических условиях почвы» . Экологическая и экспериментальная ботаника . 188 : 104494. Бибкод : 2021EnvEB.18804494S . doi : 10.1016/j.envexpbot.2021.104494 . hdl : 20.500.11850/492825 . ISSN 0098-8472 . S2CID 235538182 .
- ^ Пельтье Э., Шарма В., Марти Рага М., Ронкорони М., Бернар М., Йиранек В. и др. (ноябрь 2018 г.). «Вскрытие молекулярных основ взаимодействия генотипа с окружающей средой: исследование фенотипической пластичности Saccharomyces cerevisiae в виноградных соках» . БМК Геномика . 19 : 772.doi : (1 ) 10.1186/s12864-018-5145-4 . ПМК 6225642 . ПМИД 30409183 .
- ^ Пикотт Дж.Дж., Розенталь Д.М., Род Дж.М., Крузан М.Б. (октябрь 2007 г.). «Пластические реакции на временные изменения доступности влаги: последствия для эффективности использования воды и производительности предприятий». Экология . 153 (4): 821–832. Бибкод : 2007Oecol.153..821P . дои : 10.1007/s00442-007-0794-z . ПМИД 17636336 . S2CID 337572 .