В биологии , со-адаптация представляет собой процесс , с помощью которого два или более видов, гены или фенотипические признаки подвергаются адаптации в пару или группы. Это происходит, когда две или более взаимодействующих характеристик подвергаются естественному отбору вместе в ответ на одно и то же давление отбора или когда давления отбора изменяют одну характеристику и последовательно изменяют интерактивную характеристику. Эти взаимодействующие характеристики полезны только вместе, иногда приводя к усилению взаимозависимости. Коадаптация и коэволюцияхотя и похожи по процессу, но не то же самое; Коадаптация относится к взаимодействиям между двумя единицами, тогда как коэволюция относится к их эволюционной истории. Коадаптация и ее примеры часто рассматриваются как свидетельство совместной эволюции. [1]
Гены и белковые комплексы
На генетическом уровне коадаптация - это накопление взаимодействующих генов в генофонде популяции путем отбора. Давление отбора на один из генов повлияет на его взаимодействующие белки, после чего происходят компенсаторные изменения. [2] [1]
Белки часто действуют в сложных взаимодействиях с другими белками, и функционально связанные белки часто демонстрируют сходный эволюционный путь. [1] [3] Возможное объяснение - коадаптация. [1] Примером этого является взаимодействие между белками, кодируемыми митохондриальной ДНК (мтДНК) и ядерной ДНК (яДНК). 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 яДНК. [2]
Коадаптация между последовательностями мтДНК и яДНК была изучена на копеподе Tigriopus californicus . [2] мтДНК COII кодирующих последовательностей среди конспецифичных популяций этого вида расходится широко. [2] Когда мтДНК одной популяции была помещена в ядерный фон другой популяции, активность цитохром с оксидазы значительно снижается, что свидетельствует о коадаптации. Результаты показывают маловероятную связь между вариациями мтДНК и факторами окружающей среды. Более вероятным объяснением является нейтральная эволюция мтДНК с компенсаторными изменениями со стороны яДНК, обусловленная нейтральной эволюцией мтДНК (случайные мутации с течением времени в изолированных популяциях). [2]
Бактерии и бактериофаги
Блоки генов в бактериальных геномах представляют собой последовательности генов, совместно расположенных на хромосоме , которые эволюционно законсервированы во многих таксонах. [4] Некоторые консервативные блоки представляют собой опероны , гены которых котранскрибируются в полицистоническую мРНК , и такие опероны часто связаны с одной функцией, такой как метаболический путь или белковый комплекс . [4] Совместное расположение генов со связанной функцией и сохранение этих взаимоотношений в течение эволюционного времени указывает на то, что естественный отбор действует для поддержания коадаптивного преимущества.
По мере продвижения раннего картирования генов на хромосоме бактериофага Т4 стало очевидно, что расположение генов далеко не случайное. [5] Гены со схожими функциями имеют тенденцию попадать в кластеры и, по-видимому, адаптироваться друг к другу. Например, гены, которые определяют белки, используемые в морфогенезе головки бактериофага , плотно сгруппированы. [6] Другими примерами очевидно коадаптированных кластеров являются гены, которые определяют клин базовой пластинки, хвостовые волокна и дополнительные белки ДНК-полимеразы . [6] В других случаях, когда структурная взаимосвязь продуктов гена не так очевидна, также может происходить коадаптированная кластеризация на основе функционального взаимодействия. Таким образом, Обрингер [7] предположил, что определенный кластер генов, сосредоточенный вокруг генов imm и spackle, кодирует белки, адаптированные для конкуренции и защиты на уровне ДНК .
Органы
Подобно признакам на генетическом уровне, аспекты органов также могут подвергаться совместной адаптации. Например, тонкие кости могут иметь такие же характеристики в отношении ежедневных нагрузок, как и более толстые кости, из-за того, что тонкие кости имеют более минерализованную ткань . Это означает, что стройность и уровень минерализации, вероятно, были адаптированы совместно. Однако из-за того, что тонкие кости тверже, чем толстые кости, они, как правило, менее податливы и более склонны к поломке, особенно в условиях более экстремальных нагрузок. [8]
Слабоэлектрические рыбы способны создавать слабое электрическое поле с помощью электрического органа . Эти электрические поля могут использоваться для связи между людьми посредством разрядов электрических органов (EOD), которые можно дополнительно модулировать для создания контекстно-зависимых сигналов, называемых «чириканье». Рыбы могут воспринимать эти электрические поля и сигналы с помощью электрорецепторов . Исследования призрачной рыбы-ножа [9] показывают, 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 выбор по щебетанию, EOD и обнаружение. Взаимодействия между территориальными рыбами благоприятствуют другим параметрам сигнала, чем взаимодействия внутри социальных групп рыб.
Поведение
На поведение родителей и их потомства во время кормления влияют друг друга. Родители кормят в зависимости от того, сколько клянчат их потомство, а потомство просит в зависимости от того, насколько они голодны. Обычно это приводит к конфликту интересов между родителем и потомством, поскольку потомство будет хотеть, чтобы его кормили как можно больше, в то время как родитель может вкладывать лишь ограниченное количество энергии в родительскую заботу. Таким образом, отбор будет происходить для комбинации поведения попрошайничества и кормления, которое приводит к наивысшей приспособленности, что приводит к совместной адаптации. [10] На совместную адаптацию родителей и потомства может дополнительно влиять информационная асимметрия, например, самки синицы больше подвержены попрошайничеству в природе, в результате чего они больше, чем самцы, реагируют на одинаковые уровни стимулов. [11]
Частичная и антагонистическая коадаптация
Также возможно, что родственные черты адаптируются лишь частично из-за того, что черты не развиваются с одинаковой скоростью или полностью противоречат друг другу. Исследования австралийских сцинков [12] показали, что дневные сцинки предпочитают высокие температуры и могут оптимально бегать при более высоких температурах, в то время как ночные сцинки имеют более низкую предпочтительную температуру и оптимальную температуру. Однако разница между высокими и низкими оптимальными температурами была намного меньше, чем между предпочтительными температурами, что означает, что ночные сцинки бегут медленнее, чем их дневные собратья. В случае Eremiascincus оптимальная температура и предпочтительная температура расходились в противоположных направлениях, создавая антагонистическую коадаптацию.
Смотрите также
- Эволюционная биология
- Коэволюция
- Мутуализм
- Симбиоз
- Нарушение равновесия по сцеплению
- Эпистаз
Рекомендации
- ^ a b c d Хуан, Дэвид; Пазос, Флоренсио; Валенсия, Альфонсо (2008). «Коэволюция и коадаптация в белковых сетях» . Письма FEBS . 582 (8): 1225–1230. DOI : 10.1016 / j.febslet.2008.02.017 . PMID 18282476 . S2CID 22702946 .
- ^ а б в г д е 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. DOI : 10.1016 / s0168-9525 (01) 02338-1 . PMID 11418221 .
- ^ а б Грейнер, Стефан; Бок, Ральф (2013). «Настройка menage a trois: Коэволюция и коадаптация ядерных и органеллярных геномов у растений». BioEssays . 35 (4): 354–365. DOI : 10.1002 / bies.201200137 . PMID 23361615 . S2CID 205475365 .
- ^ a b Ream DC, Bankapur AR, Friedberg I. Событийный подход к изучению эволюции генного блока у бактерий. Биоинформатика. 2015 1 июля; 31 (13): 2075-83. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btv128. Epub 2015, 25 февраля. PMID: 25717195; PMCID: PMC4481853
- ^ Эдгар RS, Эпштейн RH. Генетика бактериального вируса. Sci Am. 1965 Февраль; 212: 70-8. DOI: 10.1038 / Scientificamerican0265-70. PMID: 14272117
- ^ a b Куттер Э, Т. Стидхам, Б. Гуттман, Э. Куттер, Д. Баттс, С. Петерсон, Т. Джавахишвили, Ф. Арисака, В. Месянжинов, В. Ругер, Г. Мосиг. 1994. Геномная карта бактериофага Т4, с. 491–519. В J Karam, JW Drake, KN Kreuzer, G Mosig, DH Hall, FA Eiserling, LW Black, EK Spicer, E Kutter, K Carlson, ES Miller (ed.), Молекулярная биология бактериофага T4. Американское общество микробиологии, Вашингтон, округ Колумбия
- ^ Obringer JW. Функции иммунитета фага Т4 и гены шпаклевки при генетическом исключении. Genet Res. 1988 Октябрь; 52 (2): 81-90. DOI: 10,1017 / s0016672300027440. PMID: 3209067
- ^ Томмазини, Стивен М .; Насер, Филипп; Ху, Бин; Джепсен, Карл Дж. (2007). «Совместная биологическая адаптация морфологических и композиционных характеристик способствует механической функциональности и хрупкости скелета» . Журнал исследований костей и минералов . 23 (2): 236–246. DOI : 10,1359 / jbmr.071014 . PMC 2665697 . PMID 17922614 .
- ^ Петцольд, Жаклин; Марсат, Гэри; Смит, Дж. Трой (2016). «Коадаптация разрядов электрических органов и чириканья у южноамериканских рыб-призраков (Apteronotidae)» . Журнал физиологии-Париж . 110 (2): 200–215. DOI : 10.1016 / j.jphysparis.2016.10.005 . PMC 5408315 . PMID 27989653 .
- ^ Келликер, Матиас; Броди III, Эдмунд Д.; Мур, Аллен Дж. (2005). «Коадаптация родительского предложения и спроса на потомство» (PDF) . Американский натуралист . 166 (4): 506–516. DOI : 10.1086 / 491687 . PMID 16224706 .
- ^ Лукасс, Карстен; Френо, Нолвенн; Eens, 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 . PMC 4759049 . PMID 26929817 .
- ^ Хьюи, Р. Б. и А. Ф. Беннетт. 1987. Филогенетические исследования коадаптации: предпочтительные температуры по сравнению с оптимальными температурами продуктивности ящериц. Эволюция 41: 1098–1115.
Внешние ссылки
- Коадаптационная статья в словаре эволюции .