Сравнительная физиология является субдисциплиной из физиологии , которая изучает и использует разнообразие функциональных характеристик различных видов организмов . Это тесно связано с эволюционной физиологией и физиологией окружающей среды . Многие университеты предлагают курсы бакалавриата, охватывающие сравнительные аспекты физиологии животных. По словам Клиффорда Лэдда Проссера , «сравнительная физиология - это не столько определенная дисциплина, сколько точка зрения, философия». [1]
История
Первоначально физиология была сосредоточена в первую очередь на людях, во многом из-за стремления улучшить медицинскую практику. Когда физиологи впервые начали сравнивать разные виды, иногда это было связано с простым любопытством понять, как работают организмы, но также исходило из желания открыть основные физиологические принципы. Такое использование конкретных организмов, удобное для изучения конкретных вопросов, известно как принцип Крога .
Методология
К. Лэдд Проссер [2], основатель современной сравнительной физиологии, обрисовал широкую повестку дня сравнительной физиологии в своей отредактированной книге 1950 года (см. Резюме и обсуждение в Гарланде и Картере [3] ):
1. Описать, как разные виды животных удовлетворяют свои потребности.
- Это равносильно каталогизации функциональных аспектов биологического разнообразия и недавно подверглось критике как «коллекционирование марок» с предложением выйти за рамки этой начальной, исследовательской фазы. [4]
2. Использование физиологической информации для реконструкции филогенетических взаимоотношений организмов.
- В принципе, физиологическая информация может использоваться так же, как морфологическая информация или последовательность ДНК используются для измерения эволюционного расхождения организмов. На практике это делается редко, по крайней мере, по четырем причинам:
- физиология не оставляет много следов ископаемых ,
- на музейных образцах его не измерить ,
- его трудно определить количественно по сравнению с морфологией или последовательностями ДНК, и
- физиология, скорее всего, будет адаптивной, чем ДНК, и поэтому подвержена параллельной и конвергентной эволюции , что затрудняет филогенетическую реконструкцию.
3. Чтобы выяснить, как физиология опосредует взаимодействия между организмами и окружающей их средой.
- По сути, это физиологическая экология или экологическая физиология.
4. Определить «модельные системы» для изучения конкретных физиологических функций.
- Примеры этого включают использование гигантских аксонов кальмаров для понимания общих принципов нервной передачи, использование мышц, встряхивающих хвост гремучей змеи, для измерения изменений метаболитов in vivo (поскольку все животное может быть помещено в аппарат ЯМР) [5] и использование эктотермические пойкилотермы для изучения влияния температуры на физиологию.
5. Использовать «вид животного» в качестве экспериментальной переменной.
- «В то время как другие разделы физиологии используют такие переменные, как свет, температура, напряжение кислорода и гормональный баланс, сравнительная физиология, кроме того, использует вид или тип животного в качестве переменной для каждой функции». [6]
- 25 лет спустя Проссер сформулировал это так: «Мне нравится думать об этом как о том методе в физиологии, который использует вид организма как одну экспериментальную переменную». [1]
Сравнительные физиологи часто изучают организмы, которые живут в «экстремальных» условиях (например, в пустынях), потому что они ожидают найти особенно ясные примеры эволюционной адаптации. [3] Одним из примеров является изучение водного баланса у обитающих в пустынях млекопитающих, у которых обнаружены особенности почек. [7]
Точно так же физиологов-сравнителей привлекали «необычные» организмы, такие как очень большие или маленькие. В качестве примера последнего изучались колибри . В качестве другого примера, жирафов изучали из-за их длинной шеи и ожиданий, что это приведет к специализации, связанной с регулированием кровяного давления . В более общем плане, экзотермические позвоночные изучались для определения того, как изменяется кислотно-щелочной баланс крови и pH при изменении температуры тела .
Финансирование
В Соединенных Штатах исследования в области сравнительной физиологии финансируются Национальным институтом здоровья и Национальным научным фондом .
Общества
В ряде научных обществ есть разделы по сравнительной физиологии, в том числе:
Биографии
Кнут Шмидт-Нильсен (1915–2007) был крупной фигурой в сравнительной физиологии позвоночных, много лет работал на факультете Университета Дьюка и обучал большое количество студентов (некролог) . Он также является автором нескольких книг, в том числе влиятельных текстов, известных своим доступным стилем письма.
Гровер С. Стивенс (1925–2003) был известным сравнительным физиологом беспозвоночных, работал на факультете Миннесотского университета, пока в 1964 году не стал председателем-основателем кафедры органической биологии Калифорнийского университета в Ирвине . наставник для многих аспирантов, многие из которых продолжили развивать эту область (некролог) . Он является автором нескольких книг и помимо того, что был опытным биологом, был также опытным пианистом и философом.
Некоторые журналы, публикующие статьи по сравнительной физиологии животных.
- Американский журнал физиологии - регуляторная, интегративная и сравнительная физиология
- Ежегодный обзор физиологии
- Сравнительная биохимия и физиология
- Интегративная и сравнительная биология
- Журнал сравнительной физиологии
- Журнал экспериментальной биологии
- Физиологическая и биохимическая зоология
дальнейшее чтение
- Баррингтон, EJW 1975. Сравнительная физиология и проблема дизайна. Журнал экспериментальной зоологии 194: 271-286.
- Кларк, AJ 1927. Сравнительная физиология сердца. Издательство Кембриджского университета, Лондон.
- Данцлер, WH, изд. 1997. Справочник по физиологии. Раздел 13: сравнительная физиология. Vol. I. Oxford Univ. Press, Нью-Йорк.
- Данцлер, WH, изд. 1997. Справочник по физиологии. Раздел 13: сравнительная физиология. Vol. II. Oxford Univ. Press, Нью-Йорк. viii + 751-1824 с.
- Федер, ME, AF Bennett, WW Burggren и RB Huey, ред. 1987. Новые направления в экологической физиологии. Cambridge Univ. Press, Нью-Йорк. 364 с.
- Гарланд, Т., младший , и П.А. Картер. 1994. Эволюционная физиология. Ежегодный обзор физиологии 56: 579-621. PDF
- Гиббс, AG (1999). «Лабораторный отбор для сравнительного физиолога». Журнал экспериментальной биологии . 202 (Pt 20): 2709–2718. PMID 10504307 .
- Гилмор, км; Уилсон, RW; Сломан, К.А. (2005). «Интеграция поведения в сравнительную физиологию». Физиологическая и биохимическая зоология . 78 (5): 669–678. DOI : 10.1086 / 432144 . PMID 16047293 . S2CID 586358 .
- Гордон, М.С., Г.А. Бартоломью, А.Д. Гриннелл, К.Б. Йоргенсен и Ф.Н. Уайт. 1982. Физиология животных: принципы и приспособления. 4-е изд. Макмиллан, Нью-Йорк. 635 страниц.
- Гринберг, MJ, PW Hochachka, and CP Mangum, eds. 1975. Новые направления в сравнительной физиологии и биохимии. Журнал экспериментальной зоологии 194: 1-347.
- Хочачка П.В., Сомеро Г.Н. 2002. Биохимическая адаптация - механизм и процесс в физиологической эволюции. Издательство Оксфордского университета. 478 стр.
- Мангум С.П., Хочачка П.В. 1998. Новые направления сравнительной физиологии и биохимии: механизмы, адаптации и эволюция. Физиологическая зоология 71: 471-484.
- Мойес, С.Д. и П.М. Шульте. 2006. Основы физиологии животных. Пирсон Бенджамин Каммингс, Сан-Франциско. 734 стр.
- Проссер, CL, изд. 1950. Сравнительная физиология животных. WB Saunders Co., Филадельфия. ix + 888 с.
- Рэндалл Д., У. Бурггрен и К. Френч. 2002. Физиология животных Эккерта: механизмы и адаптации. 5-е изд. WH Freeman and Co., Нью-Йорк. 736 стр. + Глоссарий, приложения, указатель.
- Росс, Д.М. (1981). «Иллюзия и реальность в сравнительной физиологии». Канадский зоологический журнал . 59 (11): 2151–2158. DOI : 10.1139 / z81-291 .
- Шмидт-Нильсен К. 1972. Как работают животные. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.
- Шмидт-Нильсен, К. 1984. Масштабирование: почему так важен размер животного? Издательство Кембриджского университета, Кембридж. 241 с.
- Шмидт-Нильсен, К. 1997. Физиология животных: адаптация и окружающая среда. 5-е изд. Издательство Кембриджского университета, Кембридж. ix + 607 с.
- Шмидт-Нильсен, К. 1998. Верблюжий нос: воспоминания любопытного ученого. 352 стр. The Island Press. Рассмотрение
- Somero, GN 2000. Единство в разнообразии: взгляд на методы, вклад и будущее сравнительной физиологии. Ежегодный обзор физиологии 62: 927-937.
- Стивенс, GC; Шинске, Р.А. (1961). «Поглощение аминокислот морскими беспозвоночными» . Лимнология и океанография . 6 (2): 175–181. Bibcode : 1961LimOc ... 6..175S . DOI : 10,4319 / lo.1961.6.2.0175 .
- Стивенс, GC (1982). «Недавний прогресс в изучении« Die Ernährung der Wassertiere und der Stoffhaushalt der Gewasser » » . Американский зоолог . 22 (3): 611–619. DOI : 10.1093 / ICB / 22.3.611 .
- Manahan, DT ; Райт, SH; Стивенс, GC ; Райс, Массачусетс (1982). «Транспорт растворенных аминокислот мидиями Mytilus edulis : демонстрация чистого поглощения из морской воды с помощью анализа ВЭЖХ» . Наука . 215 (4537): 1253–1255. DOI : 10.1126 / science.215.4537.1253 . PMID 17757542 . S2CID 36756710 .
- Ласточка, JG; Младший ; Гарланд, Т. (2005). «Селекционные эксперименты как инструмент эволюционной и сравнительной физиологии: понимание сложных черт - введение к симпозиуму» . Интегративная и сравнительная биология . 45 (3): 387–390. DOI : 10.1093 / ICB / 45.3.387 . PMID 21676784 .
- Уиллмер П., Г. Стоун и И. Джонстон. 2005. Экологическая физиология животных. Второе издание. Blackwell Science, Оксфорд, Великобритания xiii + 754 с.
Смотрите также
- Август Крог
- Клод Бернар
- Сравнительная анатомия
- Экофизиология
- Эволюционная физиология
- Физиология человека
- Джон Спикмен
- Кнут Шмидт-Нильсен
- Принцип Крога
- Ланселот Хогбен
- Петр Хочачка
- Филогенетические сравнительные методы
- Физиология
- Раймонд Б. Хьюи
- Теодор Гарланд-младший.
Рекомендации
- ^ а б Проссер, CL (1975). «Перспективы сравнительной физиологии и биохимии». Журнал экспериментальной зоологии . 194 (1): 345–348. DOI : 10.1002 / jez.1401940122 . PMID 1194870 .
- ^ Гринберг, MJ; П.В. Хочачка; CP Mangum (1975). "Биографические данные: Клиффорд Лэдд Проссер". Журнал экспериментальной зоологии . 194 (1): 5–12. DOI : 10.1002 / jez.1401940102 . PMID 1104756 .
- ^ а б Garland , T., Jr .; П.А. Картер (1994). «Эволюционная физиология» (PDF) . Ежегодный обзор физиологии . 56 : 579–621. DOI : 10.1146 / annurev.ph.56.030194.003051 . PMID 8010752 .
- ^ Mangum, CP; П.В. Хочачка (1998). «Новые направления сравнительной физиологии и биохимии: механизмы, адаптации и эволюция». Физиологическая зоология . 71 (5): 471–484. DOI : 10.1086 / 515953 . PMID 9754524 . S2CID 25169635 .
- ^ Конли, KE; SL Lindstedt (1996). «Встряхивание хвоста гремучей змеи: минимальные затраты на подергивание поперечно-полосатой мышцы». Природа . 383 (6595): 71–73. DOI : 10.1038 / 383071a0 . PMID 8779716 . S2CID 4283944 .
- ^ Проссер (1950, р. 1)
- ^ Аль-Кахтани, Массачусетс; К. Зулета; Э. Кавьедес-Видаль; Т. Гарланд-младший (2004). «Масса почек и относительная толщина мозгового вещества грызунов в зависимости от среды обитания, размера тела и филогении» (PDF) . Физиологическая и биохимическая зоология . 77 (3): 346–365. CiteSeerX 10.1.1.407.8690 . DOI : 10.1086 / 420941 . PMID 15286910 . S2CID 12420368 .