| Часть серии по |
| Эволюционная биология |
|---|
 |
|
Категория
Эволюционная физиология является изучение биологической эволюции в физиологических структур и процессов; то есть способ, которым функциональные характеристики особей в популяции организмов реагировали на естественный отбор в течение нескольких поколений на протяжении истории популяции. [1] Это раздел как физиологии, так и эволюционной биологии . Практики в этой области имеют разный опыт, включая физиологию, эволюционную биологию, экологию и генетику .
Соответственно, спектр фенотипов, изучаемых физиологами-эволюционистами, широк, включая жизненный цикл , поведение, характеристики всего организма, [2] [3] функциональную морфологию , биомеханику , анатомию , классическую физиологию, эндокринологию , биохимию и молекулярную эволюцию . Эта область тесно связана со сравнительной физиологией и физиологией окружающей среды , и ее открытия представляют собой серьезную проблему для эволюционной медицины . Одно из предложенных определений - «изучение физиологических основ фитнеса., а именно, коррелированная эволюция (включая ограничения и компромиссы ) физиологической формы и функции, связанной с окружающей средой, диетой, гомеостазом , управлением энергией, долголетием , а также характеристиками смертности и жизненного цикла ». [4]
История [ править ]
Как следует из названия, эволюционная физиология - продукт того, что когда-то было двумя разными научными дисциплинами. Согласно Гарленду и Картеру [1] эволюционная физиология возникла в конце 1970-х годов после дебатов о метаболическом и терморегуляторном статусе динозавров (см. Физиологию динозавров ) и рептилий, подобных млекопитающим .
За этим периодом последовали попытки в начале 1980-х годов интегрировать количественную генетику в эволюционную биологию , что оказало влияние на другие области, такие как поведенческая экология и экофизиология . В середине - конце 1980-х годов филогенетические сравнительные методы стали популярными во многих областях, включая физиологическую экологию и сравнительную физиологию . В томе 1987 г., озаглавленном « Новые направления экологической физиологии» [5], не было экологии [6], но большое внимание уделялось вопросам эволюции. Это вызвало бурные дебаты, и через несколько летНациональный научный фонд разработал панель 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 практикующие специалисты пытаются идентифицировать крупномасштабные закономерности в физиологических характеристиках (например, модели совместной вариации с широтой ) и их экологические последствия. [7] [8] [9]
Совсем недавно важность слияния эволюционной биологии и физиологии аргументировалась с точки зрения функционального анализа, эпигенетики и расширенного эволюционного синтеза . [10] Рост эволюционной физиологии также отражается в появлении суб-дисциплин, таких как эволюционная эндокринология , [11] [12], которые рассматривают такие гибридные вопросы, как «Каковы наиболее распространенные эндокринные механизмы, которые реагируют на выбор по поведению? или жизненные черты? " [13]
Новые свойства [ править ]
Как гибридная научная дисциплина эволюционная физиология предлагает несколько уникальных перспектив. Например, понимание физиологических механизмов может помочь в определении того, представляет ли конкретный образец фенотипической изменчивости или совместной вариации (например, аллометрические отношения) то, что могло существовать, или только то, что позволил отбор. [1] 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 эволюционными биологами (например, морфологии ).
Области исследований [ править ]
Важные области текущих исследований включают:
- Производительность организма как центральный фенотип (например, меры скорости или выносливости при передвижении животных )
- Роль поведения в физиологической эволюции
- Физиологические и эндокринологические основы вариаций особенностей жизненного цикла (например, размера кладки )
- Функциональное значение молекулярной эволюции
- Степень адаптации видовых различий
- Физиологические основы ограничений географических ареалов
- Географические различия в физиологии [14]
- 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 [15]
- Механистическая основа компромиссов и ограничений эволюции (например, предполагаемое ограничение Карриера на бег и дыхание)
- Ограничения на устойчивую скорость метаболизма
- Происхождение отношений аллометрического масштабирования или аллометрических законов (и так называемой метаболической теории экологии )
- Индивидуальные различия (см. Также Психологию индивидуальных различий )
- Функциональное значение биохимических полиморфизмов
- Анализ физиологических вариаций с помощью количественной генетики
- Палеофизиология и эволюция эндотермии
- Человек адаптационная физиология
- Дарвиновская медицина
- Эволюция диетических антиоксидантов
Методы [ править ]
- Искусственный отбор и экспериментальная эволюция [16] бегущее колесо мыши видео
- Генетический анализ и манипуляции [1]
- Измерение отбора в дикой природе [17]
- Фенотипическая пластичность и манипуляция [1]
- Филогенетические сравнения [18]
- Двузначные измерения потребности животных в энергии в свободном доступе к воде
Финансирование и общества [ править ]
В Соединенных Штатах исследования эволюционной физиологии финансируются в основном Национальным научным фондом . В ряде научных обществ есть разделы, 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
Журналы, в которых часто публикуются статьи об эволюционной физиологии [ править ]
- Американский натуралист
- Сравнительная биохимия и физиология
- Комплексная физиология
- Экология
- Эволюция
- Функциональная экология
- Интегративная и сравнительная биология
- Журнал сравнительной физиологии
- Журнал эволюционной биохимии и физиологии
- Журнал эволюционной биологии
- Журнал экспериментальной биологии
- Физиологическая и биохимическая зоология
См. Также [ править ]
- Аллометрия
- Аллометрический закон
- Гипотеза благоприятной акклиматизации
- Сравнительная физиология
- Дарвиновская медицина
- Скорость полевого метаболизма
- Экофизиология
- Эволюционная нейробиология
- Эволюционная психология
- Экспериментальная эволюция
- Физиология человека
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова
- Закон Клейбера
- Принцип Крога
- Джон Спикмен
- Леон Орбели
- Теория истории жизни
- Список физиологов
- Метаболическая теория экологии
- Петр Хочачка
- Фенотипическая пластичность
- Филогенетические сравнительные методы
- Физиология
- Физиология динозавров
- Раймонд Б. Хьюи
- Теодор Гарланд-младший.
- Экономный фенотип
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e Гарланд, Т., младший; П.А. Картер (1994). «Эволюционная физиология» (PDF) . Ежегодный обзор физиологии . 56 : 579–621. DOI : 10.1146 / annurev.ph.56.030194.003051 . PMID 8010752 .
- Перейти ↑ Arnold, SJ (1983). «Морфология, работоспособность и фитнес» (PDF) . Американский зоолог . 23 (2): 347–361. DOI : 10.1093 / ICB / 23.2.347 .
- ^ Careau, VC; Т. Гарланд-младший (2012). «Производительность, личность и энергетика: корреляция, причинно-следственная связь и механизм» (PDF) . Физиологическая и биохимическая зоология . 85 (6): 543–571. DOI : 10.1086 / 666970 . hdl : 10536 / DRO / DU: 30056093 . PMID 23099454 . S2CID 16499109 .
- ^ Lovegrove, BG (2006). «Сила приспособленности у млекопитающих: восприятие из африканского течения». Физиологическая и биохимическая зоология . 79 (2): 224–236. DOI : 10.1086 / 499994 . PMID 16555182 . S2CID 24536395 .
- ^ Feder, ME; А.Ф. Беннетт; В. В. Бурггрен; Р. Б. Хьюи, ред. (1987). Новые направления в экологической физиологии . Нью-Йорк: Cambridge Univ. Нажмите. ISBN 978-0-521-34938-3.
- ^ Кингсолвер, J. G (1988). «Эволюционная физиология: где экология? Обзор новых направлений в экологической физиологии, Федер и др., 1987». Экология . 69 (5): 1645–1646. DOI : 10.2307 / 1941674 . JSTOR 1941674 .
- ^ Чоун, SL; KJ Gaston; Д. Робинсон (2004). «Макрофизиология: крупномасштабные закономерности в физиологических особенностях и их экологические последствия». Функциональная экология . 18 (2): 159–167. DOI : 10.1111 / j.0269-8463.2004.00825.x .
- ^ Гастон, KJ; Чоун, SL; Calosi, P .; Бернардо, Дж .; Билтон, ДТ; Кларк, А .; Clusella-Trullas, S .; Галамбор, СК; Конаржевский, М .; Пек, LS; Портер, WP; Пёртнер, Х.о .; Rezende, EL; Шульте, PM; Спайсер, JI; Стиллман, JH; Terblanche, JS; ван Клеунен, М. (2009). «Макрофизиология: концептуальное воссоединение» (PDF) . Американский натуралист . 174 (5): 595–612. DOI : 10.1086 / 605982 . PMID 19788354 . S2CID 6239591 .
- ^ Чоун, SL; Гастон, KJ (2015). «Макрофизиология - успехи и перспективы» . Функциональная экология . 30 (3): 330–344. DOI : 10.1111 / 1365-2435.12510 .
- ^ Благородный, D .; Яблонька, Э .; Джойнер, MJ; Мюллер, Великобритания; Омхольт, SW (2014). «Эволюция развивается: физиология возвращается в центр внимания» . Журнал физиологии . 592 (11): 2237–2244. DOI : 10.1113 / jphysiol.2014.273151 . PMC 4048083 . PMID 24882808 .
- ^ Зера, AJ; Харшман, LG; 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 .
- ^ Кокс, РМ; McGlothlin, JW; Бонье, Ф. (2016). «Гормоны как медиаторы фенотипической и генетической интеграции: подход эволюционной генетики» . Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 126–137. DOI : 10.1093 / ICB / icw033 . PMID 27252188 .
- ^ Гарланд младший, Т .; Чжао, М .; Зальцман, В. (2016). «Гормоны и эволюция сложных черт: выводы из искусственного отбора по поведению» . Интегративная и сравнительная биология . 56 (2): 207–224. DOI : 10.1093 / ICB / icw040 . PMC 5964798 . PMID 27252193 .
- ^ Гарланд, Т., младший; SC Адольф (1991). «Физиологическая дифференциация популяций позвоночных» (PDF) . Ежегодный обзор экологии и систематики . 22 : 193–228. DOI : 10.1146 / annurev.ecolsys.22.1.193 .
- ^ Келли, SA; Т. Панхуис; А. Стоер (2012). Фенотипическая пластичность: молекулярные механизмы и адаптивное значение . Комплексная физиология . 2 . С. 1417–1439. DOI : 10.1002 / cphy.c110008 . ISBN 9780470650714. PMID 23798305 .
- ^ Беннетт, AF; Р. Е. Ленский (1999). «Экспериментальная эволюция и ее роль в эволюционной физиологии» (PDF) . Американский зоолог . 39 (2): 346–362. DOI : 10.1093 / ICB / 39.2.346 .
- ^ Иршик, ди-джей; Дж. Дж. Мейерс; JF Husak; Ж.-Ф. Ле Гальяр (2008). «Как отбор влияет на функциональные возможности всего организма? Обзор и синтез» (PDF) . Исследования эволюционной экологии . 10 : 177–196. CiteSeerX 10.1.1.371.8464 . ISSN 0003-1569 . Архивировано из оригинального (PDF) 09.06.2011 . Проверено 22 января 2009 .
- ^ Гарланд, Т., младший; А.Ф. Беннетт; Э. Л. Резенде (2005). «Филогенетические подходы в сравнительной физиологии» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 208 (Pt 16): 3015–3035. DOI : 10,1242 / jeb.01745 . PMID 16081601 . S2CID 14871059 .
Внешние ссылки [ править ]
- Люди, лаборатории и программы в эволюционной физиологии
- Эволюционная системная биология - некоторые важные статьи
