Принцип Крога гласит, что «для такого большого количества задач найдется какое-нибудь животное по выбору или несколько таких животных, на которых его можно будет изучить наиболее удобно». Эта концепция является центральной для тех дисциплин 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 его вклад в понимание анатомии и физиологии капиллярной системы , который описал его в Американском журнале физиологии в 1929 году. Однако принцип был первым. разъяснил почти за 60 лет до этого и почти теми же словами, что и Крог, в 1865 году Клод Бернар , французский зачинщик экспериментальной медицины, на странице 27 его «Introduction à l'étude de la médecine expérimentale»:
Dans l'investigation scientifique, les moindres procédés sont de la plus haute важность. Le choix heureux d'un animal , d'un instrument construit d'une определенного фасона, l'emploi d'un réactif au lieu d'un autre, достаточный сувенир для ответов на вопросы générales les plus élevées. («В научных исследованиях величайшее значение имеют мельчайшие процессы. Удачного выбора животного , инструмента, построенного особым образом, использования одного реагента вместо другого, часто бывает достаточно для решения общих вопросов самого высокого порядка. ")
- Клод Бернар, Introduction à l'étude de la médecine expérimentale , JB Baillière et Fils, Libraires de L'Académie Impériale de Médecine, 1865. С. 400
Крог написал следующее в своем трактате 1929 года о тогдашнем «статусе» физиологии (курсив мой):
... Я хочу подчеркнуть, что путь, по которому мы можем стремиться к идеалу, лежит через изучение жизненно важных функций во всех их аспектах у мириад организмов . Мы можем выяснить, нет, вскоре выясним основные механизмы функции почек млекопитающих , но общая проблема выделения может быть решена только тогда, когда выделительные органы будут изучены везде, где мы их находим, и во всех их существенных модификациях. Более того, такие исследования обязательно расширят и углубят наше понимание проблем, связанных с почками человека, и окажутся полезными также с самой узкой утилитарной точки зрения. Для такого большого количества задач найдется какое-нибудь животное по выбору или несколько таких животных, на которых его будет наиболее удобно изучать . Много лет назад , когда мой учитель, Кристиан Бор , был заинтересован в респираторном механизме легкого и разработал метод изучения обмена через каждый легкую отдельно, он обнаружил , что определенный вид черепахи обладал трахеями , разделяющими в основной бронхе высоко в шее, и мы в шутку говорили, что это животное было создано специально для целей физиологии дыхания . Я не сомневаюсь, что существует множество животных, которые подобным образом «созданы» для особых физиологических целей, но я боюсь, что большинство из них неизвестны людям, для которых они «созданы», и мы должны обратиться к зоологи, чтобы найти их и наложить на них руки ".
- 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 его.
Совсем недавно, на встрече Международного общества нейроэтологов в Нюборге , Дания, в 2004 году, принцип Крога был назван группой на 7-м Конгрессе центральным принципом. Принцип Крога также привлекает внимание в области функциональной геномики , где возрастает давление и желание расширить исследования в области геномики на более широкий спектр организмов, выходящих за рамки традиционной области.
Философия и приложения
Центральным понятием принципа Крога является эволюционная адаптация. Эволюционная теория утверждает, что организмы приспособлены к определенным нишам , некоторые из которых являются узкоспециализированными для решения конкретных биологических проблем. Эти адаптации обычно используются биологами несколькими способами:
- Методология : (например, полимераза Taq и ПЦР ): необходимость манипулирования биологическими системами в лаборатории привела к использованию специализации организма. Одним из примеров принципа Крога является широко применяемая полимеразная цепная реакция (ПЦР), метод, который основан на быстром воздействии на ДНК высокой температуры для амплификации конкретных представляющих интерес последовательностей. Фермент ДНК-полимераза 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, устойчивую к нагреванию при температурах, необходимых для ПЦР. Биохимически модифицированная полимераза Taq, как ее обычно называют, теперь обычно используется в приложениях ПЦР.
- Преодоление технических ограничений : (например, большие нейроны в Mollusca ): две группы исследований, получивших Нобелевскую премию, были облегчены за счет использования идей, лежащих в основе принципа Крога, для преодоления технических ограничений в физиологии нервной системы . Ионная основа из потенциала действия было выяснено в кальмара гигантского аксона в 1958 году Ходжкина и Хаксли , разработчиками оригинального зажима напряжения устройства и со-реципиентов 1963 Нобелевской премии по физиологии и медицине . Зажим напряжения теперь является центральным элементом технологии в современной нейрофизиологии , но его можно было разработать только с использованием большого диаметра гигантского аксона кальмара. Другой морской моллюск, то opisthobranch Aplysia обладает относительно небольшого количества крупных нервных клеток , которые легко идентифицированы и отображенных от индивидуума к индивидууму. 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.
- Понимание более сложных / тонких систем (например, сипух и звуковая локализация ): помимо преодоления технических ограничений, принцип Крога имеет особенно важные последствия в свете конвергентной эволюции и гомологии . Либо из-за эволюционной истории, либо из-за особых ограничений данной ниши не существует бесконечных решений всех биологических проблем. Вместо этого организмы используют похожие нейронные алгоритмы, поведение или даже структуры для выполнения аналогичных задач. Если цель состоит в том, чтобы понять, как нервная система может локализовать объекты с помощью звука, можно воспользоваться подходом к использованию слухового «специалиста», такого как сипуха, которую изучали Марк Кониши , Эрик Кнудсен и их коллеги. По своей природе ночная хищница , сипуха в значительной степени полагается на точную информацию о времени появления звука в ее ушах. 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.
Смотрите также
- Август Крог
- Сравнительная физиология
- Эволюционная физиология
- Krogh длина
- 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
- Бурггрен WW (1999/2000). Физиология развития, животные модели и принцип Августа Крога. Зоология 102: 148-156.
- Чиен А., Эдгар Д. Б., Трела Дж. М. (1976). «Полимераза дезоксирибонуклеиновой кислоты из крайнего термофила Thermus aquaticus». J. Bacteriol. 174: 1550-1557
- Кроуфорд, DL (2001). «Функциональная геномика не должна ограничиваться несколькими избранными организмами». Genome Biology 2 (1): взаимодействия 1001.1-1001.2.
- Кребс HA (1975). Принцип Августа Крога: «Для многих задач есть животное, на котором их наиболее удобно изучать». Журнал экспериментальной зоологии 194: 221-226.
- Крог А (1929). Прогресс физиологии. Американский журнал физиологии 90: 243-251.
- «Принцип Крога для новой эры». (2003) [От редакции] Nature Genetics 34 (4) стр. 345–346.
- Миллер Г. (2004) Поведенческая неврология без клетки. Наука 306 (5695): 432-434.