Эволюционное давление - Evolutionary pressure

Часть серии по
Эволюционная биология
Зяблики Дарвина, автор Gould.jpg

Любая причина, которая снижает репродуктивный успех у части населения, потенциально оказывает эволюционное давление, селективное давление или же давление отбора, вождение естественный отбор.[1] При достаточном давлении унаследованные черты, смягчающие его последствия - даже если они были бы пагубными при других обстоятельствах - могут широко распространяться среди населения. Это количественное описание количества изменений, происходящих в процессах, исследуемых эволюционная биология, но формальная концепция часто распространяется на другие области исследований.

В популяционная генетика давление отбора обычно выражается как коэффициент отбора.

Селективное давление аминокислот

Было показано, что установка аминокислота биосинтезирующий ген, подобный HIS4 ген под давлением отбора аминокислот в дрожжи вызывает усиление выражения соседние гены что связано с ко-регуляцией транскрипции двух соседних генов в Эукариоты.[2]

Устойчивость к антибиотикам

Устойчивость к лекарству в бактериях является примером результата естественный отбор Когда лекарство применяется к определенному виду бактерий, те, которые не могут сопротивляться, умирают и не производят потомства, в то время как те, которые выживают, потенциально передают ген устойчивости следующему поколению (вертикальная передача гена). Ген устойчивости также может передаваться одной бактерии другой бактерией другого вида (горизонтальная передача гена). Из-за этого лекарственная устойчивость возрастает из поколения в поколение. Например, в больницах создается среда, в которой патогены, такие как C. difficile выработали устойчивость к антибиотикам.[3] Устойчивость к антибиотикам ухудшается из-за неправильного использования антибиотиков. Устойчивость к антибиотикам поощряется, когда антибиотики используются для лечения небактериальных заболеваний, и когда антибиотики не используются в течение предписанного времени или в предписанной дозе.[4] Устойчивость к антибиотикам может возникать из-за постоянной генетической изменчивости в популяции или мутаций de novo в популяции. Любой из этих путей может привести к устойчивости к антибиотикам, которая может быть формой эволюционное спасение.

Нозокомиальные инфекции

Clostridium difficile, грамположительные бактерии Вид, который населяет кишечник млекопитающих, является примером одного типа бактерий, который является основной причиной смерти от внутрибольничных инфекций.[3]

Когда симбиотический Кишечная флора популяции нарушены (например, антибиотики ), человек становится более уязвимым для патогенов. Быстрая эволюция устойчивость к антибиотикам оказывает огромное избирательное давление на выгодные аллели устойчивости, передаваемые будущим поколениям. В Гипотеза Красной Королевы показывает, что эволюционная гонка вооружений между патогенными бактериями и людьми - это постоянная битва за эволюционные преимущества в борьбе друг с другом. Эволюционная гонка вооружений между быстро развивающимися факторами вирулентности бактерий и методами лечения современной медицины требует от эволюционных биологов понимания механизмов устойчивости этих патогенных бактерий, особенно с учетом растущего числа инфицированных госпитализированных пациентов. Развитые факторы вирулентности представляют угрозу для пациентов в больницах, у которых ослаблен иммунитет в результате болезни или лечения антибиотиками. Факторы вирулентности - это характеристики, которые развившиеся бактерии развили для повышения патогенности. Один из факторов вирулентности C. difficile что в значительной степени определяет его устойчивость к антибиотикам, так это его токсины: энтеротоксин TcdA и цитотоксин TcdB.[5] Токсины образуют споры, которые трудно деактивировать и удалить из окружающей среды. Это особенно актуально для больниц, где в палате инфицированного пациента споры могут сохраняться до 20 недель.[6] Таким образом, борьба с угрозой быстрого распространения ИКД зависит от санитарных норм в больницах, удаляющих споры из окружающей среды. Исследование, опубликованное в Американский журнал гастроэнтерологии установили, что для контроля распространения ИКД использование перчаток, гигиена рук, использование одноразовых термометров и дезинфекция окружающей среды являются необходимыми практиками в медицинских учреждениях.[7] Вирулентность этого патогена значительна и может потребовать радикальных изменений в санитарных подходах, используемых в больницах для борьбы со вспышками ИКД.

Естественный отбор у человека

В Малярия паразит может оказывать избирательное давление на популяции. Это давление привело к естественный отбор за эритроциты несущий серповидная клетка гемоглобин ген мутация (Hb S) - вызывающий серповидно-клеточная анемия —В районах, где малярия является серьезной проблемой для здоровья, потому что это состояние дает некоторую устойчивость к этому инфекционному заболеванию.[8]

Устойчивость к гербицидам и пестицидам

Дальнейшая информация: Устойчивость к пестицидам

Так же, как с развитием устойчивости к антибиотикам у бактерий, устойчивость к пестицидам и гербицидам начала проявляться в случае широко используемых сельскохозяйственных химикатов. Например:

  • В США исследования показали, что плодовые мушки, заселяющие апельсиновые рощи, становятся устойчивыми к малатион, пестицид, используемый для их уничтожения.
  • На Гавайях и в Японии алмазная моль проявил сопротивление Bacillus thuringiensis, который используется в нескольких товарных культурах, включая Bt кукуруза, примерно через три года после начала интенсивного использования.
  • В Англии крысы в ​​определенных областях выработали такую ​​сильную устойчивость к крысиному яду, что они могут потреблять его в пять раз больше, чем обычные крысы, не умирая.
  • ДДТ больше не эффективен в управлении комары которые передают малярия в некоторых местах факт, способствовавший возобновлению болезни.
  • На юге США сорняк Амарант пальмерия, который мешает выращиванию хлопка, приобрел широкую устойчивость к гербициду. глифосат.
  • в Балтийское море, снижение солености способствовало появлению нового вида бурых водорослей, Fucus radicans.[9]

Люди оказывают эволюционное давление

Деятельность человека может привести к непреднамеренным изменениям в окружающей среде. Человеческая деятельность окажет возможное негативное влияние на определенную популяцию, в результате чего многие люди из указанной популяции умрут из-за того, что не адаптировались к этому новому давлению. Люди, которые лучше приспособлены к этому новому давлению, будут выживать и воспроизводить с большей скоростью, чем те, кто находится в невыгодном положении. Это происходит на протяжении многих поколений, пока население в целом не будет лучше адаптировано к давлению.[1] Это естественный отбор в действии, но давление исходит от антропогенной деятельности, такой как строительство дорог или охота.[10] Это видно на нижеприведенных примерах скальных ласточек и лосей. Однако не вся деятельность человека, вызывающая эволюционное давление, происходит непреднамеренно. Это демонстрируется при одомашнивании собак и последующем селекция это привело к появлению различных пород, известных сегодня.

Гремучие змеи

В более густонаселенных (густонаселенных) районах и районах торговли людьми все чаще поступают сообщения о гремучих змеях, которые не гремят. Это явление обычно связывают с селективное давление людьми, которые часто убивают змей, когда их обнаруживают.[11] Не гремящие змеи с большей вероятностью останутся незамеченными, поэтому выживают и воспроизводят потомство, которое, как и они сами, реже гремит.

Клифф глотает

Популяции скальных ласточек в Небраске отображены морфологический изменения в их крыльях после многих лет жизни рядом с дорогами.[10] Собирая данные за более чем 30 лет, исследователи заметили уменьшение размаха крыльев у живых популяций ласточек, а также отметили уменьшение количества скальных ласточек, убитых проезжающими автомобилями. У этих скальных ласточек, погибших от проезжающих мимо машин, размах крыльев был больше, чем у населения в целом. Было показано, что смешанные эффекты, такие как использование дорог, размер автомобилей и численность населения, не оказали влияния на исследование.

Лось

Эволюционное давление, оказываемое людьми, также наблюдается в популяциях лосей.[12] В этих исследованиях рассматриваются не морфологические различия, а различия в поведении. Было показано, что более быстрые и подвижные самцы лося с большей вероятностью станут добычей охотников. Охотники создают среду, в которой более активные животные с большей вероятностью уступят хищничество чем менее активные животные.[4] Самки лося, выжившие в последние два года, с каждым годом снижали свою активность, оставляя более застенчивых самок, у которых было больше шансов выжить.[12] Самки лося в отдельном исследовании также показали различия в поведении, при этом самки старшего возраста демонстрировали робкое поведение, которого можно было бы ожидать от этого отбора.[13]

Приручение собаки

С момента приручения собак они эволюционировали вместе с людьми из-за давления со стороны человека и окружающей среды.[6] Это началось с того, что люди и волки жили в одной и той же местности, с давлением сосуществования, которое в конечном итоге привело к их приручению. Эволюционное давление со стороны людей привело к появлению множества различных пород, которые соответствовали потребностям того времени, будь то потребность в защите домашнего скота или помощи в охоте.[7] Охота и оленеводство были первыми причинами, по которым люди искусственно выбирали те качества, которые они считали полезными.[8] Это селекционное разведение не останавливается на достигнутом, но распространяется на людей, отбирающих определенные черты, которые считаются желательными у их домашних собак, такие как размер и цвет, даже если они не обязательно приносят ощутимую пользу человеку.[9] Непреднамеренным последствием этого отбора является то, что домашние собаки также имеют тенденцию наследственный болезни в зависимости от того, к какой конкретной породе они относятся.[14]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б "Естественный отбор". evolution.berkeley.edu. Получено 2017-11-29.
  2. ^ Али Разаги; Роджер Хуэрлиманн; Ли Оуэнс; Кирстен Хейманн (2015). «Повышенная экспрессия и секреция рекомбинантного hIFNγ за счет селективного давления, вызванного аминокислотным голоданием, на соседний ген HIS4 у Pichia pastoris». Европейский фармацевтический журнал. 62 (2): 43–50. Дои:10.1515 / afpuc-2015-0031.
  3. ^ а б Доусон Л.Ф., Валиенте Э., Рен Б.В. (2009). "Clostridium"difficile- Постоянно развивающийся и проблемный патоген. Инфекции ». Генетика и эволюция. 9 (6): 1410–1417. Дои:10.1016 / j.meegid.2009.06.005. PMID  19539054.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ а б Браун, Джоэл С .; Лаундре, Джон В .; Гурунг, Махеш (1999). "Экология страха: оптимальные поиски, теория игр и трофические взаимодействия". Журнал маммологии. 80 (2): 385–399. Дои:10.2307/1383287. JSTOR  1383287.
  5. ^ Терьер М. К. З., Симонет М. Л., Бичард П., Фроссар Дж. Л. (2014). "Рецидивирующий Clostridium difficile инфекции: важность кишечной микробиоты ». Всемирный журнал гастроэнтерологии. 20 (23): 7416–7423. Дои:10.3748 / wjg.v20.i23.7416. ЧВК  4064086. PMID  24966611.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  6. ^ а б Ван, Го-дон; Чжай, Вэйвэй; Ян, Хэ-цюань; Фань, Руо-си; Цао, Сюэ; Чжун, Ли; Ван, Лу; Лю, Фэй; У, Хун (14 мая 2013 г.). «Геномика отбора у собак и параллельная эволюция между собаками и людьми». Nature Communications. 4: 1860. Bibcode:2013 НатКо ... 4,1860 Вт. Дои:10.1038 / ncomms2814. PMID  23673645.
  7. ^ а б Острандер, Элейн А; Галиберт, Фрэнсис; Паттерсон, Дональд Ф (2000-03-01). «Генетика собак достигает совершеннолетия». Тенденции в генетике. 16 (3): 117–124. Дои:10.1016 / S0168-9525 (99) 01958-7. PMID  10689352.
  8. ^ а б Паркер, Хайди Дж .; Dreger, Dayna L .; Рембо, Мод; Дэвис, Брайан У .; Mullen, Alexandra B .; Карпинтеро-Рамирес, Гретхен; Острандер, Элейн А. (25 апреля 2017 г.). «Геномный анализ показывает влияние географического происхождения, миграции и гибридизации на развитие современных пород собак». Отчеты по ячейкам. 19 (4): 697–708. Дои:10.1016 / j.celrep.2017.03.079. ISSN  2211-1247. ЧВК  5492993. PMID  28445722.
  9. ^ а б Линдблад-То, Керстин; члены, Платформа широкого секвенирования; Уэйд, Клэр М; Mikkelsen, Tarjei S .; Карлссон, Элинор К .; Джефф, Дэвид Б .; Камаль, Майкл; Зажим, Микеле; Чанг, Жан Л. (декабрь 2005 г.). «Последовательность генома, сравнительный анализ и структура гаплотипов домашней собаки». Природа. 438 (7069): 803–819. Bibcode:2005Натура.438..803л. Дои:10.1038 / природа04338. ISSN  1476-4687. PMID  16341006.
  10. ^ а б Браун, Чарльз Р .; Бомбергер Браун, Мэри (18.03.2013). "Куда делись все убийства на дорогах?". Текущая биология. 23 (6): R233 – R234. Дои:10.1016 / j.cub.2013.02.023. PMID  23518051.
  11. ^ Джим Херрон Замора (24 июня 2011 г.). «Опасность гремучей змеи возрастает по мере того, как все больше змей атакуют без предупреждения». Хроники Сан-Франциско.
  12. ^ а б Ciuti, Simone; Мухли, Тайлер Б .; Paton, Dale G .; McDevitt, Allan D .; Мусиани, Марко; Бойс, Марк С. (07.11.2012). «Человеческий отбор поведенческих черт лося на фоне страха». Труды Лондонского королевского общества B: биологические науки. 279 (1746): 4407–4416. Дои:10.1098 / rspb.2012.1483. ISSN  0962-8452. ЧВК  3479801. PMID  22951744.
  13. ^ Турфьель, Хенрик; Ciuti, Simone; Бойс, Марк С. (14.06.2017). «Учиться на чужих ошибках: как самка лося (Cervus elaphus) с возрастом корректирует поведение, чтобы избежать охотников». PLOS ONE. 12 (6): e0178082. Bibcode:2017PLoSO..1278082T. Дои:10.1371 / journal.pone.0178082. ISSN  1932-6203. ЧВК  5470680. PMID  28614406.
  14. ^ Сарган, Дэвид Р. (2004-06-01). «IDID: унаследованные болезни собак: веб-информация о генетике наследственных болезней собак». Геном млекопитающих. 15 (6): 503–506. Дои:10.1007 / s00335-004-3047-z. ISSN  0938-8990. PMID  15181542. S2CID  19306779.