Коадаптация - Co-adaptation

В биология, совместная адаптация это процесс, посредством которого два или более видов, генов или фенотипические признаки пройти приспособление в паре или группе. Это происходит, когда две или более взаимодействующих характеристики подвергаются естественный отбор вместе в ответ на то же селективное давление или когда выборочные давления изменяют одну характеристику и последовательно изменяют характеристику взаимодействия. Эти взаимодействующие характеристики полезны только вместе, иногда приводя к усилению взаимозависимости. Коадаптация и коэволюция хотя 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, а функционально связанные белки часто демонстрируют сходный эволюционный путь.[1][3] Возможное объяснение - коадаптация.[1] Примером этого является взаимодействие между белками, кодируемыми митохондриальная ДНК (мтДНК) и ядерная ДНК (яДНК). МтДНК имеет более высокую скорость эволюции / мутации, чем яДНК, особенно в конкретных 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 у копепод. Тигриоп калифорнийский.[2] МтДНК COII кодирующие последовательности среди конспецифических популяций этого вида сильно различаются.[2] Когда мтДНК одной популяции была помещена в ядерный фон другой популяции, цитохром с оксидаза активность значительно снижена, что свидетельствует о совместной адаптации. 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 во времени в изолированных популяциях).[2]

Бактерии и бактериофаги

Ген блоки в бактериальный геномы представляют собой последовательности генов, расположенных на хромосома, которые эволюционно сохраняются во многих таксонах.[4] Некоторые сохраненные блоки опероны, где гены котранскрибируются к полицистону 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 отношений в течение эволюционного времени указывает на то, что естественный отбор работает для поддержания коадаптивного преимущества.

Поскольку раннее картирование генов на бактериофаг Т4 хромосома прогрессировала, 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 головке бактериофага. морфогенез плотно сгруппированы.[6] Другими примерами явно коадаптированных кластеров являются гены, которые определяют клин базовой пластинки, хвостовые волокна и ДНК-полимераза вспомогательные белки.[6] В других случаях, когда структурная взаимосвязь продуктов гена не столь очевидна, также может происходить коадаптированная кластеризация на основе функционального взаимодействия. Таким образом, Обринджер[7] предположил, что определенный кластер генов, сосредоточенный вокруг имм и шпаклевка гены кодируют белки, адаптированные для конкуренции и защиты на ДНК уровень.

Органы

Подобно чертам на генетическом уровне, аспекты органов также могут подвергаться совместной адаптации. Например, тонкие кости могут иметь такую ​​же производительность в отношении ежедневных нагрузок, как и более толстые кости, потому что тонкие кости имеют больше минерализованная 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]

Слабоэлектрическая рыба способны создавать слабое электрическое поле с помощью электрический орган. Эти электрические поля можно использовать для общаться между людьми через электрические разряды органов (EOD), которые можно дополнительно модулировать для создания контекстно-зависимых сигналов, называемых «чириканьем». Рыбы могут воспринимать эти электрические поля и сигналы с помощью электрорецепторы. Исследования по призрак-нож[9] указывает на то, 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 для щебетания, EOD и обнаружения. 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, тогда как родитель может вкладывать лишь ограниченное количество энергии в родительскую заботу. Таким образом, отбор будет происходить для комбинации поведения попрошайничества и кормления, которая приводит к наивысшей приспособленности, что приводит к совместной адаптации.[10] На совместную адаптацию родителей и потомков может дополнительно влиять информационная асимметрия, например, самка. синие сиськи в большей степени подвержены попрошайничеству в природе, в результате чего они больше, чем мужчины, реагируют на раздражители аналогичного уровня.[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 по Австралийские сцинки[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 друг от друга в противоположных направлениях, создавая антагонистическую совместную адаптацию.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Хуан, Дэвид; Пазос, Флоренсио; Валенсия, Альфонсо (2008). «Коэволюция и коадаптация в белковых сетях». Письма FEBS. 582 (8): 1225–1230. Дои:10.1016 / j.febslet.2008.02.017. PMID  18282476. S2CID  22702946.
  2. ^ а б c d е ж 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. Дои:10.1016 / s0168-9525 (01) 02338-1. PMID  11418221.
  3. ^ а б Грейнер, Стефан; Бок, Ральф (2013). «Настройка menage a trois: Коэволюция и коадаптация ядерных и органеллярных геномов растений». BioEssays. 35 (4): 354–365. Дои:10.1002 / bies.201200137. PMID  23361615. S2CID  205475365.
  4. ^ а б Ream DC, Bankapur AR, Friedberg I. Событийный подход для изучения 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
  5. ^ Эдгар Р.С., Эпштейн Р.Х. Генетика бактериального вируса. Sci Am. 1965 Февраль; 212: 70-8. DOI: 10.1038 / Scientificamerican0265-70. PMID: 14272117
  6. ^ а б 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
  7. ^ Obringer JW. Функции иммунитета к фагу Т4 и гены спакета при генетическом исключении. Genet Res. 1988 Октябрь; 52 (2): 81-90. DOI: 10,1017 / s0016672300027440. PMID: 3209067
  8. ^ Томмазини, Стивен М .; Насер, Филипп; Ху, Бин; Джепсен, Карл Дж. (2007). «Совместная биологическая адаптация морфологических и композиционных особенностей способствует механической функциональности и хрупкости скелета». Журнал исследований костей и минералов. 23 (2): 236–246. Дои:10.1359 / jbmr.071014. ЧВК  2665697. PMID  17922614.
  9. ^ Петцольд, Жаклин; Марсат, Гэри; Смит, Дж. Трой (2016). «Совместная адаптация разрядов электрических органов и чириканья у южноамериканских рыб-призраков (Apteronotidae)». Журнал физиологии-Париж. 110 (2): 200–215. Дои:10.1016 / j.jphysparis.2016.10.005. ЧВК  5408315. PMID  27989653.
  10. ^ Келликер, Матиас; Броди III, Эдмунд Д.; Мур, Аллен Дж. (2005). «Коадаптация родительского предложения и спроса на потомство» (PDF). Американский натуралист. 166 (4): 506–516. Дои:10.1086/491687. PMID  16224706.
  11. ^ Лукасс, Карстен; Френо, Нолвенн; Eens, Марсель; Мюллер, Вендт (2016). «Половые роли в содержании гнезда - как информационная асимметрия способствует совместной адаптации родителей и потомства». Экология и эволюция. 6 (6): 1825–1833. Дои:10.1002 / ece3.1976. ЧВК  4759049. PMID  26929817.
  12. ^ Хьюи, Р. Б. и А. Ф. Беннетт. 1987. Филогенетические исследования коадаптации: предпочтительные температуры по сравнению с оптимальными температурами продуктивности ящериц. Evolution 41: 1098–1115.

внешняя ссылка