Сравнительная физиология - Comparative physiology

Сравнительная физиология это субдисциплина из физиология который изучает и использует разнообразие функциональных характеристик различных видов организмы. Это тесно связано с эволюционная физиология и физиология окружающей среды. Многие университеты предлагают курсы бакалавриата, охватывающие сравнительные аспекты физиологии животных. В соответствии с Клиффорд Лэдд Проссер «Сравнительная физиология - это не столько определенная дисциплина, сколько точка зрения, философия».[1]

История

Первоначально физиология сосредоточены в первую очередь на людях, в значительной степени из-за желания улучшить медицинский практики. Когда физиологи впервые начали сравнивать разные разновидность Иногда это было связано с простым любопытством понять, как работают организмы, но также проистекало 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, изложил широкую повестку дня сравнительной физиологии в своей отредактированной книге 1950 г. (см. резюме и обсуждение в Гирлянда и Картер[3]):

1. Описать, как разные животные удовлетворяют свои потребности.

Это составляет каталогизацию функциональных аспектов биологического разнообразия и недавно подверглось критике как «коллекционирование марок» с предложением о том, чтобы эта область вышла за рамки первоначальной исследовательской фазы.[4]

2. Использование физиологической информации для восстановленияфилогенетический отношения организмов.

В принципе физиологическая информация может использоваться как морфологическая информация или ДНК последовательность используется для измерения эволюционного расхождения организмов. На практике это делается редко, по крайней мере, по четырем причинам:
  • физиология не оставляет много ископаемое реплики,
  • это не может быть измерено на музей образцы,
  • его трудно оценить количественно по сравнению с морфологией или последовательностями ДНК, и
  • физиология скорее адаптивна, чем ДНК, и поэтому подвержена параллельным и конвергентная эволюция, что сбивает с толку филогенетическую реконструкцию.

3. Чтобы выяснить, как физиология опосредует взаимодействия между организмами и окружающей их средой.

Это по сути физиологическая экология или экологическая физиология.

4. Определить «модельные системы» для изучения определенных 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 можно поместить в аппарат ЯМР),[5] и использование экзотермических пойкилотермов 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 виды или тип животных 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]

Физиологи-сравнители часто изучают организмы, которые живут в «экстремальных» условиях. окружающая среда (например, пустыни), потому что они ожидают найти особенно ясные примеры эволюционной адаптации.[3] Одним из примеров является изучение водного баланса у обитающих в пустынях млекопитающих, которые, как было обнаружено, обладают специализацией почек.[7]

Точно так же физиологов-сравнителей привлекали «необычные» организмы, такие как очень большие или маленькие. В качестве примера последнего колибри были изучены. Другой пример: жирафа были изучены из-за их длинной шеи и ожидания, что это приведет к специализации, связанной с регулированием артериальное давление. В более общем смысле, экзотермический позвоночные были изучены, чтобы определить, как кровь кислотно-щелочной баланс и pH изменить как температура тела изменения.

Финансирование

В Соединенных Штатах исследования в области сравнительной физиологии финансируются как Национальные институты здоровья и Национальный фонд науки.

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, работал на факультете в Университет Дьюка на протяжении многих лет и обучая 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, работавшим на факультете Университет Миннесоты пока не стал председателем-основателем кафедры органической биологии Калифорнийский университет в Ирвине в 1964 году. Он был наставником для многочисленных аспирантов, многие из которых продолжали развивать эту область. (некролог). Он написал несколько книг и помимо того, что был опытным биологом, был также опытным пианистом и философом.

Некоторые журналы, публикующие статьи по сравнительной физиологии животных.

дальнейшее чтение

  • Баррингтон, Э. Дж. У. 1975. Сравнительная физиология и проблема дизайна. Журнал экспериментальной зоологии 194: 271-286.
  • Кларк, А. Дж. 1927. Сравнительная физиология сердца. Издательство Кембриджского университета, Лондон.
  • Данцлер, У. Х., изд. 1997. Справочник по физиологии. Раздел 13: сравнительная физиология. Vol. I. Oxford Univ. Press, Нью-Йорк.
  • Данцлер, W.H., изд. 1997. Справочник по физиологии. Раздел 13: сравнительная физиология. Vol. II. Oxford Univ. Press, Нью-Йорк. viii + 751-1824 с.
  • Федер, М. Э., А. Ф. Беннет, В. В. Бурггрен, Р. Б. Хьюи, ред. 1987. Новые направления в экологической физиологии. Cambridge Univ. Press, Нью-Йорк. 364 с.
  • Гарланд, Т., мл., и П. А. Картер. 1994. Эволюционная физиология. Ежегодный обзор физиологии 56: 579-621. PDF
  • Гиббс, А. Г. (1999). «Лабораторный отбор для сравнительного физиолога». Журнал экспериментальной биологии. 202 (Pt 20): 2709–2718. PMID  10504307.
  • Гилмор, К. М .; Wilson, R.W .; Сломан, К. А. (2005). «Интеграция поведения в сравнительную физиологию». Физиологическая и биохимическая зоология. 78 (5): 669–678. Дои: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, М. Дж., П. В. Хочачка и К. П. Мангум, ред. 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.
  • Mangum, C. P., and P. W. Hochachka. 1998. Новые направления сравнительной физиологии и биохимии: механизмы, адаптации и эволюция. Физиологическая зоология 71: 471-484.
  • Мойес, К. Д. и П. М. Шульте. 2006. Основы физиологии животных. Пирсон Бенджамин Каммингс, Сан-Франциско. 734 стр.
  • Проссер, К. Л., изд. 1950. Сравнительная физиология животных. W. B. Saunders Co., Филадельфия. ix + 888 с.
  • Рэндалл Д., У. Бурггрен и К. Френч. 2002. Физиология животных Эккерта: механизмы и адаптации. 5-е изд. W.H. Freeman and Co., Нью-Йорк. 736 стр. + Глоссарий, приложения, указатель.
  • Росс, Д. М. (1981). «Иллюзия и реальность в сравнительной физиологии». Канадский журнал зоологии. 59 (11): 2151–2158. Дои: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
  • Сомеро, Г. Н. 2000. Единство в разнообразии: взгляд на методы, вклад и будущее сравнительной физиологии. Ежегодный обзор физиологии 62: 927-937.
  • Stephens, G.C .; Шинске, Р.А. (1961). «Поглощение аминокислот морскими беспозвоночными». Лимнология и океанография. 6 (2): 175–181. Bibcode:1961LimOc ... 6..175S. Дои:10.4319 / lo.1961.6.2.0175.
  • Стивенс, Г. (1982). "Недавний прогресс в изучении" Die Ernährung der Wassertiere und der Stoffhaushalt der Gewasser"". Американский зоолог. 22 (3): 611–619. Дои:10.1093 / icb / 22.3.611.
  • Манахан, Д.; Wright, S.H .; Стивенс, Г.; Райс, М.А. (1982). «Транспорт растворенных аминокислот мидиями, Mytilus edulis: Демонстрация чистого поглощения морской воды анализом ВЭЖХ ». Наука. 215 (4537): 1253–1255. Дои:10.1126 / science.215.4537.1253. PMID  17757542. S2CID  36756710.
  • Swallow, J.G .; Младший; Гарланд, Т. (2005). «Селекционные эксперименты как инструмент эволюционной и сравнительной физиологии: понимание сложных черт - Введение в симпозиум». Интегративная и сравнительная биология. 45 (3): 387–390. Дои:10.1093 / icb / 45.3.387. PMID  21676784.
  • Уилмер П., Г. Стоун и И. Джонстон. 2005. Экологическая физиология животных. Второе издание. Blackwell Science, Оксфорд, Великобритания xiii + 754 с.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Проссер, К. Л. (1975). «Перспективы сравнительной физиологии и биохимии». Журнал экспериментальной зоологии. 194 (1): 345–348. Дои:10.1002 / jez.1401940122. PMID  1194870.
  2. ^ Гринберг, М. Дж .; П. В. Хочачка; К. П. Мангам (1975). "Биографические данные: Клиффорд Лэдд Проссер". Журнал экспериментальной зоологии. 194 (1): 5–12. Дои:10.1002 / jez.1401940102. PMID  1104756.
  3. ^ а б Гирлянда, T., Jr .; П. А. Картер (1994). «Эволюционная физиология» (PDF). Ежегодный обзор физиологии. 56: 579–621. Дои:10.1146 / annurev.ph.56.030194.003051. PMID  8010752.
  4. ^ Mangum, C.P .; П. В. Хочачка (1998). «Новые направления сравнительной физиологии и биохимии: механизмы, адаптации и эволюция». Физиологическая зоология. 71 (5): 471–484. Дои:10.1086/515953. PMID  9754524. S2CID  25169635.
  5. ^ Конли, К. Э .; С. Л. Линдстедт (1996). «Встряхивание хвоста гремучей змеи: минимальные затраты на подергивание поперечно-полосатой мышцы». Природа. 383 (6595): 71–73. Дои:10.1038 / 383071a0. PMID  8779716. S2CID  4283944.
  6. ^ Проссер (1950, с. 1)
  7. ^ Al-kahtani, M.A .; 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. Дои:10.1086/420941. PMID  15286910. S2CID  12420368.