La fisiología evolutiva es el estudio de la evolución biológica de estructuras y procesos fisiológicos ; es decir, la forma en que las características funcionales de los individuos en una población de organismos han respondido a la selección natural a lo largo de múltiples generaciones durante la historia de la población. [1] Es una subdisciplina de fisiología y biología evolutiva . Los profesionales en el campo provienen de una variedad de antecedentes, que incluyen fisiología, biología evolutiva, ecología y genética .
En consecuencia, la gama de fenotipos estudiados por los fisiólogos evolutivos es amplia, incluyendo historia de vida , comportamiento, desempeño de todo el organismo, [2] [3] morfología funcional , biomecánica , anatomía , fisiología clásica, endocrinología , bioquímica y evolución molecular . El campo está estrechamente relacionado con la fisiología comparada y la fisiología ambiental , y sus hallazgos son una de las principales preocupaciones de la medicina evolutiva . Una definición que se ha ofrecido es "el estudio de la base fisiológica de la aptitud , a saber, la evolución correlacionada (incluidas las limitaciones y las compensaciones ) de la forma y función fisiológicas asociadas con el medio ambiente, la dieta, la homeostasis , la gestión de la energía, la longevidad y la mortalidad. y características de la historia de vida ". [4]
Historia
Como su nombre lo indica, la fisiología evolutiva es el producto de lo que en un tiempo fueron dos disciplinas científicas distintas. Según Garland y Carter, [1] la fisiología evolutiva surgió a fines de la década de 1970, luego de debates sobre el estado metabólico y termorregulador de los dinosaurios (ver fisiología de los dinosaurios ) y reptiles similares a los mamíferos .
Este período fue seguido por intentos a principios de la década de 1980 de integrar la genética cuantitativa en la biología evolutiva , lo que tuvo efectos secundarios en otros campos, como la ecología del comportamiento y la ecofisiología . A mediados y finales de la década de 1980, los métodos comparativos filogenéticos comenzaron a popularizarse en muchos campos, incluida la ecología fisiológica y la fisiología comparada . Un volumen de 1987 titulado Nuevas direcciones en fisiología ecológica [5] tenía poca ecología [6] pero un énfasis considerable en temas evolutivos. Se generó un vigoroso debate y, en unos pocos años, la National Science Foundation había desarrollado un panel titulado Fisiología ecológica y evolutiva .
Poco después, los experimentos de selección y la evolución experimental se hicieron cada vez más comunes en la fisiología evolutiva. La macrofisiología ha surgido como una subdisciplina en la que los profesionales intentan identificar patrones a gran escala en los rasgos fisiológicos (por ejemplo, patrones de covariación con la latitud ) y sus implicaciones ecológicas. [7] [8] [9]
Más recientemente, se ha argumentado la importancia de una fusión de la biología evolutiva y la fisiología desde la perspectiva de los análisis funcionales, la epigenética y una síntesis evolutiva extendida . [10] El crecimiento de la fisiología evolutiva también se refleja en la aparición de subdisciplinas, como la endocrinología evolutiva , [11] [12] que aborda cuestiones híbridas como "¿Cuáles son los mecanismos endocrinos más comunes que responden a la selección en el comportamiento? o rasgos de historia de vida? " [13]
Propiedades emergentes
Como disciplina científica híbrida, la fisiología evolutiva ofrece algunas perspectivas únicas. Por ejemplo, la comprensión de los mecanismos fisiológicos puede ayudar a determinar si un patrón particular de variación fenotípica o covariación (como una relación alométrica ) representa lo que posiblemente podría existir o simplemente lo que la selección ha permitido. [1] De manera similar, un conocimiento profundo de los mecanismos fisiológicos puede mejorar en gran medida la comprensión de las posibles razones de las correlaciones y limitaciones evolutivas de lo que es posible para muchos de los rasgos típicamente estudiados por los biólogos evolutivos (como la morfología ).
Áreas de investigación
Las áreas importantes de la investigación actual incluyen:
- Rendimiento del organismo como fenotipo central (p. Ej., Medidas de velocidad o resistencia en la locomoción animal )
- Papel del comportamiento en la evolución fisiológica
- Bases fisiológicas y endocrinológicas de la variación en los rasgos del ciclo de vida (p. Ej., Tamaño de la puesta )
- Importancia funcional de la evolución molecular
- Grado de adaptación de las diferencias entre especies
- Fundamentos fisiológicos de los límites a los rangos geográficos
- Variación geográfica en fisiología [14]
- Papel de la selección sexual en la configuración de la evolución fisiológica
- Magnitud de la "señal filogenética" en los rasgos fisiológicos
- Papel de los patógenos y parásitos en la evolución fisiológica y la inmunidad.
- Aplicación de modelos de optimalidad para dilucidar el grado de adaptación.
- Papel de la plasticidad fenotípica en la contabilidad de las diferencias individuales, poblacionales y de especies [15]
- Base mecanicista de compensaciones y limitaciones en la evolución (p. Ej., Limitación putativa del transportista sobre correr y respirar)
- Límites de la tasa metabólica sostenida
- Origen de las relaciones de escalado alométrico o leyes alométricas (y la llamada teoría metabólica de la ecología )
- Variación individual (ver también Psicología de diferencias individuales )
- Importancia funcional de los polimorfismos bioquímicos
- Análisis de la variación fisiológica mediante genética cuantitativa
- Paleofisiología y evolución de la endotermia
- Humana adaptativa fisiología
- Medicina darwiniana
- Evolución de los antioxidantes dietéticos
Técnicas
- Selección artificial y evolución experimental [16] video de ejecución de rueda de mouse
- Análisis y manipulaciones genéticos [1]
- Medición de la selección en la naturaleza [17]
- Plasticidad y manipulación fenotípicas [1]
- Comparaciones basadas en filogenia [18]
- Mediciones de agua doblemente etiquetadas de las demandas de energía de vida libre de los animales
Financiamiento y sociedades
En los Estados Unidos, la investigación en fisiología evolutiva está financiada principalmente por la National Science Foundation . Varias sociedades científicas cuentan con secciones que abarcan la fisiología evolutiva, que incluyen:
- American Physiological Society "integrando las ciencias de la vida de la molécula al organismo"
- Sociedad de Biología Integrativa y Comparada
- Sociedad de Biología Experimental
Revistas que publican con frecuencia artículos sobre fisiología evolutiva.
- Naturalista estadounidense
- Bioquímica y fisiología comparada
- Fisiología integral
- Ecología
- Evolución
- Ecología funcional
- Biología integrativa y comparada
- Revista de fisiología comparada
- Revista de bioquímica y fisiología evolutiva
- Revista de biología evolutiva
- Revista de biología experimental
- Zoología fisiológica y bioquímica
Ver también
- Alometría
- Ley alométrica
- Hipótesis de aclimatación beneficiosa
- Fisiología comparada
- Medicina darwiniana
- Tasa metabólica de campo
- Ecofisiología
- Neurociencia evolutiva
- Psiquiatría evolutiva
- Psicología Evolutiva
- Evolución experimental
- Fisiología humana
- Instituto IM Sechenov de Fisiología Evolutiva y Bioquímica
- Ley de Kleiber
- Principio de Krogh
- John Speakman
- Leon Orbeli
- Teoría de la historia de la vida
- Lista de fisiólogos
- Teoría metabólica de la ecología
- Peter Hochachka
- Plasticidad fenotípica
- Métodos comparativos filogenéticos
- Fisiología
- Fisiología de los dinosaurios
- Raymond B. Huey
- Theodore Garland, Jr.
- Fenotipo ahorrativo
Referencias
- ^ a b c d e Garland, T., Jr .; PA Carter (1994). "Fisiología evolutiva" (PDF) . Revisión anual de fisiología . 56 : 579–621. doi : 10.1146 / annurev.ph.56.030194.003051 . PMID 8010752 .
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enlaces externos
- Personas, laboratorios y programas de fisiología evolutiva
- Biología de sistemas evolutivos: algunos artículos importantes