Evolutionsbiologi

För läroboken, se Evolutionär biologi (bok) .

Del av en serie om
Evolutionsbiologi
Darwin's finches by Gould.jpg
Darwins finkar av John Gould
Processer och resultat
Naturhistoria
Evolutionsteorins historia
Fält och applikationer
Sociala konsekvenser
Darwins finkar

Evolutionsbiologi är det delområde av biologi som studerar de evolutionära processer ( naturligt urval , gemensam härkomst , artbildning ) som producerade mångfalden av livet på jorden . Det definieras också som studiet av historien om livsformer på jorden. Evolutionen hävdar att alla arter är släkt och förändras gradvis över generationer. I en population påverkar de genetiska variationerna en organisms fenotyper (fysiska egenskaper). Dessa förändringar i fenotyperna kommer att vara en fördel för vissa organismer, som sedan kommer att överföras till deras avkomma. Några exempel på evolution hos arter under många generationer är den pepprade malen och flyglösa fåglar . På 1930-talet uppstod disciplinen evolutionär biologi genom vad Julian Huxley kallade den moderna syntesen av förståelse, från tidigare orelaterade områden av biologisk forskning, såsom genetik och ekologi , systematik och paleontologi .

Undersökningsområdet för aktuell forskning har vidgats till att omfatta den genetiska arkitekturen för anpassning , molekylär evolution och de olika krafterna som bidrar till evolutionen, såsom sexuellt urval , genetisk drift och biogeografi . Dessutom undersöker det nyare området evolutionär utvecklingsbiologi ("evo-devo") hur embryogenes kontrolleras, vilket ger en bredare syntes som integrerar utvecklingsbiologi med de studieområden som omfattas av den tidigare evolutionära syntesen.

Underfält

Se även: Outline of evolution § Underfält , och Outline of evolution § Tillämpningar inom andra discipliner

Evolution är det centrala förenande begreppet inom biologin. Biologi kan delas in på olika sätt. Ett sätt är genom graden av biologisk organisation , från molekyl till cell , organism till population . Ett annat sätt är genom upplevd taxonomisk grupp , med områden som zoologi , botanik och mikrobiologi , som återspeglar vad som en gång sågs som livets stora uppdelningar. Ett tredje sätt är genom tillvägagångssätt, såsom fältbiologi, teoretisk biologi , experimentell evolution och paleontologi. Dessa alternativa sätt att dela upp ämnet har kombinerats med evolutionär biologi för att skapa delområden som evolutionär ekologi och evolutionär utvecklingsbiologi .

På senare tid födde sammansmältningen mellan biologisk vetenskap och tillämpad vetenskap nya fält som är förlängningar av evolutionär biologi, inklusive evolutionär robotik , teknik, algoritmer , ekonomi och arkitektur. Evolutionens grundläggande mekanismer tillämpas direkt eller indirekt för att komma på nya konstruktioner eller lösa problem som är svåra att lösa annars. Forskningen som genereras inom dessa tillämpade områden bidrar till framsteg, särskilt från arbetet med evolution inom datavetenskap och ingenjörsområden som maskinteknik .

Olika typer av evolution

Adaptiv evolution

Adaptiv evolution relaterar till evolutionära förändringar som sker på grund av förändringarna i miljön, detta gör organismen lämplig för dess livsmiljö. Denna förändring ökar chanserna för överlevnad och reproduktion av organismen (detta kan kallas en organisms kondition ). Till exempel Darwins finkar på ön Galapagos olika formade näbbar för att överleva under lång tid. Adaptiv evolution kan också vara konvergent evolution om två avlägset besläktade arter lever i liknande miljöer som står inför liknande tryck.

Konvergent evolution

Konvergent evolution är den process där besläktade eller avlägset besläktade organismer utvecklar liknande egenskaper oberoende av varandra. Denna typ av evolution skapar analoga strukturer som har en liknande funktion, struktur eller form mellan de två arterna. Till exempel, hajar och delfiner ser likadana ut men de är inte släkt. På samma sätt har fåglar, flygande insekter och fladdermöss alla förmågan att flyga, men de är inte släkt med varandra. Dessa liknande egenskaper tenderar att utvecklas från att ha liknande miljötryck.

Divergent evolution

Divergerande evolution är processen för artbildning. Detta kan ske på flera sätt:

  • Peripatrisk artbildning är en typ av allopatrisk artbildning som uppstår när en av de nya populationerna är betydligt mindre än den andra initiala populationen. Detta leder till grundarens effekt och populationen kan ha andra allelfrekvenser och fenotyper än den ursprungliga populationen. Dessa små populationer är också mer benägna att se effekter från genetisk drift.
  • Parapatrisk artbildning är allopatrisk artbildning men uppstår när arten divergerar utan en fysisk barriär som skiljer populationen åt. Detta tenderar att inträffa när en population av en art är otroligt stor och upptar en stor miljö.
  • Sympatisk artbildning är när en ny art eller underart spirar från den ursprungliga befolkningen medan den fortfarande ockuperar samma lilla miljö och utan några fysiska hinder som skiljer dem från medlemmar av deras ursprungliga befolkning. Det finns en vetenskaplig debatt om huruvida sympatrisk artbildning faktiskt existerar.
  • Artificiell artbildning är när forskare målmedvetet får nya arter att dyka upp för att användas i laboratorieförfaranden.

Samevolution

Inflytandet av två närbesläktade arter kallas samevolution . När två eller flera arter utvecklas i sällskap med varandra, anpassar sig en art till förändringar i andra arter. Denna typ av evolution sker ofta hos arter som har symbiotiska relationer . Till exempel, samevolution mellan rovdjur och bytesdjur, detta är den vanligaste typen av samevolution. I detta måste rovdjuret utvecklas för att bli en mer effektiv jägare eftersom det finns ett selektivt tryck på bytet att undvika fångst. Bytet behöver i sin tur utveckla bättre överlevnadsstrategier. Red Queen-hypotesen är ett exempel på interaktioner mellan rovdjur och bytesdjur. Förhållandet mellan pollinerande insekter som bin och blommande växter, växtätare och växter är också några vanliga exempel på diffus eller skråsamevolution.

Mekanism: Evolutionsprocessen

Evolutionens mekanismer fokuserar främst på mutation, genetisk drift, genflöde, icke-slumpmässig parning och naturligt urval.

Mutation : Mutation är en förändring i DNA-sekvensen inuti en gen eller en kromosom i en organism. De flesta mutationer är skadliga eller neutrala; dvs de kan varken skada eller gynna, men kan också vara till nytta ibland.

Genetisk drift : Genetisk drift är en variationsprocess, den sker som ett resultat av provtagningsfel från en generation till en annan generation där en slumpmässig händelse som inträffar av en slump i naturen förändrar eller påverkar allelfrekvensen inom en population. Det har en mycket starkare effekt på små populationer än stora.

Genflöde : Genflöde är överföringen av genetiskt material från en populations genpool till en annan. I en population sker migration från en art till en annan, vilket resulterar i en förändring av allelfrekvensen.

Naturligt urval : En arts överlevnad och reproduktionshastighet beror på artens anpassningsförmåga till sin miljö. Denna process kallas naturligt urval . Vissa arter med vissa egenskaper i en population har högre överlevnads- och reproduktionshastighet än andra ( fitness ), och de överför dessa genetiska egenskaper till sina avkommor.

Evolutionär utvecklingsbiologi

Huvudartikel: Evolutionär utvecklingsbiologi

Inom evolutionär utvecklingsbiologi tittar forskare på hur de olika processerna i utvecklingen spelar en roll för hur en specifik organism når sin nuvarande kroppsplan. Den genetiska regleringen av ontogeni och den fylogenetiska processen är vad som möjliggör denna typ av förståelse av biologi. Genom att titta på olika processer under utvecklingen, och gå igenom det evolutionära trädet, kan man avgöra vid vilken tidpunkt en specifik struktur kom till. Till exempel kan man observera att de tre groddskikten inte finns i cnidarians och ctenophores, som istället förekommer i maskar, mer eller mindre utvecklade beroende på själva typen av mask. Andra strukturer som utvecklingen av Hox-gener och sensoriska organ som ögon kan också spåras med denna praxis.

Fylogena träd

Huvudartikel: Fylogenetiskt träd
Livets träd

Fylogena träd är representationer av genetisk härstamning. De är figurer som visar hur besläktade arter är till varandra. De bildades genom att analysera de fysiska egenskaperna såväl som likheterna med DNA mellan arter. Sedan kan forskarna med hjälp av en molekylär klocka uppskatta när arten divergerade. Ett exempel på en fylogeni skulle vara livets träd.

Homologer

Gener som har delad härkomst är homologer. Om en artbildningshändelse inträffar och en gen hamnar i två olika arter är generna nu ortologa. Om en gen dupliceras inom en singular art är det en paralog. En molekylär klocka kan användas för att uppskatta när dessa händelser inträffade.

Däggdjursfylogeni

Historia

Huvudartiklar: Historien om evolutionär tanke och modern syntes (1900-talet)

Idén om evolution genom naturligt urval föreslogs av Charles Darwin 1859, men evolutionär biologi, som en akademisk disciplin i sin egen rätt, växte fram under den moderna syntesens period på 1930- och 1940-talen. Det var inte förrän på 1980-talet som många universitet hade institutioner för evolutionsbiologi. I USA har många universitet skapat avdelningar för molekylär- och cellbiologi eller ekologi och evolutionär biologi, i stället för de äldre avdelningarna för botanik och zoologi . Paleontologi grupperas ofta med geovetenskap .

mikrobiologi håller på att bli en evolutionär disciplin nu när mikrobiell fysiologi och genomik förstås bättre. Den snabba generationstiden för bakterier och virus som bakteriofager gör det möjligt att utforska evolutionära frågor.

Många biologer har bidragit till att forma den moderna disciplinen evolutionsbiologi. Theodosius Dobzhansky och EB Ford etablerade ett empiriskt forskningsprogram. Ronald Fisher , Sewall Wright och JBS Haldane skapade en sund teoretisk ram. Ernst Mayr i systematik , George Gaylord Simpson i paleontologi och G. Ledyard Stebbins i botanik hjälpte till att bilda den moderna syntesen. James Crow , Richard Lewontin , Dan Hartl , Marcus Feldman och Brian Charlesworth utbildade en generation av evolutionsbiologer.

Aktuella forskningsämnen

Aktuell forskning inom evolutionär biologi täcker olika ämnen och innehåller idéer från olika områden, såsom molekylär genetik och datavetenskap .

Först försöker vissa fält av evolutionär forskning förklara fenomen som var dåligt redovisade i den moderna evolutionära syntesen . Dessa inkluderar artbildning , utvecklingen av sexuell reproduktion , utvecklingen av samarbete , utvecklingen av åldrande och utvecklingsförmåga .

För det andra ställer vissa evolutionsbiologer den mest raka utvecklingsfrågan: "vad hände och när?". Detta inkluderar områden som paleobiologi , där paleobiologer och evolutionsbiologer, inklusive Thomas Halliday och Anjali Goswami, studerade utvecklingen av tidiga däggdjur som gick långt tillbaka i tiden under mesozoikum och kenozoikum (mellan 299 miljoner till 12 000 år sedan). Andra områden relaterade till generisk utforskning av evolution ("vad hände och när?") inkluderar systematik och fylogenetik .

För det tredje, den moderna evolutionära syntesen skapades vid en tidpunkt då ingen förstod genernas molekylära grund. Idag försöker evolutionsbiologer fastställa den genetiska arkitekturen för intressanta evolutionära fenomen som anpassning och artbildning. De söker svar på frågor som hur många gener som är inblandade, hur stora är effekterna av varje gen, hur beroende är effekterna av olika gener, vad gör generna och vilka förändringar som händer med dem (t.ex. punktmutationer vs. genduplicering eller till och med genomduplicering ). De försöker förena den höga ärftligheten som ses i tvillingstudier med svårigheten att hitta vilka gener som är ansvariga för denna ärftlighet med hjälp av genomomfattande associationsstudier .

En utmaning i att studera genetisk arkitektur är att den klassiska populationsgenetiken som katalyserade den moderna evolutionära syntesen måste uppdateras för att ta hänsyn till modern molekylär kunskap. Detta kräver en hel del matematisk utveckling för att relatera DNA-sekvensdata till evolutionsteori som en del av en teori om molekylär evolution . Till exempel försöker biologer sluta sig till vilka gener som har varit under starkt urval genom att detektera selektiva svep .

För det fjärde innebar den moderna evolutionära syntesen enighet om vilka krafter som bidrar till evolutionen, men inte om deras relativa betydelse. Aktuell forskning försöker fastställa detta. Evolutionära krafter inkluderar naturligt urval , sexuellt urval , genetisk drift , genetisk draft , utvecklingsmässiga begränsningar, mutationsbias och biogeografi .

Detta evolutionära tillvägagångssätt är nyckeln till mycket aktuell forskning inom organismbiologi och ekologi , såsom livshistoria . Annotering av gener och deras funktion bygger i hög grad på jämförande tillvägagångssätt. Fältet evolutionär utvecklingsbiologi ("evo-devo") undersöker hur utvecklingsprocesser fungerar, och jämför dem i olika organismer för att avgöra hur de utvecklats.

Många läkare har inte tillräckligt med bakgrund i evolutionsbiologi, vilket gör det svårt att använda den i modern medicin. Det finns dock ansträngningar för att få en djupare förståelse av sjukdomar genom evolutionär medicin och att utveckla evolutionära terapier .

Läkemedelsresistens idag

Evolution spelar en roll i resistens mot droger; till exempel hur hiv blir resistent mot mediciner och kroppens immunförsvar. Resistensmutationen av HIV beror på det naturliga urvalet av de överlevande och deras avkomma. De få hiv som överlever immunförsvaret förökade sig och fick avkommor som också var resistenta mot immunförsvaret. Läkemedelsresistens orsakar också många problem för patienter som en förvärrad sjukdom eller att sjukdomen kan mutera till något som inte längre kan botas med medicin. Utan rätt medicin kan en sjukdom vara en patients död. Om deras kropp är motståndskraftig mot ett visst antal läkemedel, blir rätt medicin svårare och svårare att hitta. Att inte slutföra hela den föreskrivna antibiotikakuren är också ett exempel på resistens som gör att bakterierna mot vilka antibiotikan tas att utvecklas och fortsätta spridas i kroppen. När hela dosen av medicinen inte kommer in i kroppen och utför sitt rätta jobb, kommer bakterierna som överlever den initiala dosen att fortsätta att fortplanta sig. Detta kan leda till ytterligare en sjukdom senare som kommer att bli svårare att bota eftersom de inblandade bakterierna kommer att vara resistenta mot den första medicinen som används. Att ta hela den medicin som ordineras är ett viktigt steg för att undvika antibiotikaresistens.

Individer med kroniska sjukdomar, särskilt de som kan återkomma under en livstid, löper större risk för antibiotikaresistens än andra. Detta beror på att överanvändning av ett läkemedel eller för hög dos kan orsaka att en patients immunsystem försvagas och sjukdomen kommer att utvecklas och växa sig starkare. Till exempel kommer cancerpatienter att behöva en starkare och starkare dos av medicin på grund av deras lågt fungerande immunsystem.

Tidskrifter

Vissa vetenskapliga tidskrifter specialiserar sig uteslutande på evolutionär biologi som helhet, inklusive tidskrifterna Evolution , Journal of Evolutionary Biology och BMC Evolutionary Biology . Vissa tidskrifter täcker underspecialiteter inom evolutionsbiologi, såsom tidskrifterna Systematic Biology , Molecular Biology and Evolution och dess systertidskrift Genome Biology and Evolution , och Cladistics .

Andra tidskrifter kombinerar aspekter av evolutionsbiologi med andra relaterade områden. Till exempel Molecular Ecology , Proceedings of the Royal Society of London Series B, The American Naturalist och Theoretical Population Biology överlappat med ekologi och andra aspekter av organismbiologi. Överlappning med ekologi är också framträdande i översiktstidskrifterna Trends in Ecology and Evolution och Annual Review of Ecology, Evolution och Systematics . Tidskrifterna Genetics och PLoS Genetics överlappar med molekylärgenetiska frågor som inte är uppenbart evolutionära till sin natur.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Evolutionary_biology&oldid=1141364294 "