ЭВОЛЮЦИОННАЯ РОЛЬ ФЕНОТИПИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ

Полный текст:


Аннотация

Фенотипическая пластичность (способность одного генотипа производить разные фенотипы в зависимости от условий) играет в эволюции важную, но до сих пор слабо изученную и часто недооцениваемую роль. Как адаптивная, так и неадаптивная фенотипическая пластичность влияет на силу и направленность отбора, действующего на популяцию, и может, в зависимости от ситуации, ускорять или замедлять адаптивную эволюцию, дивергенцию и видообразование. Фенотипическая пластичность также влияет на направленность эволюции, причем направление пластических и эволюционных изменений может совпадать (генетическая ассимиляция), а может быть противоположным (генетическая компенсация). Особой формой фенотипической пластичности являются изменения фенотипа организма-хозяина, обусловленные изменениями симбиотической микробиоты. В обзоре рассмотрены основные формы фенотипической пластичности и современные данные об их влиянии на направленность и скорость эволюции. Особое внимание уделено новым экспериментальным данным, включая результаты, полученные в ходе долгосрочного эволюционного эксперимента на Drosophila melanogaster, проводимого на кафедре биологической эволюции биологического факультета МГУ. 


Об авторах

А. В. Марков
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва; Палеонтологический институт имени А.А. Борисяка РАН, Москва
Россия
Марков Александр Владимирович — доктор биологических наук, профессор РАН, заведующий кафедрой биологической эволюции биологического факультета МГУ, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института имени А.А.Борисяка РАН.


С. Б. Ивницкий
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва
Россия
Ивницкий Сергей Борисович — кандидат биологических наук, доцент кафедры биологической эволюции биологического факультета МГУ


Список литературы

1. Pfennig D.W., Wund M.A., Snell-Rood E.C., Cruickshank T., Schlichting C.D., Moczek A.P. Phenotypic plasticity’s impacts on diversification and speciation // Trends Ecol. Evol. 2010. Vol. 25. N 8. P. 459–467.

2. Scheiner S.M., Caplan R.L., Lyman R.F. The genetics of phenotypic plasticity. III. Genetic correlations and fluctuating asymmetries // J. Evolution. Biol. 1991. Vol. 4. N 1. P. 51–68.

3. Schmalhauzen I.I. Factors of evolution: The theory of stabilizing selection. Philadelphia: Blakiston Company, 1949. 327 p.

4. Waddington C.H. Genetic assimilation of acquired characters // Evolution. 1953. Vol. 7. N 2. P. 118–126.

5. Waddington C.H. Canalization of development and genetic assimilation of acquired characters // Nature. 1959. Vol. 183. N 4676. P. 1654–1655.

6. Иорданский Н.Н. Фенотипическая пластичность организмов и эволюция // Журн. общей биологии. 2009. Т. 70. № 1. С. 3–9.

7. Price T.D., Qvarnström A., Irwin D.E. The role of phenotypic plasticity in driving genetic evolution // Proc. Biol. Sci. 2003. Vol. 270. N 1523. P. 1433–1440.

8. West-Eberhard M.J. Developmental plasticity and the origin of species differences. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005. Vol. 102. N 1. P. 6543–6549.

9. Fitzpatrick B.M. Underappreciated consequences of phenotypic plasticity for ecological speciation // Int. J. Ecol. Evol. 2012. Vol. 2012. Article ID 256017.

10. Sultan S.E. Development in context: the timely emergence of eco-devo // Trends Ecol. Evol. 2007. Vol. 22. N 11. P. 575–582.

11. Gilbert S.F., Epel D. Ecological developmental biology: integrating epigenetics, medicine, and evolution. Sunderland, MA: Sinauer Associates Inc., 2008. 375 p.

12. Kawecki T.J., Lenski R.E., Ebert D., Hollis B., Olivieri I., Whitlock M.C. Experimental evolution // Trends Ecol. Evol. 2012. Vol. 27. N 10. P. 547–560.

13. Falconer D.S., Mackay T.F.C. Introducnion to quantitative genetics. London: Longman, 1996. 464 p.

14. Buskirk J., Relyea R. Selection for phenotypic plasticity in Rana sylvatica tadpoles // Biol. J. Linn. Soc. 1998. Vol. 65. N 3. P. 301–328.

15. Scheiner S.M., Callhan H.C. Measuring natural selection on phenotypic plasticity // Evolution. 1999. Vol. 53. N 6. P. 1704–1713.

16. Garland T., Jr, Kelly S.A. Phenotypic plasticity and experimental evolution // J. Exp. Biol. 2006. Vol. 209. N 12. P. 2344–2361.

17. Nonaka E., Brannstrom A., Svanback R. Assortative mating can limit the evolution of phenotypic plasticity // Evol. 2014. Vol.

18. N 6. P. 1057–1074. 18. Casanueva M.O., Burga A., Lehner B. Fitness trade-offs and environmentally induced mutation buffering in isogenic C. elegans // Science. 2012. Vol. 335. N 6064. P. 82–85.

19. Hayden E.J., Ferrada E., Wagner A. Cryptic genetic variation promotes rapid evolutionary adaptation in an RNA enzyme // Nature. 2011. Vol. 474. N 7349. P. 92–95.

20. Polak M. Developmental instability: causes and consequences. Oxford: Oxford Univ. Press, 2003. 488 p.

21. De Coster G., Van Dongen S., Malaki P., Muchane M., Alcántara-Exposito A., Matheve H., Lens L. Fluctuating asymmetry and environmental stress: understanding the role of trait history // PLoS ONE. 2013. Vol. 8. N 3. e57966.

22. Rutherford S.L., Lindquist S. HSP90 as a capacitor for morphological evolution // Nature. 1998. Vol. 396. N 6709. 336–342.

23. Queitsch C., Sangster T.A., Lindquist S. HSP90 as a capacitor of phenotypic variation // Nature. 2002. Vol. 417. N 6889. P. 618–624.

24. Rohner N., Jarosz D.F., Kowalko J.E., Yoshizawa M., Jeffery W.R., Borowsky R.L., Lindquist S., Tabin C.J. Cryptic variation in morphological evolution: HSP90 as a capacitor for loss of eyes in cavefish // Science. 2013. Vol. 342. N 6164. P. 1372–1375.

25. DeWitt T.J., Scheiner S.M. Phenotypic variation from single genotypes: a primer // Phenotypic plasticity: functional and conceptual approaches / Eds. T.J. DeWitt and S.M. Scheiner. USA, New York, NY: Oxford Univ. Press, 2004. P. 1–9.

26. Suzuki Y., Nijhout H.F. Evolution of a polyphenism by genetic accommodation // Science. 2006. Vol. 311. N 5761. P. 650–652.

27. Scheiner S.M., Holt R.D. The genetics of phenotypic plasticity. X. Variation versus uncertainty // Ecol. Evol. 2012. Vol. 2. N 4. P. 751–767.

28. Sultan S., Spencer H.G. Metapopulation structure favors plasticity over local adaptation // Am. Nat. 2002. Vol. 160. N 2. P. 271–283.

29. Crispo E. The Baldwin effect and genetic assimilation: revisiting two mechanisms of evolutionary change mediated by phenotypic plasticity // Evolution. 2007. Vol. 61. N 11. P. 2469–2479.

30. Bateman K.G. The genetic assimilation of the dumpy phenocopy // J. Genet. 1959. Vol. 56. N 3. P. 341–351.

31. Masel J. Genetic assimilation can occur in the absence of selection for the assimilating phenotype, suggesting a role for the canalization heuristic // J. Evol. Biol. 2004. Vol. 17. N 5. P. 1106–1110.

32. Phillips P.C. Waiting for a compensatory mutation: phase zero of the shifting-balance process // Genet. Res. 1996. Vol. 67. N 3. P. 271–283

33. West-Eberhard M.J. Alternative adaptations, speciation, and phylogeny // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1986. Vol. 83. N 5. P. 1388–1392.

34. Matsuda R. The evolutionary process in talitrid amphipods and salamanders in changing environments, with a discussion of “genetic assimilation” and some other evolutionary concepts // Can. J. Zool. 1982. Vol. 60. N 5. P. 733–749.

35. Smith T.B., Skúlason S. Evolutionary significance of resource polymorphisms in fishes, amphibians, and birds // Annu. Rev. Ecol. Syst. 1996. Vol. 27. P. 111–133.

36. Sharon G., Segal D., Ringo J.M., Hefetz A., ZilberRosenberg I., Rosenberg E. Commensal bacteria play a role in mating preference of Drosophila melanogaster // Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 2010. Vol. 107. N 46. P. 20051–20056.

37. Markov A.V., Naimark E.B., Yakovleva E.U. Temporal scaling of age-dependent mortality: Dynamics of aging in Caenorhabditis elegans is easy to speed up or slow down, but its overall trajectory is stable // Biochemistry (Mosc.). 2016. Vol. 81. N 8. P. 906–911.

38. Siegal M.L., Bergman A. Waddington’s canalization revisited: developmental stability and evolution // Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 2002. Vol. 99. N 16. P. 10528–10532.

39. Williams G.C. Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence // Evolution. 1957. Vol. 11. N 4. P. 398–411.

40. Hamilton W.D. The moulding of senescence by natural selection // J. Theor. Biol. 1966. Vol. 12. N 1. P. 12–45.

41. Williams P.D., Day T., Fletcher Q., Rowe L. The shaping of senescence in the wild // Trends Ecol. Evol. 2006. Vol. 21. N 8. P. 458–463.

42. Chen H., Maklakov A.A. Longer life span evolves under high rates of condition-dependent mortality // Curr. Biol. 2012. Vol. 22. N 22. P. 2140–2143.

43. Shishkin M.A. Development and lessons of // Russ. J. Dev. Biol. 2006. Vol. 37. N 3. P. 146–162.

44. Раутиан А.С. О природе генотипа и наследственности // Журн. общ. биол. 1993. Т. 54. № 2. С. 131–148.

45. Гродницкий Д.Л. Эпигенетическая теория эволюции как возможная основа нового эволюционного синтеза // Журн. общ. биол. 2001. Т. 62. № 2. С. 99–109.

46. Шишкин М.А. Эволюция как эпигенетический процесс // Современная палеонтология Т. 2. / Под ред. В.В. Меннера и В.П. Макридина. М.: Недра, 1988. С. 142–169.

47. Марков А.В., Наймарк Е.Б. Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий. М.: Corpus, 2014. 656 с.

48. Minelli A., Fusco G. Developmental plasticity and the evolution of animal complex life cycles // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 2010. Vol. 365. N 1540. P. 631–640.

49. Марков А.В., Ивницкий С.Б., Корнилова М.Б., Наймарк Е.Б., Широкова Н.Г., Перфильева К.С. Материнский эффект маскирует адаптацию к неблагоприятным условиям и затрудняет дивергенцию у Drosophila melanogaster // Журн. общ. биол. 2015. Т. 76. №6. С. 429–437

50. Grether G.F., 2005. Environmental change, phenotypic plasticity, and genetic compensation // Am. Nat. Vol. 166. N 4. P. E115–E123.

51. Reznick D.N., Shaw F.H., Rodd F.H., Shaw R.G. Evaluation of the rate of evolution in natural populations of guppies (Poecilia reticulata) // Science. 1997. Vol. 275. N 5308. P. 1934–1937.

52. Reznick D.N., Bryant M.J., Roff D., Ghalambor C.K., Ghalambor D.E. Effect of extrinsic mortality on the evolution of senescence in guppies // Nature. 2004. Vol. 431. N 7012. P. 1095–1099.

53. Ghalambor C.K., Hoke K.L., Ruell E.W., Fischer E.K., Reznick D.N., Hughes K.A. Non-adaptive plasticity potentiates rapid adaptive evolution of gene expression in nature // Nature. 2015. Vol. 525. N 7569. P. 372–375.

54. Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution // FEMS Microbiol. Rev. 2008. Vol. 32. N 5. P. 723–735.

55. Shin S.C., Kim S.H., You H., Kim B., Kim A.C., Lee K.A., Yoon J.H., Ryu J.H., Lee W.J. Drosophila microbiome modulates host developmental and metabolic homeostasis via insulin signaling // Science. 2011. Vol. 334. N 6056. P. 670–674.

56. Blum J.E., Fischer C.N., Miles J., Handelsman J. Frequent replenishment sustains the beneficial microbiome of Drosophila melanogaster // MBio. 2013. Vol. 4. N 6. e00860-13.

57. Erkosar B., Storelli G., Defaye A., Leulier F. Hostintestinal microbiota mutualism: “learning on the fly” // Cell Host Microbe. 2013. Vol. 13. N 1. P. 8–14.

58. Arbuthnott D., Rundle H.D. Misalignment of natural and sexual selection among divergently adapted Drosophila melanogaster populations // Anim. Behav. 2014. Vol. 87. P. 45–51.

59. Дмитриева А.С., Ивницкий С.Б., Марков А.В. Адаптация Drosophila melanogaster к неблагоприятному кормовому субстрату сопровождается расширением трофической ниши // Журн. общ. биологии. 2016. Т. 77. № 4. С. 249–261.

60. Bordenstein S.R., Theis K.R. Host biology in light of the microbiome: ten principles of holobionts and hologenomes // PLoS Biol. 2015. Vol. 13. N 8. e1002226.

61. Aplin L.M., Farine D.R., Morand-Ferron J., Cockburn A., Thornton A., Sheldon B.C. Experimentally induced innovations lead to persistent culture via conformity in wild birds // Nature. 2015. Vol. 518. N 7540. P. 538–541.

62. Marshall D.J., Uller T. When is a maternal effect adaptive? // Oikos. 2007. Vol. 116. N 12. P. 1957–1963.

63. Dias B.G., Ressler K.J. Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations // Nat. Neurosci. 2014. Vol. 17. N 1. P. 89–96.

64. Buffington S.A., Di Prisco G.V., Auchtung T.A., Ajami N.J., Petrosino J.F., Costa-Mattioli M. Microbial reconstitution reverses maternal diet-Induced social and synaptic deficits in offspring // Cell. 2016. Vol. 165. N 7. P. 1762–1775.

65. Krakowiak P., Walker C.K., Bremer A.A., Baker A.S., Ozonoff S., Hansen R.L., Hertz-Picciotto I. Maternal Metabolic Conditions and Risk for Autism and Other Neurodevelopmental Disorders // Pediatrics. 2012. Vol. 129. N 5. P. e1121–e1128.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Марков А.В., Ивницкий С.Б. ЭВОЛЮЦИОННАЯ РОЛЬ ФЕНОТИПИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2016;(4):3-11.

For citation: Markov A.V., Ivnitsky S.B. EVOLUTIONARY ROLE OF PHENOTYPIC PLASTICITY. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2016;(4):3-11. (In Russ.)

Просмотров: 180

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


ISSN 0137-0952 (Print)