Эволюция жизненного цикла

Теория жизненного цикла объясняет эволюцию графика роста, размножения и смерти как результат действия естественного отбора на компромиссы между компонентами приспособленности.

Definition

Эволюция жизненного цикла — это исследование того, как естественный отбор формирует время и величину инвестиций организма в рост, размножение и выживание на протяжении всей его жизни. Она рассматривает признаки жизненного цикла как адаптации, которые максимизируют приспособленность с учетом физиологических и экологических компромиссов.

Scope

Эта тема охватывает ключевые признаки жизненного цикла: возраст и размер при наступлении зрелости, количество и размер потомства, репродуктивное усилие и продолжительность жизни, компромиссы, которые их связывают, оптимизацию репродуктивного успеха на протяжении всей жизни и эволюционную теорию старения.

Core questions

• Какие компромиссы ограничивают эволюцию признаков жизненного цикла?
• Как отбор оптимизирует возраст и размер при наступлении зрелости и количество потомства?
• Почему эволюционирует старение, а не бесконечное выживание?
• Как факторы окружающей среды, такие как риск смертности, формируют стратегии жизненного цикла?

Key theories

Компромиссы и оптимизация жизненного цикла

Поскольку ресурсы конечны, увеличение инвестиций в один компонент приспособленности уменьшает другие, поэтому отбор оптимизирует график распределения, который максимизирует репродуктивный успех на протяжении всей жизни в данной среде.

Эволюционная теория старения

Старение эволюционирует, потому что сила отбора ослабевает с возрастом, позволяя накапливаться вредоносным мутациям с поздним проявлением и способствуя распространению аллелей, которые усиливают раннее размножение ценой более позднего выживания (антагонистическая плейотропия).

Mechanisms

Признаки жизненного цикла эволюционируют в условиях компромиссов, поскольку энергия и время, выделенные на одну функцию, недоступны для другой, например, затраты на размножение снижают будущую выживаемость. Модели оптимизации предсказывают возраст и размер при наступлении зрелости, размер кладки и репродуктивное усилие, которые максимизируют приспособленность с учетом графиков смертности и роста. Высокая внешняя смертность способствует раннему созреванию и высокому репродуктивному усилию, в то время как низкая смертность способствует отсроченному размножению и долголетию. Старение эволюционирует, потому что отбор слабее в более позднем возрасте, что позволяет сохраняться вредоносным мутациям с поздним проявлением и способствует распространению аллелей антагонистической плейотропии, которые приносят пользу в молодости за счет старости.

Clinical relevance

Теория жизненного цикла занимает центральное место в эволюционной медицине, объясняя эволюцию старения человека, компромиссы, лежащие в основе сроков размножения и риска заболеваний, а также то, почему некоторые признаки, способствующие приспособленности в раннем возрасте, способствуют развитию заболеваний в пожилом возрасте.

History

Медавар и Уильямс разработали эволюционную теорию старения в 1950-х годах через накопление мутаций и антагонистическую плейотропию. Теория жизненного цикла была унифицирована посредством моделей оптимизации и компромиссов в 1970-1980-х годах и синтезирована Стернсом и Роффом в 1992 году.

Debates

Измерение и интерпретация компромиссов

Выявление компромиссов жизненного цикла в реальных популяциях затруднено, поскольку вариации в получении ресурсов могут маскировать основные компромиссы в распределении, что усложняет эмпирические проверки.

Key figures

• George C. Williams
• Peter Medawar
• Stephen Stearns
• Derek Roff

Seminal works

• stearns1992
• roff1992
• futuyma2017

Frequently asked questions

Почему организмы просто не размножаются как можно больше?

Потому что размножение дорого: большие инвестиции в текущее размножение обычно снижают выживаемость и будущее размножение, поэтому отбор способствует балансу, который максимизирует репродуктивный успех на протяжении всей жизни, а не мгновенный результат.

Почему организмы вообще стареют?

Поскольку сила естественного отбора снижается с возрастом, вредные мутации с поздним проявлением могут накапливаться, а гены, улучшающие раннее размножение, могут быть поддержаны, даже если они вызывают ухудшение состояния позже, что приводит к эволюции старения.