Эволюционная биология сегодня

Современное состояние эволюционной биологии

Мы живем в волнующее время для биологии. Технологический прогресс сделал сбор данных проще и дешевле, чем мы могли себе представить всего 10 лет назад. Теперь мы можем синтезировать и анализировать большие наборы данных, содержащие геномы, транскриптомы, протеомы и многомерные фенотипы. В то же время, потребность общества в результатах биологических исследований никогда не была столь велика.

Феодосий Добжанский провозгласил, что ничто не имеет смысла в биологии, кроме как в свете эволюции. Хотя заявление Добжанского иногда отвергается биологами в других областях как самореклама, последние достижения во многих областях биологии показали, что оно пророческое. Например, геномика, которая возникла в основном из молекулярной биологии, теперь пропитана эволюционной биологией. Эволюционная теория помогает объяснить наше происхождение, нашу историю и то, как мы функционируем как организмы и взаимодействуем с другими формами жизни, все из которых имеют решающее значение для понимания нашего будущего. Эволюционные подходы помогли реконструировать историю человеческой культуры, в том числе, например, историю человеческих популяций и языков. И влияние эволюционной биологии распространяется все дальше и дальше в биомедицинские исследования и небиологические области, такие как инженерия, компьютерные науки и даже система уголовного правосудия.

Проблемы эволюционной биологии

В новой биологии 21-го века определены четыре широкие проблемы для биологии:

• разработка лучших культур для питания;
• понимание и поддержание экосистемной функции и биоразнообразия в меняющемся мире;
• создание устойчивых альтернативных источников энергии;
• понимание индивидуального здоровья.

Трудно переоценить способность эволюционной биологии объяснить живой мир и наше место в нем. Многие применения эволюционной теории и методов - от разведения животных и растений до разработки вакцин и управления биологическими резервами и исчезающими видами - влияют на общество и способствуют благосостоянию человека. Большая часть человеческой деятельности, однако, изменяет климат и среду обитания Земли с неопределенными, но потенциально серьезными экологическими нагрузками на многие другие виды, и решения многих возникающих проблем могут потребовать понимания эволюционных взаимодействий между видами и их взаимной зависимости.

Наша способность применять эволюционные концепции к широкому кругу проблем никогда не была так велика. Изменения в доступности информации и формирующейся научной культуры, которая охватывает быстрый, открытый доступ ко многим видам информации (генной, фенотипической и экологической), а также вычислительная инфраструктура, которая может соединить эти богатые источники данных, преобразуют природу и масштаб проблем, которые могут решаться с помощью эволюционной биологии.

В следующем разделе мы кратко осветим некоторые ключевые области применения эволюционной биологии, приведем примеры новых областей исследований.

Области применения эволюционной биологии

Эволюционная медицина

Новая область эволюционной медицины утверждает, что понимание нашего эволюционного прошлого может сообщить нам о причинах загадочных распространенных заболеваний. Например, диабет и аутоиммунные заболевания, такие как астма, могут представлять собой несоответствие между эволюционной адаптацией к среде, в которой развивались люди, и текущими условиями. Кроме того, некоторые возрастные состояния, такие как рак, могут быть поняты как результат отбора для раннего размножения, когда люди сталкиваются с умиранием от болезней или хищничества в раннем возрасте. Область эволюционной медицины также связана с предложением стратегий замедления эволюции резистентности в популяциях патогенов; стратегий улучшения общественного здравоохранения и снижения частоты распространенных заболеваний; прогнозирование заболеваний, которые могут возникнуть в результате недавних сдвигов хозяина к человеку; открытие, проектирование и совершенствование лекарств и вакцин и понимание роли микробиома в здоровье человека.

Обеспечение продовольствием человеческой популяции

Одной из основных проблем по-прежнему является обеспечение питанием быстро увеличивающееся население, особенно в условиях растущей нагрузки на сельскохозяйственные системы в результате изменения климата. Зеленая революция, начиная с 1950-х годов, основывалась на селекции растений для получения более высоких урожаев и была подкреплена эволюционной теорией. В настоящее время тенденция заключается в том, чтобы полагаться на биотехнологию для введения генов устойчивости к гербицидам или травоядных токсинов, для борьбы с конкурентами культур и травоядными, соответственно, и тем самым способствовать повышению урожайности. Кроме того, эти гены устойчивости к гербицидам или токсинам могут быть переданы другим нетаргетным видам посредством гибридизации, опосредованной пыльцой, что делает их устойчивыми или токсичными. Сельское хозяйство будущего должно включать эволюционное мышление, чтобы уменьшить эволюцию сопротивления и риск вспышек патогенов. Сохранение генетического разнообразия в системах растениеводства и животноводства значительно снижает эти риски.

Поддержание биологического разнообразия

Эволюционные подходы часто применяются к сохранению видов и экосистем. Связывание пространственных данных о фенотипах, геномах и окружающей среде в филогенетическом контексте позволяет идентифицировать и назвать разнообразные формы жизни Земли. Эта связь, в свою очередь, помогает получить базовые единицы, необходимые для количественной оценки таксономического разнообразия и его сохранения. Определение филогенетических отношений между видами позволяет выявить их уникальные адаптации и дает исторический контекст для понимания того, как они возникли. В совокупности понимание распределения нынешнего биоразнообразия и его эволюционной реакции на прошлые экологические изменения имеет основополагающее значение для смягчения последствий продолжающейся утраты среды обитания и изменения климата. Учитывая скорость антропогенного изменения климата, эволюционная теория и эксперименты могут помочь предсказать уязвимость видов и тем самым улучшить стратегии сохранения.