Fisiología evolutiva

La fisiología evolutiva es el estudio de la evolución biológica de las estructuras y procesos fisiológicos ; es decir, la manera en que las características funcionales de los organismos han respondido a la selección natural o sexual , o han cambiado por deriva genética aleatoria a lo largo de múltiples generaciones durante la historia de una población o especie. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Es una subdisciplina tanto de la fisiología como de la biología evolutiva . Los profesionales en este campo provienen de diversas disciplinas, incluyendo fisiología, biología evolutiva, ecología y genética .

En consecuencia, el rango de fenotipos estudiados por los fisiólogos evolutivos es amplio, incluyendo rasgos de historia de vida , comportamiento, desempeño del organismo completo, ^{[ 4 ] [ 5 ]} morfología funcional , biomecánica , anatomía , fisiología clásica, endocrinología , bioquímica y evolución molecular . El campo está estrechamente relacionado con la fisiología comparada , la ecofisiología y la fisiología ambiental , y sus hallazgos son una preocupación importante de la medicina evolutiva . Una definición que se ha ofrecido es "el estudio de la base fisiológica de la aptitud , es decir, la evolución correlacionada (incluyendo restricciones y compensaciones ) de la forma y función fisiológicas asociadas con el ambiente, la dieta, la homeostasis , la gestión de la energía, la longevidad y la mortalidad y características de la historia de vida ". ^{[ 6 ]}

Los orígenes de la fisiología evolutiva se remontan a la biología rusa de principios del siglo XX. En 1914, el zoólogo AN Severtsov publicó un trabajo sobre la morfología evolutiva de los sistemas de órganos, que vinculaba la función fisiológica con la evolución adaptativa. ^{[ 7 ]} Severtsov y sus estudiantes desarrollaron una tradición soviética de integración de la fisiología, la morfología y la teoría evolutiva, que influyó en estudios posteriores de adaptación tanto en plantas como en animales. ^{[ 8 ]} Como su nombre lo indica, la fisiología evolutiva es el producto de la fusión entre dos disciplinas científicas distintas. Según Garland y Carter, ^{[ 3 ]} la fisiología evolutiva surgió a finales de la década de 1970, tras los debates sobre el estado metabólico y termorregulador de los dinosaurios (véase fisiología de los dinosaurios ) y los 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 indirectos 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, incluyendo la ecología fisiológica y la fisiología comparada . Un volumen de 1987 titulado Nuevas direcciones en fisiología ecológica ^{[ 9 ]} tenía poca ecología ^{[ 10 ]} pero un énfasis considerable en temas evolutivos. Generó un debate vigoroso, y en pocos años la Fundación Nacional de Ciencias había creado un panel titulado Fisiología ecológica y evolutiva .

Poco después, los experimentos de selección y la evolución experimental se volvieron cada vez más comunes en la fisiología evolutiva. La macrofisiología surgió como una subdisciplina en la que los investigadores intentan identificar patrones a gran escala en rasgos fisiológicos (por ejemplo, patrones de covariación con la latitud ) y sus implicaciones ecológicas. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

Más recientemente, se ha argumentado la importancia de la fisiología evolutiva desde la perspectiva de los análisis funcionales, la epigenética y una síntesis evolutiva extendida . ^{[ 14 ]} El crecimiento de la fisiología evolutiva también se refleja en el surgimiento de subdisciplinas, como la biomecánica evolutiva ^{[ 15 ] [ 16 ]} y la endocrinología evolutiva , ^{[ 17 ] [ 18 ]} que abordan preguntas híbridas como "¿Cuáles son los mecanismos endocrinos más comunes que responden a la selección sobre el comportamiento o los rasgos de la historia de vida?" ^{[ 19 ]}

Como disciplina científica híbrida, la fisiología evolutiva proporciona algunas perspectivas únicas. Por ejemplo, la comprensión de los mecanismos fisiológicos puede ayudar a determinar si un patrón particular de variación o covariación fenotípica (como una relación alométrica ) representa lo que posiblemente podría existir o simplemente lo que la selección ha permitido. ^{[ 3 ] [ 20 ] [ 21 ]} De manera similar, un conocimiento profundo de los mecanismos fisiológicos puede mejorar enormemente la comprensión de las posibles razones de las correlaciones y restricciones evolutivas en comparación con lo que es posible para muchos de los rasgos que suelen estudiar los biólogos evolutivos (como la morfología ).

Entre las áreas importantes de investigación actual se incluyen:

• El desempeño del organismo como fenotipo central (por ejemplo, medidas de velocidad o resistencia en la locomoción animal ).
• El papel del comportamiento en la evolución fisiológica
• Bases fisiológicas y endocrinológicas de la variación en los rasgos del ciclo vital (por ejemplo, tamaño de la nidada ).
• Importancia funcional de la evolución molecular
• Base genómica de la adaptación ^{[ 22 ]}
• Grado en que las diferencias entre especies son adaptativas
• Fundamentos fisiológicos de los límites de los rangos geográficos
• Variación geográfica en la fisiología ^{[ 23 ]}
• El papel de la selección sexual en la configuración de la evolución fisiológica.
• Magnitud de la "señal filogenética" en 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 explicación de las diferencias individuales, poblacionales y de especies ^{[ 24 ]}
• Base mecanicista de las compensaciones y limitaciones en la evolución (por ejemplo, la supuesta limitación de Carrier en la capacidad de correr y respirar).
• Límites en la tasa metabólica sostenida ^{[ 25 ]}
• Origen de las relaciones de escala alométricas o leyes alométricas (y la llamada teoría metabólica de la ecología ).
• Variación individual (véase también psicología de las diferencias individuales )
• Importancia funcional de los polimorfismos bioquímicos
• Análisis de la variación fisiológica mediante genética cuantitativa
• Paleofisiología ^{[ 26 ]} y la evolución de la endotermia ^{[ 27 ] [ 28 ]}
• Fisiología adaptativa humana
• medicina darwiniana
• Evolución de los antioxidantes dietéticos

• Selección artificial y evolución experimental ^{[ 29 ] [ 30 ]} video de la rueda del ratón en movimiento
• Análisis y manipulaciones genéticas ^{[ 3 ]}
• Medición de la selección en la naturaleza ^{[ 31 ]}
• Plasticidad fenotípica y manipulación ^{[ 3 ]}
• Comparaciones basadas en la filogenia ^{[ 32 ]}
• Mediciones con agua doblemente marcada de las necesidades energéticas de los animales en estado de libertad.

En Estados Unidos, la investigación en fisiología evolutiva es financiada principalmente por la Fundación Nacional de Ciencias . Varias sociedades científicas cuentan con secciones que abarcan la fisiología evolutiva, entre ellas:

• Sociedad Americana de Fisiología: "Integrando las ciencias de la vida desde la molécula hasta el organismo".
• Sociedad de Biología Integrativa y Comparativa
• Sociedad de Biología Experimental

• naturalista estadounidense
• Bioquímica y fisiología comparadas
• Fisiología integral
• Ecología
• Evolution archivado el 25/04/2006 en la Wayback Machine.
• Ecología funcional
• Biología integrativa y comparativa
• Revista de Fisiología Comparada
• Revista de Bioquímica y Fisiología Evolutiva
• Revista de Biología Evolutiva
• Revista de Biología Experimental
• Fisiología Ecológica y Evolutiva (anteriormente Zoología Fisiológica y Bioquímica )

• Personas, laboratorios y programas en fisiología evolutiva
• Biología de Sistemas Evolutivos - Algunos Artículos Importantes
• Colección especializada en zoología fisiológica y bioquímica : compensaciones en fisiología ecológica y evolutiva.