Впервые международная группа из девяти ученых проанализировала прогресс в решении широкого круга проблем в сельском хозяйстве, медицине и управлении окружающей средой, используя подходы, учитывающие историю эволюции и вероятность быстрой адаптации к человеческой деятельности.
Исследование обнаруживает острую необходимость в более эффективном применении эволюционных подходов — например, для борьбы с проблемой роста устойчивости к антибиотикам и пестицидам. Кроме того, текущие усилия оказываются недостаточными для снижения накапливаемых затрат, связанных с хроническими заболеваниями и утратой биоразнообразия, двумя кризисами, в конечном итоге вызванными воздействием продуктов питания и окружающей среды, к которым люди и находящиеся под угрозой дикие животные плохо приспособлены.
«Эволюционные принципы дают представление о том, как бороться с некоторыми критическими угрозами, с которыми сейчас сталкивается мир», — сказал Табашник, возглавляющий отдел энтомологии UA, а также член института BIO5 UA. "Эволюционная перспектива может дать нам новые эффективные способы решения проблем — от сельскохозяйственных вредителей, патогенов, таких как вирус Эбола, до рака, устойчивости к антибиотикам и исчезающих видов."
Табашник и его коллеги из UA были в авангарде исследований, направленных на то, чтобы обеспечить фермерам устойчивую борьбу с вредителями сельскохозяйственных культур, которая снижает зависимость от инсектицидных спреев широкого спектра действия. Важным достижением в этой области является генная инженерия хлопка и кукурузы для производства белков, полученных из широко распространенной почвенной бактерии Bacillus thuringiensis, или Bt.
Bt-белки убивают некоторых насекомых-вредителей, но безвредны для большинства других существ, включая людей. Эти безвредные для окружающей среды токсины десятилетиями использовались производителями органических удобрений для опрыскивания, а с 1996 года — в искусственных культурах Bt основными фермерами.
Интеграция растений Bt-хлопка с другой тактикой возродила хлопковую промышленность Аризоны, которая была практически уничтожена инвазивными видами вредителей. В частности, стратегии убежища, основанной на принципах эволюции, приписывают предотвращение устойчивости розовых совок к Bt-хлопку в Аризоне на протяжении более десяти лет.
Убежища состоят из растений, которые не имеют гена токсина Bt и, таким образом, позволяют выжить насекомым, чувствительным к токсину. Фермеры сажают убежища рядом с культурами Bt, чтобы произвести достаточно восприимчивых насекомых, чтобы маловероятно, что два устойчивых насекомых спариваются и производят устойчивое потомство.
По словам Табашника, стратегия убежища блестяще сработала против розовой совки в Аризоне, где этот вредитель мучил фермеров, выращивающих хлопок, в течение столетия, но теперь его мало. Однако в Индии, где фермеры не сажали убежища, у розовой совки быстро выработалась устойчивость к Bt-хлопку.
«Этот конкретный успех в Аризоне может стимулировать соответствующие эволюционные решения в других регионах и других секторах», — сказал Табашник.
Согласно статье, стратегия убежища может даже дать более эффективные методы лечения рака.
Идея состоит в том, что части опухолей с низкой васкуляризацией и, следовательно, с низкой доставкой химиотерапевтических препаратов могут служить убежищами, поддерживающими линии опухолевых клеток, которые еще не стали устойчивыми к химиотерапии.
«По сравнению с типичными неудачами, когда онкологи пытаются искоренить рак пациента с помощью высоких доз лекарств, более низкие дозы могут быть более успешными, если они способствуют выживанию линий химиочувствительных клеток, которые могут вытеснить химиорезистентные линии», — пишут авторы.
Другие ученые из UA также являются лидерами в использовании эволюционных подходов к решению глобальных проблем. Исследование Майкла Вороби, профессора кафедры экологии и эволюционной биологии UA, сделало прорыв в понимании СПИДа, эпидемий гриппа и ожирения.
Исследователи из Института геномики Аризоны в UA и iPlant Cooperative расшифровали генетические коды сельскохозяйственных культур, предоставив селекционерам инструменты для создания сортов с повышенной питательной ценностью, которые лучше подходят для борьбы с изменением климата. Совсем недавно международная исследовательская группа во главе с директором AGI Родом Вингом секвенировала полный геном африканского риса.
«Применение эволюционной биологии имеет огромный потенциал, потому что оно учитывает, как нежелательные вредители или патогены могут быстро адаптироваться к нашим вмешательствам и насколько высоко ценные виды, включая человека, с другой стороны, часто очень медленно адаптируются к изменяющимся условиям окружающей среды в процессе эволюции», — говорится в исследовании. соавтор Питер Согаард Йоргенсен, биолог из Центра макроэкологии, эволюции и климата Копенгагенского университета. "Отсутствие учета таких аспектов может привести к результатам, противоположным желаемым, в результате чего вредители станут более устойчивыми к нашим действиям, люди будут более подвержены болезням, а уязвимые виды будут менее способны справляться с новыми условиями."
"Однако, чтобы добиться успеха в предотвращении таких нежелательных результатов, нам нужно извлекать уроки из успехов и достижений во всех областях, используя эволюционную биологию в качестве инструмента. В настоящее время такой координации нет », — сказал Скотт П. Кэрролл, ведущий автор и биолог Калифорнийского университета в Дэвисе и директор Института современной эволюции.
«Прикладная эволюционная биология использует принципы, общие для всех областей биологии, и из-за этого прогресс в одной области может часто давать решения в других», — заключает документ. "Новые подходы в этой развивающейся области могут быть лучше всего созданы и оценены посредством сотрудничества, которое выходит за рамки дисциплинарных границ."