Evo-Devo (ewolucyjna biologia rozwoju)

The Biologia ewolucyjna rozwoju, skrótowo jak evo-devo akronimem w języku angielskim jest nową dziedziną biologii ewolucyjnej, która integruje gałąź rozwoju w ewolucji. Jednym z najbardziej obiecujących celów tej dyscypliny jest wyjaśnienie różnorodności morfologicznej Ziemi.

Nowoczesna synteza dążyła do zintegrowania teorii ewolucji Darwina poprzez dobór naturalny i mechanizmy dziedziczenia zaproponowane przez Mendla. Pominął jednak możliwą rolę rozwoju w biologii ewolucyjnej. Dlatego evo-devo powstaje przy braku integracji rozwoju w syntezie.

Rozwój biologii molekularnej osiągnął sekwencję genomów i wizualizację aktywności genetycznej, pozwalając wypełnić tę lukę w teorii ewolucji.

Zatem odkrycie genów zaangażowanych w te procesy doprowadziło do powstania evo-devo. Biolodzy rozwoju ewolucyjnego są odpowiedzialni za porównywanie genów, które regulują procesy rozwojowe w szerokim zakresie organizmów wielokomórkowych.

Indeks

• 1 Co to jest evo-devo?
• 2 Perspektywa historyczna
  • 2.1 Przed genami Hox
  • 2.2 Po genach Hox
• 3 Jakie badania evo-devo?
  • 3.1 Morfologia embriologii i porównawcze
  • 3.2 Biologia rozwoju genetycznego
  • 3.3 Eksperymentalna epigenetyka
  • 3.4 Programy komputerowe
• 4 Eco-evo-devo
• 5 referencji

Co to jest evo-devo?

Jednym z podstawowych pytań w biologii ewolucyjnej - aw ogóle w naukach biologicznych - jest to, w jaki sposób powstała niezwykła bioróżnorodność organizmów, które obecnie zamieszkują planetę.

Charakterystyczne gałęzie biologii, takie jak anatomia, paleontologia, biologia rozwoju, genetyka i genomika, dostarczają informacji, aby znaleźć odpowiedź na to pytanie. Jednak w tych dyscyplinach rozwój.

Organizmy zaczynają swoje życie jako pojedyncza komórka i poprzez procesy rozwoju tworzą struktury, które ją tworzą, nazywają się między innymi głową, nogami, ogonami..

Rozwój jest centralną koncepcją, ponieważ dzięki temu procesowi cała informacja genetyczna zawarta w organizmie przekłada się na morfologię, którą obserwujemy. Zatem odkrycie genetycznych podstaw rozwoju ujawniło, w jaki sposób zmiany w tym zakresie mogą zostać odziedziczone, dając początek evo-devo.

Evo-devo stara się zrozumieć mechanizmy, które doprowadziły do ​​ewolucji rozwoju w zakresie:

- Procesy rozwoju. Na przykład, jako nowa komórka lub nowa tkanka jest odpowiedzialna za nowe morfologie niektórych linii

- Procesy ewolucyjne. Na przykład, które ciśnienia selektywne sprzyjały ewolucji wspomnianych morfologii lub nowych struktur.

Perspektywa historyczna

Przed genami Hox

Do połowy lat osiemdziesiątych większość biologów zakładała, że ​​różnorodność form pojawiła się dzięki znaczącym zmianom w genach, które kontrolowały rozwój każdej linii.

Biolodzy wiedzieli, że dzięki genom mucha wyglądała jak mucha, a mysz jak mysz. Uważano jednak, że geny między organizmami, tak różniące się morfologicznie, powinny odzwierciedlać te fatalne różnice na poziomie genów.

Po genach Hox

Badania przeprowadzone na mutantach muszek owocowych, Drosophila, doprowadziło do odkrycia genów i produktów genowych, które biorą udział w rozwoju owada.

Te pionierskie prace Thomasa Kaufmana doprowadziły do ​​odkrycia genów Hox - osoby odpowiedzialne za kontrolowanie wzoru struktur cielesnych i tożsamości segmentów w osi przednio-tylnej. Geny te działają poprzez regulację transkrypcji innych genów.

Dzięki genomice porównawczej możemy stwierdzić, że geny te są obecne u prawie wszystkich zwierząt.

Innymi słowy, chociaż metazoany różnią się znacznie pod względem morfologii (pomyśl o robaku, nietoperzu i wielorybie), mają wspólne ścieżki rozwoju. To odkrycie było szokujące dla biologów tamtych czasów i doprowadziło do rozprzestrzeniania się nauki o evo-devo.

W ten sposób stwierdzono, że gatunki o bardzo różnych fenotypach mają bardzo małe różnice genetyczne i że mechanizmy genetyczne i komórkowe są bardzo podobne w całym drzewie życia.

Co studiuje evo-devo?

Evo-devo charakteryzuje się rozwojem wielu programów badawczych. Muller (2007) wspomina o czterech z nich, chociaż ostrzega, że ​​nakładają się na siebie.

Morfologia i embriologia porównawcza

Ten rodzaj badań ma na celu wskazanie różnic morfogenetycznych, które odróżniają prymitywne ontogeny od pochodnych. Informacje można uzupełnić tym, co znajduje się w zapisie kopalnym.

Podążając za tym tokiem myślenia, możemy scharakteryzować różne wzory ewolucji morfologicznej na dużą skalę, takie jak istnienie heterochronii.

Są to warianty, które występują w rozwoju, albo w momencie pojawienia się szybkości tworzenia się cechy.

Biologia rozwoju genetycznego

Skupia się on na ewolucji genetycznego mechanizmu rozwoju. Wśród stosowanych technik jest klonowanie i wizualizacja ekspresji genów biorących udział w regulacji.

Na przykład badanie genów Hox i jego ewolucja poprzez proces jako mutacja, duplikacja i rozbieżność.

Eksperymentalna epigenetyka

Program ten bada interakcję i dynamikę na poziomie molekularnym, komórkowym i tkankowym wpływającym na zmiany ewolucyjne. Zbadaj właściwości rozwojowe, które nie są zawarte w genomie organizmu.

Takie podejście pozwala potwierdzić, że chociaż ten sam fenotyp istnieje, można go wyrazić w różny sposób w zależności od warunków środowiskowych.

Programy komputerowe

Program ten koncentruje się na kwantyfikacji, modelowaniu i symulacji ewolucji rozwoju, w tym modelach matematycznych do analizy danych.

Eco-evo-devo

Pojawienie się evo-devo doprowadziło do powstania innych dyscyplin, które starały się kontynuować integrację różnych gałęzi biologii w teorii ewolucji, w ten sposób narodziło się eko-evo-devo.

Ta nowa gałąź poszukuje integracji koncepcji symbiozy rozwojowej, plastyczności rozwoju, zakwaterowania genetycznego i budowy nisz.

Ogólnie rzecz biorąc, symbioza rozwoju sugeruje, że organizmy są budowane częściowo dzięki interakcjom z ich środowiskiem i są trwałymi związkami symbiotycznymi z mikroorganizmami. Na przykład u kilku owadów istnienie bakterii symbiotycznych powoduje izolację reprodukcyjną.

Nie ma wątpliwości, że symbioza wywarła imponujący wpływ na ewolucję organizmów, od powstania komórki eukariotycznej do powstania samej wielokomórkowości.

W ten sam sposób plastyczność w rozwoju polega na zdolności organizmów do generowania różnych fenotypów, w zależności od środowiska. Zgodnie z tą koncepcją środowisko nie jest wyłącznie środkiem selektywnym, bez formowania fenotypu.

Referencje

1. Carroll, S. B. (2008). Evo-devo i rozwijająca się synteza ewolucyjna: genetyczna teoria ewolucji morfologicznej. Komórka, 134(1), 25-36.
2. Gilbert, S. F., Bosch, T. C., i Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: symbioza rozwojowa i plastyczność rozwojowa jako czynniki ewolucyjne. Nature Reviews Genetics, 16(10), 611.
3. Müller, G. B. (2007). Evo-devo: rozszerzenie syntezy ewolucyjnej. Natura przegląda genetykę, 8(12), 943.
4. Raff, R. A. (2000). Evo-devo: ewolucja nowej dyscypliny. Nature Reviews Genetics, 1(1), 74.
5. Sultan, S. E. (2017). Eco-Evo-Devo. W Ewolucyjna biologia rozwojowa (str. 1-13). Springer International Publishing.