EVO-DEVO (EWOLUCYJNA BIOLOGIA ROZWOJU) - BIOLOGIA - 2026

Ewolucyjna biologia rozwoju , powszechnie skrótem Evo-Devo dla jego skrót w języku angielskim, jest to nowa dziedzina biologii ewolucyjnej gałęzi rozwojowej, która integruje w ewolucji. Jednym z najbardziej obiecujących celów tej dyscypliny jest wyjaśnienie różnorodności morfologicznej na Ziemi.

Nowoczesna synteza starała się zintegrować teorię ewolucji Darwina poprzez dobór naturalny i mechanizmy dziedziczenia zaproponowane przez Mendla. Pominął jednak możliwą rolę rozwoju w biologii ewolucyjnej. Z tego powodu evo-devo powstaje z braku integracji rozwoju w syntezie.

Źródło: Romanes, GJ; przesłane do Wikipedii przez en: User: Phlebas; autorzy strony opisu: en: User: Phlebas, en: User: SeventyThree, via Wikimedia Commons Rozwój biologii molekularnej osiągnął sekwencję genomów i wizualizację aktywności genetycznej, co pozwoliło wypełnić tę lukę w teorii ewolucji.

Tak więc odkrycie genów zaangażowanych w te procesy dało początek evo-devo. Biolodzy zajmujący się ewolucją zajmujący się rozwojem są odpowiedzialni za porównywanie genów regulujących procesy rozwojowe w wielu organizmach wielokomórkowych.

Co to jest evo-devo?

Jednym z fundamentalnych pytań biologii ewolucyjnej - i ogólnie nauk biologicznych - jest to, jak powstała niezwykła różnorodność biologiczna organizmów zamieszkujących dziś planetę.

Różne gałęzie biologii, takie jak anatomia, paleontologia, biologia rozwoju, genetyka i genomika, dostarczają informacji umożliwiających znalezienie odpowiedzi na to pytanie. Jednak w ramach tych dyscyplin rozwój wyróżnia się.

Organizmy rozpoczynają swoje życie jako pojedyncza komórka i poprzez procesy rozwojowe zachodzi formowanie się składających się na nią struktur, zwanych m.in. głową, nogami, ogonami.

Rozwój jest pojęciem centralnym, ponieważ w trakcie tego procesu cała informacja genetyczna zawarta w organizmie jest przekładana na obserwowaną przez nas morfologię. Zatem odkrycie genetycznych podstaw rozwoju ujawniło, w jaki sposób można odziedziczyć zmiany w rozwoju, dając początek evo-devo.

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

- Procesy rozwojowe. Na przykład, w jaki sposób nowa komórka lub nowa tkanka jest odpowiedzialna za nowe morfologie w pewnych liniach

- Procesy ewolucyjne. Na przykład, które naciski selektywne sprzyjały ewolucji tych nowych morfologii lub struktur.

Perspektywa historyczna

Przed genami

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

Biolodzy wiedzieli, że mucha wygląda jak mucha, a mysz, dzięki swoim genom, wygląda jak mysz. Uważano jednak, że geny między takimi odmiennymi morfologicznie organizmami muszą odzwierciedlać te fatalne różnice na poziomie genów.

Po genach

Badania mutantów muszki owocówki, Drosophila, doprowadziły do ​​odkrycia genów i produktów genów, które uczestniczą w rozwoju owada.

Te pionierskie prace Thomasa Kaufmana doprowadziły do ​​odkrycia genów Hox - odpowiedzialnych za kontrolę wzoru struktur ciała i tożsamość segmentów w osi przednio-tylnej. Te geny działają poprzez regulację transkrypcji innych genów.

Dzięki genomice porównawczej można stwierdzić, że geny te występują u prawie wszystkich zwierząt.

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

W związku z tym stwierdzono, że gatunki o bardzo różnych fenotypach mają bardzo niewiele różnic genetycznych, a mechanizmy genetyczne i komórkowe są niezwykle podobne w całym drzewie życia.

Co bada evo-devo?

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

Morfologia i embriologia porównawcza

Ten rodzaj badań ma na celu wyjaśnienie różnic morfogenetycznych, które odróżniają ontogenezę prymitywną od pochodnych. Informacje można uzupełnić o to, co znajduje się w zapisie kopalnym.

Zgodnie z tym tokiem myślenia można scharakteryzować różne wzorce ewolucji morfologicznej na dużą skalę, takie jak istnienie heterochronii.

Są to zmiany, które pojawiają się w trakcie rozwoju, albo w momencie pojawienia się, w tempie tworzenia się cechy.

Biologia rozwoju genetycznego

Podejście to koncentruje się na ewolucji genetycznej maszynerii rozwoju. Wśród zastosowanych technik jest klonowanie i wizualizacja ekspresji genów biorących udział w regulacji.

Na przykład badanie genów Hox i ich ewolucji poprzez procesy takie jak mutacja, duplikacja i dywergencja.

Eksperymentalna epigenetyka

Ten program bada interakcje i dynamikę molekularną, komórkową i tkankową wpływającą na zmiany ewolucyjne. Bada właściwości rozwojowe, które nie są zawarte w genomie organizmu.

Podejście to pozwala potwierdzić, że chociaż ten sam fenotyp istnieje, może być różnie wyrażany w zależności od warunków środowiskowych.

Programy komputerowe

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

Eco-evo-devo

Pojawienie się evo-devo dało początek innym dyscyplinom, które starały się kontynuować integrację różnych gałęzi biologii w teorii ewolucji, w ten sposób narodziło się eco-evo-devo.

Ta nowa gałąź poszukuje integracji koncepcji symbiozy rozwojowej, plastyczności rozwojowej, przystosowania genetycznego i konstrukcji nisz.

Ogólnie rzecz biorąc, symbioza rozwojowa stwierdza, że ​​organizmy są zbudowane częściowo dzięki interakcjom ze swoim środowiskiem i stanowią trwałe związki symbiotyczne z mikroorganizmami. Na przykład u różnych 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. W tej koncepcji środowisko nie jest wyłącznie czynnikiem selektywnym, bez kształtowania również fenotypu.

Bibliografia

1. Carroll, SB (2008). Evo-devo i rozszerzająca się synteza ewolucyjna: genetyczna teoria ewolucji morfologicznej. Celi, 134 (1), 25-36.
2. Gilbert, SF, Bosch, TC i Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: rozwojowa symbioza i rozwojowa plastyczność jako czynniki ewolucyjne. Nature Reviews Genetics, 16 (10), 611.
3. Müller, GB (2007). Evo - devo: rozszerzenie syntezy ewolucyjnej. Nature przegląda genetykę, 8 (12), 943.
4. Raff, RA (2000). Evo-devo: ewolucja nowej dyscypliny. Nature Reviews Genetics, 1 (1), 74.
5. Sultan, SE (2017). Eco-Evo-Devo. W Evolutionary Developmental Biology (str. 1-13). Wydawnictwo Springer International.