HETEROCHRONIE: PERAMORFOZA I PEDOMORFOZA (Z PRZYKŁADAMI) - BIOLOGIA - 2025

W heterochronies to zestaw kluczowych zmian morfologicznych - w makroewolucji - zmiany, które występują lub uzgodnień dotyczących prędkości i czasu rozwoju. Są podzielone na dwie duże rodziny: pedomorfozę i peramorfozę.

Pierwsza, pedomorfoza, odnosi się do zachowania przez dorosłego młodzieńczego wyglądu, jeśli porównamy go z gatunkiem przodka. W przeciwieństwie do tego, w peramorfozie (znanej również jako rekapitulacja) dorośli wykazują przesadne cechy u gatunków potomnych.

Źródło: Ja, mężczyzna Drow

Każda z tych rodzin heterochronii ma z kolei trzy mechanizmy wyjaśniające istnienie wspomnianych wzorców. W przypadku pedomorfozy są one progenezą, neotenią i post-przemieszczeniem, podczas gdy mechanizmy peramorfozy to hipermorfoza, przyspieszenie i pre-przemieszczenie.

Obecnie zrozumienie związku między wzorcami rozwoju a ewolucją jest jednym z najbardziej ambitnych celów biologów i dlatego narodziła się dyscyplina „evo-devo”. Heterochronie to kluczowa koncepcja w tej branży.

Co to są heterochronie?

Tradycyjnie mówi się zwykle o dwóch poziomach zmian w biologii ewolucyjnej, mikroewolucji i makroewolucji. Pierwsza jest szeroko badana i stara się zrozumieć zmiany zachodzące w częstości alleli u członków populacji.

Z drugiej strony, zgodnie z kursem walutowym, makroewolucja implikuje akumulację zmian na poziomie mikroewolucyjnym, które prowadzą do dywersyfikacji. Słynny paleontolog i biolog ewolucyjny SJ Gould wskazuje na dwa główne sposoby, w jakie mogą zachodzić zmiany makroewolucyjne: innowacje i heterochronie.

Heterochronie to cały zbiór wariacji, które zachodzą podczas rozwoju ontogenetycznego jednostki, w zakresie czasu pojawienia się postaci lub tempa jej powstawania. Ta zmiana ontogenetyczna ma konsekwencje filogenetyczne.

W świetle biologii ewolucyjnej heterochronie służą do wyjaśniania szerokiego zakresu zjawisk i funkcjonują jako pojęcie, które jednoczy model wyjaśniający różnorodność ze zjawiskami związanymi z rozwojem.

Dziś koncepcja zyskała dużą popularność i badacze stosują ją na różnych poziomach - nie rozumie już wyłącznie morfologii - w tym na poziomie komórkowym i molekularnym.

Na jakim poziomie występują heterochronie?

Porównanie ustalone w heterochroniach dokonywane jest na podstawie potomków w porównaniu z ich przodkami. Innymi słowy, potomkowie grupy porównuje się do grupy zewnętrznej. Zjawisko to może występować na różnych poziomach - nazwijmy to populacją lub gatunkiem.

Przykładowo zdajemy sobie sprawę, że w naszych populacjach nie wszystkie zjawiska rozwojowe występują w tym samym czasie u wszystkich osób: wiek zmieniających się zębów nie jest jednorodny w populacji, podobnie jak wiek pierwszej miesiączki u dziewcząt. .

Kluczowym czynnikiem jest ramy czasowe zastosowane w badaniu. Zaleca się, aby było to czasowo ograniczone badanie blisko spokrewnionej grupy.

Odwrotnie, zostaną podkreślone porównania na wyższych poziomach (na przykład podklasy) przy użyciu przybliżonego próbkowania okresów i ujawnią punktowane wzorce różnic, których nie można wykorzystać do wnioskowania o procesach.

Jak się ich uczy?

Najprostszym i najszybszym sposobem wskazania potencjalnych wydarzeń ewolucyjnych, które można wyjaśnić heterochroniami, jest obserwacja i analiza zapisu kopalnego. Chodzi o to, aby móc rozpoznać zmiany, które zaszły pod względem rozmiaru i wieku.

Z punktu widzenia paleontologów heterochronie są kluczowymi procesami pozwalającymi zrozumieć ewolucję pewnej grupy i móc prześledzić relacje filogenetyczne między nimi.

Procesy ontogenetyczne wpływające na tempo wzrostu

Pedormofoza

Pedomorfoza występuje, gdy dorosłe formy wykazują typowe cechy lub cechy osobników młodocianych.

Istnieją trzy zdarzenia, które mogą prowadzić do pedomorfozy. Pierwszym jest progeneza, w której skraca się czas powstania cechy, zwykle spowodowany postępem w dojrzałości płciowej.

Z drugiej strony, neotonia ogranicza tempo zmian w rozwoju ontogenetycznym. Dlatego młodzieńcze cechy są zachowane u osoby dorosłej. Wreszcie, post-wysiedlenie wiąże się z rozwojem cechy o późnym początku.

Peramorfoza

Peramorfoza to przesada lub przedłużenie pewnej morfologii osobnika dorosłego w porównaniu z jego przodkiem.

Podobnie jak w pedomorfozie, peramorfozę można wyjaśnić trzema zdarzeniami. Hipermorfoza obejmuje opóźnienie w osiągnięciu dojrzałości, więc organizm rośnie aż do osiągnięcia dojrzałości. Proces ten stanowi rozszerzenie procesu ontogenetycznego.

Przyspieszenie odnosi się do wzrostu kursów walut. W przeciwieństwie do poprzedniego przypadku, w przyspieszeniu wiek dojrzałości płciowej jest taki sam dla przodków i potomków. Wreszcie, pre-przemieszczenie odnosi się do najwcześniejszego początku pojawienia się cechy.

U kręgowców peramorfoza wydaje się być bardziej modelem teoretycznym niż wydarzeniem, które ma miejsce w rzeczywistości. Istnieje niewiele danych iw bardzo konkretnych przypadkach dotyczących procesu.

Przykłady

Heterochronie w rozwoju

Heterochronie można również badać na poziomie molekularnym i istnieją różne metodologie przeprowadzania tych badań.

Na przykład Kim i wsp. (2000) starali się zrozumieć heterochronie we wczesnym rozwoju różnych gatunków Drosophila - znanych jako muszki owocówki.

Wyniki sugerują, że u trzech ocenianych gatunków (D. melanogaster, D. simulans i D. pseudoobscura) dochodzi do czasowego przesunięcia trajektorii ontogenetycznej we wczesnych stadiach rozwoju. D. simulans wykazywały wcześniejsze wzorce ekspresji, następnie D. melanogaster, a na końcu i D. pseudoobscura.

Skale czasowe, w których ekspresja genów różniła się między gatunkami, wynosiła mniej niż pół godziny. Autorzy przypuszczają, że istnieją interakcje epigenetyczne między ekspresją badanych genów a synchronizacją cyklu komórkowego, które prowadzą do istniejących różnic morfologicznych między gatunkami.

Salamandry

Salamandry są klasycznym przykładem neotenii, a konkretnie gatunku Ambystoma mexicanum. Postacie dorosłe tego gatunku mają charakterystyczne skrzela, typowe dla stadiów młodocianych.

Ludzie

Spekuluje się, że morfologia człowieka jest wytworem zdarzenia neotenii. Jeśli porównamy na przykład strukturę naszej czaszki, znajdziemy więcej podobieństw z młodocianą formą naszego małpiego przodka niż z odmianami dorosłymi.

Bibliografia

1. Goswami, A., Foley, L. i Weisbecker, V. (2013). Wzorce i implikacje rozległej heterochronii w zamykaniu szwów czaszkowych u mięsożerców. Journal of evolutionary biology, 26 (6), 1294–1306.
2. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC i Garrison, C. (2001). Zintegrowane zasady zoologii. McGraw - Hill.
3. Kardong, KV (2006). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. McGraw-Hill.
4. Kim, J., Kerr, JQ i Min, GS (2000). Heterochronia molekularna we wczesnym rozwoju Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (1), 212-216.
5. Smith, KK (2003). Strzałka czasu: heterochronia i ewolucja rozwoju. International Journal of Developmental Biology, 47 (7-8), 613-621.