Evo-Devo (evolucijska biologija razvoja)



The Evolucijska biologija razvoja, skrajšano običajno kot evo-devo z akronimom v angleščini je novo področje evolucijske biologije, ki združuje vejo razvoja v evoluciji. Eden najbolj obetavnih ciljev te discipline je razložiti morfološko raznolikost Zemlje.

Sodobna sinteza je poskušala združiti Darwinovo teorijo evolucije z naravno selekcijo in mehanizmi dedovanja, ki jih je predlagal Mendel. Vendar pa je izpustila možno vlogo razvoja v evolucijski biologiji. Zato se evo-devo pojavi v odsotnosti integracije razvoja v sintezi.

Razvoj molekularne biologije je dosegel zaporedje genomov in vizualizacijo genetske aktivnosti, kar je omogočilo zapolniti to vrzel v evolucijski teoriji..

Odkritje genov, ki so bili vpleteni v te procese, je povzročilo nastanek evo-devo. Biologi evolucijskega razvoja so zadolženi za primerjavo genov, ki uravnavajo razvojne procese v številnih večceličnih organizmih..

Indeks

  • 1 Kaj je evo-devo?
  • 2 Zgodovinska perspektiva
    • 2.1 Pred Hox geni
    • 2.2 Po Hox genih
  • 3 Kakšne evo-devo študije?
    • 3.1 Morfologija embriologije in primerjava
    • 3.2 Biologija genetskega razvoja
    • 3.3 Poskusna epigenetika
    • 3.4 Računalniški programi
  • 4 Eko-evo-devo
  • 5 Reference

Kaj je evo-devo?

Eno od temeljnih vprašanj v evolucijski biologiji - in v bioloških znanostih na splošno - je, kako je prišlo do izredne biotske raznovrstnosti organizmov, ki zdaj naseljujejo planet,.

Razlikovalne veje biologije, kot so anatomija, paleontologija, razvojna biologija, genetika in genomika, zagotavljajo informacije za odgovor na to vprašanje. Vendar pa je v teh disciplinah razvoj.

Organizmi začenjajo svoje življenje kot celico in skozi procese razvoja tvorijo strukture, ki jih sestavljajo, med drugim imenujejo glavo, noge, rep..

Razvoj je osrednji koncept, saj se skozi ta proces vsa genetska informacija v organizmu prevede v morfologijo, ki jo opazujemo. Tako je odkritje genetske osnove razvoja pokazalo, kako lahko podedujemo spremembe v tem, kar povzroča evo-devo.

Evo-devo želi razumeti mehanizme, ki so privedli do razvoja razvoja, v smislu:

- Procesi razvoja. Na primer, nova celica ali novo tkivo je odgovorno za nove morfologije v določenih rodovih

- Razvojni procesi. Na primer, kateri selektivni pritiski so spodbujali razvoj omenjenih morfologij ali novih struktur.

Zgodovinska perspektiva

Pred genoma Hox

Do sredine osemdesetih let je večina biologov domnevala, da je raznolikost v oblikah nastala s pomembnimi spremembami v genih, ki so nadzorovali razvoj vsake linije..

Biologi so vedeli, da muha zgleda kot muha in miša kot miš, zahvaljujoč svojim genom. Vendar pa je bilo mišljeno, da morajo geni med organizmi, ki so tako različni morfološko, odsevati te nesrečne razlike na ravni genov..

Po genih Hox

Študije, opravljene na mutantih sadne mušice, Drosophila, vodila do odkritja genov in genskih produktov, ki so vključeni v razvoj žuželke.

Ta pionirska dela Thomasa Kaufmana so pripeljala do odkritja genov Hox - tisti, ki so odgovorni za nadzor vzorca telesnih struktur in identiteto segmentov v antero-posteriorni osi. Ti geni delujejo tako, da regulirajo transkripcijo drugih genov.

Zaradi primerjalne genomike lahko sklepamo, da so ti geni prisotni pri skoraj vseh živalih.

Z drugimi besedami, čeprav se metazoji v morfologiji zelo razlikujejo (pomislite na črva, netopirja in kita), imajo skupne razvojne poti. To odkritje je šokiralo biologe tega časa in povzročilo širjenje znanosti o evo-devo.

Na ta način je bilo ugotovljeno, da imajo vrste z zelo različnimi fenotipi zelo malo genetskih razlik in da so genetski in celični mehanizmi zelo podobni po vsem drevesu življenja..

Kaj je študija evo-devo?

Za Evo-devo je značilen razvoj več raziskovalnih programov. Muller (2007) omenja štiri od njih, čeprav opozarja, da se prekrivajo.

Morfologija in primerjalna embriologija

Ta vrsta študije želi poudariti morfogenetske razlike, ki razlikujejo primitivne ontogeneje od derivatov. Informacije se lahko dopolnijo s tem, kar najdemo v fosilnih zapisih.

V skladu s to miselnostjo lahko označimo različne vzorce morfološke evolucije pri velikih lestvicah, kot je obstoj heterochronies..

Gre za spremembe, ki se pojavljajo v razvoju, bodisi v času pojavljanja v stopnji oblikovanja lastnosti.

Biologija genetskega razvoja

Osredotoča se na razvoj genetskega mehanizma razvoja. Med uporabljenimi tehnikami je kloniranje in vizualizacija izražanja genov, vključenih v regulacijo.

Na primer, študija genov Hox in njegov razvoj skozi proces kot mutacija, podvajanje in divergenca.

Eksperimentalna epigenetika

Ta program preučuje interakcijo in molekularno, celično in tkivno dinamiko na evolucijske spremembe. Raziskujte razvojne lastnosti, ki niso v genomu organizma.

Ta pristop omogoča, da se potrdi, da čeprav obstaja isti fenotip, se lahko izrazi različno glede na okoljske razmere.

Računalniški programi

Ta program se osredotoča na kvantifikacijo, modeliranje in simulacijo razvojnega razvoja, vključno z matematičnimi modeli za analizo podatkov.

Eko-evo-devo

Nastanek evo-devo je povzročil nastanek drugih disciplin, ki so želele nadaljevati z vključevanjem različnih vej biologije v evolucijsko teorijo, zato se je rodil eko-evo-devo.

Ta nova podružnica si prizadeva za integracijo konceptov razvojne simbioze, razvojne plastičnosti, genetske namestitve in izgradnje niše.

V splošnem simbioza razvoja nakazuje, da so organizmi delno konstruirani zaradi interakcije z okoljem in so vztrajni simbiotični odnosi z mikroorganizmi. Na primer, pri številnih žuželkah prisotnost simbiotičnih bakterij proizvaja reproduktivno izolacijo.

Nobenega dvoma ni, da je simbioza imela impresiven vpliv na razvoj organizmov, od izvora evkariontske celice do izvora večceličnosti..

Na enak način plastičnost v razvoju obsega sposobnost organizmov, da ustvarjajo različne fenotipe, odvisno od okolja. V skladu s tem konceptom okolje ni izključno selektivno sredstvo, ne da bi se oblikoval fenotip.

Reference

  1. Carroll, S. B. (2008). Evo-devo in širjenje evolucijske sinteze: genetska teorija morfološkega razvoja. Cell, 134(1), 25-36.
  2. Gilbert, S.F., Bosch, T.C., & Ledón-Rettig, C. (2015). Eko-Evo-Devo: razvojna simbioza in razvojna plastičnost kot evolucijski dejavniki. Nature Reviews Genetics, 16(10), 611.
  3. Müller, G. B. (2007). Evo-devo: razširitev evolucijske sinteze. Narava pregleduje genetiko, 8(12), 943.
  4. Raff, R. A. (2000). Evo-devo: razvoj nove discipline. Nature Reviews Genetics, 1(1), 74.
  5. Sultan, S. E. (2017). Eko-Evo-Devo. V Evolucijska razvojna biologija (str. 1-13). Springer International Publishing.