Ево-Дево (Еволюційна біологія розвитку)

The Еволюційна біологія розвитку, скорочено зазвичай як evo-devo її абревіатурою на англійській мові, є новим полем еволюційної біології, що інтегрує галузь розвитку в еволюцію. Одним з найбільш перспективних завдань цієї дисципліни є пояснення морфологічного різноманіття землі.

Сучасний синтез прагнув інтегрувати теорію еволюції Дарвіна шляхом природного відбору і механізмів успадкування, запропонованих Менделем. Проте, вона виключила можливу роль розвитку в еволюційній біології. Тому ево-дево виникає при відсутності інтеграції розвитку в синтезі.

Розвиток молекулярної біології досягло послідовності геномів і візуалізації генетичної активності, дозволяючи заповнити цей пробіл в теорії еволюції..

Таким чином, відкриття генів, що беруть участь у цих процесах, породило походження ево-дево. Біологи еволюційного розвитку відповідають за порівняння генів, які регулюють процеси розвитку в широкому спектрі багатоклітинних організмів.

Індекс

• 1 Що таке ево-дево?
• 2 Історична перспектива
  • 2.1 Перед генами Hox
  • 2.2 Після генів Hox
• 3 Які дослідження evo-devo?
  • 3.1 Ембріологічна морфологія та порівняльна
  • 3.2 Біологія генетичного розвитку
  • 3.3 Експериментальна епігенетика
  • 3.4 Комп'ютерні програми
• 4 Еко-ево-дево
• 5 Посилання

Що таке ево-дево?

Одним з фундаментальних питань еволюційної біології - і в біологічних науках загалом - є те, як відбулося надзвичайне біорізноманіття організмів, які зараз населяють планету..

Відмінні гілки біології, такі як анатомія, палеонтологія, біологія розвитку, генетика та геноміка, надають інформацію для пошуку відповіді на це питання. Однак у рамках цих дисциплін розвивається.

Організми починають своє життя як єдина клітина і, через процеси розвитку, формування структур, які її складають, називають себе головою, ногами, хвостами, серед інших..

Розвиток є центральним поняттям, оскільки через цей процес вся генетична інформація, що міститься в організмі, переводиться в морфологію, яку ми спостерігаємо. Таким чином, відкриття генетичної основи розвитку показало, як зміни у цьому можуть бути успадковані, що призводить до ево-дево.

Evo-devo прагне зрозуміти механізми, які призвели до еволюції розвитку, з точки зору:

- Процеси розвитку. Наприклад, як нова клітина або нова тканина відповідає за нові морфології в певних лініях

- Еволюційні процеси. Наприклад, які селективні тиски сприяли еволюції зазначених морфологій або нових структур.

Історична перспектива

Перед генами Hox

До середини 1980-х років більшість біологів припускали, що різноманітність форм виникла через значні зміни в генах, які контролювали розвиток кожної лінії.

Біологи знали, що муха виглядала як муха, а миша, як миша, завдяки своїм генам. Однак вважалося, що гени між різними морфологічними організмами повинні відображати ці глибокі відмінності на рівні генів.

Після генів Hox

Дослідження проводили на мутантів плодової мушки, Дрозофіла, призвело до відкриття генів і генних продуктів, які беруть участь у розвитку комахи.

Ці новаторські роботи Томаса Кауфмана призвели до відкриття генів Hox - ті, хто відповідає за контроль структури тілесних структур і ідентичність сегментів на передньо-задній осі. Ці гени працюють, регулюючи транскрипцію інших генів.

Завдяки порівняльній геноміці можна зробити висновок, що ці гени присутні майже у всіх тварин.

Іншими словами, хоча метазони істотно розрізняються з точки зору морфології (думайте про черв'яка, биту і кита), вони мають спільні шляхи розвитку. Це відкриття шокувало біологів того часу і призвело до поширення науки про ево-дево.

Таким чином, було зроблено висновок, що види з дуже різними фенотипами мають дуже мало генетичних відмінностей і що генетичні та клітинні механізми надзвичайно схожі по всьому дереву життя..

Що робить дослідження evo-devo?

Evo-devo характеризувався розвитком багатьох дослідницьких програм. Мюллер (2007) згадує чотири з них, хоча він попереджає, що вони накладаються один на одного.

Морфологія та порівняльна ембріологія

Цей тип дослідження прагне вказати на морфогенетичні відмінності, які відрізняють примітивні онтогенії від похідних. Ця інформація може бути доповнена тим, що міститься у записі копалин.

Дотримуючись цієї думки, ми можемо охарактеризувати різні моделі морфологічної еволюції у великих масштабах, такі як існування гетерохроній..

Це варіації, що відбуваються в процесі розвитку, або в момент появи в швидкості формування ознаки.

Біологія генетичного розвитку

Ця увага зосереджена на еволюції генетичного механізму розвитку. Серед використовуваних методів є клонування і візуалізація експресії генів, що беруть участь у регуляції.

Наприклад, вивчення генів Hox і його еволюція через процес як мутація, дублювання і розбіжність.

Експериментальна епігенетика

Ця програма вивчає взаємодію і молекулярну, клітинну і тканинну динаміку на еволюційні зміни. Вивчають властивості розвитку, які не містяться в геномі організму.

Такий підхід дозволяє підтвердити, що, хоча такий фенотип існує, він може бути виражений по-різному залежно від умов навколишнього середовища.

Комп'ютерні програми

Ця програма зосереджена на кількісному оцінці, моделюванні та моделюванні еволюції розвитку, включаючи математичні моделі для аналізу даних.

Еко-ево-дево

Поява ево-дево породило формування інших дисциплін, які прагнули продовжити інтеграцію різних галузей біології в еволюційну теорію, таким чином народився еко-ево-дево..

Ця нова галузь спрямована на інтеграцію концепцій розвитку симбіозу, розвитку пластичності, генетичного розміщення і побудови ніш.

Загалом, симбіоз розвитку свідчить про те, що організми побудовані, частково, завдяки взаємодії з їх оточенням і є стійкими симбіотичними відносинами з мікроорганізмами. Наприклад, у кількох комах існування симбіотичних бактерій виробляє репродуктивну ізоляцію.

Немає сумніву, що симбіоз справив вражаючий вплив на еволюцію організмів, від походження еукаріотичної клітини до походження самої багатоклітинності.

Так само пластичність у розвитку складається з здатності організмів генерувати різні фенотипи, залежно від навколишнього середовища. Згідно з цією концепцією, середовище не є виключно селективним агентом, без формування фенотипу.

Список літератури

1. Керролл, С. Б. (2008). Ево-дево і розширюється еволюційний синтез: генетична теорія морфологічної еволюції. Cell, 134(1), 25-36.
2. Gilbert, S.F., Bosch, T.C., & Ledón-Rettig, C. (2015). Еко-Ево-Дево: симбіоз розвитку та пластичність розвитку як еволюційні агенти. Відгуки про природу Генетика, 16(10), 611.
3. Мюллер, Г. Б. (2007). Ево-дево: розширення еволюційного синтезу. Природа розглядає генетику, 8(12), 943.
4. Рафф Р. А. (2000). Ево-дево: еволюція нової дисципліни. Відгуки про природу Генетика, 1(1), 74.
5. Султан С. Е. (2017). Еко-Ево-Дево. В Еволюційна біологія розвитку (с. 1-13). Міжнародне видавництво Springer.