Evo-Devo (Εξέλιξη της βιολογίας της ανάπτυξης)

Το Εξέλιξη της βιολογίας της ανάπτυξης, συντομογραφία κοινώς ως evo-devo από το ακρωνύμιό της στα αγγλικά, είναι ένα νέο πεδίο της εξελικτικής βιολογίας που ενσωματώνει τον κλάδο της εξέλιξης στην εξέλιξη. Ένας από τους πιο ελπιδοφόρους στόχους αυτού του κλάδου είναι να εξηγήσει τη μορφολογική ποικιλομορφία της γης.

Η σύγχρονη σύνθεση επεδίωξε να ενσωματώσει τη θεωρία της εξέλιξης του Δαρβίνου από τη φυσική επιλογή και τους μηχανισμούς κληρονομικότητας που πρότεινε ο Mendel. Εντούτοις, άφησε τον πιθανό ρόλο της ανάπτυξης στην εξελικτική βιολογία. Επομένως, το evo-devo ανακύπτει όταν δεν υπάρχει ενσωμάτωση της ανάπτυξης στη σύνθεση.

Η ανάπτυξη της μοριακής βιολογίας επέτυχε την αλληλουχία των γονιδιωμάτων και την απεικόνιση της γενετικής δραστηριότητας, επιτρέποντας την πλήρωση αυτού του κενού στην εξελικτική θεωρία.

Έτσι, η ανακάλυψη των γονιδίων που εμπλέκονται σε αυτές τις διεργασίες οδήγησε στην προέλευση του evo-devo. Οι βιολόγοι της εξελικτικής ανάπτυξης είναι υπεύθυνοι για τη σύγκριση των γονιδίων που ρυθμίζουν τις διαδικασίες ανάπτυξης σε ένα ευρύ φάσμα πολυκυτταρικών οργανισμών.

Ευρετήριο

• 1 Τι είναι το evo-devo?
• 2 Ιστορική προοπτική
  • 2.1 Πριν από τα γονίδια Hox
  • 2.2 Μετά τα γονίδια Hox
• 3 Τι μελέτες evo-devo?
  • 3.1 Μορφολογία εμβρυολογίας και συγκριτική
  • 3.2 Βιολογία της γενετικής ανάπτυξης
  • 3.3 Πειραματική επιγενετική
  • 3.4 Προγράμματα υπολογιστών
• 4 Eco-evo-devo
• 5 Αναφορές

Τι είναι το evo-devo?

Ένα από τα θεμελιώδη ερωτήματα στην εξελικτική βιολογία - και στις βιολογικές επιστήμες εν γένει - είναι το πώς προέκυψε η εξαιρετική βιοποικιλότητα των οργανισμών που ζουν τώρα στον πλανήτη.

Διακεκριμένοι κλάδοι της βιολογίας, όπως η ανατομία, η παλαιοντολογία, η βιολογία της ανάπτυξης, η γενετική και η γονιδιωματική, παρέχουν πληροφορίες για να βρουν την απάντηση σε αυτή την ερώτηση. Εντούτοις, μέσα σε αυτούς τους κλάδους, την ανάπτυξη.

Οι οργανισμοί ξεκινούν τη ζωή τους ως ένα ενιαίο κύτταρο και, μέσα από τις διαδικασίες ανάπτυξης, το σχηματισμό των δομών που το συνθέτουν, ονομάζει το ίδιο κεφάλι, πόδια, ουρές, μεταξύ άλλων..

Η ανάπτυξη είναι μια κεντρική ιδέα, διότι μέσω αυτής της διαδικασίας όλες οι γενετικές πληροφορίες που περιέχονται σε έναν οργανισμό μεταφράζονται στη μορφολογία που παρατηρούμε. Έτσι, η ανακάλυψη της γενετικής βάσης της ανάπτυξης αποκάλυψε πως οι αλλαγές σε αυτό μπορούν να κληρονομηθούν, δημιουργώντας το evo-devo.

Το Evo-devo επιδιώκει να κατανοήσει τους μηχανισμούς που οδήγησαν στην εξέλιξη της ανάπτυξης, όσον αφορά:

- Οι διαδικασίες ανάπτυξης. Για παράδειγμα, επειδή ένα νέο κύτταρο ή ένας νέος ιστός είναι υπεύθυνος για τις νέες μορφολογίες σε ορισμένες γενεές

- Οι εξελικτικές διαδικασίες. Για παράδειγμα, ποιες επιλεκτικές πιέσεις προωθούν την εξέλιξη των εν λόγω μορφολογιών ή νέων δομών.

Ιστορική προοπτική

Πριν από τα γονίδια Hox

Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του '80, οι περισσότεροι βιολόγοι υποθέτουν ότι η ποικιλομορφία σε μορφές είχε προκύψει μέσω σημαντικών αλλαγών στα γονίδια που ελέγχουν την ανάπτυξη κάθε γενεαλογίας.

Οι βιολόγοι γνώριζαν ότι μια μύγα έμοιαζε με μύγα και ένα ποντίκι σαν το ποντίκι, χάρη στα γονίδιά του. Ωστόσο, θεωρήθηκε ότι τα γονίδια μεταξύ οργανισμών τόσο διαφορετικά μορφολογικά, θα πρέπει να αντανακλούν αυτές τις αβυσματικές διαφορές στο επίπεδο των γονιδίων.

Μετά τα γονίδια Hox

Μελέτες που πραγματοποιήθηκαν σε μεταλλαγμένες μύγες φρούτων, Drosophila, οδήγησε στην ανακάλυψη γονιδίων και γονιδιακών προϊόντων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη του εντόμου.

Αυτά τα πρωτοποριακά έργα του Thomas Kaufman οδήγησαν στην ανακάλυψη των γονιδίων Hox - εκείνους που είναι υπεύθυνοι για τον έλεγχο του προτύπου των σωματικών δομών και την ταυτότητα των τμημάτων στον προ-οπίσθιο άξονα. Αυτά τα γονίδια δρουν ρυθμίζοντας τη μεταγραφή άλλων γονιδίων.

Χάρη στη συγκριτική γονιδιωματική, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτά τα γονίδια υπάρχουν σε σχεδόν όλα τα ζώα.

Με άλλα λόγια, αν και τα metazoans διαφέρουν πολύ από την άποψη της μορφολογίας (σκεφτείτε ένα σκουλήκι, ένα ρόπαλο και μια φάλαινα), μοιράζονται κοινές αναπτυξιακές διαδρομές. Αυτή η ανακάλυψη ήταν συγκλονιστική για τους βιολόγους της εποχής και οδήγησε στον πολλαπλασιασμό της επιστήμης του evo-devo.

Με αυτό τον τρόπο, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα είδη με πολύ διαφορετικούς φαινότυπους έχουν πολύ λίγες γενετικές διαφορές και ότι οι γενετικοί και κυτταρικοί μηχανισμοί είναι εξαιρετικά όμοιοι σε όλο το δέντρο της ζωής.

Τι κάνει η μελέτη του evo-devo?

Το Evo-devo χαρακτηρίζεται από την ανάπτυξη πολλαπλών ερευνητικών προγραμμάτων. Ο Muller (2007) αναφέρει τέσσερις από αυτούς, αν και προειδοποιεί ότι αλληλεπικαλύπτονται.

Μορφολογία και συγκριτική εμβρυολογία

Αυτός ο τύπος μελέτης επιδιώκει να επισημάνει τις μορφογενετικές διαφορές που διακρίνουν τις πρωτόγονες οντογένειες από τα παράγωγα. Οι πληροφορίες μπορούν να συμπληρωθούν με αυτό που υπάρχει στο αρχείο απολιθωμάτων.

Ακολουθώντας αυτή τη γραμμή σκέψης, μπορούμε να χαρακτηρίσουμε διαφορετικά πρότυπα μορφολογικής εξέλιξης σε μεγάλες κλίμακες, όπως η ύπαρξη ετεροχρονίων.

Αυτές είναι παραλλαγές που συμβαίνουν στην εξέλιξη, είτε κατά την εμφάνιση του ρυθμού σχηματισμού του χαρακτηριστικού.

Βιολογία γενετικής ανάπτυξης

Αυτή η εστίαση επικεντρώνεται στην εξέλιξη του γενετικού μηχανισμού της ανάπτυξης. Μεταξύ των τεχνικών που χρησιμοποιούνται είναι η κλωνοποίηση και η απεικόνιση της έκφρασης των γονιδίων που εμπλέκονται στη ρύθμιση.

Για παράδειγμα, η μελέτη των γονιδίων Hox και η εξέλιξή της μέσω της διαδικασίας ως μετάλλαξη, διπλασιασμό και απόκλιση.

Πειραματική επιγενετική

Αυτό το πρόγραμμα μελετά την αλληλεπίδραση και η μοριακή, κυτταρική και ιστική δυναμική επηρεάζουν τις εξελικτικές αλλαγές. Μελέτες ανάπτυξης της μελέτης που δεν περιέχονται στο γονιδίωμα του οργανισμού.

Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει να επιβεβαιωθεί ότι, αν και υπάρχει ο ίδιος φαινότυπος, μπορεί να εκφραστεί διαφορικά ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Προγράμματα υπολογιστών

Το πρόγραμμα αυτό επικεντρώνεται στην ποσοτικοποίηση, τη μοντελοποίηση και την προσομοίωση της εξέλιξης της εξέλιξης, συμπεριλαμβανομένων των μαθηματικών μοντέλων για την ανάλυση των δεδομένων.

Eco-evo-devo

Η εμφάνιση του evo-devo προκάλεσε το σχηματισμό άλλων κλάδων που επιδίωκαν να συνεχίσουν με την ενσωμάτωση διαφόρων κλάδων της βιολογίας στην εξελικτική θεωρία, έτσι γεννήθηκε το eco-evo-devo.

Αυτό το νέο υποκατάστημα επιδιώκει την ενσωμάτωση των εννοιών της συμβίωσης ανάπτυξης, της πλαστικότητας ανάπτυξης, της γενετικής στέγασης και της κατασκευής κόγχων.

Σε γενικές γραμμές, η συμβίωση της ανάπτυξης υποδηλώνει ότι οι οργανισμοί κατασκευάζονται εν μέρει χάρη στις αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον τους και είναι οι επίμονες συμβιωτικές σχέσεις με τους μικροοργανισμούς. Για παράδειγμα, σε πολλά έντομα, η ύπαρξη συμβιωτικών βακτηρίων παράγει αναπαραγωγική απομόνωση.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η συμβίωση είχε εντυπωσιακό αντίκτυπο στην εξέλιξη των οργανισμών, από την προέλευση του ευκαρυωτικού κυττάρου στην ίδια την προέλευση της πολυκύτταρης.

Με τον ίδιο τρόπο, η πλαστικότητα στην ανάπτυξη συνίσταται στην ικανότητα των οργανισμών να παράγουν διαφορετικούς φαινότυπους, ανάλογα με το περιβάλλον. Σύμφωνα με αυτή την έννοια, το περιβάλλον δεν είναι αποκλειστικά ένας επιλεκτικός παράγοντας, χωρίς επίσης να διαμορφώνει τον φαινότυπο.

Αναφορές

1. Carroll, S. Β. (2008). Evo-devo και μια εξελισσόμενη εξελικτική σύνθεση: μια γενετική θεωρία της μορφολογικής εξέλιξης. Cell, 134(1), 25-36.
2. Gilbert, S. F., Bosch, Τ. C. & Ledron-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: αναπτυξιακή συμβίωση και αναπτυξιακή πλαστικότητα ως εξελικτικοί παράγοντες. Φύση Κριτικές Γενετική, 16(10), 611.
3. Müller, G. Β. (2007). Evo-devo: επέκταση της εξελικτικής σύνθεσης. Η φύση εξετάζει τη γενετική, 8(12), 943.
4. Raff, R. Α. (2000). Evo-devo: η εξέλιξη μιας νέας πειθαρχίας. Φύση Κριτικές Γενετική, 1(1), 74.
5. Sultan, S.E. (2017). Eco-Evo-Devo. Στο Εξελικτική αναπτυξιακή βιολογία (σελ. 1-13). Springer International Publishing.