Ewolucyjna biologia rozwoju (evo‑devo): mechanizmy, historia i znaczenie

Ponowne zainteresowanie ewolucją rozwoju pojawiło się po nowoczesnej syntezie ewolucyjnej (mniej więcej od 1936 do 1947 roku). Konwencjonalny pogląd był taki, że evo-devo miało niewielki wpływ na syntezę ewolucyjną, ale poniższy tekst sugeruje co innego.

Gavin de Beer

W Embryos and evolution (1930) Gavin de Beer podkreślił znaczenie heterochronii, a zwłaszcza pedomorfozy w ewolucji.

Według jego teorii pedomorfoza (zachowanie cech młodocianych w postaci dorosłej) jest ważna w ewolucji, ponieważ tkanki młodociane są względnie niezróżnicowane i zdolne do dalszej ewolucji, podczas gdy tkanki wysoko wyspecjalizowane są mniej zdolne do zmian.

Wynalazł również ideę ewolucji potajemnej, która pomogła wyjaśnić nagłe zmiany w zapisie kopalnym, które najwyraźniej kłóciły się z darwinowską stopniową teorią ewolucji.

Jeśli jakaś nowość miałaby się rozwijać stopniowo w młodocianej postaci zwierzęcia, to jej rozwój mógłby w ogóle nie pojawić się w zapisie kopalnym, ale jeśli gatunek miałby następnie przejść neotenię, w której dojrzałość płciową osiąga się w młodocianej postaci, to cecha ta pojawiłaby się nagle w zapisie kopalnym, mimo że ewoluowała stopniowo.

"W serii niezwykłych książek, które ugruntowały syntetyczną teorię ewolucji, Embriologia i ewolucja Gavina de Beera była pierwszą i najkrótszą (1930; rozszerzona i opatrzona nowym tytułem Embriony i przodkowie, 1940; wyd. 3, 1958). Na 116 stronach de Beer wprowadził embriologię do rozwijającej się ortodoksji... przez ponad czterdzieści lat książka ta zdominowała angielską myśl na temat relacji między ontogenezą a filogenezą". Stephen Gould ^s221

Stephen Jay Gould nazwał to podejście do wyjaśniania ewolucji terminalnym dodawaniem; tak jakby każdy postęp ewolucyjny był dodawany jako nowe stadium przez skrócenie czasu trwania starszych stadiów. Idea ta opierała się na obserwacjach neotenii. Została ona rozszerzona o bardziej ogólną ideę heterochronii (zmiany w czasie rozwoju) jako mechanizmu zmian ewolucyjnych.

Neoteny i człowiek

Często sugeruje się, że gatunek ludzki jest, przynajmniej do pewnego stopnia, przykładem neotenii. Te cechy dorosłych ludzi różnią się od cech dorosłych małp człekokształtnych, ale są bardziej podobne do cech młodocianych małp człekokształtnych:

Oto niektóre z cech neotenicznych u ludzi: spłaszczona twarz, poszerzona twarz, duży mózg, bezwłose ciało, bezwłosa twarz, mały nos, redukcja grzbietu brwiowego, małe zęby, mała górna szczęka (szczęka), mała dolna szczęka (żuchwa), cienkość kości czaszki, kończyny proporcjonalnie krótkie w porównaniu z długością tułowia, dłuższa noga niż długość ramienia, większe oczy i wyprostowana postawa.

Jeszcze bardziej znaczący jest sposób, w jaki ludzie kontynuują naukę i zabawę w dorosłym życiu, podczas gdy u małp (i innych ssaków) ten rodzaj zachowania jest zwykle wykazywany tylko w wieku młodzieńczym. To silnie sugeruje, że aktywność naszego mózgu jest, przynajmniej w tym zakresie, bardziej podobna do małp młodocianych niż do małp dorosłych.

E.B. Lewis

Współczesne zainteresowanie evo-devo wynika z wyraźnego dowodu, że rozwój jest ściśle kontrolowany przez specjalne systemy genetyczne z udziałem genów hox.

W serii eksperymentów na muszce owocowej Drosophila, Edwardowi B. Lewisowi udało się zidentyfikować kompleks genów, których białka wiążą się z regionami regulatorowymi genów docelowych. Te z kolei aktywuj± lub represjonuj± systemy procesów komórkowych, które decyduj± o ostatecznym rozwoju organizmu.

Co więcej, sekwencja tych genów kontrolnych wykazuje współliniowość: kolejność loci w chromosomie odpowiada kolejności, w jakiej loci ulegają ekspresji w segmentach wzdłuż ciała. Nie tylko to, ale ten klaster głównych genów kontrolnych programuje rozwój wszystkich organizmów wyższych.

Każdy z tych genów zawiera homeobox, niezwykle konserwowaną sekwencję DNA, która jest podobna u wielu różnych zwierząt. To sugeruje, że kompleks sam powstał przez duplikację genów. W swoim wykładzie noblowskim Lewis powiedział: "Ostatecznie, porównania [kompleksów kontrolnych] w całym królestwie zwierząt powinny dostarczyć obrazu tego, jak organizmy, jak również [geny kontrolne] ewoluowały".

W 2000 roku specjalna sekcja Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) została poświęcona evo-devo, a cały numer Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution z 2005 roku był poświęcony kluczowym tematom evo-devo, takim jak innowacje ewolucyjne i nowości morfologiczne.