Evolución del Desarrollo

La biología evolutiva del desarrollo, o evo-devo, estudia cómo los cambios en los programas de desarrollo generan diversidad morfológica e innovaciones evolutivas importantes.

Definition

La evolución del desarrollo es el estudio de cómo evolucionan los procesos de desarrollo y cómo su modificación produce cambios fenotípicos. Vincula el genotipo con el fenotipo al examinar cómo los cambios heredables en los genes y las redes que gobiernan el desarrollo remodelan la morfología a lo largo del tiempo evolutivo.

Scope

Este tema abarca el conjunto de herramientas genéticas conservadas que construyen los cuerpos de los animales, el papel de los cambios en la regulación génica en lugar de los genes codificadores de proteínas en la producción de la forma, los conceptos de modularidad, homología profunda y restricción del desarrollo, y cómo los cambios en el momento y el patrón del desarrollo subyacen al cambio macroevolutivo.

Core questions

• ¿Cuál es el conjunto de herramientas genéticas del desarrollo conservado compartido entre los animales?
• ¿Por qué los cambios en la regulación génica suelen ser más importantes que los cambios proteicos para la evolución morfológica?
• ¿Cómo la modularidad y la homología profunda dan forma a la evolución de los planes corporales?
• ¿Cómo la restricción del desarrollo sesga las direcciones que puede tomar la evolución?

Key theories

Conjunto de herramientas de desarrollo conservado y evolución reguladora

Un pequeño conjunto de genes reguladores profundamente conservados, como el clúster Hox, da forma a los cuerpos de los animales, y gran parte de la evolución morfológica es el resultado de cambios en cuándo y dónde se expresan estos genes, en lugar de en los propios genes.

Restricción del desarrollo y modularidad

La estructura de los sistemas de desarrollo canaliza y limita la variación disponible para la selección, por lo que la organización modular y jerárquica del desarrollo da forma a qué fenotipos pueden evolucionar.

Mechanisms

El desarrollo está controlado por redes reguladoras de genes en las que factores de transcripción y vías de señalización conservados dan forma al embrión. El cambio evolutivo con frecuencia actúa sobre elementos cis-reguladores, alterando el momento, la ubicación y el nivel de expresión génica mientras deja las proteínas intactas, lo que permite que la morfología cambie sin interrumpir funciones esenciales. La modularidad permite que partes del cuerpo evolucionen de forma semi-independiente, y la homología profunda revela que linajes distantes reutilizan los mismos circuitos genéticos antiguos para construir estructuras análogas. Las restricciones del desarrollo surgen porque no todas las variantes son posibles o viables desde el punto de vista del desarrollo, lo que sesga el suministro de variación sobre el que actúa la selección.

Clinical relevance

Las mismas vías de desarrollo estudiadas en evo-devo subyacen a las malformaciones congénitas y enfermedades humanas, por lo que la genética comparada del desarrollo informa la comprensión de los defectos de nacimiento y las capacidades regenerativas de diferentes organismos.

History

Después de ser marginal durante la síntesis moderna centrada en los genes, el pensamiento del desarrollo reingresó en la evolución con el descubrimiento de los genes homeóticos y el clúster Hox a finales del siglo XX. El reconocimiento de que los mismos genes de herramientas dan forma a diversos animales lanzó evo-devo como un campo distinto en las décadas de 1980 y 1990.

Debates

¿Cuánto dirige el desarrollo la evolución?

Existe un debate continuo sobre si los sesgos y las restricciones del desarrollo son meros filtros de la selección o desempeñan un papel más activo y director en la configuración de los resultados evolutivos, como enfatizan los defensores de una síntesis evolutiva extendida.

Key figures

• Sean B. Carroll
• Edward B. Lewis
• Christiane Nusslein-Volhard
• Stephen Jay Gould

Seminal works

• carroll2005
• futuyma2017
• ridley2004

Frequently asked questions

¿Qué es evo-devo?

Evo-devo, o biología evolutiva del desarrollo, es el estudio de cómo los cambios en los genes y procesos que controlan el desarrollo producen cambios evolutivos en la forma del cuerpo y cómo los propios sistemas de desarrollo evolucionan.

¿Por qué los cambios reguladores importan más que los cambios proteicos en la morfología?

Debido a que alterar cuándo y dónde se activa un gen puede remodelar una estructura específica sin interrumpir otras funciones esenciales del gen, las mutaciones reguladoras a menudo permiten cambios morfológicos grandes y viables.