進化発生生物学

発生過程の変化がどのように体形の進化的変化を生み出すのか、そして共通の遺伝子ツールキットが動物の多様性をどのように形成するのか。

Definition

進化発生生物学は、発生過程とそれを制御する遺伝子が進化の時間を通じてどのように変化して形態の違いを生み出すのか、そしてこれらの過程が形態進化をどのように制約し、可能にするのかを研究する学問分野です。

Scope

一般にエボデボ（evo-devo）と呼ばれるこの分野は、発生と進化の関係を研究します。具体的には、発生遺伝子とその制御の改変がどのように新しい形態を生み出すのか、動物全体で共有される保存された発生ツールキットによって明らかにされる深層ホモロジー、進化的変化を方向付け、可能にする制約と可塑性、そして発生タイミングの変化の役割を扱います。この分野は、発生遺伝学を比較生物学および進化生物学と統合します。

Sub-topics

• Cis-Regulatory Evolution
• Deep Homology and Toolkit Genes
• Developmental Constraint and Plasticity
• Heterochrony and Developmental Timing

Core questions

• 発生の変化はどのように体形の進化的変化を生み出すのか？
• なぜ遠縁の動物が多くの発生遺伝子を共有しているのか？
• 発生過程はどのように進化的変化を制約または促進するのか？
• 発生のタイミングを変化させることは形態をどのように再形成するのか？

Key theories

保存された発生遺伝子ツールキット

動物は発生をパターン形成する共通の調節遺伝子セットを共有しており、そのため多くの形態進化は、新しい遺伝子を発明するのではなく、これらの保存された遺伝子がどのように、どこで展開されるかの変化から生じます。

形態の調節（シス制御）進化

発生遺伝子がいつ、どこで発現するかを制御する調節DNAの変化は、形態進化の主要な源であり、タンパク質自体を保存しながら形態を変化させることができます。

Mechanisms

形態の進化的変化は、新しい遺伝子から生じるというよりも、保存された一連の発生調節因子の展開を変化させることによって生じることが多いです。シス制御エレメントの変異は、発生遺伝子がいつ、どこで、どの程度強く発現するかを変化させ、その遺伝子の他の役割を妨げることなく構造を改変することができます。Hoxクラスターを含む同じツールキット遺伝子は、広範に異なる動物の体をパターン形成し、直接的に同じ器官として遺伝されたものではない構造の根底に類似の遺伝子が存在するという深層ホモロジーを生み出します。また、発生は制約を課します（一部の変異体は生成が困難です）が、発生可塑性により、生物は環境に応じて代替形態を生成することができ、これら両方が進化がたどる経路を形成します。

Clinical relevance

エボデボは、体構造の起源と、破壊されると先天性異常を引き起こす保存された経路を解明し、ヒトの発生と奇形に対する進化的文脈を提供します。この項目は教育的なものであり、臨床的なガイダンスではありません。

History

ホメオボックス遺伝子が門を越えて体軸をパターン形成するという発見に始まり、動物が保存された発生ツールキットを共有しているという認識が、発生の研究を進化論と再結合させた現代の進化発生生物学を生み出しました。

Key figures

• Sean B. Carroll
• Stephen Jay Gould
• Walter Gehring
• Edward B. Lewis

Seminal works

• carroll2005
• lewis1978
• gilbert2016

Frequently asked questions

エボデボとは何ですか？

エボデボ、または進化発生生物学は、発生の変化がどのように体形の進化的変化を生み出すのか、そして共通の発生遺伝子セットが動物の多様性をどのように形成するのかを研究します。

動物が多くの遺伝子を共有しているのに、なぜ見た目がこんなに違うのですか？

違いの多くは、全く異なる遺伝子を持っているからではなく、共有された発生遺伝子がいつ、どこでオンになるかの変化から生じます。