Ограничения и пластичность развития

Как механизмы развития ограничивают формы, которые могут эволюционировать, и позволяют организмам производить различные формы в ответ на окружающую среду.

Definition

Ограничение развития — это лимит на фенотипическую изменчивость, которую может генерировать развитие, смещающий или ограничивающий направления, по которым может идти эволюция; пластичность развития — это способность одного генотипа производить различные фенотипы в ответ на различные условия окружающей среды во время развития.

Scope

Эта тема охватывает два взаимодополняющих способа, которыми развитие формирует эволюцию: ограничения развития, которые сужают диапазон вариантов, производимых развитием, и пластичность развития (фенотипическая пластичность), способность одного генотипа генерировать различные фенотипы в зависимости от условий окружающей среды. Она также затрагивает эволюционируемость — как организация развития влияет на способность генерировать адаптивные вариации.

Core questions

• Как развитие ограничивает виды изменчивости, доступные для эволюции?
• Как один и тот же генотип может производить разные формы в разных средах?
• Как ограничения и пластичность вместе формируют эволюционные результаты?
• Как структура развития влияет на способность к эволюции?

Key concepts

• Ограничение развития
• Фенотипическая (онтогенетическая) пластичность
• Норма реакции
• Полифенизм
• Эволюционируемость

Key theories

Онтогенетическая предвзятость в эволюции

Поскольку развитие может производить одни варианты легче, чем другие, оно смещает изменчивость, доступную для отбора, поэтому структура процессов развития помогает направлять направления и пределы морфологической эволюции.

Mechanisms

Процессы развития направляют изменчивость двумя способами. Ограничения возникают, когда архитектура развития затрудняет или делает невозможным производство определенных фенотипов — например, из-за взаимозависимости ключевых процессов — поэтому изменчивость смещается в сторону одних результатов и от других. Пластичность возникает, когда программы развития реагируют на окружающую среду, позволяя одному генотипу производить ряд фенотипов, описываемых нормой реакции; у некоторых видов это приводит к дискретным альтернативным формам (полифенизм), запускаемым экологическими сигналами. Вместе ограничения и пластичность влияют на то, какие варианты доступны для естественного отбора, и, следовательно, формируют эволюционируемость — способность линий генерировать адаптивные изменения.

Clinical relevance

Взаимодействие чувствительности развития к окружающей среде и ограничений актуально для понимания того, как факторы окружающей среды во время развития влияют на последующие признаки, обеспечивая контекст для понимания онтогенетического происхождения изменчивости. Эта запись носит образовательный характер и не является клиническим руководством.

History

Дискуссии в конце двадцатого века о том, насколько развитие ограничивает и направляет эволюцию, наряду с растущим изучением развития, реагирующего на окружающую среду, вывели ограничения и пластичность в центр эволюционной биологии развития.

Key figures

• Stephen Jay Gould
• Mary Jane West-Eberhard

Seminal works

• gilbert2016
• carroll2005

Frequently asked questions

Что такое ограничение развития?

Это ограничение, налагаемое тем, как работает развитие, на виды форм тела, которые могут быть произведены, что смещает изменчивость, доступную для эволюции.

Что такое пластичность развития?

Это способность одного и того же генотипа развиваться в разные формы в зависимости от условий окружающей среды, таких как температура или диета, испытываемых во время развития.