Эволюционная биология развития
Как изменения в процессах развития порождают эволюционные изменения формы тела, и как общий генетический инструментарий формирует разнообразие животного мира.
Definition
Эволюционная биология развития — это исследование того, как процессы развития и контролирующие их гены изменяются в течение эволюционного времени, приводя к различиям в форме, и как эти процессы ограничивают и обеспечивают морфологическую эволюцию.
Scope
Эта область, обычно называемая эволюционной биологией развития (evo-devo), исследует взаимосвязь между развитием и эволюцией: как модификации генов развития и их регуляции приводят к появлению новых морфологий, глубокую гомологию, выявляемую консервативным инструментарием развития, общим для всех животных, ограничения и пластичность, которые направляют и обеспечивают эволюционные изменения, а также роль изменений в сроках развития. Она интегрирует генетику развития со сравнительной и эволюционной биологией.
Sub-topics
Core questions
- Как изменения в развитии приводят к эволюционным изменениям формы тела?
- Почему отдаленно родственные животные имеют так много общих генов развития?
- Как процессы развития ограничивают или облегчают эволюционные изменения?
- Как изменение сроков развития преобразует морфологию?
Key theories
- Консервативный генетический инструментарий развития
- Животные имеют общий набор регуляторных генов, которые формируют развитие, поэтому большая часть морфологической эволюции возникает из изменений в том, как и где используются эти консервативные гены, а не из изобретения новых генов.
- Регуляторная (цис-регуляторная) эволюция формы
- Изменения в регуляторной ДНК, которая контролирует, когда и где экспрессируются гены развития, являются основным источником морфологической эволюции, позволяя форме изменяться, сохраняя при этом сами белки консервативными.
Mechanisms
Эволюционные изменения формы часто являются результатом изменения использования консервативного набора регуляторов развития, а не появления новых генов. Мутации в цис-регуляторных элементах могут изменять место, время и интенсивность экспрессии гена развития, модифицируя структуру без нарушения других функций гена. Те же самые гены-инструменты, включая кластеры Hox, формируют тела широко дивергентных животных, создавая глубокую гомологию, при которой схожие гены лежат в основе структур, которые не наследуются напрямую как один и тот же орган. Развитие также накладывает ограничения — некоторые варианты трудно воспроизвести — в то время как пластичность развития позволяет организмам генерировать альтернативные формы в ответ на окружающую среду, и то, и другое формирует пути, по которым может идти эволюция.
Clinical relevance
Эволюционная биология развития освещает происхождение структур тела и консервативные пути, которые при нарушении вызывают врожденные аномалии, обеспечивая эволюционный контекст для развития человека и пороков развития. Данная статья носит образовательный характер и не является клиническим руководством.
History
Признание того, что животные имеют общий консервативный инструментарий развития, начавшееся с открытия того, что гомеобоксные гены формируют оси тела у разных типов, привело к появлению современной эволюционной биологии развития, которая воссоединила изучение развития с эволюционной теорией.
Key figures
- Sean B. Carroll
- Stephen Jay Gould
- Walter Gehring
- Edward B. Lewis
Related topics
Seminal works
- carroll2005
- lewis1978
- gilbert2016
Frequently asked questions
- Что такое эволюционная биология развития (evo-devo)?
- Эволюционная биология развития, или evo-devo, изучает, как изменения в развитии приводят к эволюционным изменениям формы тела и как общий набор генов развития формирует разнообразие животного мира.
- Если животные имеют так много общих генов, почему они выглядят так по-разному?
- Большая часть различий происходит из-за изменений в том, когда и где включаются общие гены развития, а не из-за наличия совершенно разных генов.