ข้อจำกัดและสภาพพลาสติกของการพัฒนา

การทำงานของการพัฒนาจำกัดรูปแบบที่สามารถวิวัฒนาการได้อย่างไร และสิ่งมีชีวิตสามารถสร้างรูปแบบที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมได้อย่างไร

Definition

ข้อจำกัดของการพัฒนา (developmental constraint) คือข้อจำกัดต่อความหลากหลายทางฟีโนไทป์ที่การพัฒนาสามารถสร้างขึ้นได้ ซึ่งทำให้เกิดอคติหรือจำกัดทิศทางที่วิวัฒนาการสามารถดำเนินไปได้; สภาพพลาสติกของการพัฒนา (developmental plasticity) คือความสามารถของจีโนไทป์เดียวในการสร้างฟีโนไทป์ที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันในระหว่างการพัฒนา

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมสองวิธีที่เสริมกันซึ่งการพัฒนากำหนดวิวัฒนาการ: ข้อจำกัดของการพัฒนา (developmental constraints) ซึ่งจำกัดช่วงของรูปแบบที่การพัฒนาสามารถสร้างขึ้นได้ และสภาพพลาสติกของการพัฒนา (developmental (phenotypic) plasticity) ซึ่งเป็นความสามารถของจีโนไทป์เดียวในการสร้างฟีโนไทป์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม นอกจากนี้ยังกล่าวถึงความสามารถในการวิวัฒนาการ (evolvability) — ว่าการจัดระเบียบของการพัฒนามีผลต่อความสามารถในการสร้างความหลากหลายที่ปรับตัวได้อย่างไร

Core questions

• การพัฒนาจำกัดประเภทของความหลากหลายที่มีให้สำหรับการวิวัฒนาการได้อย่างไร?
• จีโนไทป์เดียวกันสามารถสร้างรูปแบบที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันได้อย่างไร?
• ข้อจำกัดและสภาพพลาสติกร่วมกันกำหนดผลลัพธ์ทางวิวัฒนาการได้อย่างไร?
• โครงสร้างของการพัฒนามีผลต่อความสามารถในการวิวัฒนาการอย่างไร?

Key concepts

• ข้อจำกัดของการพัฒนา
• สภาพพลาสติกของฟีโนไทป์ (การพัฒนา)
• ปฏิกิริยาบรรทัดฐาน
• โพลีฟีนิซึม
• ความสามารถในการวิวัฒนาการ

Key theories

อคติของการพัฒนาต่อวิวัฒนาการ

เนื่องจากการพัฒนาสามารถสร้างรูปแบบบางอย่างได้ง่ายกว่ารูปแบบอื่น ๆ จึงทำให้เกิดอคติในความหลากหลายที่มีให้สำหรับการคัดเลือก ดังนั้นโครงสร้างของกระบวนการพัฒนาจึงช่วยกำหนดทิศทางและข้อจำกัดของวิวัฒนาการทางสัณฐานวิทยา

Mechanisms

กระบวนการพัฒนาจะกำหนดความหลากหลายในสองทาง ข้อจำกัดเกิดขึ้นเมื่อโครงสร้างของการพัฒนาทำให้ฟีโนไทป์บางอย่างยากหรือไม่สามารถสร้างขึ้นได้ — ตัวอย่างเช่น เนื่องจากกระบวนการสำคัญมีความสัมพันธ์กัน — ดังนั้นความหลากหลายจึงมีแนวโน้มไปสู่ผลลัพธ์บางอย่างและห่างจากผลลัพธ์อื่น ๆ สภาพพลาสติกเกิดขึ้นเมื่อโปรแกรมการพัฒนาตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม ทำให้จีโนไทป์เดียวสามารถสร้างฟีโนไทป์ได้หลากหลายซึ่งอธิบายโดยปฏิกิริยาบรรทัดฐาน (reaction norm); ในบางสปีชีส์สิ่งนี้ทำให้เกิดรูปแบบทางเลือกที่แตกต่างกัน (polyphenism) ซึ่งถูกกระตุ้นโดยสัญญาณจากสิ่งแวดล้อม โดยรวมแล้ว ข้อจำกัดและสภาพพลาสติกมีอิทธิพลต่อรูปแบบที่มีให้สำหรับการคัดเลือกโดยธรรมชาติ และดังนั้นจึงกำหนดความสามารถในการวิวัฒนาการ (evolvability) ซึ่งเป็นความสามารถของสายพันธุ์ในการสร้างการเปลี่ยนแปลงที่ปรับตัวได้

Clinical relevance

การทำงานร่วมกันของความไวของการพัฒนาต่อสภาพแวดล้อมและข้อจำกัดมีความเกี่ยวข้องกับว่าปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมในระหว่างการพัฒนามีผลต่อลักษณะในภายหลังอย่างไร ซึ่งให้บริบทสำหรับต้นกำเนิดของการเปลี่ยนแปลงจากการพัฒนา บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

History

การถกเถียงในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 เกี่ยวกับว่าการพัฒนามีข้อจำกัดและกำหนดทิศทางของวิวัฒนาการมากน้อยเพียงใด ควบคู่ไปกับการศึกษาที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับการพัฒนาที่ตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม ได้นำข้อจำกัดและสภาพพลาสติกมาสู่จุดศูนย์กลางของชีววิทยาการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการ

Key figures

• Stephen Jay Gould
• Mary Jane West-Eberhard

Seminal works

• gilbert2016
• carroll2005

Frequently asked questions

ข้อจำกัดของการพัฒนาคืออะไร?

เป็นข้อจำกัดที่กำหนดโดยวิธีการทำงานของการพัฒนาต่อประเภทของรูปแบบร่างกายที่สามารถสร้างขึ้นได้ ซึ่งทำให้เกิดอคติในความหลากหลายที่มีให้สำหรับการวิวัฒนาการ

สภาพพลาสติกของการพัฒนาคืออะไร?

เป็นความสามารถของจีโนไทป์เดียวกันในการพัฒนาเป็นรูปแบบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิหรืออาหารที่ได้รับในระหว่างการพัฒนา