เฮเทอโรโครนีและจังหวะเวลาการพัฒนา

การเปลี่ยนแปลงจังหวะเวลาและอัตราของเหตุการณ์การพัฒนาส่งผลต่อรูปร่างของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยอย่างไรในการวิวัฒนาการ ซึ่งก่อให้เกิดลักษณะที่ยังคงความเป็นวัยอ่อนหรือลักษณะที่เกินขนาด

Definition

เฮเทอโรโครนี (heterochrony) คือการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการในจังหวะเวลาหรืออัตราของกระบวนการพัฒนาเมื่อเทียบกับสภาพบรรพบุรุษ ส่วนจังหวะเวลาการพัฒนา (developmental timing) หมายถึงตารางเวลาและความเร็วของเหตุการณ์การพัฒนา ซึ่งการเปลี่ยนแปลงในสิ่งเหล่านี้สามารถปรับเปลี่ยนสัดส่วนและลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยได้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเฮเทอโรโครนี (heterochrony) ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการในจังหวะเวลาหรืออัตราของกระบวนการพัฒนาเมื่อเทียบกับบรรพบุรุษ และผลกระทบต่อสัณฐานวิทยา รวมถึงภาวะเพโดมอร์โฟซิส (paedomorphosis) (การคงลักษณะวัยอ่อนไว้) และภาวะเพอรามอร์โฟซิส (peramorphosis) (การขยายเกินจุดสิ้นสุดของบรรพบุรุษ) โดยถือว่าจังหวะเวลาการพัฒนาเป็นตัวแปรที่ยืดหยุ่นซึ่งวิวัฒนาการใช้ในการปรับเปลี่ยนรูปร่าง

Core questions

• การเปลี่ยนแปลงจังหวะเวลาการพัฒนาส่งผลต่อรูปร่างของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยอย่างไร?
• ความแตกต่างระหว่างภาวะเพโดมอร์โฟซิส (paedomorphosis) และภาวะเพอรามอร์โฟซิส (peramorphosis) คืออะไร?
• การเลื่อนจุดเริ่มต้น จุดสิ้นสุด หรืออัตราของกระบวนการสามารถปรับเปลี่ยนสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร?
• เฮเทอโรโครนีมีส่วนช่วยในการวิวัฒนาการทางสัณฐานวิทยาอย่างไร?

Key concepts

• เฮเทอโรโครนี (Heterochrony)
• ภาวะเพโดมอร์โฟซิส (Paedomorphosis) (การคงลักษณะวัยอ่อน)
• ภาวะเพอรามอร์โฟซิส (Peramorphosis)
• การเปลี่ยนแปลงจุดเริ่มต้น จุดสิ้นสุด และอัตรา
• อัลโลเมตรี (Allometry) และการเจริญเติบโต

Key theories

เฮเทอโรโครนีในฐานะตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง

โดยการเร่งหรือชะลอการเริ่มต้น การสิ้นสุด หรืออัตราของกระบวนการพัฒนาเมื่อเทียบกัน วิวัฒนาการสามารถเปลี่ยนแปลงสัดส่วนและลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยได้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงจังหวะเวลาจึงเป็นแหล่งที่มาของการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาที่มีประสิทธิภาพและประหยัด

Mechanisms

เฮเทอโรโครนีทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงเวลาที่เหตุการณ์การพัฒนาเริ่มต้น (onset) เวลาที่สิ้นสุด (offset) หรือความเร็วในการดำเนินไป (rate) เมื่อเทียบกับรูปแบบบรรพบุรุษและกระบวนการอื่น ๆ ในสิ่งมีชีวิตเดียวกัน การชะลอหรือการตัดทอนการพัฒนาสามารถทำให้เกิดภาวะเพโดมอร์โฟซิส (paedomorphosis) ซึ่งสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยยังคงรักษารูปร่างลักษณะที่เป็นวัยอ่อนในบรรพบุรุษไว้ได้ เช่นในซาลาแมนเดอร์ที่สามารถสืบพันธุ์ได้ในขณะที่ยังคงมีลักษณะของตัวอ่อน การขยายหรือเร่งการพัฒนาสามารถทำให้เกิดภาวะเพอรามอร์โฟซิส (peramorphosis) ซึ่งทำให้ลักษณะหนึ่งเกินกว่าจุดสิ้นสุดของบรรพบุรุษ เนื่องจากส่วนต่าง ๆ ของร่างกายสามารถเปลี่ยนแปลงจังหวะเวลาได้อย่างอิสระ เฮเทอโรโครนีจึงสามารถปรับเปลี่ยนสัดส่วนและโครงสร้างได้โดยไม่จำเป็นต้องมีโปรแกรมการพัฒนาใหม่ ทำให้เป็นกลไกที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ ในวิวัฒนาการของรูปร่าง

Clinical relevance

แนวคิดเรื่องจังหวะเวลาการพัฒนาช่วยอธิบายว่าการเปลี่ยนแปลงตารางการเจริญเติบโตส่งผลต่อสัดส่วนและรูปร่างอย่างไร โดยให้กรอบวิวัฒนาการสำหรับการทำความเข้าใจความหลากหลายของจังหวะการพัฒนา ข้อมูลนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาเท่านั้นและไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

History

เฮเทอโรโครนีมีประวัติศาสตร์อันยาวนานในทางชีววิทยา และได้รับการปรับกรอบใหม่สำหรับชีววิทยาการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการสมัยใหม่โดยการวิเคราะห์ที่จัดระบบว่าการเปลี่ยนแปลงในจังหวะเวลาและอัตราการพัฒนามีความสัมพันธ์กับรูปแบบของบรรพบุรุษและลูกหลานอย่างไร

Key figures

• Stephen Jay Gould

Seminal works

• gilbert2016
• carroll2005

Frequently asked questions

เฮเทอโรโครนีคืออะไร?

เป็นการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการในจังหวะเวลาหรืออัตราของการพัฒนาเมื่อเทียบกับบรรพบุรุษ ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนรูปร่างของสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยได้โดยการเร่ง ชะลอ หรือเลื่อนเหตุการณ์การพัฒนา

ภาวะเพโดมอร์โฟซิส (paedomorphosis) คืออะไร?

คือการคงลักษณะวัยอ่อนไว้จนถึงวัยผู้ใหญ่ผ่านการเปลี่ยนแปลงในจังหวะเวลาการพัฒนา เช่น ซาลาแมนเดอร์ที่สืบพันธุ์ได้ในขณะที่ยังคงมีลักษณะของตัวอ่อน