Sinh học Phát triển Tiến hóa
Sự thay đổi trong các quá trình phát triển tạo ra sự biến đổi tiến hóa về hình thái cơ thể như thế nào, và bộ công cụ di truyền chung định hình sự đa dạng của sự sống động vật ra sao.
Definition
Sinh học phát triển tiến hóa là nghiên cứu về cách các quá trình phát triển và các gen kiểm soát chúng thay đổi theo thời gian tiến hóa để tạo ra sự khác biệt về hình thái, và cách các quá trình đó hạn chế và cho phép sự tiến hóa hình thái.
Scope
Lĩnh vực này, thường được gọi là evo-devo, kiểm tra mối quan hệ giữa sự phát triển và tiến hóa: cách các biến đổi đối với gen phát triển và sự điều hòa của chúng tạo ra các hình thái mới, sự tương đồng sâu sắc được tiết lộ bởi bộ công cụ phát triển được bảo tồn chung giữa các loài động vật, các ràng buộc và tính dẻo dai định hướng và cho phép sự thay đổi tiến hóa, và vai trò của sự thay đổi trong thời gian phát triển. Nó tích hợp di truyền học phát triển với sinh học so sánh và tiến hóa.
Sub-topics
Core questions
- Những thay đổi trong quá trình phát triển tạo ra những thay đổi tiến hóa về hình thái cơ thể như thế nào?
- Tại sao các loài động vật có quan hệ xa lại chia sẻ nhiều gen phát triển đến vậy?
- Các quá trình phát triển hạn chế hay tạo điều kiện cho sự thay đổi tiến hóa như thế nào?
- Việc thay đổi thời gian phát triển định hình lại hình thái như thế nào?
Key theories
- Bộ công cụ di truyền phát triển được bảo tồn
- Các loài động vật chia sẻ một tập hợp chung các gen điều hòa định hình sự phát triển, do đó phần lớn sự tiến hóa hình thái phát sinh từ những thay đổi trong cách thức và vị trí các gen được bảo tồn này được triển khai hơn là từ việc tạo ra các gen mới.
- Tiến hóa điều hòa (điều hòa cis) của hình thái
- Những thay đổi trong DNA điều hòa kiểm soát thời điểm và vị trí các gen phát triển được biểu hiện là một nguồn chính của tiến hóa hình thái, cho phép hình thái thay đổi trong khi vẫn giữ nguyên các protein.
Mechanisms
Những thay đổi tiến hóa về hình thái thường là kết quả của việc thay đổi sự triển khai của một tập hợp các yếu tố điều hòa phát triển được bảo tồn hơn là từ các gen mới. Các đột biến trong các yếu tố điều hòa cis có thể thay đổi vị trí, thời điểm và mức độ biểu hiện của một gen phát triển, điều chỉnh một cấu trúc mà không làm gián đoạn các vai trò khác của gen đó. Các gen công cụ tương tự, bao gồm các cụm gen Hox, định hình cơ thể của các loài động vật rất khác biệt, tạo ra sự tương đồng sâu sắc trong đó các gen tương tự nằm dưới các cấu trúc không được kế thừa trực tiếp như cùng một cơ quan. Sự phát triển cũng áp đặt các ràng buộc — một số biến thể khó tạo ra — trong khi tính dẻo dai của sự phát triển cho phép các sinh vật tạo ra các hình thái thay thế để phản ứng với môi trường, cả hai đều định hình các con đường mà tiến hóa có thể đi theo.
Clinical relevance
Evo-devo làm sáng tỏ nguồn gốc của các cấu trúc cơ thể và các con đường được bảo tồn mà khi bị gián đoạn, gây ra các dị tật bẩm sinh, cung cấp một bối cảnh tiến hóa cho sự phát triển và dị tật ở người. Mục này mang tính giáo dục và không phải là hướng dẫn lâm sàng.
History
Việc nhận ra rằng các loài động vật chia sẻ một bộ công cụ phát triển được bảo tồn, bắt đầu bằng việc khám phá ra rằng các gen homeobox định hình các trục cơ thể trên các ngành, đã tạo ra sinh học phát triển tiến hóa hiện đại, vốn đã thống nhất lại nghiên cứu về sự phát triển với lý thuyết tiến hóa.
Key figures
- Sean B. Carroll
- Stephen Jay Gould
- Walter Gehring
- Edward B. Lewis
Related topics
Seminal works
- carroll2005
- lewis1978
- gilbert2016
Frequently asked questions
- Evo-devo là gì?
- Evo-devo, hay sinh học phát triển tiến hóa, nghiên cứu cách những thay đổi trong quá trình phát triển tạo ra những thay đổi tiến hóa về hình thái cơ thể và cách một tập hợp gen phát triển chung định hình sự đa dạng của động vật.
- Nếu các loài động vật chia sẻ rất nhiều gen, tại sao chúng lại trông khác nhau đến vậy?
- Phần lớn sự khác biệt đến từ những thay đổi về thời điểm và vị trí các gen phát triển chung được bật lên, hơn là từ việc có những gen hoàn toàn khác nhau.