Э

Эволюционная биология развития

Эволюционная биология развития (англ. Evolutionary developmental biology, evo-devo) — область биологии, которая, сравнивая онтогенез различных организмов, устанавливает родственные связи между ними и раскрывает развитие онтогенетических процессов в ходе эволюции. Она рассматривает происхождение и эволюцию эмбрионального развития; как изменения в онтогенетическом развитии приводят к возникновению новых признаков; роль фенотипической пластичности в эволюции; как экология влияет на развитие и эволюционные изменения; онтогенетическая основу гомоплазии и гомологии.

Хотя интерес к связи между онтогенезом и филогенезом возник еще в XIX веке, современная биология развития получила новый импульс от открытий в области генетического регулирования эмбрионального развития в модельных организмах. Общие гипотезы все еще нуждаются в тщательной проверке, поскольку организмы очень разные по своему строению.

Несмотря на это, уже сейчас концепция «evo-devo» дает понять, что подобно тому, как эволюция создает новые гены из частей старых, она же изменяет процессы индивидуального развития, создавая новые и даже новаторские структуры на основе старых генных сетей (подобно того, как костная структура челюсти дала начало слуховым косточкам среднего уха) или сохраняя похожи программы во множестве различных организмов (например, генное регулирование развития глаза подобное у моллюсков, членистоногих и позвоночных). Сначала основной интерес был прикован к очевидной гомологичности клеточных и молекулярных механизмов, регулирующих план строения и развитие органов. Хотя современный подход учитывает перестройки развития, связанные с видообразования.

Основные принципы

Дарвиновская теория эволюции основана на трех принципах: естественный отбор, наследственность и изменчивость. В то время, когда Дарвин создавал свою теорию, представление о наследственности и изменчивости были весьма туманны. Однако, в 1940-х годах биологи использовали Менделевское принципы генетики для объяснения эволюционного процесса, результатом чего стал «современный синтез». Но только в 1980-90-х годах, после того, как был накоплен и подробно изучен массив сравнительных данных о молекулярных последовательности различных видов организмов, возникло понимание молекулярной основы механизмов индивидуального развития.

В настоящее время твердо установлено, как происходят мутации. Тем не менее, механизмы развития выяснены недостаточно, чтобы объяснить, какие виды фенотипической изменчивости могут возникать в каждом поколении с изменчивости на генетическом уровне. Эволюционная биология развития изучает, как динамика развития определяет фенотипическая изменчивость, которая возникает на основе генетической изменчивости, а также, как она влияет на эволюцию фенотипа. В то же время эволюционная биология развития изучает также эволюцию индивидуального развития.

Таким образом, истоки эволюционной биологии развития берут начало как в совершенствовании методов молекулярной биологии по биологии развития, так и по признанию ограниченности классического неодарвинизм относительно эволюции фенотипа. Некоторые исследователи видят в концепции «evo-devo» расширения «современного синтеза» путем включения в нее данных, полученных молекулярной генетикой и биологией развития. Другие, опираясь на выявленные расхождения между генотипом и фенотипом, а также на эпигенетических механизмах развития, бросают открытый вызов синтетической теории эволюции.

Эволюционная биология развития пока еще не стала единственной дисциплиной, но она существенно отличается от предыдущих направлений эволюционной теории своей сосредоточенностью на некоторых ключевых идеях. Одна из них — модульность в организации растений и животных, которые состоят из онтогенетически и анатомически отдельных частей. Часто такие части повторяются несколько раз в одном организме, как, например, пальцы, ребра и сегменты тела. «Evo-devo» ищет генетические и эволюционные основы разделения эмбриона на отдельные модули, а также частично независимого развития таких модулей.

Другая центральная идея заключается в том, что некоторые продукты экспрессии генов функционируют как переключатели, тогда как другие действуют как переносчики сигнала. Гены кодируют структуру белков, некоторые из которых выполняют структурную функцию в клетках, а другие, такие как энзимы, регулируют различные пути биохимических превращений в организме. Большинство биологов, придерживающихся принципов синтетической теории, видят в организме непосредственное отражение его генетической составляющей. А изменение существующих или эволюция новых, биохимических путей (и, в конечном счете, возникновение новых видов организмов) основывается на определенных генетических мутациях. Но в 1961 году Жак Моно, Жан-Пьер Шанже (Jean-Pierre Changeux) и Франсуа Жакоб открыли у бактерий кишечной палочки ген, функционирующий только будучи «включенным» определенным стимулом из окружающей среды. Позже, ученые открыли специфические гены у животных, включая подгруппу генов, содержащих последовательность гомеобокс, так называемые Hox-гены, которые действуют как переключатели других генов, и могут быть индуцированные другими генетическими продуктами, морфогена, которые действуют аналогично внешним стимулам в случае бактерий. Эти открытия приковали внимание биологов к тому факту, что гены выборочно включаются и выключаются, а не находятся в постоянной активности, и совершенно разные организмы (например, дрозофила и человек) могут использовать похожие гены в эмбриогенезе.

Точно так же, морфология организма может находится под влиянием мутаций, происходящих в промоторных участках генов, в ДНК-последовательностях, с которыми продукты некоторых генов связываются и контролируют активность тех или иных генов. Это предполагает, что ключевое отличие между разными видами (даже разными рядами и типам) может быть обусловленной в меньшей степени составом их генетических продуктов, чем пространственными и временными различиями экспрессии их постоянных генов. Имеется в виду, что большие эволюционные изменения в морфологии связаны скорее с изменениями в генной регуляции, чем с эволюцией новых генов, возможно, что Hox-гены и другие «переключатели» могут играть важную роль в эволюции, противоречит синтетической теории эволюции.

Еще одно направление «evo-devo» — пластичность онтогенеза, которая является основой того факта, что фенотип организма полностью не определяется его генотипом. Если формирование фенотипов обусловлено и зависит от внешних или средовых воздействий, эволюция может протекать по пути «первичного фенотипа» с генетическими изменениями, которые быстрее идут, чем инициюють, появление морфологических и других фенотипических новшеств. Аргументы в пользу этого приведены Мэри Джейн Уэст-Эберхард (Mary Jane West-Eberhard) в ее книге 2003 года «Developmental plasticity and evolution».

Видео по теме

Изображения по теме

  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
  • Эволюционная биология развития
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Проверьте также
Закрыть
Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть