EVO-DEVO (EVOLUČNÁ VÝVOJOVÁ BIOLÓGIA) - BIOLÓGIE - 2025

Evolučnej biológie vývoja , skrátene evo-Devo pre jeho skratka v angličtine, je nové pole evolučnej biológie, ktorá rozvojovú integruje pobočky v evolúcii. Jedným z najsľubnejších cieľov tejto disciplíny je vysvetliť morfologickú rozmanitosť na Zemi.

Moderná syntéza sa snažila integrovať Darwinovu teóriu evolúcie prirodzeným výberom a mechanizmy dedičstva, ktoré navrhol Mendel. Vynechal však možnú úlohu vývoja v evolučnej biológii. Z tohto dôvodu evo-devo vzniká z dôvodu nedostatočnej integrácie vývoja syntézy.

Zdroj: Romanes, GJ; nahrané na Wikipedia používateľom en: User: Phlebas; autori popisnej stránky: en: User: Phlebas, en: User: SeventyThree, pomocou Wikimedia Commons Rozvoj molekulárnej biológie dosiahol sekvenovanie genómov a vizualizáciu genetickej aktivity, čo umožnilo zaplniť medzeru v evolučnej teórii.

Objav génov zahrnutých v týchto procesoch teda spôsobil vznik evo-devo. Evoluční vývojoví biológovia sú zodpovední za porovnávanie génov, ktoré regulujú vývojové procesy v širokej škále mnohobunkových organizmov.

Čo je evo-devo?

Jednou zo základných otázok evolučnej biológie - a všeobecne v biologických vedách - je, ako vznikla mimoriadna biodiverzita organizmov, ktoré dnes obývajú planétu.

Informácie o hľadaní odpovede na túto otázku poskytujú rôzne odvetvia biológie, ako napríklad anatómia, paleontológia, vývojová biológia, genetika a genomika. V rámci týchto odborov však vývoj vyniká.

Organizmy začínajú svoj život ako jediná bunka a prostredníctvom vývojových procesov sa okrem iného formujú štruktúry, ktoré ju tvoria, či už ide o hlavu, nohy, chvosty.

Vývoj je ústredným pojmom, pretože týmto procesom sa všetky genetické informácie obsiahnuté v organizme premietajú do morfológie, ktorú pozorujeme. Objav genetických základov vývoja teda odhalil, ako možno zdediť zmeny vo vývoji, čo vedie k vzniku evo-devo.

Evo-devo sa snaží pochopiť mechanizmy, ktoré viedli k vývoju vývoja, pokiaľ ide o:

- Vývojové procesy. Napríklad, ako je nová bunka alebo nové tkanivo zodpovedné za nové morfológie v určitých líniách

- Evolučné procesy. Napríklad, ktoré selektívne tlaky podporujú vývoj týchto nových morfológií alebo štruktúr.

Historická perspektíva

Pred génmi

Až do polovice osemdesiatych rokov väčšina biológov predpokladala, že diverzita foriem vznikla vďaka významným zmenám v génoch, ktoré riadili vývoj každej línie.

Biológovia vedeli, že mucha vyzerá ako muška a myš vyzerá ako myš, vďaka svojim génom. Predpokladalo sa však, že gény medzi takýmito morfologicky rozdielnymi organizmami musia odrážať tieto priepastné rozdiely na úrovni génov.

Po génoch

Štúdie v mutantoch ovocnej mušky Drosophila viedli k objavu génov a génových produktov, ktoré sa podieľajú na vývoji hmyzu.

Táto priekopnícka práca Thomasa Kaufmana viedla k objavu génov Hox - tých, ktorí sú zodpovední za kontrolu štruktúry tela a identity segmentov v prednej ose. Tieto gény pôsobia reguláciou transkripcie iných génov.

Vďaka porovnávacej genomike je možné dospieť k záveru, že tieto gény sú prítomné takmer u všetkých zvierat.

Inými slovami, hoci sa metazoania v morfológii veľmi líšia (napríklad červ, netopier a veľryba), zdieľajú spoločné vývojové cesty. Tento objav šokoval biologov času a viedol k šíreniu vedy o evo-devo.

Dospelo sa teda k záveru, že druhy s veľmi odlišnými fenotypmi majú veľmi málo genetických rozdielov a že genetické a bunkové mechanizmy sú v celom strome života veľmi podobné.

Čo študuje evo-devo?

Evo-devo bol charakterizovaný vývojom viacerých výskumných programov. Muller (2007) spomína štyri z nich, hoci varuje, že sa navzájom prekrývajú.

Morfológia a porovnávacia embryológia

Cieľom tohto typu štúdie je objasniť morfogenetické rozdiely, ktoré odlišujú primitívnu ontogenézu od tých odvodených. Informácie môžu byť doplnené o informácie z fosílnych záznamov.

Na základe tejto myšlienkovej línie je možné charakterizovať rôzne vzorce morfologickej evolúcie vo veľkých mierkach, ako je napríklad existencia heterochrónií.

Toto sú variácie, ktoré sa vyskytujú vo vývoji, buď v čase objavenia sa rýchlosti tvorby znaku.

Biológia genetického vývoja

Tento prístup sa zameriava na vývoj genetického aparátu vývoja. Medzi použité techniky patrí klonovanie a vizualizácia expresie génov zapojených do regulácie.

Napríklad štúdium génov Hox a ich vývoj prostredníctvom procesov, ako sú mutácia, duplikácia a divergencia.

Experimentálna epigenetika

Tento program skúma interakciu a molekulárna, bunková a tkanivová dynamika ovplyvňuje vývojové zmeny. Študuje vývojové vlastnosti, ktoré nie sú obsiahnuté v genóme organizmu.

Tento prístup umožňuje potvrdiť, že hoci existuje rovnaký fenotyp, dá sa vyjadriť odlišne v závislosti od podmienok prostredia.

Počítačové programy

Tento program sa zameriava na kvantifikáciu, modelovanie a simuláciu vývoja vývoja vrátane matematických modelov na analýzu údajov.

Eco-evo-devo

Vznik evo-devo umožnil vznik ďalších disciplín, ktoré sa snažili pokračovať v integrácii rôznych biologických odborov do evolučnej teórie, a tak sa zrodil eko-evo-devo.

Táto nová vetva sa snaží integrovať koncepty vývojovej symbiózy, vývojovej plasticity, genetického prispôsobenia a výklenku.

Vo všeobecnosti sa vývojová symbióza uvádza, že organizmy sú budované čiastočne vďaka interakciám s prostredím a sú to pretrvávajúce symbiotické vzťahy s mikroorganizmami. Napríklad pri rôznych druhoch hmyzu produkcia symbiotických baktérií vedie k reprodukčnej izolácii.

Nie je pochýb o tom, že symbióza mala pôsobivý vplyv na vývoj organizmov, od vzniku eukaryotickej bunky až po samotný pôvod mnohobunkovosti.

Rovnako plasticita vo vývoji spočíva v schopnosti organizmov generovať rôzne fenotypy v závislosti od prostredia. Podľa tohto konceptu nie je životné prostredie výlučne selektívnym činidlom bez toho, aby sa tvaroval aj fenotyp.

Referencie

1. Carroll, SB (2008). Evo-devo a rozširujúca sa evolučná syntéza: genetická teória morfologickej evolúcie. Cell, 134 (1), 25-36.
2. Gilbert, SF, Bosch, TC a Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: vývojová symbióza a vývojová plasticita ako evolučných činiteľov. Nature Reviews Genetics, 16 (10), 611.
3. Müller, GB (2007). Evo - devo: rozširovanie evolučnej syntézy. Nature Reviews Genics, 8 (12), 943.
4. Raff, RA (2000). Evo-devo: vývoj novej disciplíny. Nature Reviews Genetics, 1 (1), 74.
5. Sultan, SE (2017). Eco-Evo-Devo. In Evolutionary Developmental Biology (s. 1-13). Springer International Publishing.