Evo-Devo (Biologia evolutiva dello sviluppo)

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Sherman Hoover

Il biologia evolutiva dello sviluppo, comunemente abbreviato come evo-devo per il suo acronimo in inglese, è un nuovo campo della biologia evolutiva che integra il ramo dello sviluppo in evoluzione. Uno degli obiettivi più promettenti di questa disciplina è spiegare la diversità morfologica sulla terra.

La sintesi moderna ha cercato di integrare la teoria dell'evoluzione di Darwin per selezione naturale e i meccanismi di ereditarietà proposti da Mendel. Tuttavia, ha tralasciato il possibile ruolo dello sviluppo nella biologia evolutiva. Pertanto, evo-devo nasce dalla mancanza di integrazione dello sviluppo nella sintesi.

Fonte: Romanes, G. J.; caricato su Wikipedia da en: User: Phlebas; autori della pagina di descrizione: en: User: Phlebas, en: User: SeventyThree [Public domain], tramite Wikimedia Commons
Lo sviluppo della biologia molecolare ha raggiunto la sequenza dei genomi e la visualizzazione dell'attività genetica, consentendo di colmare quella lacuna nella teoria evolutiva.

Così, la scoperta dei geni coinvolti in questi processi ha dato origine all'origine di evo-devo. I biologi evolutivi dello sviluppo hanno il compito di confrontare i geni che regolano i processi di sviluppo in un'ampia gamma di organismi multicellulari..

Indice articolo

  • 1 Cos'è evo-devo?
  • 2 Prospettiva storica
    • 2.1 Prima dei geni Hox
    • 2.2 Dopo i geni Hox
  • 3 Cosa studia evo-devo?
    • 3.1 Morfologia ed embriologia comparata
    • 3.2 Biologia dello sviluppo genetico
    • 3.3 Epigenetica sperimentale
    • 3.4 Programmi per computer
  • 4 Eco-evo-devo
  • 5 Riferimenti

Cos'è evo-devo?

Una delle domande fondamentali nella biologia evolutiva - e nelle scienze biologiche in generale - è come sia nata la straordinaria biodiversità degli organismi che oggi popolano il pianeta.

Diversi rami della biologia, come l'anatomia, la paleontologia, la biologia dello sviluppo, la genetica e la genomica, forniscono informazioni per trovare la risposta a questa domanda. Tuttavia, all'interno di queste discipline, lo sviluppo.

Gli organismi iniziano la loro vita come una singola cellula e, attraverso i processi di sviluppo, avviene la formazione delle strutture che lo compongono, chiamate testa, gambe, coda, tra le altre..

Lo sviluppo è un concetto centrale, poiché attraverso questo processo tutte le informazioni genetiche contenute in un organismo vengono tradotte nella morfologia che osserviamo. Così, la scoperta delle basi genetiche dello sviluppo ha rivelato come i cambiamenti in questo possono essere ereditati, dando origine a evo-devo.

Evo-devo cerca di comprendere i meccanismi che hanno portato all'evoluzione dello sviluppo, in termini di:

- Processi di sviluppo. Ad esempio, il modo in cui una nuova cellula o un nuovo tessuto è responsabile di nuove morfologie in determinati lignaggi

- Processi evolutivi. Ad esempio, quali pressioni selettive hanno promosso l'evoluzione di queste nuove morfologie o strutture.

Prospettiva storica

Prima dei geni Hox

Fino alla metà degli anni '80, la maggior parte dei biologi presumeva che la diversità nelle forme fosse sorta grazie a cambiamenti significativi nei geni che controllavano lo sviluppo di ogni lignaggio..

I biologi sapevano che una mosca sembrava una mosca e un topo sembrava un topo, grazie ai loro geni. Tuttavia, si pensava che i geni tra tali organismi morfologicamente disparati dovessero riflettere queste differenze abissali a livello genetico..

Dopo i geni Hox

Studi sui mutanti della mosca della frutta, Drosophila, ha portato alla scoperta di geni e prodotti genici coinvolti nello sviluppo degli insetti.

Questi lavori pionieristici di Thomas Kaufman hanno portato alla scoperta dei geni Hox - coloro incaricati di controllare il modello delle strutture corporee e l'identità dei segmenti nell'asse antero-posteriore. Questi geni agiscono regolando la trascrizione di altri geni..

Grazie alla genomica comparativa, si può concludere che questi geni sono presenti in quasi tutti gli animali.

In altre parole, sebbene i metazoi differiscano notevolmente nella morfologia (si pensi a un verme, un pipistrello e una balena), condividono percorsi di sviluppo comuni. Questa scoperta fu scioccante per i biologi dell'epoca e portò alla proliferazione della scienza dell'evo-devo..

In questo modo, si è concluso che le specie con fenotipi molto diversi hanno pochissime differenze genetiche e che i meccanismi genetici e cellulari sono estremamente simili in tutto l'albero della vita..

Cosa studia evo-devo?

Evo-devo è stato caratterizzato dallo sviluppo di molteplici programmi di ricerca. Muller (2007) ne menziona quattro, anche se avverte che si sovrappongono.

Morfologia ed embriologia comparata

Questo tipo di studio cerca di chiarire le differenze morfogenetiche che distinguono l'ontogenesi primitiva da quelle derivate. Le informazioni possono essere integrate con ciò che si trova nella documentazione sui fossili.

Seguendo questa linea di pensiero, diversi modelli di evoluzione morfologica possono essere caratterizzati su larga scala, come l'esistenza di eterocronie..

Si tratta di variazioni che si verificano nello sviluppo, sia nel tempo della comparsa che nella velocità di formazione del tratto.

Biologia dello sviluppo genetico

Questo approccio si concentra sull'evoluzione del macchinario genetico dello sviluppo. Tra le tecniche utilizzate c'è la clonazione e la visualizzazione dell'espressione dei geni coinvolti nella regolazione.

Ad esempio, lo studio dei geni Hox e la sua evoluzione attraverso processi come la mutazione, la duplicazione e la divergenza.

Epigenetica sperimentale

Questo programma studia l'interazione e le dinamiche a livello molecolare, cellulare e tissutale influenzano i cambiamenti evolutivi. Studia le proprietà di sviluppo che non sono contenute nel genoma dell'organismo.

Questo approccio consente di confermare che, sebbene esista lo stesso fenotipo, può essere espresso in modo diverso a seconda delle condizioni ambientali..

Programmi per computer

Questo programma si concentra sulla quantificazione, modellazione e simulazione dell'evoluzione dello sviluppo, inclusi modelli matematici per l'analisi dei dati..

Eco-evo-devo

L'emergere di evo-devo ha dato origine alla formazione di altre discipline che hanno cercato di continuare con l'integrazione di diversi rami della biologia nella teoria evoluzionistica, così è nato eco-evo-devo..

Questo nuovo ramo cerca l'integrazione dei concetti di simbiosi evolutiva, plasticità evolutiva, sistemazione genetica e costruzione di nicchie..

In termini generali, la simbiosi evolutiva afferma che gli organismi sono costruiti, in parte, grazie alle interazioni con il loro ambiente e sono relazioni simbiotiche persistenti con i microrganismi. Ad esempio, in vari insetti, l'esistenza di batteri simbiotici produce isolamento riproduttivo.

Non c'è dubbio che la simbiosi abbia avuto un impatto impressionante sull'evoluzione degli organismi, dall'origine della cellula eucariotica all'origine della multicellularità stessa..

Allo stesso modo, la plasticità dello sviluppo consiste nella capacità degli organismi di generare diversi fenotipi, a seconda dell'ambiente. Secondo questo concetto, l'ambiente non è esclusivamente un agente selettivo, senza anche modellare il fenotipo.

Riferimenti

  1. Carroll, S. B. (2008). Evo-devo e una sintesi evolutiva in espansione: una teoria genetica dell'evoluzione morfologica. Cellula134(1), 25-36.
  2. Gilbert, S. F., Bosch, T. C. e Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: simbiosi evolutiva e plasticità evolutiva come agenti evolutivi. Nature Reviews Genetics16(10), 611.
  3. Müller, G. B. (2007). Evo-devo: estendere la sintesi evolutiva. La natura rivede la genetica8(12), 943.
  4. Raff, R. A. (2000). Evo-devo: l'evoluzione di una nuova disciplina. Nature Reviews Genetics1(1), 74.
  5. Sultan, S. E. (2017). Eco-Evo-Devo. Nel Biologia evolutiva dello sviluppo (pagg. 1-13). Springer International Publishing.

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