EVO-DEVO (EVOLUČNÍ VÝVOJOVÁ BIOLOGIE) - BIOLOGIE - 2025

Evoluční biologie vývoje, zkráceně evo-Devo pro jeho zkratka v angličtině, je nové pole evoluční biologie, která rozvojovou integruje pobočky v evoluci. Jedním z nejslibnějších cílů této disciplíny je vysvětlit morfologickou rozmanitost na Zemi.

Moderní syntéza se snažila integrovat Darwinovu teorii evoluce přirozeným výběrem a mechanismy dědičnosti navržené Mendelem. Vynechal však možnou roli vývoje v evoluční biologii. Z tohoto důvodu evo-devo vzniká z nedostatečné integrace vývoje v syntéze.

Zdroj: Romanes, GJ; nahráno na Wikipedii uživatelem en: User: Phlebas; autoři stránky s popisem: en: Uživatel: Phlebas, en: Uživatel: SeventyThree, přes Wikimedia Commons Rozvoj molekulární biologie dosáhl sekvenování genomů a vizualizace genetické aktivity, což umožnilo zaplnit tuto mezeru v evoluční teorii.

Objev genů zapojených do těchto procesů tedy vedl ke vzniku evo-devo. Evoluční vývojoví biologové jsou zodpovědní za srovnání genů, které regulují vývojové procesy v široké škále mnohobuněčných organismů.

Co je evo-devo?

Jednou ze základních otázek v evoluční biologii - a v biologických vědách obecně - je, jak vznikla mimořádná biologická rozmanitost organismů, které dnes obývají planetu.

Informace o nalezení odpovědi na tuto otázku poskytují různé obory biologie, jako je anatomie, paleontologie, vývojová biologie, genetika a genomika. V těchto oborech však vývoj vyniká.

Organismy začínají svůj život jako jediná buňka a prostřednictvím vývojových procesů dochází k formování struktur, které ji tvoří, ať už jde o hlavu, nohy, ocasy.

Vývoj je ústřední koncept, protože tímto procesem jsou všechny genetické informace obsažené v organismu převedeny do morfologie, kterou pozorujeme. Objev genetických základů vývoje tak odhalil, jak mohou být zděděny změny ve vývoji, což vede ke vzniku evo-devo.

Evo-devo se snaží pochopit mechanismy, které vedly k vývoji vývoje, pokud jde o:

- Vývojové procesy. Například, jak nová buňka nebo nová tkáň je zodpovědná za nové morfologie v určitých liniích

- Evoluční procesy. Například, které selektivní tlaky podporovaly vývoj těchto nových morfologií nebo struktur.

Historická perspektiva

Před geny

Až do poloviny osmdesátých let většina biologů předpokládala, že diverzita ve formách vznikla díky významným změnám v genech, které řídily vývoj každé linie.

Biologové věděli, že moucha vypadala jako moucha a myš vypadala jako myš, díky jejich genům. Předpokládalo se však, že geny mezi takovými morfologicky odlišnými organismy musí odrážet tyto propastné rozdíly na úrovni genů.

Po genech

Studie mutantů mušky ovoce, Drosophila, vedly k objevu genů a genových produktů, které se podílejí na vývoji hmyzu.

Tato průkopnická díla Thomase Kaufmana vedla k objevu genů Hox - těch, kteří jsou zodpovědní za kontrolu struktury tělních struktur a identity segmentů v přední ose. Tyto geny pracují regulováním transkripce jiných genů.

Díky komparativní genomice lze dojít k závěru, že tyto geny jsou přítomny téměř u všech zvířat.

Jinými slovy, ačkoli se metazoané v morfologii velmi liší (myslíme na červa, netopýra a velrybu), sdílejí společné vývojové cesty. Tento objev šokoval biology času a vedl k šíření vědy o evo-devo.

Dospělo se tedy k závěru, že druhy s velmi odlišnými fenotypy mají velmi málo genetických rozdílů a že genetické a buněčné mechanismy jsou v celém stromě života velmi podobné.

Co studuje evo-devo?

Evo-devo byl charakterizován vývojem více výzkumných programů. Muller (2007) zmiňuje čtyři z nich, i když varuje, že se navzájem překrývají.

Morfologie a srovnávací embryologie

Tento typ studie se snaží objasnit morfogenetické rozdíly, které odlišují primitivní ontogenii od odvozených. Tyto informace lze doplnit tím, co se nachází v fosilním záznamu.

Po této linii myšlení lze charakterizovat různé vzorce morfologické evoluce ve velkém měřítku, jako je existence heterochronií.

Jedná se o variace, které se objevují ve vývoji, a to buď v době výskytu rychlosti tvorby zvláštnosti.

Biologie genetického vývoje

Tento přístup se zaměřuje na vývoj genetického aparátu vývoje. Mezi použité techniky patří klonování a vizualizace exprese genů zapojených do regulace.

Například studium Hoxových genů a jejich evoluce prostřednictvím procesů, jako jsou mutace, duplikace a divergence.

Experimentální epigenetika

Tento program studuje interakci a molekulární, buněčná a tkáňová dynamika ovlivňuje vývojové změny. Studuje vývojové vlastnosti, které nejsou obsaženy v genomu organismu.

Tento přístup umožňuje potvrdit, že ačkoli stejný fenotyp existuje, může být vyjádřen odlišně v závislosti na podmínkách prostředí.

Počítačové programy

Tento program se zaměřuje na kvantifikaci, modelování a simulaci vývoje vývoje, včetně matematických modelů pro analýzu dat.

Eco-evo-devo

Vznik evo-devo vedl k vytvoření dalších disciplín, které se snažily pokračovat v integraci různých oborů biologie do evoluční teorie, a tak se zrodil eko-evo-devo.

Toto nové odvětví usiluje o integraci konceptů vývojové symbiózy, vývojové plasticity, genetického přizpůsobení a konstrukce výklenků.

Obecně řečeno vývojová symbióza uvádí, že organismy jsou budovány částečně díky interakcím s jejich prostředím a jsou perzistentními symbiotickými vztahy s mikroorganismy. Například u různých druhů hmyzu způsobuje existence symbiotických bakterií reprodukční izolaci.

Není pochyb o tom, že symbióza měla působivý dopad na vývoj organismů, od vzniku eukaryotické buňky až po samotný vznik mnohobuněčnosti.

Stejně tak plasticita ve vývoji spočívá ve schopnosti organismů vytvářet různé fenotypy v závislosti na prostředí. Podle tohoto konceptu není prostředí výlučně selektivním činidlem, aniž by také tvarovalo fenotyp.

Reference

1. Carroll, SB (2008). Evo-devo a rozšiřující se evoluční syntéza: genetická teorie morfologické evoluce. Cell, 134 (1), 25-36.
2. Gilbert, SF, Bosch, TC a Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: vývojová symbióza a vývojová plasticita jako evoluční agenti. Nature Reviews Genetics, 16 (10), 611.
3. Müller, GB (2007). Evo - devo: rozšiřování evoluční syntézy. Nature Reviews genetics, 8 (12), 943.
4. Raff, RA (2000). Evo-devo: vývoj nové disciplíny. Nature Reviews Genetics, 1 (1), 74.
5. Sultan, SE (2017). Eco-Evo-Devo. V Evoluční vývojové biologii (str. 1-13). Springer International Publishing.