EVO-DEVO (EVOLUTIONÄRE ENTWICKLUNGSBIOLOGIE) - BIOLOGIE - 2025

Die Evolutionsbiologie der Entwicklung , die im Englischen als evo-devo für ihr Akronym abgekürzt wird, ist ein neues Gebiet der Evolutionsbiologie, das den Entwicklungszweig in die Evolution integriert. Eines der vielversprechendsten Ziele dieser Disziplin ist die Erklärung der morphologischen Vielfalt auf der Erde.

Die moderne Synthese versuchte, Darwins Evolutionstheorie durch natürliche Selektion und die von Mendel vorgeschlagenen Vererbungsmechanismen zu integrieren. Er ließ jedoch die mögliche Rolle der Entwicklung in der Evolutionsbiologie aus. Aus diesem Grund ergibt sich evo-devo aus der mangelnden Integration der Entwicklung in die Synthese.

Quelle: Romanes, GJ; hochgeladen auf Wikipedia von en: Benutzer: Phlebas; Autoren der Beschreibungsseite: en: Benutzer: Phlebas, en: Benutzer: SeventyThree, via Wikimedia Commons Die Entwicklung der Molekularbiologie erreichte die Sequenz von Genomen und die Visualisierung der genetischen Aktivität, wodurch diese Lücke in der Evolutionstheorie geschlossen werden konnte.

Die Entdeckung der Gene, die an diesen Prozessen beteiligt sind, führte zur Entstehung von evo-devo. Evolutionsentwicklungsbiologen sind dafür verantwortlich, die Gene zu vergleichen, die Entwicklungsprozesse in einer Vielzahl von mehrzelligen Organismen regulieren.

Was ist evo-devo?

Eine der grundlegenden Fragen in der Evolutionsbiologie - und in den Biowissenschaften im Allgemeinen - ist, wie die außergewöhnliche Artenvielfalt der Organismen entstanden ist, die heute auf dem Planeten leben.

Verschiedene Bereiche der Biologie wie Anatomie, Paläontologie, Entwicklungsbiologie, Genetik und Genomik liefern Informationen, um die Antwort auf diese Frage zu finden. Innerhalb dieser Disziplinen fällt jedoch die Entwicklung auf.

Organismen beginnen ihr Leben als einzelne Zelle, und durch die Entwicklungsprozesse entsteht die Bildung der Strukturen, aus denen sie bestehen, die sie unter anderem Kopf, Beine, Schwänze nennen.

Entwicklung ist ein zentrales Konzept, da durch diesen Prozess alle in einem Organismus enthaltenen genetischen Informationen in die beobachtete Morphologie übersetzt werden. So hat die Entdeckung der genetischen Grundlagen der Entwicklung gezeigt, wie Veränderungen in der Entwicklung vererbt werden können, was zu evo-devo führt.

Evo-devo versucht, die Mechanismen zu verstehen, die zur Entwicklung der Entwicklung geführt haben, und zwar in Bezug auf:

- Die Entwicklungsprozesse. Zum Beispiel, wie eine neue Zelle oder ein neues Gewebe für neue Morphologien in bestimmten Linien verantwortlich ist

- Evolutionsprozesse. Zum Beispiel, welche selektiven Drücke die Entwicklung dieser neuen Morphologien oder Strukturen förderten.

Historische Perspektive

Vor den Genen

Bis Mitte der 1980er Jahre gingen die meisten Biologen davon aus, dass die Formenvielfalt dank signifikanter Veränderungen in den Genen, die die Entwicklung jeder Linie kontrollierten, entstanden war.

Biologen wussten, dass eine Fliege dank ihrer Gene wie eine Fliege aussah und eine Maus wie eine Maus. Es wurde jedoch angenommen, dass die Gene zwischen solchen morphologisch unterschiedlichen Organismen diese abgründigen Unterschiede auf Genebene widerspiegeln müssen.

Nach den Genen

Studien an Mutanten der Fruchtfliege Drosophila führten zur Entdeckung von Genen und Genprodukten, die an der Entwicklung des Insekts beteiligt sind.

Diese Pionierarbeit von Thomas Kaufman führte zur Entdeckung der Hox-Gene, die für die Kontrolle des Musters der Körperstrukturen und der Identität der Segmente in der anteroposterioren Achse verantwortlich sind. Diese Gene regulieren die Transkription anderer Gene.

Dank der vergleichenden Genomik kann geschlossen werden, dass diese Gene in fast allen Tieren vorhanden sind.

Mit anderen Worten, obwohl sich Metazoen in ihrer Morphologie stark unterscheiden (denken Sie an einen Wurm, eine Fledermaus und einen Wal), teilen sie gemeinsame Entwicklungswege. Diese Entdeckung war für die damaligen Biologen schockierend und führte zur Verbreitung der Wissenschaft des Evo-Devo.

Daher wurde der Schluss gezogen, dass Arten mit sehr unterschiedlichen Phänotypen nur sehr wenige genetische Unterschiede aufweisen und dass genetische und zelluläre Mechanismen im gesamten Lebensbaum äußerst ähnlich sind.

Was studiert evo-devo?

Evo-devo war durch die Entwicklung mehrerer Forschungsprogramme gekennzeichnet. Müller (2007) erwähnt vier von ihnen, obwohl er warnt, dass sie sich überlappen.

Morphologie und vergleichende Embryologie

Diese Art von Studie versucht, die morphogenetischen Unterschiede zu klären, die die primitive Ontogenese von den abgeleiteten unterscheiden. Die Informationen können durch das ergänzt werden, was im Fossilienbestand enthalten ist.

Nach diesem Gedankengang können verschiedene Muster der morphologischen Evolution in großem Maßstab charakterisiert werden, beispielsweise die Existenz von Heterochronien.

Dies sind Variationen, die in der Entwicklung auftreten, entweder zum Zeitpunkt des Auftretens der Bildungsrate des Merkmals.

Biologie der genetischen Entwicklung

Dieser Ansatz konzentriert sich auf die Evolution der genetischen Entwicklungsmaschinerie. Zu den verwendeten Techniken gehört das Klonen und Visualisieren der Expression von Genen, die an der Regulation beteiligt sind.

Zum Beispiel die Untersuchung von Hox-Genen und ihrer Entwicklung durch Prozesse wie Mutation, Duplikation und Divergenz.

Experimentelle Epigenetik

Dieses Programm untersucht die Wechselwirkung und die molekulare, zelluläre und Gewebedynamik beeinflusst evolutionäre Veränderungen. Es untersucht Entwicklungseigenschaften, die nicht im Genom des Organismus enthalten sind.

Dieser Ansatz ermöglicht die Bestätigung, dass der gleiche Phänotyp zwar existiert, jedoch in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen unterschiedlich ausgedrückt werden kann.

Computerprogramme

Dieses Programm konzentriert sich auf die Quantifizierung, Modellierung und Simulation der Entwicklungsentwicklung, einschließlich mathematischer Modelle für die Datenanalyse.

Öko-Evo-Devo

Das Aufkommen von evo-devo führte zur Bildung anderer Disziplinen, die die Integration verschiedener Bereiche der Biologie in die Evolutionstheorie fortsetzen wollten, und so wurde eco-evo-devo geboren.

Dieser neue Zweig strebt die Integration der Konzepte Entwicklungssymbiose, Entwicklungsplastizität, genetische Akkommodation und Nischenkonstruktion an.

Im Allgemeinen besagt die Entwicklungssymbiose, dass Organismen teilweise aufgrund von Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung aufgebaut werden und anhaltende symbiotische Beziehungen zu Mikroorganismen bestehen. Beispielsweise führt bei verschiedenen Insekten die Existenz symbiotischer Bakterien zu einer reproduktiven Isolierung.

Es besteht kein Zweifel, dass die Symbiose einen beeindruckenden Einfluss auf die Evolution von Organismen hatte, vom Ursprung der eukaryotischen Zelle bis zum Ursprung der Mehrzelligkeit selbst.

Ebenso besteht Plastizität in der Entwicklung in der Fähigkeit von Organismen, je nach Umgebung unterschiedliche Phänotypen zu erzeugen. Nach diesem Konzept ist die Umwelt nicht ausschließlich ein selektives Mittel, ohne auch den Phänotyp zu formen.

Verweise

1. Carroll, SB (2008). Evo-devo und eine expandierende evolutionäre Synthese: eine genetische Theorie der morphologischen Evolution. Cell, 134 (1), 25 & ndash; 36.
2. Gilbert, SF, Bosch, TC und Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: Entwicklungssymbiose und Entwicklungsplastizität als Evolutionsmittel. Nature Reviews Genetics, 16 (10), 611.
3. Müller, GB (2007). Evo - devo: Erweiterung der Evolutionssynthese. Nature Reviews Genetics, 8 (12), 943.
4. Raff, RA (2000). Evo-devo: die Entwicklung einer neuen Disziplin. Nature Reviews Genetics, 1 (1), 74.
5. Sultan, SE (2017). Öko-Evo-Devo. In Evolutionary Developmental Biology (S. 1-13). Springer International Publishing.