Biologia dello sviluppo evolutivo

La biologia evolutiva dello sviluppo spesso chiamato evo-devo (in inglese evo-devo per Evolutionary Developmental Biology ) è un campo disciplinare in biologia evolutiva che mira a comprendere l'origine del morfologica complessità degli organismi ( piante o animali). ) Attraverso il comparativo studio dei geni che ne regolano lo sviluppo. All'incrocio di genomica , filogenesi molecolare , embriologia, e genetica evolutiva dello sviluppo , evo-devo è uno dei più correnti dinamiche nel campo della biologia evoluzionistica nei primi anni del 21 ° . Secolo  secolo.

Questa disciplina consiste nell'osservare l'evoluzione dello sviluppo degli organismi . Consente di confrontare i processi di sviluppo delle specie e di osservare i legami filogenetici stabiliti tra loro. Studiando l'origine e l'evoluzione dello sviluppo embrionale , ci permette di comprendere come i cambiamenti nei processi di sviluppo rendano possibile la comparsa di nuovi caratteri o nuove strutture da geni già esistenti. L'evo-rivelazione mostra quindi come l'evoluzione può alterare determinati meccanismi biologici e quindi creare cose nuove nelle specie. Inoltre, l' omoplasia e l' omologia sono due concetti importanti che consentono di tracciare i legami tra le specie confrontando l'apparizione e la scomparsa di alcuni caratteri nei loro antenati comuni.

La biologia evolutiva dello sviluppo permette anche di comprendere il ruolo della plasticità , cioè l'influenza che l' ambiente ha su questi cambiamenti.

Grazie allo studio di evo-devo, è possibile avere una migliore comprensione dei geni nelle diverse specie e delle mutazioni che le influenzano e osservare l'impatto del loro sviluppo ed evoluzione in generale. Osservando in particolare su come gli esseri umani si sviluppano , da embrione a adulto , per esempio, è più facile capire come le mutazioni e quindi malattie congenite sviluppano e influenzano la nostra salute.

Storia

Questa disciplina è emerso negli ultimi decenni del XX °  secolo, ma è una continuazione di embriologia comparata fondata nel XIX °  secolo.

Le teorie sviluppate nel XIX °  secolo

I contributi del XX esimo  secolo

Dal 1900 al 1980

Le trasformazioni possono essere applicate alla forma di una specie (Figura 1: coccodrilli) per dare la forma di altre specie all'interno dello stesso gruppo. Gli individui presi qui sono in forma adulta. I cambiamenti osservati sono dovuti a cambiamenti tardivi dell'ontogenesi , quando la crescita allometrica è predominante. Thompson sosteneva che i cambiamenti nello sviluppo durante l'evoluzione non sono frammentari, nel senso che ogni caratteristica dell'animale si sarebbe evoluta separatamente, ma piuttosto che sono coordinati all'interno dell'organizzazione.

Studia l'embriologia sperimentale, comparativa, descrittiva ed infine evolutiva. Un concetto centrale nella sua opera Embryology and Evolution (1930), l'eterocronia, secondo lui, svolge un ruolo predominante nell'evoluzione morfologica. Definita come un cambiamento nella tempistica degli eventi evolutivi, la nozione è attribuita a Ernst Haeckel .

Secondo Goldschmidt, l'evoluzione delle specie potrebbe avvenire per “salto”, da una forma molto diversa all'altra, grazie a piccole mutazioni nei geni. Il suo lavoro sui mutanti omeotici in Drosophila melanogaster ha certamente influenzato la sua teoria. Nei mutanti omeotici, una struttura corretta appare al posto sbagliato: in fig 2, possiamo osservare il caso della mutazione antennapedia: presenza di un paio di zampe al posto delle antenne. Gli studi di Goldschmidt si sono concentrati sui mutanti del bithorax: il terzo segmento toracico diventa una ripetizione del secondo e i manubri sono sostituiti da ali. Tuttavia, i mutanti omeotici noti di Drosophila melanogaster non sono vitali rispetto al fenotipo selvatico e il modello di Goldschmidt non è oggi accettato.

Ha illustrato il suo principio di canalizzazione mediante il diagramma di un paesaggio epigenetico: nella figura 3, i diversi possibili percorsi di sviluppo di una cellula (palla) sono rappresentati sotto forma di un paesaggio i cui rilievi sono controllati da geni e dai loro sistemi epigenetici . È lo stesso principio sostenuto da Waddington riguardo allo sviluppo di un organismo di una data specie: (inizialmente) un embrione si evolverà essendo soggetto all'influenza dell'ambiente e dei geni fino allo stadio adulto (arrivo). Il grado di stabilità della traiettoria è dato dalla profondità della grondaia, dal grado di canalizzazione. La canalizzazione è un apprezzamento della capacità di produrre un fenotipo costante quando sottoposto a effetti ambientali e/o genetici e dimostra resistenza nei sistemi di sviluppo. Quando il disturbo è troppo importante, viene presa in prestito un'altra valle, osserviamo un cambio di capo (repattering). Waddington è anche all'origine della scoperta del processo di assimilazione genetica  : uno stimolo ambientale che induce un particolare fenotipo può essere sostituito da un fattore genetico.

L'avvento: gli anni '80
  • Lo studio delle mutazioni genetiche che influenzano il processo di sviluppo in Drosophila melanogaster nei primi anni '80 ha portato la biologia evolutiva dello sviluppo dalla fase sperimentale e descrittiva a una fase più avanzata che si occupa della genetica.
  • La scoperta dell'homeobox nel 1984 da Walter Gehring è stata importante in biologia quasi quanto quella della struttura del DNA nel 1953 da Watson e Crick . L'homeobox è una sequenza di 180 coppie di basi di DNA, comune ad alcuni geni omeotici (responsabili del piano organizzativo) negli animali. Dopo la trascrizione e la traduzione, fornisce una sequenza di 60 aminoacidi chiamata omeodominio , molto conservata durante l'evoluzione (il resto della proteina è generalmente inferiore). Questo dominio conferisce proprietà leganti alla proteina a cui appartiene, permettendole di svolgere il suo ruolo di regolare l'attività dei geni, di attivarli o disattivarli. Queste proteine ​​controlleranno quindi lo sviluppo dall'uovo all'adulto. La natura onnipresente dell'homeobox in tutto il regno animale lo rende una base comune per lo sviluppo. I geni HOX , responsabili della determinazione dell'asse antero-posteriore del corpo degli animali bilaterali, contengono questo omeobox. Una particolarità di questi geni è che la loro posizione lineare nel complesso genico di un cromosoma è identica all'ordine antero-posteriore della loro zona di espressione sul corpo animale (fenomeno di collinearità).
  • Nelle piante, la famiglia di geni MADS-box è la base comune per lo sviluppo.

Vedi anche

Articoli Correlati

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  • Rivista Sviluppi, geni ed evoluzione
  • Giornale dell'evoluzione molecolare e dello sviluppo
  • Rivista di evoluzione e sviluppo

Note e riferimenti

  • Per una discussione generale del quadro concettuale entro cui si inserisce la biologia evolutiva dello sviluppo, si può fare riferimento al lavoro di Stephen Jay Gould , The Structure of the Theory of Evolution (Belknap/Harvard 2002 ) e in particolare al capitolo 10.
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