1.1: Що таке ЕвоДево?

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3344

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

аномалії

Аномалії відносяться до чогось поза звичайним, наприклад, суміжними близнюками або відсутніми кінцівками. Незважаючи на те, що ми зазвичай вважаємо аномалії розвитку «поганими», вони принципово не є такими. Наприклад, середній зріст гравця НБА становить 6'7". Хоча це аномально (лише 0,045% або один з 2200 американських чоловіків такий високий або вищий), це зовсім не вважається згубним, щоб бути таким високим. Якщо ви біолог розвитку, ви насолоджуєтеся природними варіаціями як вікно в процеси розвитку. Наприклад, ви можете дізнатися, чим харчувався гравець НБА дорослішаючи, наскільки високі його батьки, якщо він виріс у сільській місцевості чи місті, і порівняти ці дані з даними середньостатистичного американця. Відмінності між ними можуть допомогти вам генерувати гіпотези щодо процесів розвитку, що ведуть до високої висоти.

Малюнок 1: На плакаті Poster_advertising_the_tallest_man_in_the_world_Wellcome_L0063555.jpg r ліворуч зображена реклама високого чоловіка Франца Вінклемайєра, який гастролював по Європі в 1880-х роках. альт Зображення з Wellcome Images CC BY 4.0

На більш глибокому рівні ми також помічаємо щось більш принципово цікаве про дуже високу (або дуже коротку) людину. Більшість людей, які досить високі або досить короткі (скажімо, жінка 4'7 «), мають тілесні пропорції, які майже такі ж, як у когось середнього зросту. Наприклад, їх руки не розміщені занадто низько, шия не особливо довга, ноги доходять аж до землі. Коротше кажучи, їх тіло було «масштабовано» до більшого або меншого розміру. Це змушує нас думати, що, можливо, сам розвиток масштабований. Напевно креслення для побудови дуже короткої людини не так сильно відрізняються від креслень для побудови дуже високої людини. Наше нинішнє розуміння полягає в тому, що сигнали від зростаючих частин тіла сигналізують один одному для виконання цього завдання. Ті ж сигнали будують коротке або високе тіло, але високе тіло може зазнати більше поділу клітин або більш тривалих періодів росту, ніж коротке тіло.

Ділення клітин - важливий процес розвитку. Які інші процеси розвитку?

Класична біологія розвитку спирається на мутації (на основі генів) і тератогенні (на основі навколишнього середовища) аномалії для розсічення процесів, як це. Ми не тільки можемо порівняти «нормальні» аномалії, такі як висоти, які падають на два стандартних відхилення від середнього, але ми також можемо подивитися на більш рідкісні аномалії, такі як суміжні близнюки пуголовків або циклопічна (одноока) миша. Обидві ці аномалії мають бонус у тому, що вони можуть бути створені в лабораторії. Насправді ми можемо створити їх, використовуючи або генетику, або екологічну образу (тератоген).

Еволюція розвитку чи розвиток еволюції?

Цілком реально, галузі розвитку та еволюції не можуть бути по-справжньому розділені. Коли ми вивчаємо біологію розвитку, ми в основному дивимося на тонко налаштований механічний і генетичний процес, який був обраний для еонів. Еволюція не тільки може вибрати кінцевий продукт - робочу, родючу дорослу людину - але вона також може діяти на кожному етапі розвитку. Легко уявити, як еволюція діє через природний відбір на дорослих, але як вона може впливати на сам розвиток?

Розглянемо корисну, але докучливу дрозофілу меланогастер. На відміну від нас з вами, які мають підтримку з боку нашого суспільства (сім'ї, друзів, установ), дрозофіли перебираються. Вони виживають, часто спаровуючись і виробляючи величезну кількість потомства, яке залишають після себе на гниючих плодах. Вибір на дорослі дрозофіли включає такі речі, як здатність літати, знаходити їжу, знаходити товаришів та ухилятися від мухобойок. Але інші селективні тиску впливають на ембріональні дрозофіли. Оскільки здатність швидко спаровуватися і виробляти багато потомства є таким сильним виборчим тиском на цей вид, ембріони розвивалися швидко у відповідь. Насправді дрозофіли піддаються такому незвичайному малюнку розвитку, щоб досягти цього неймовірно швидкого розвитку (близько 24 годин, щоб вилупитися в личинку), що ми можемо використовувати їх як модель, щоб побачити, як еволюція може прискорити нормальні процеси розвитку. Дивно, але для мене, принаймні, прискорення розвитку не означає, що все рухається швидше. Натомість дрозофіла та її родичі проходять унікальний тип ембріонального розвитку під назвою «довга зародкова смуга» розвитку. Замість того, щоб розвиватися шляхом повільного подовження і додавання нової диференційованої тканини до заднього кінця тіла, як це роблять багато тварин, комахи з довгою смугою зародків розвиваються відразу - швидко поділяючи недиференційоване поле клітин на багато частин личиночного тіла.

Як ще еволюція могла вплинути на процеси розвитку?

Цей приклад є класичною ілюстрацією еволюції, що діє на процеси розвитку. Існує багато інших способів еволюції діє на розвиток, вони часто пов'язані з фізичними обмеженнями, які відчуває зростаючий ембріон. З іншого боку, ми також можемо думати про саму еволюцію як стриману розвитком. Хоча значна частина природного відбору діє на дорослих, цей дорослий організм повинен формуватися процесами розвитку, успадкованими від предків і під впливом навколишнього середовища. Це обмеження на типи тіл, які можуть бути вироблені, навіть якщо селективний тиск сильний. Однак середній представник виду не показує нам крайнощів того, які морфології можливі з огляду на еволюційні та фізичні обмеження. Саме тут стає важливим дивитися на аномалії та інші варіації. Коли ми бачимо, що висота масштабована, ми можемо подивитися на еволюцію висоти в минулому (який тиск змусило рід Homo стати високим з Homo erectus та його нащадками? наприклад), тиск на висоту в сьогоденні (наприклад, проблеми з локомотивом з дуже короткою або дуже високою висотою), а також розвиток висоти (тривалість статевого дозрівання, фактори навколишнього середовища, такі як їжа та токсини, наприклад). Досліджуючи наших дуже коротких і дуже високих людей, ми можемо побачити зовнішні межі цих еволюційних обмежень та обмежень у розвитку. Так само, розглядаючи рідкісні аномалії (наприклад, людей, народжених без кінцівок), ми можемо вивчити межі збуреного розвитку та з'ясувати, що можливо.

Одним з чудових прикладів взаємопов'язаності еволюції та розвитку є проблема масштабування у мух. Якщо коротко, то існують тісно пов'язані роди мух, які широко різняться за розміром, але мають дуже схожі пропорції. Невирішеним питанням у EvoDevo є: як мухи змінюють свій масштаб шляхом налаштування або зміни процесів розвитку?