EVO-DEVO (EVOLUTIONAIRE ONTWIKKELINGSBIOLOGIE) - BIOLOGIE - 2026

De evolutionaire biologie van ontwikkeling , gewoonlijk afgekort als evo-devo voor zijn acroniem in het Engels, is een nieuw veld van de evolutionaire biologie dat de ontwikkelingstak in evolutie integreert. Een van de meest veelbelovende doelstellingen van deze discipline is het verklaren van morfologische diversiteit op aarde.

De moderne synthese trachtte Darwins evolutietheorie door natuurlijke selectie en de door Mendel voorgestelde overervingsmechanismen te integreren. Hij liet echter de mogelijke rol van ontwikkeling in de evolutiebiologie achterwege. Om deze reden komt evo-devo voort uit het gebrek aan integratie van ontwikkeling in synthese.

Bron: Romanes, GJ; geüpload naar Wikipedia door en: Gebruiker: Phlebas; auteurs van de beschrijvingspagina: en: Gebruiker: Phlebas, en: Gebruiker: SeventyThree, via Wikimedia Commons De ontwikkeling van moleculaire biologie leidde tot de sequentiebepaling van genomen en de visualisatie van genetische activiteit, waardoor het gat in de evolutietheorie kon worden opgevuld.

De ontdekking van de genen die bij deze processen betrokken zijn, gaf dus aanleiding tot de oorsprong van evo-devo. Evolutionaire ontwikkelingsbiologen zijn verantwoordelijk voor het vergelijken van de genen die ontwikkelingsprocessen reguleren in een breed scala van meercellige organismen.

Wat is evo-devo?

Een van de fundamentele vragen in de evolutiebiologie - en in de biologische wetenschappen in het algemeen - is hoe de buitengewone biodiversiteit van de organismen die tegenwoordig op de planeet leven, is ontstaan.

Verschillende takken van de biologie, zoals anatomie, paleontologie, ontwikkelingsbiologie, genetica en genomica, bieden informatie om het antwoord op deze vraag te vinden. Binnen deze disciplines valt ontwikkeling echter op.

Organismen beginnen hun leven als een enkele cel en door ontwikkelingsprocessen vindt de vorming van de structuren waaruit het bestaat, plaats, of het nu gaat om kop, benen, staarten, onder andere.

Ontwikkeling is een centraal concept, omdat door dit proces alle genetische informatie in een organisme wordt vertaald in de morfologie die we waarnemen. De ontdekking van de genetische basis van ontwikkeling heeft dus onthuld hoe veranderingen in de ontwikkeling kunnen worden overgeërfd, waardoor evo-devo ontstaat.

Evo-devo probeert de mechanismen te begrijpen die hebben geleid tot de evolutie van ontwikkeling, in termen van:

- De ontwikkelingsprocessen. Bijvoorbeeld hoe een nieuwe cel of nieuw weefsel verantwoordelijk is voor nieuwe morfologieën in bepaalde lijnen

- Evolutionaire processen. Welke selectieve drukken bevorderden bijvoorbeeld de evolutie van deze nieuwe morfologieën of structuren.

Historisch perspectief

Voor de genen

Tot halverwege de jaren tachtig gingen de meeste biologen ervan uit dat diversiteit in vormen was ontstaan ​​dankzij significante veranderingen in de genen die de ontwikkeling van elke afstamming aanstuurden.

Biologen wisten dat een vlieg op een vlieg leek, en een muis op een muis, dankzij hun genen. Men dacht echter dat de genen tussen dergelijke morfologisch ongelijksoortige organismen deze hopeloze verschillen op genniveau moesten weerspiegelen.

Na de genen

Studies met mutanten van de fruitvlieg, Drosophila, leidden tot de ontdekking van genen en genproducten die een rol spelen bij de ontwikkeling van het insect.

Dit baanbrekende werk van Thomas Kaufman leidde tot de ontdekking van de Hox-genen - de genen die verantwoordelijk zijn voor het controleren van het patroon van lichaamsstructuren en de identiteit van segmenten in de anteroposterieure as. Deze genen werken door de transcriptie van andere genen te reguleren.

Dankzij vergelijkende genomics kan worden geconcludeerd dat deze genen in bijna alle dieren aanwezig zijn.

Met andere woorden, hoewel metazoanen sterk verschillen in morfologie (denk aan een worm, een vleermuis en een walvis), delen ze gemeenschappelijke ontwikkelingsroutes. Deze ontdekking was schokkend voor biologen van die tijd en leidde tot de verspreiding van de wetenschap van evo-devo.

Daarom werd geconcludeerd dat soorten met zeer verschillende fenotypen zeer weinig genetische verschillen hebben en dat genetische en cellulaire mechanismen extreem vergelijkbaar zijn in de hele boom des levens.

Wat studeert evo-devo?

Evo-devo wordt gekenmerkt door de ontwikkeling van meerdere onderzoeksprogramma's. Muller (2007) noemt er vier, hoewel hij waarschuwt dat ze elkaar overlappen.

Morfologie en vergelijkende embryologie

Dit type onderzoek tracht de morfogenetische verschillen te verhelderen die primitieve ontogenie onderscheiden van afgeleide. De informatie kan worden aangevuld met wat er in het fossielenarchief is gevonden.

Volgens deze gedachtegang kunnen verschillende patronen van morfologische evolutie op grote schaal worden gekarakteriseerd, zoals het bestaan ​​van heterochronieën.

Dit zijn variaties die optreden tijdens de ontwikkeling, hetzij in de tijd van verschijnen in de snelheid van vorming van de eigenschap.

Biologie van genetische ontwikkeling

Deze benadering richt zich op de evolutie van de genetische ontwikkelingsmechanismen. Een van de gebruikte technieken is het klonen en visualiseren van de expressie van genen die betrokken zijn bij regulatie.

Bijvoorbeeld de studie van de Hox-genen en hun evolutie via processen als mutatie, duplicatie en divergentie.

Experimentele epigenetica

Dit programma bestudeert de interactie en de moleculaire, cellulaire en weefseldynamica die evolutionaire veranderingen beïnvloeden. Het bestudeert ontwikkelingseigenschappen die niet in het genoom van het organisme voorkomen.

Deze benadering maakt het mogelijk om te bevestigen dat, hoewel hetzelfde fenotype bestaat, het verschillend kan worden uitgedrukt, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden.

Computerprogramma's

Dit programma richt zich op het kwantificeren, modelleren en simuleren van ontwikkelingsevolutie, inclusief wiskundige modellen voor data-analyse.

Eco-evo-devo

De opkomst van evo-devo gaf aanleiding tot de vorming van andere disciplines die probeerden door te gaan met de integratie van verschillende takken van de biologie in de evolutietheorie, zo werd eco-evo-devo geboren.

Deze nieuwe tak streeft naar de integratie van de concepten van ontwikkelingssymbiose, ontwikkelingsplasticiteit, genetische accommodatie en nicheconstructie.

In algemene termen stelt ontwikkelingssymbiose dat organismen gedeeltelijk zijn opgebouwd dankzij interacties met hun omgeving en dat ze aanhoudende symbiotische relaties zijn met micro-organismen. Bij verschillende insecten zorgt het bestaan ​​van symbiotische bacteriën bijvoorbeeld voor reproductieve isolatie.

Het lijdt geen twijfel dat symbiose een indrukwekkende impact heeft gehad op de evolutie van organismen, van de oorsprong van de eukaryote cel tot de oorsprong van multicellulariteit zelf.

Op dezelfde manier bestaat plasticiteit in ontwikkeling uit het vermogen van organismen om verschillende fenotypes te genereren, afhankelijk van de omgeving. Volgens dit concept is de omgeving niet uitsluitend een selectief middel, zonder ook het fenotype vorm te geven.

Referenties

1. Carroll, SB (2008). Evo-devo en een zich uitbreidende evolutionaire synthese: een genetische theorie van morfologische evolutie. Cell, 134 (1), 25-36.
2. Gilbert, SF, Bosch, TC en Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: ontwikkelingssymbiose en ontwikkelingsplasticiteit als evolutionaire agenten. Nature Reviews Genetics, 16 (10), 611.
3. Müller, GB (2007). Evo - devo: uitbreiding van de evolutionaire synthese. Nature beoordeelt genetica, 8 (12), 943.
4. Raff, RA (2000). Evo-devo: de evolutie van een nieuwe discipline. Nature Reviews Genetics, 1 (1), 74.
5. Sultan, SE (2017). Eco-Evo-Devo. In Evolutionary Developmental Biology (pp. 1-13). Springer International Publishing.