Evolūcijas attīstības bioloģija

Mūsdienu evolūcijas sintēze

Atjaunota interese par attīstības evolūciju radās pēc modernās evolūcijas sintēzes (aptuveni no 1936. līdz 1947. gadam). Tradicionālais viedoklis bija tāds, ka evolūcijas sintēzei bija maza ietekme uz evolūcijas attīstību, taču turpmāk izklāstītais liecina par pretējo.

Gavins de Bērs

Grāmatā Embriji un evolūcija (Embryos and evolution, 1930) Gavins de Bērs uzsvēra heterohronijas un īpaši pedomorfozes nozīmi evolūcijā.

Saskaņā ar viņa teoriju paedomorfoze (jaunības iezīmju saglabāšana pieaugušā formā) ir svarīga evolūcijā, jo jaunības audi ir relatīvi nediferencēti un spēj tālāk attīstīties, savukārt augsti specializēti audi ir mazāk spējīgi mainīties.

Viņš radīja arī ideju par slepeno evolūciju, kas palīdzēja izskaidrot pēkšņās izmaiņas fosiliju ierakstos, kuras acīmredzami bija pretrunā ar Darvina pakāpenisko evolūcijas teoriju.

Ja jaunievedums attīstītos pakāpeniski dzīvnieka jaunībā, tad tā attīstība fosiliju liecībās varētu nemaz neparādīties, bet, ja suga pēc tam piedzīvo neotenēzi, kad dzimumgatavība tiek sasniegta jaunībā, tad šī īpatnība fosiliju liecībās parādītos pēkšņi, lai gan tā attīstījusies pakāpeniski.

"Ievērojamo grāmatu sērijā, kas izveidoja sintētisko evolūcijas teoriju, Gavina de Bēra "Embrioloģija un evolūcija" bija pirmā un īsākā (1930; paplašināta un pārdēvēta par "Embriji un senči", 1940; 3. izdevums 1958). 116 lappusēs de Bērs ieviesa embrioloģiju ortodoksijas attīstībā... vairāk nekā četrdesmit gadus šī grāmata ir dominējusi angļu domās par ontoģenēzes un filogēnijas attiecībām". Stephen Gould ^p221

Stīvens Džejs Gūlds (Stephen Jay Gould) šādu pieeju evolūcijas skaidrošanai nosauca par terminālo papildinājumu; it kā katrs evolūcijas progress tiktu pievienots kā jauns posms, samazinot vecāko posmu ilgumu. Šīs idejas pamatā bija neotēnijas novērojumi. Tā tika paplašināta ar vispārīgāku ideju par heterohroniju (attīstības laika izmaiņas) kā evolūcijas pārmaiņu mehānismu.

Neotēnija un cilvēks

Bieži tiek uzskatīts, ka cilvēku suga vismaz zināmā mērā ir neotēnijas piemērs. Pieaugušu cilvēku iezīmes atšķiras no pieaugušu pērtiķu iezīmēm, bet vairāk līdzinās pērtiķu mazuļu iezīmēm:

Šīs ir dažas no neotēniskām cilvēku pazīmēm: saplacināta seja, paplašināta seja, lielas smadzenes, bezspalvains ķermenis, bezmatiska seja, mazs deguns, samazināta uzacu kores daļa, mazi zobi, mazs augšžoklis (maxilla), mazs apakšžoklis (mandible), plāni galvaskausa kauli, proporcionāli īsas ekstremitātes salīdzinājumā ar torsa garumu, garākas kājas nekā rokas, lielākas acis un vertikāla stāja.

Vēl svarīgāk ir tas, ka cilvēki turpina mācīties un spēlēties arī pieaugušo vecumā, turpretī pērtiķiem (un citiem zīdītājiem) šāda veida uzvedība parasti izpaužas tikai jaunībā. Tas nepārprotami liecina, ka mūsu smadzeņu darbība vismaz šajā ziņā ir līdzīgāka nepilngadīgām pērtiķiem nekā pieaugušām pērtiķēm.

Ģenētika un evo-devo

E.B. Lūiss

Mūsdienu interese par evo-devo radās, pateicoties skaidram pierādījumam, ka attīstību cieši kontrolē īpašas ģenētiskās sistēmas, kurās iesaistīti hox gēni.

Veicot virkni eksperimentu ar augļmatiņu Drosophila, Edvards B. Lūiss (Edward B. Lewis) spēja identificēt gēnu kompleksu, kura proteīni saistās ar mērķa gēnu regulatīvajiem reģioniem. Pēdējie pēc tam aktivizē vai nomāc šūnu procesu sistēmas, kas nodrošina organisma galīgo attīstību.

Turklāt šo kontroles gēnu secība uzrāda ko-linearitāti: lokusu secība hromosomā atbilst secībai, kādā lokusi tiek izteikti ķermeņa segmentos. Un ne tikai tas - šis galveno kontroles gēnu kopums plāno visu augstāko organismu attīstību.

Katrs no šiem gēniem satur homeoboksus, kas ir ļoti labi saglabājusies DNS sekvence, kura ir līdzīga daudziem ļoti dažādiem dzīvniekiem. Tas liek domāt, ka pats komplekss radies gēnu dublēšanās ceļā. Savā Nobela prēmijas lekcijā Lūiss teica: "Galu galā [kontroles kompleksu] salīdzinājumam visā dzīvnieku valstībā vajadzētu sniegt priekšstatu par to, kā ir attīstījušies gan organismi, gan [kontroles gēni].

2000. gadā evo-devo tika veltīta īpaša nodaļa Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), un viss 2005. gada žurnāla Journal of Experimental Zoology B daļa: Molecular and Developmental Evolution numurs tika veltīts galvenajām evo-devo tēmām - evolūcijas inovācijām un morfoloģiskajām novitātēm.