_ Evoluția de biologie evoluționistă a dezvoltării

Studiarea evoluției concentrându-se exclusiv pe fosile ar lăsa multe întrebări fără răspuns, dar biologia evolutivă a dezvoltării (cunoscută și sub denumirea de „evo-devo”) ajută la completarea golurilor.

Oamenii de știință Evo-devo investighează modul în care se dezvoltă embrionii de animale, ceea ce le permite să facă inferențe despre schimbările evolutive. Cu alte cuvinte, ei analizează interacțiunea genelor, celulelor, țesuturilor și mediului în timpul dezvoltării embrionare pentru a afla cum diferențele dintre acești factori pot duce la schimbări evolutive de-a lungul multor generații, cum ar fi transformarea unei înotătoare de pește într-un membru de vertebrat. .

Andrew Gillis, care se alătură MBL ca om de știință asociat mai târziu în această vară, aseamănă evo-devo cu o formă de biologie comparativă a dezvoltării. „În loc să vă concentrați pe studierea unui animal”, spune Gillis, „comparați modul în care se dezvoltă diferite animale pentru a înțelege cum schimbările de dezvoltare au dus la schimbări în forma adultă.”

Laboratorul Gillis se concentrează pe cele mai timpurii evenimente din evoluția vertebratelor, cum ar fi originile aripioarelor, branhiilor și maxilarelor. Pentru a înțelege ce caracteristici au fost prezente la cei mai vechi strămoși vertebrate ai noștri, laboratorul studiază o mare varietate de vertebrate din ramurile îndepărtate ale arborelui evolutiv. Văzând dacă caracteristicile sunt împărtășite între toate animalele, ele pot deduce care strămoși din arborele evolutiv ar fi avut acele caracteristici.

Evo-devo a văzut valuri de entuziasm în urma progreselor tehnologice încă de la începuturile sale în la sfârșitul secolului al XIX-lea, când oamenii de știință au început să caute indicii despre tendințele evoluției, analizând felii de embrioni folosind histologie și microscopie. Interesul pentru evo-devo a stârnit din nou odată cu progresele în biologia moleculară, care au permis oamenilor de știință să pună împreună informații despre gene și expresia genelor în timpul dezvoltării. În ultimii ani, domeniul a cunoscut o nouă renaștere, deoarece instrumentele de editare și secvențiere a genomilor au avansat alături de noile tehnici de microscopie. În ciuda istoriei lungi a lui evo-devo, „există întrebări vechi care rămân în mare parte fără răspuns”, explică Gillis.

Grupul principal de personaje din cercetarea în biologia dezvoltării tinde să includă animale precum șoareci, găini, pești zebra și broaște. Cercetătorii Evo-devo compară adesea aceste organisme de cercetare populare cu cele mai puțin obișnuite, cum ar fi patina mică (Leucoraja erinacea). În trecut, patinele au fost folosite pentru a studia modul în care înotătoarele au evoluat în membre de către cercetătorii din laboratorul lui Neil Shubin, biolog evoluționist la Universitatea din Chicago și fost director interimar al MBL. Gillis, fost Ph.D. student la Shubin, a găsit un nou rol pentru patina mică în înțelegerea modului în care se dezvoltă maxilarul.

Gillis și fosta sa studentă Christine Hirschberger, care este în prezent asociată de cercetare postdoctorală la Universitatea din Cambridge, au publicat un lucrare în dezvoltare săptămâna aceasta, care a găsit o structură mică în partea din spate a maxilarului patinei care oferă indicii despre modul în care fălcile ar fi putut evolua. Structura în cauză, pseudoramura, seamănă foarte mult cu o branhie și împărtășește tipurile de celule și caracteristicile de expresie a genelor cu branhiile, ceea ce sugerează că maxilarul probabil a evoluat din aceleași structuri care creează branhii.

Pseudoramura a fost, de asemenea, subiectul unui studiu asupra peștilor zebra de Mathi Thiruppathy, student absolvent în laboratorul lui Gage Crump de la Universitatea din California de Sud și student la cursul de embriologie MBL în această vară. Pe lângă utilizarea unor tehnici similare ca Hirschberger și Gillis, grupul Thiruppathy a putut folosi mai multe instrumente genetice. Ei au folosit pește-zebră mutant fără branhii pentru a arăta că o genă integrală pentru dezvoltarea branhiilor este, de asemenea, esențială pentru dezvoltarea adecvată a pseudoramurilor, susținând în continuare legăturile sale evolutive cu branhiile.

„A noastră este o abordare puternică pentru a aborda multe întrebări de lungă durată în evo-devo în viitorul apropiat: identificați programele de reglementare responsabile pentru specificarea țesuturilor sau a tipurilor de celule, apoi urmăriți implementarea acestui program în cadrul și între ele. specii pentru a obține o perspectivă asupra modului în care au evoluat acele structuri”, spune Thiruppathy. „Cred că progresele recente în tehnologiile unicelulare și genomica vor fi o parte importantă a acestei conducte.”

Aceste lucrări se bazează pe lucrările anterioare ale echipei lui Gillis, care descriu asemănările genetice dintre structurile superioare și inferioare ale fălci și branhii. Împreună, aceste lucrări oferă dovezi convingătoare că maxilarul a evoluat prin modificarea unei branhii ancestrale.

Conform lui Gillis, următorul pas în această linie de cercetare va fi găsirea fosilelor de vertebrate fără fălci și evaluarea dacă și acestea au branhii sau structuri asemănătoare branhiilor care pot fi precursori ai maxilarelor. Desigur, aceasta va fi treaba paleontologilor, mai degrabă decât a biologilor de dezvoltare evoluționantă, dar au rămas multe întrebări interesante la care trebuie să răspundă cercetătorii evo-devo.

(Fluierul)