Evolúciós fejlődésbiológia (evo‑devo): definíció, történet és alapelvek

A modern evolúciós szintézis (nagyjából 1936 és 1947 között) után újult meg az érdeklődés a fejlődés evolúciója iránt. A hagyományos nézet az volt, hogy az evo-devo kevéssé befolyásolta az evolúciós szintézist, de a következők mást sugallnak.

Gavin de Beer

Gavin de Beer az Embryos and evolution (1930) című művében a heterokrónia és különösen a pededomorfózis fontosságát hangsúlyozta az evolúcióban.

Elmélete szerint a pedomorfózis (a fiatalkori jellegzetességek megtartása a felnőtt formában) azért fontos az evolúcióban, mert a fiatalkori szövetek viszonylag differenciálatlanok és képesek a további fejlődésre, míg az erősen specializált szövetek kevésbé képesek a változásra.

Megfogalmazta a titkos evolúció gondolatát is, amely segített megmagyarázni a fosszilis leletek hirtelen változásait, amelyek nyilvánvalóan ellentétesek voltak Darwin fokozatos evolúciós elméletével.

Ha egy újdonság fokozatosan fejlődik ki egy állat fiatalkori alakjában, akkor a fejlődés egyáltalán nem jelenik meg a fosszilis feljegyzésekben, de ha a faj neoténián megy keresztül, amikor az ivarérettséget a fiatalkori alakban éri el, akkor a tulajdonság hirtelen jelenik meg a fosszilis feljegyzésekben, annak ellenére, hogy fokozatosan fejlődött.

"Az evolúció szintetikus elméletét megalapozó figyelemre méltó könyvek sorában Gavin de Beer Embriológia és evolúció című műve volt az első és a legrövidebb (1930; kibővített és átdolgozott cím: Embriók és ősök, 1940; 3. kiadás 1958). 116 oldalban de Beer az embriológiát a fejlődő ortodoxiába emelte... több mint negyven éven át ez a könyv uralta az ontogenezis és filogenezis kapcsolatáról szóló angol gondolkodást". Stephen Gould ^p221

Stephen Jay Gould az evolúció magyarázatának ezt a megközelítését terminális addíciónak nevezte; mintha minden evolúciós előrelépés új szakaszként adódna hozzá a régebbi szakaszok időtartamának csökkentésével. Az elképzelés a neoténia megfigyelésein alapult. Ezt a heterokrónia (a fejlődés időzítésének változása) mint az evolúciós változás mechanizmusának általánosabb elképzelésével bővítették ki.

Neoteny és az ember

Gyakran felvetették, hogy az emberi faj, legalábbis bizonyos mértékig, a neoténia példája. A felnőtt emberek e tulajdonságai különböznek a felnőtt emberszabású majmokétól, de inkább hasonlítanak a fiatal majmokéhoz:

Az ember neotóniás tulajdonságai közül néhány: lapos arc, kiszélesedett arc, nagy agy, szőrtelen test, szőrtelen arc, kicsi orr, a szemöldökgerinc csökkenése, kis fogak, kicsi felső állkapocs (maxilla), kicsi alsó állkapocs (mandibula), vékony koponyacsontok, a törzs hosszához képest aránylag rövid végtagok, hosszabb láb, mint kar, nagyobb szemek és felegyenesedett testtartás.

Ennél is jelentősebb, hogy az emberek felnőtt korukban is tanulnak és játszanak, míg a majmoknál (és más emlősöknél) ez a fajta viselkedés általában csak a fiatalkorban mutatkozik meg. Ez erősen arra utal, hogy agyi tevékenységünk, legalábbis ebben a tekintetben, jobban hasonlít a fiatalkorú majmokhoz, mint a felnőtt majmokhoz.

E.B. Lewis

Az evo-devo iránti modern érdeklődés annak egyértelmű bizonyítékából fakad, hogy a fejlődést a hox-gének bevonásával működő speciális genetikai rendszerek szorosan szabályozzák.

Edward B. Lewis a gyümölcslégy Drosophilával végzett kísérletsorozatában azonosítani tudott egy olyan génkomplexumot, amelynek fehérjéi a célgének szabályozó régióihoz kötődnek. Ez utóbbiak aztán olyan sejtfolyamatok rendszereit aktiválják vagy elnyomják, amelyek a szervezet végső fejlődését valósítják meg.

Továbbá, ezeknek a kontrollgéneknek a szekvenciája ko-linearitást mutat: a kromoszómán belüli lókuszok sorrendje párhuzamos azzal a sorrenddel, amelyben a lókuszok a test mentén elhelyezkedő szegmensekben kifejeződnek. Nem csak ez, hanem a mesterirányító géneknek ez a csoportja programozza az összes magasabb rendű szervezet fejlődését.

A gének mindegyike tartalmaz egy homeoboxot, egy figyelemre méltóan konzervált DNS-szekvenciát, amely számos, egymástól nagyon különböző állatban hasonló. Ez arra utal, hogy maga a komplex génduplikációval jött létre. Nobel-előadásában Lewis azt mondta: "Végső soron a [kontrollkomplexek] összehasonlítása az egész állatvilágban képet adhat arról, hogy a szervezetek, valamint a [kontrollgének] hogyan fejlődtek".

2000-ben a Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) egy külön szekciót szentelt az evo-devónak, és a Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution egy egész 2005-ös számát az evolúciós innováció és a morfológiai újdonságok kulcsfontosságú evo-devó témáinak szentelték.