EVO-DEVO (BIOLOGIA EVOLUTIVA DELLO SVILUPPO) - BIOLOGIA - 2025

La biologia evolutiva dello sviluppo , comunemente abbreviata in evo-devo per il suo acronimo in inglese, è un nuovo campo della biologia evolutiva che integra il ramo dello sviluppo nell'evoluzione. Uno degli obiettivi più promettenti di questa disciplina è spiegare la diversità morfologica sulla terra.

La sintesi moderna ha cercato di integrare la teoria dell'evoluzione di Darwin per selezione naturale e i meccanismi di eredità proposti da Mendel. Tuttavia, ha escluso il possibile ruolo dello sviluppo nella biologia evolutiva. Per questo evo-devo nasce dalla mancanza di integrazione dello sviluppo in sintesi.

Fonte: Romanes, GJ; caricato su Wikipedia da en: User: Phlebas; autori della pagina di descrizione: en: User: Phlebas, en: User: SeventyThree, tramite Wikimedia Commons Lo sviluppo della biologia molecolare ha ottenuto la sequenza dei genomi e la visualizzazione dell'attività genetica, permettendo di colmare questa lacuna nella teoria evolutiva.

Così, la scoperta dei geni coinvolti in questi processi ha dato origine all'origine di evo-devo. I biologi evolutivi dello sviluppo sono responsabili del confronto dei geni che regolano i processi di sviluppo in un'ampia gamma di organismi multicellulari.

Cos'è evo-devo?

Una delle domande fondamentali nella biologia evolutiva - e nelle scienze biologiche in generale - è come sia nata la straordinaria biodiversità degli organismi che abitano il pianeta oggi.

Diversi rami della biologia, come l'anatomia, la paleontologia, la biologia dello sviluppo, la genetica e la genomica, forniscono informazioni per trovare la risposta a questa domanda. Tuttavia, all'interno di queste discipline, lo sviluppo si distingue.

Gli organismi iniziano la loro vita come una singola cellula e, attraverso i processi di sviluppo, avviene la formazione delle strutture che lo compongono, che si tratti di testa, gambe, coda, tra le altre.

Lo sviluppo è un concetto centrale, poiché attraverso questo processo tutte le informazioni genetiche contenute in un organismo vengono tradotte nella morfologia che osserviamo. Pertanto, la scoperta delle basi genetiche dello sviluppo ha rivelato come i cambiamenti nello sviluppo possono essere ereditati, dando origine a evo-devo.

Evo-devo cerca di comprendere i meccanismi che hanno portato all'evoluzione dello sviluppo, in termini di:

- I processi di sviluppo. Ad esempio, come una nuova cellula o un nuovo tessuto è responsabile di nuove morfologie in determinati lignaggi

- Processi evolutivi. Ad esempio, quali pressioni selettive hanno promosso l'evoluzione di queste nuove morfologie o strutture.

Prospettiva storica

Prima dei geni

Fino alla metà degli anni '80, la maggior parte dei biologi presumeva che la diversità nelle forme fosse sorta grazie a cambiamenti significativi nei geni che controllavano lo sviluppo di ogni lignaggio.

I biologi sapevano che una mosca sembrava una mosca e un topo sembrava un topo, grazie ai loro geni. Tuttavia, si pensava che i geni tra tali organismi morfologicamente disparati dovessero riflettere queste differenze abissali a livello genetico.

Dopo i geni

Gli studi sui mutanti del moscerino della frutta, la Drosophila, hanno portato alla scoperta di geni e prodotti genici che partecipano allo sviluppo dell'insetto.

Questi lavori pionieristici di Thomas Kaufman hanno portato alla scoperta dei geni Hox, quelli responsabili del controllo del modello delle strutture corporee e dell'identità dei segmenti nell'asse antero-posteriore. Questi geni agiscono regolando la trascrizione di altri geni.

Grazie alla genomica comparativa, si può concludere che questi geni sono presenti in quasi tutti gli animali.

In altre parole, sebbene i metazoi differiscano notevolmente nella morfologia (si pensi a un verme, un pipistrello e una balena), condividono percorsi di sviluppo comuni. Questa scoperta fu scioccante per i biologi dell'epoca e portò alla proliferazione della scienza dell'evo-devo.

Pertanto, si è concluso che le specie con fenotipi molto diversi hanno pochissime differenze genetiche e che i meccanismi genetici e cellulari sono estremamente simili in tutto l'albero della vita.

Cosa studia evo-devo?

Evo-devo è stato caratterizzato dallo sviluppo di molteplici programmi di ricerca. Muller (2007) ne menziona quattro, anche se avverte che si sovrappongono.

Morfologia ed embriologia comparata

Questo tipo di studio cerca di chiarire le differenze morfogenetiche che distinguono l'ontogenesi primitiva da quelle derivate. Le informazioni possono essere integrate con ciò che si trova nella documentazione sui fossili.

Seguendo questa linea di pensiero, diversi modelli di evoluzione morfologica possono essere caratterizzati su larga scala, come l'esistenza di eterocronie.

Queste sono variazioni che si verificano nello sviluppo, sia nel tempo di comparsa che nella velocità di formazione del tratto.

Biologia dello sviluppo genetico

Questo approccio si concentra sull'evoluzione del macchinario genetico di sviluppo. Tra le tecniche utilizzate c'è la clonazione e la visualizzazione dell'espressione dei geni coinvolti nella regolazione.

Ad esempio, lo studio dei geni Hox e la loro evoluzione attraverso processi quali mutazione, duplicazione e divergenza.

Epigenetica sperimentale

Questo programma studia l'interazione e le dinamiche molecolari, cellulari e dei tessuti influenzano i cambiamenti evolutivi. Studia le proprietà evolutive che non sono contenute nel genoma dell'organismo.

Questo approccio consente di confermare che, sebbene esista lo stesso fenotipo, può essere espresso in modo diverso a seconda delle condizioni ambientali.

Programmi per computer

Questo programma si concentra sulla quantificazione, modellazione e simulazione dell'evoluzione dello sviluppo, inclusi modelli matematici per l'analisi dei dati.

Eco-evo-devo

L'emergere di evo-devo ha dato origine alla formazione di altre discipline che hanno cercato di continuare con l'integrazione di diversi rami della biologia nella teoria evolutiva, così è nato eco-evo-devo.

Questa nuova branca cerca l'integrazione dei concetti di simbiosi evolutiva, plasticità evolutiva, sistemazione genetica e costruzione di nicchia.

In termini generali, la simbiosi evolutiva afferma che gli organismi sono costruiti, in parte, grazie alle interazioni con il loro ambiente e sono relazioni simbiotiche persistenti con i microrganismi. Ad esempio, in vari insetti, l'esistenza di batteri simbiotici produce isolamento riproduttivo.

Non c'è dubbio che la simbiosi abbia avuto un impatto impressionante sull'evoluzione degli organismi, dall'origine della cellula eucariotica all'origine della multicellularità stessa.

Allo stesso modo, la plasticità nello sviluppo consiste nella capacità degli organismi di generare fenotipi diversi, a seconda dell'ambiente. Secondo questo concetto, l'ambiente non è esclusivamente un agente selettivo, senza anche modellare il fenotipo.

Riferimenti

1. Carroll, SB (2008). Evo-devo e una sintesi evolutiva in espansione: una teoria genetica dell'evoluzione morfologica. Cella, 134 (1), 25-36.
2. Gilbert, SF, Bosch, TC e Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: simbiosi evolutiva e plasticità evolutiva come agenti evolutivi. Nature Reviews Genetics, 16 (10), 611.
3. Müller, GB (2007). Evo - devo: estendere la sintesi evolutiva. La natura esamina la genetica, 8 (12), 943.
4. Raff, RA (2000). Evo-devo: l'evoluzione di una nuova disciplina. Nature Reviews Genetics, 1 (1), 74.
5. Sultan, SE (2017). Eco-Evo-Devo. In Evolutionary Developmental Biology (pp. 1-13). Springer International Publishing.