Biología evolutiva del desarrollo

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Biología evolutiva del desarrollo

Biología evolutiva del desarrollo

Dibujos de embriones de Ernst Haeckel

La biología evolutiva del desarrollo (o informalmente evo-devo, del inglés evolutionary developmental biology) es un campo de la biología que compara el proceso de desarrollo de diferentes organismos con el fin de determinar sus relaciones filogenéticas.[1] De este modo, la evolución se define como el cambio en los procesos de desarrollo.

El enfoque adoptado por la evo-devo es multidisplinar, confluyendo disciplinas como la biología del desarrollo (incluyendo la genética del desarrollo), la genética evolutiva, la sistemática, la morfología, la anatomía comparada o la paleontología.[2]

Contenido

Introducción

Durante las décadas de los ochenta y los noventa se recopiló una gran cantidad de datos comparativos en torno a la secuencia molecular de diferentes tipos de organismos y empezó a comprenderse en detalle la base molecular de los mecanismos de desarrollo codificados por tales genes, resultados aportados por la nueva genética del desarrollo. La biología evolutiva del desarrollo comenzó a constituirse en disciplina gracias a la disponibilidad de tales datos.

Algunos de los temas de la evo-devo:[3]

  • Origen y evoluci√≥n del desarrollo
  • El origen ontogen√©tico de las innovaciones evolutivas
  • La relaci√≥n entre genotipo y fenotipo: concepci√≥n jer√°rquica de la organizaci√≥n biol√≥gica
  • La plasticidad fenot√≠pica
  • La base ontogen√©tica de la homolog√≠a

Desarrollo y origen de la novedad

Entre los resultados m√°s sorprendentes y, probablemente, m√°s contraintuitivos de la investigaci√≥n en biolog√≠a evolutiva del desarrollo se encuentra el hecho de que la diversidad de los planes corporales y de la morfolog√≠a de los organismos a lo largo de muchos filo no aparecen necesariamente reflejados en una diversidad a nivel de las secuencias de genes implicadas en la regulaci√≥n del desarrollo. De hecho, como se√Īalan Gerhart y Kirschner (1997), nos encontramos con una aparente paradoja: "all√≠ donde esperamos encontrar variaci√≥n, encontramos conservaci√≥n, ausencia de cambio".

Incluso dentro de una misma especie, la ocurrencia de nuevas formas dentro de una poblaci√≥n no indica la preexistencia de variaci√≥n gen√©tica suficiente para dar cuenta de la diversidad morfol√≥gica. Por ejemplo, a√ļn cuando la variaci√≥n gen√©tica es baja, encontramos una variaci√≥n significativa en la morfolog√≠a de las extremidades de las salamandras, as√≠ como en el n√ļmero de segmentos de los cent√≠pedos.

As√≠, se plantea una cuesti√≥n fundamental para la investigaci√≥n en el campo de la evo-devo: ¬ŅDe d√≥nde procede la novedad si la novedad morfol√≥gica que observamos a nivel de los diferentes clados no se refleja siempre en el genoma?

La novedad puede surgir a trav√©s de varios medios, incluyendo la duplicaci√≥n gen√©tica y los cambios en la regulaci√≥n gen√©tica. La duplicaci√≥n gen√©tica permite la fijaci√≥n de una funci√≥n celular o bioqu√≠mica particular en un locus, de modo que el locus duplicado queda libre para desempe√Īar una nueva funci√≥n. Los cambios en la regulaci√≥n gen√©tica son efectos de "segundo orden" que resultan de la interacci√≥n y del ritmo de actividad de las redes gen√©ticas, propiedades distintas del funcionamiento de los genes individuales en la red.

El descubrimiento en la d√©cada de los ochenta de los Homeobox permiti√≥ que los investigadores en biolog√≠a del desarrollo evaluaran emp√≠ricamente la importancia relativa de la duplicaci√≥n y de la regulaci√≥n gen√©tica en la evoluci√≥n de la diversidad morfol√≥gica. Varios bi√≥logos sugieren que los "cambios en los sistemas cis-regulatorios de genes" son m√°s significativos que los "cambios en el n√ļmero de genes o en la funci√≥n de las prote√≠nas" (Carroll 2000).

La evo-devo sostiene que la naturaleza combinatoria de la regulaci√≥n de la transcripci√≥n gen√©tica proporciona un rico sustrato para la diversidad morfol√≥gica, dado que las variaciones en el nivel, patr√≥n o ritmo de la expresi√≥n gen√©tica pueden proporcionar m√°s variaci√≥n para que la selecci√≥n natural act√ļe sobre ellos que los cambios que se producen solamente en el producto g√©nico.

Los cambios epigen√©ticos incluyen la modificaci√≥n del material gen√©tico debida a metilaci√≥n y otras alteraciones qu√≠micas reversibles (Jablonka y Lamb 1995) as√≠ como la remodelaci√≥n no programada del organismo por efectos ambientales, debida a la inherente plasticidad fenot√≠pica de los organismos en desarrollo (West-Eberhard 2003). Los bi√≥logos Stuart A. Newman y Gerd B. M√ľller[4] han sugerido que los primeros organismos en la historia de la vida multicelular eran m√°s susceptibles a esta segunda categor√≠a de la determinaci√≥n epigen√©tica que los organismos modernos.

Propiedades de los sistemas de desarrollo

Gerd M√ľller (1991) ha identificado tres propiedades caracter√≠sticas de los sistemas de desarrollo: organizaci√≥n jer√°rquica, interdependencia interactiva y condiciones de equilibrio.

Las constricciones del desarrollo

Artículo principal: Constricción (biología)

Mecanismos evolutivos del desarrollo

Un ejemplo cl√°sico de neotenia entre los vertebrados lo encontramos en el ajolote, especie acu√°tica de salamandra que conserva en su fase adulta los rasgos que en otras especies de salamandra aparecen en la fase de larva.
Mecanismos evolutivos del desarrollo[5] [6]
Niveles Mecanismos
DNA icon (25x25).png Gen regulaci√≥n, redes, interacciones, tama√Īo del genoma, procesos epigen√©ticos (metilaci√≥n, impronta, desactivaci√≥n cromos√≥mica)
Red White Blood cells.jpg Célula división, migración, condensación, diferenciación, interacción, patrones, morfogénesis, inducción embriológica,
Epithelial-cells.jpg Tejidos, √ďrganos modularidad, segmentaci√≥n, interacciones epitelio-c√©lula madre, crecimiento
Meat eater ant feeding on honey02.jpg Organismos asimilación genética, plasticidad fenotípica, polimorfismo, morfología funcional

Nivel molecular-genético

Los mecanismos que act√ļan a nivel gen√©tico son estudiados por la gen√©tica del desarrollo:

Nivel epigenético

  • Campo morfogen√©tico
  • En los sistemas epigen√©ticos, la amplificaci√≥n epigen√©tica es el fen√≥meno por el cual un peque√Īo cambio durante la morfog√©nesis (por ejemplo, en la invaginaci√≥n del epitelio, en el √°rea de contacto entre tejidos o en el inicio o terminaci√≥n de la osificaci√≥n) tiene como resultado un gran cambio fenot√≠pico. Este fen√≥meno puede dar cuenta de los saltos macroevolutivos postulados por la teor√≠a del equilibrio puntuado.[7]
  • La heterocron√≠a implica un cambio en el ritmo de los procesos de desarrollo de manera que un suceso ocurre antes, despu√©s o a una velocidad distinta en un tax√≥n en comparaci√≥n con ese mismo proceso de desarrollo en su antecesor.[8]
  • La influencia del contexto ecol√≥gico en la ontog√©nesis.

Nivel fenotípico

Ejemplos

Junonia coenia
  • La evoluci√≥n de las manchas oculares de las mariposas.

Historia de la evo-devo

Artículo principal: Historia de la evo-devo

La historia de la biolog√≠a evolutiva del desarrollo se remonta a la tradici√≥n anal√≥gica que, ya en Grecia, estableci√≥ un paralelismo entre el desarrollo ontogen√©tico y la organizaci√≥n de los seres vivos. La vinculaci√≥n entre evoluci√≥n y desarrollo no tiene lugar hasta la Teor√≠a de la Recapitulaci√≥n de Ernst Haeckel. Finalmente, la institucionalizaci√≥n de la evo-devo como disciplina aut√≥noma y consolidada tendr√° lugar en los a√Īos noventa del siglo XX.

Referencias

  1. ‚ÜĎ Entendiendo por desarrollo, en palabras de Hall, todo lo comprendido en la "caja negra" que media entre el genotipo y el fenotipo Hall, B.K. (2003). Unlocking the Black Box between Genotype and Phenotype:Cells and Cell Condensations as Morphogenetic (modular) Units. Biol. & Philos., 18: 219-247.
  2. ‚ÜĎ Wagner, Chiu and Laubichler, 2000
  3. ‚ÜĎ Hall, 2000, p 177
  4. ‚ÜĎ M√ľller and Newman, 2003
  5. ‚ÜĎ Hall (2003) Evo-Devo: evolutionary developmental mechanisms. Int. J. Dev. Biol. 47: 491-495.
  6. ‚ÜĎ Mecanismos como la heterocron√≠a o la heterotop√≠a pueden actuar a todos los niveles
  7. ‚ÜĎ M√ľller G.B. 1990.Developmental mechanisms at the origin of morphological novelty: A side-effect hypothesis. In: Evolutionary Innovations.M.H. Nitecki (ed.): pp 99-130. Chicago Press, Chicago.
  8. ‚ÜĎ Smith, K. K. (2002) Sequence Heterochrony and the Evolution of Development JOURNAL OF MORPHOLOGY 252:82‚Äď97.
  • Alberch, P. & Gale, E. 1985. A developmental analysis of an evolutionary trend: Digital reductions in amphibians. Evolution, 39: 8-23.
  • Carroll, S. B. (2001) Endless forms: the evolution of gene regulation and morphological diversity, Cell 101, 6: 577-580
  • Gerhart, J. and Kirschner, M. (1997) Cells, Embryos and Evolution, Blackwell Science
  • Jablonka, E. and Lamb, M. J. (1995) Epigenetic Inheritance and Evolution: The Lamarckian Dimension, Oxford University Press
  • Love, Reflections on the Middle Stages of EvoDevo‚Äôs Ontogeny

Para saber m√°s

Enlaces externos

Véase también

Obtenido de "Biolog%C3%ADa evolutiva del desarrollo"

Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

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