Evolusjonær utviklingsbiologi

Evolusjonær utviklingsbiologi, ofte kalt EvoDevo (fra evolutionary development) er en gren av utviklingsbiologi hvor man studerer hvordan forskjellige dyr og planter utvikler seg fra fosterstadiet for å forstå det evolusjonære slektskapet mellom dem, og hvordan utviklingsprosessene har endret seg gjennom evolusjonen.

Forskjellige regioner av Hox-genene kommer til uttrykk i forskjellige segentene i larven til en bananflue og et musefoster og styrer hvilke deler av kroppen som utvikler hode og lemmer.

Starten på den moderne forskningen på feltet var funnet av gen som styrte fosterutviklingen i modellorganismer. De samme genene ble funnet i forskjellige organismer, og der hadde de lignende eller samme funksjon. Det viser seg at evolusjonære nyskapninger innen utvikling oftest skjer ved gjenbruk og endringer av gennettverk som finnes fra før. Dette vil si at gener som har blitt brukt i en kroppsdel blir brukt i en annen kroppsdel til et annet formål.

Det første som ble studert inne evolusjonær utviklingsbiologi var hvordan de samme cellulære og molekylære mekanismene styrer utviklingen av kroppsplan og organutvikling i forskjellige arter. Nå studeres det også hvordan endringer i utviklingen fører til artsdannelse.

Mye av forskningen skjer ved å sammenligne ulikheter mellom kromosomer og protein- og DNA-sekvenser fra ulike arter ved hjelp av bioinformatiske metoder. Målet er å finne ut hvordan evolusjonære endringer i form og funksjon (fenotypiske endringer) oppstår gjennom endringer av gener og de delene av DNA som styrer når gener blir uttrykt (som enhancer- og promotor_(genetikk). En måte å studere dette på er ved å se på ulikheter når det gjelder hvor et gen uttrykkes i forskjellige organismer, og på hvilket steg i utviklingen.

Viktige konsept i evolusjonær utviklingsbiologi

Utviklingen av planter og dyr er lettere å forstå om vi tenker at de består av moduler eller regioner, og at disse modulene utvikler seg delvis uavhengig av hverandre. Eksempel på moduler er fingre, ribbein og kroppssegmenter. Det forskere forsøker å forstå er hvilke gener som hjelper til med å danne disse modulene, hvordan disse genene virker sammen, og hvordan modulene har oppstått i evolusjonen.

Et annet viktig konsept er at enkelte genprodukter fungerer som brytere som slår av eller på andre gener, og andre som signaler som sprer seg fra et punkt utover i kroppen, morfogener. Et eksempel på slike brytere er Hox-gener. Disse bestemmer hva et kroppssegment skal bli til. For eksempel: hos virveldyr, som oss, bestemmer Hox genene hvilke ryggvirvler som skal bli til nakke, hvor armene skal plasseres langs ryggraden, osv. Eksempel på hva de gjør hos en flue er at de bestemmer hvilke deler som er overkropp, og hvilken del av overkroppen som skal ha vinger.

Et eksempel på et morfogen er proteinet Sonic Hedgehog. Dette er innblandet i mange prosesser og er dermed også et eksempel på gjenbruk av gener i evolusjonen av utviklingsprosesser. En av tingene Sonic Hedgehog gjør er at det bestemmer den ene retningen på lemmer: det angir retningen fra bakerst på et lem til fremst. På en arm vil dette være fra hvor lillefingeren skal være til tommelen. Denne funksjonen vet man er bevart fra bruskfisker til mennesker.

Disse tingene gjør at en del forskere tenker seg at grunnen til at organismer utvikler seg på ulikt vis skyldes endringer i reguleringen av hvor og når i en organisme gener blir uttrykt, mer enn det skyldes endringer av selve genene. Det vil si at det skjer mutasjoner i promotor og enhancer regionene til genene.

Innen evolusjonær utviklingsbiologi tenkes det også at utviklingen er tøyelig, det vil si at den ikke bare er bestemt av genene, men er også påvirket av ytre faktorer, som miljøet. Dermed kan evolusjon skje ved at en endring av fenotype kommer før en endring av genene.

Litteratur

L. Wolpert et.al. (2007). Principles of Development. Oxford University Press, Oxford, 3rd edition.

SB Carroll (2005). Endless Forms Most Beautiful