Evolutionäre Entwicklungsbiologie

Die moderne evolutionäre Synthese

Ein erneutes Interesse an der Evolution der Entwicklung kam nach der modernen evolutionären Synthese (etwa 1936 bis 1947). Die herkömmliche Sichtweise war, dass evo-devo wenig Einfluss auf die evolutionäre Synthese hatte, aber das Folgende legt etwas anderes nahe.

Gavin de Beer

In Embryos and evolution (1930) betonte Gavin de Beer die Bedeutung der Heterochronie und insbesondere der Pädomorphose in der Evolution.

Seinen Theorien zufolge ist die Pädomorphose (die Beibehaltung juveniler Merkmale in der erwachsenen Form) in der Evolution wichtig, weil juvenile Gewebe relativ undifferenziert und zur weiteren Evolution fähig sind, während hochspezialisierte Gewebe weniger in der Lage sind, sich zu verändern.

Er entwarf auch die Idee der heimlichen Evolution, die dazu beitrug, die plötzlichen Veränderungen in den Fossilienbeständen zu erklären, die offensichtlich im Widerspruch zu Darwins gradualistischer Evolutionstheorie standen.

Würde sich eine Neuheit allmählich in der juvenilen Form eines Tieres entwickeln, dann würde ihre Entwicklung in den Fossilien überhaupt nicht auftauchen, aber wenn die Art dann eine Neothenie durchläuft, bei der die Geschlechtsreife in einer juvenilen Form erreicht wird, dann würde das Merkmal plötzlich in den Fossilien auftauchen, obwohl es sich allmählich entwickelt hat.

"In einer Reihe bemerkenswerter Bücher, die die synthetische Evolutionstheorie begründeten, war die Embryologie und Evolution von Gavin de Beer das erste und das kürzeste (1930; erweitert und umbenannt Embryonen und Vorfahren, 1940; 3. Auflage 1958) Auf 116 Seiten brachte de Beer die Embryologie in die sich entwickelnde Orthodoxie ... mehr als vierzig Jahre lang hat dieses Buch das englische Denken über die Beziehung zwischen Ontogenie und Phylogenie dominiert". Stephen Gould ^p221

Stephen Jay Gould nannte diesen Ansatz zur Erklärung der Evolution als terminale Addition; als ob jeder evolutionäre Fortschritt als neue Stufe durch die Verkürzung der Dauer der älteren Stufen hinzugefügt würde. Die Idee beruhte auf Beobachtungen der Neothenie. Sie wurde durch die allgemeinere Idee der Heterochronie (Veränderungen im Zeitablauf der Entwicklung) als Mechanismus für evolutionäre Veränderungen erweitert.

Neotenie und Mensch

Es ist oft angedeutet worden, dass die menschliche Spezies zumindest bis zu einem gewissen Grad ein Beispiel für Neothenie ist. Diese Merkmale des erwachsenen Menschen unterscheiden sich von denen der erwachsenen Menschenaffen, sind aber denen der juvenilen Menschenaffen ähnlicher:

Dies sind einige der neothenischen Merkmale des Menschen: abgeflachtes Gesicht, verbreitertes Gesicht, großes Gehirn, unbehaarter Körper, unbehaartes Gesicht, kleine Nase, Verringerung des Brauenrands, kleine Zähne, kleiner Oberkiefer (Maxilla), kleiner Unterkiefer (Mandible), dünne Schädelknochen, im Verhältnis zur Rumpflänge verhältnismäßig kurze Gliedmaßen, längere Beine als Armlänge, größere Augen und aufrechter Stand.

Noch bedeutsamer ist die Art und Weise, wie der Mensch bis ins Erwachsenenleben hinein lernt und spielt, während bei Menschenaffen (und anderen Säugetieren) diese Art von Verhalten normalerweise nur bei Jungtieren auftritt. Dies deutet stark darauf hin, dass unsere Gehirnaktivitäten, zumindest in dieser Hinsicht, juvenilen Affen ähnlicher sind als erwachsenen Menschenaffen.

Genetik und Evo-Devo

E.B. Lewis

Das moderne Interesse an evo-devo entspringt dem eindeutigen Beweis, dass die Entwicklung durch spezielle genetische Systeme mit Hox-Genen eng gesteuert wird.

In einer Reihe von Experimenten mit der Fruchtfliege Drosophila konnte Edward B. Lewis einen Genkomplex identifizieren, dessen Proteine an die regulatorischen Regionen von Zielgenen binden. Letztere aktivieren oder unterdrücken dann Systeme zellulärer Prozesse, die die endgültige Entwicklung des Organismus bewerkstelligen.

Darüber hinaus zeigt die Sequenz dieser Kontrollgene Ko-Linearität: Die Reihenfolge der Loci im Chromosom ist parallel zu der Reihenfolge, in der die Loci in Segmenten entlang des Körpers exprimiert werden. Nicht nur das, sondern dieser Cluster von Master-Kontrollgenen programmiert die Entwicklung aller höheren Organismen.

Jedes der Gene enthält eine Homöobox, eine bemerkenswert konservierte DNA-Sequenz, die bei vielen sehr unterschiedlichen Tieren ähnlich ist. Dies lässt vermuten, dass der Komplex selbst durch Genverdoppelung entstanden ist. In seiner Nobelpreisträgervorlesung sagte Lewis: "Letztlich sollten Vergleiche der [Kontrollkomplexe] im gesamten Tierreich ein Bild davon vermitteln, wie sich die Organismen sowie die [Kontrollgene] entwickelt haben".

Im Jahr 2000 war ein spezieller Abschnitt der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dem Evo-Devo gewidmet, und eine ganze Ausgabe 2005 des Journal of Experimental Zoology Teil B: Molecular and Developmental Evolution war den zentralen Evo-Devo-Themen evolutionäre Innovation und morphologische Neuheit gewidmet.