Biologia evolutiva dello sviluppo

La moderna sintesi evolutiva

Un rinnovato interesse per l'evoluzione dello sviluppo è venuto dopo la moderna sintesi evolutiva (all'incirca dal 1936 al 1947). L'opinione convenzionale era che l'evo-devo avesse poca influenza sulla sintesi evolutiva, ma quanto segue suggerisce il contrario.

Gavin de Beer

In Embryos and evolution (1930) Gavin de Beer ha sottolineato l'importanza dell'eterocronia e soprattutto della paedomorfosi nell'evoluzione.

Secondo le sue teorie, la paedomorfosi (il mantenimento delle caratteristiche giovanili nella forma adulta) è importante nell'evoluzione perché i tessuti giovanili sono relativamente indifferenziati e capaci di ulteriore evoluzione, mentre i tessuti altamente specializzati sono meno capaci di cambiare.

Ha anche concepito l'idea dell'evoluzione clandestina, che ha contribuito a spiegare i cambiamenti improvvisi nel record fossile che erano apparentemente in contrasto con la teoria gradualista dell'evoluzione di Darwin.

Se una novità dovesse evolversi gradualmente nella forma giovanile di un animale, allora il suo sviluppo potrebbe non apparire affatto nel record fossile, ma se la specie dovesse poi subire la neotenia, in cui la maturità sessuale viene raggiunta mentre è in forma giovanile, allora la caratteristica apparirebbe improvvisamente nel record fossile, nonostante si sia evoluta gradualmente.

"In una serie di libri notevoli che stabilirono la teoria sintetica dell'evoluzione, Embriologia ed evoluzione di Gavin de Beer fu il primo e il più breve (1930; ampliato e rititolato Embrioni e antenati, 1940; 3° ed 1958). In 116 pagine de Beer portò l'embriologia nell'ortodossia in via di sviluppo... per più di quarant'anni, questo libro ha dominato il pensiero inglese sulla relazione tra ontogenesi e filogenesi". Stephen Gould ^p221

Stephen Jay Gould ha chiamato questo approccio per spiegare l'evoluzione come aggiunta terminale; come se ogni progresso evolutivo fosse aggiunto come nuovo stadio riducendo la durata degli stadi più vecchi. L'idea era basata sulle osservazioni della neotenia. Questo fu esteso dall'idea più generale di eterocronia (cambiamenti nei tempi di sviluppo) come meccanismo per il cambiamento evolutivo.

Neotenia e uomo

È stato spesso suggerito che la specie umana sia, almeno in qualche misura, un esempio di neotenia. Queste caratteristiche degli esseri umani adulti sono diverse da quelle delle grandi scimmie adulte, ma più simili a quelle delle scimmie giovani:

Questi sono alcuni dei tratti neotenici negli esseri umani: faccia appiattita, faccia allargata, cervello grande, corpo senza peli, faccia senza peli, naso piccolo, riduzione della cresta sopracciliare, denti piccoli, mascella superiore piccola (mascella), mascella inferiore piccola (mandibola), sottigliezza delle ossa del cranio, arti proporzionalmente corti rispetto alla lunghezza del tronco, gambe più lunghe delle braccia, occhi più grandi e posizione eretta.

Ancora più significativo è il modo in cui gli esseri umani continuano ad imparare e a giocare nella vita adulta, mentre nelle scimmie (e in altri mammiferi) questo tipo di comportamento è solitamente mostrato solo nei giovani. Questo suggerisce fortemente che le nostre attività cerebrali sono, almeno sotto questo aspetto, più simili alle scimmie giovani che a quelle adulte.

Genetica ed evo-devo

E.B. Lewis

L'interesse moderno per l'evo-devo nasce dalla chiara dimostrazione che lo sviluppo è strettamente controllato da speciali sistemi genetici che coinvolgono i geni hox.

In una serie di esperimenti con il moscerino della frutta Drosophila, Edward B. Lewis è riuscito a identificare un complesso di geni le cui proteine si legano alle regioni regolatrici dei geni bersaglio. Questi ultimi poi attivano o reprimono sistemi di processi cellulari che realizzano lo sviluppo finale dell'organismo.

Inoltre, la sequenza di questi geni di controllo mostra una co-linearità: l'ordine dei loci nel cromosoma è parallelo all'ordine in cui i loci sono espressi nei segmenti lungo il corpo. Non solo, ma questo gruppo di geni di controllo principale programma lo sviluppo di tutti gli organismi superiori.

Ognuno dei geni contiene un homeobox, una sequenza di DNA notevolmente conservata, che è simile in molti animali molto diversi. Questo suggerisce che il complesso stesso è sorto dalla duplicazione dei geni. Nella sua conferenza del Nobel, Lewis ha detto: "In definitiva, il confronto dei [complessi di controllo] in tutto il regno animale dovrebbe fornire un quadro di come gli organismi, così come i [geni di controllo] si sono evoluti".

Nel 2000, una sezione speciale dei Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) è stata dedicata all'evo-devo, e un intero numero del 2005 del Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution è stato dedicato ai temi chiave dell'evo-devo: innovazione evolutiva e novità morfologica.