Evo-Devo (Biología evolutiva del desarrollo)
La biología evolutiva del desarrollo, abreviado comúnmente como evo-devo por sus siglas en inglés, es un campo novedoso de la biología evolutiva que integra la rama del desarrollo en la evolución. Uno de los objetivos más prometedores de esta disciplina es explicar de diversidad morfológica en la tierra.
La síntesis moderna buscó integrar la teoría de evolución de Darwin por selección natural y los mecanismos de la herencia propuestos por Mendel. Sin embargo, dejó por fuera el posible papel del desarrollo en la biología evolutiva. Por ello, evo-devo surge ante la falta de integración del desarrollo en la síntesis.
Así, el descubrimiento de los genes implicados en estos procesos dio pie al origen de evo-devo. Los biólogos del desarrollo evolutivo se encargan de comparar los genes que regulan los procesos de desarrollo en una amplia gama de organismos pluricelulares.
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Una de las preguntas fundamentales en la biología evolutiva – y en las ciencias biológicas en general – es cómo surgió la extraordinaria biodiversidad de los organismos que hoy en día habitan el planeta.
Distintitas ramas de la biología, como la anatomía, paleontología, biología del desarrollo, genética y genómica aportan información para encontrar la respuesta a dicha interrogante. Sin embargo, dentro de estas disciplinas, resalta el desarrollo.
Los organismos empiezan su vida como una sola célula y, mediante los procesos de desarrollo, ocurre la formación de las estructuras que lo componen, llámese cabeza, patas, colas, entre otros.
El desarrollo es un concepto central, ya que mediante este proceso toda la información genética contenida en un organismo es traducida en la morfología que observamos. Así, el descubrimiento de las bases genéticas del desarrollo ha revelado como los cambios en este pueden ser heredados, dando lugar a evo-devo.
Evo-devo busca entender los mecanismos que han llevado a la evolución del desarrollo, en término de:
– Los procesos del desarrollo. Por ejemplo, como una nueva célula o un nuevo tejido es responsable de las morfologías novedosas en ciertos linajes
– Los procesos evolutivos. Por ejemplo, cuales presiones selectivas promovieron la de evolución de dichas morfologías o estructuras novedosas.
Hasta mediados de los años 80, la mayoría de los biólogos asumían que la diversidad en las formas había surgido gracias a cambios significativos en los genes que controlaban el desarrollo de cada linaje.
Los biólogos sabían que una mosca lucia como una mosca, y un ratón como un ratón, gracias a sus genes. Sin embargo, se pensaba que los genes entre organismos tan dispares morfológicamente, debían reflejar estas diferencias abismales a nivel de los genes.
Los estudios realizados en mutantes de la mosca de la fruta, Drosophila, llevo al descubrimiento de los genes y productos génicos que participan en el desarrollo del insecto.
Estos trabajos pioneros de Thomas Kaufman llevaron al descubrimiento de los genes Hox – los encargados de controlar el patrón de las estructuras corporales y la identidad de los segmentos en el eje antero-posterior. Dichos genes trabajan regulando la transcripción de otros genes.
Gracias a la genómica comparada, se puedo concluir que estos genes están presentes en casi todos los animales.
En otras palabras, aunque los metazoos difieren mucho en cuanto a la morfología (pensemos en un gusano, un murciélago y una ballena), comparten vías de desarrollo común. Este descubrimiento fue impactante para los biólogos de la época y llevó a la proliferación de la ciencia de evo-devo.
De este modo, se llegó a la conclusión que las especies con fenotipos muy distintos poseen muy pocas diferencias genéticas y que los mecanismos genéticos y celulares son extremadamente similares a lo largo del árbol de la vida.
Evo-devo se ha caracterizado por el desarrollo de múltiples programas de investigación. Muller (2007) menciona cuatro de ellos, aunque advierte que se solapan entre sí.
Este tipo de estudio busca puntualizar las diferencias morfogenéticas que distinguen las ontogenias primitivas de las derivadas. La información puede complementarse con lo encontrado en el registro fósil.
Siguiendo esta línea de pensamiento, se pueden caracterizar distintas patrones de evolución morfológica a grandes escalas, como la existencia de heterocronías.
Estas son variaciones que ocurren en el desarrollo, ya sea en el tiempo de aparición en la tasa de formación del rasgo.
Este enfoque centra su atención en la evolución de la maquinaria genética del desarrollo. Dentro de las técnicas usadas está la clonación y visualización de la expresión de genes involucrados en la regulación.
Por ejemplo, el estudio de los genes Hox y su evolución a través de proceso como mutación, duplicación y divergencia.
Este programa estudia la interacción y la dinámica molecular, celular y a nivel de los tejidos afectan los cambios evolutivos. Estudia propiedades del desarrollo que no están contenidas en el genoma del organismo.
Este enfoque permite corroborar que, aunque exista el mismo fenotipo, este puede expresarse de manera diferencial dependiendo de las condiciones ambientales.
Este programa se enfoque en la cuantificación, modelado y simulación de la evolución del desarrollo, incluyendo modelos matemáticos para el análisis de los datos.
El surgimiento de evo-devo dio pie a la formación de otras disciplinas que buscaron seguir con la integración distintas ramas de la biología en la teoría evolutiva, así nace eco-evo-devo.
Esta nueva rama busca la integración de los conceptos de simbiosis del desarrollo, plasticidad del desarrollo, acomodación genética y construcción de nichos.
En términos generales, la simbiosis del desarrollo plantea que los organismos son construidos, en parte, gracias a las interacciones con su medio ambiente y son las relaciones simbióticas persistentes con los microorganismos. Por ejemplo, en varios insectos, la existencia de bacterias simbióticas produce aislamiento reproductivo.
No hay duda que la simbiosis ha tenido un impacto impresionante en la evolución de los organismos, desde el origen de la célula eucariota hasta el origen de la pluricelularidad en sí misma.
Del mismo modo, la plasticidad en el desarrollo consiste en la capacidad de los organismos de generar diferentes fenotipos, dependiendo del ambiente. Bajo este concepto, el ambiente no es exclusivamente un agente selectivo, sin que también moldee al fenotipo.
- Carroll, S. B. (2008). Evo-devo and an expanding evolutionary synthesis: a genetic theory of morphological evolution. Cell, 134(1), 25-36.
- Gilbert, S. F., Bosch, T. C., & Ledón-Rettig, C. (2015). Eco-Evo-Devo: developmental symbiosis and developmental plasticity as evolutionary agents. Nature Reviews Genetics, 16(10), 611.
- Müller, G. B. (2007). Evo–devo: extending the evolutionary synthesis. Nature reviews genetics, 8(12), 943.
- Raff, R. A. (2000). Evo-devo: the evolution of a new discipline. Nature Reviews Genetics, 1(1), 74.
- Sultan, S. E. (2017). Eco-Evo-Devo. In Evolutionary Developmental Biology (pp. 1-13). Springer International Publishing.