นักชีววิทยาทุกคนเคยได้ยินเกี่ยวกับนกฟินช์ของดาร์วินและ สล็อตแตกง่าย รู้ว่ารูปร่างของจงอยปากอาจมีวิวัฒนาการแตกต่างกันไปตามแหล่งอาหาร แต่มีกี่วิธีในการเปลี่ยนจงอยปาก? ระยะของจะงอยปากที่เป็นไปได้ถูกจำกัดโดยข้อจำกัดของพัฒนาการหรือไม่? นกสมัยใหม่เปลี่ยนจงอยปากได้ดีกว่าบรรพบุรุษที่อยู่ห่างไกลหรือไม่? คำถามเหล่านี้ถูกโพสต์ในคำนำของCells, Embryos และ Evolutionเพื่อเน้นว่าตอนนี้เป็นเวลาที่จะใช้ความเข้าใจระดับโมเลกุลที่ค้นพบใหม่ของเราเกี่ยวกับการพัฒนาเพื่อค้นหาว่าจริงๆ แล้วเกิดอะไรขึ้นในวิวัฒนาการ
John Gerhart และ Marc Kirschner เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเซลล์และชีววิทยาพัฒนาการที่โดดเด่น อย่างที่คาดไว้ พวกเขาวาดผ้าใบอันทรงพลังแล้วเติมด้วยสิ่งดีๆ เนื้อหาส่วนใหญ่มีเนื้อหาเกี่ยวกับคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการพัฒนาหลักในสัตว์มีกระดูกสันหลังและแมลง ค่อนข้างน้อยสำหรับประเด็นสำคัญบางประเด็นในชีววิทยาของเซลล์ และหลายบทในการสืบสวนว่าการจัดระบบพัฒนาการช่วยส่งเสริมวิวัฒนาการของความแปลกใหม่ทางสัณฐานวิทยาได้อย่างไร .
ธีมหลักของพวกเขาคือระบบการพัฒนาของ metazoa
แสดง “ความยืดหยุ่นและความทนทาน” ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะที่อาจเปิดใช้งานการกลายพันธุ์เพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในสัณฐานวิทยาโดยไม่เสียเปรียบเสมอไป องค์ประกอบของระบบดังกล่าวคือสิ่งต่างๆ เช่น เส้นทางคู่ขนาน จุดอ่อนมากกว่าความเชื่อมโยงด้านกฎระเบียบที่เข้มงวด หรือกลไกการแข่งขันและการสำรวจ มากกว่าที่จะถูกกำหนดโดยสมบูรณ์ ‘ความสามารถในการพัฒนา’ ประเภทนี้อาจมีการเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงเวลาวิวัฒนาการ ไม่ต้องสงสัยเลยว่ากลไกการพัฒนาของสัตว์มีกระดูกสันหลังและแมลงซึ่งเป็นสัตว์สองกลุ่มที่เข้าใจกันดีที่สุด แสดงให้เห็นลักษณะเหล่านี้ แม้ว่าจะแตกต่างกันออกไป
แต่ถ้าเราจะอธิบายความสำเร็จของพวกเขาในการสร้างสัณฐานวิทยาที่หลากหลายสำหรับลักษณะดังกล่าว เราต้องถามว่ากลุ่มอื่นๆ ที่ล้มเหลวในการสร้างความหลากหลายดังกล่าวมีระบบการพัฒนาที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเข้มงวดกว่าหรือไม่ นี่อาจเป็นข้อโต้แย้งของไส้เดือนฝอยซึ่งความหลากหลายทางสัณฐานวิทยาในฐานะไฟลัมดูเหมือนจะไม่ตรงกับของอาร์โทรพอดหรือคอร์ด การศึกษาในช่วงต้นของCaenorhabditis elegansได้เน้นย้ำถึงสายเลือดของเซลล์ที่แข็งกระด้าง แต่ยิ่งมีการศึกษาไส้เดือนฝอยมากเท่าใด เหตุการณ์ ‘การเดินสายที่แข็งกระด้าง’ น้อยลงมีความชัดเจนและมีการค้นพบกระบวนการส่งสัญญาณมากขึ้น ซึ่งจะนับว่า “ยืดหยุ่น” สำหรับ Gerhart และ เคิร์ชเนอร์.
สิ่งต่าง ๆ ไม่ชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อเราพบ ‘ปัญหา priapulid’ Priapulids ซึ่งตั้งชื่อตาม Priapus ในบาร์นี้ซึ่งมีอวัยวะกำเนิดของผู้ชายขนาดใหญ่ เป็นไฟลัมทั้งหมดที่มีเพียง 17 สปีชีส์ที่ดูเหมือนจะแทบไม่เปลี่ยนแปลงเลยตั้งแต่ปรากฏตัวใน Middle Cambrian เราไม่รู้ว่าพวกมันยังคงเหมือนเดิมหรือไม่ เพราะระบบการพัฒนาของพวกมันโดยเนื้อแท้แล้วมีการพัฒนาน้อยกว่าไฟลาที่มีเสน่ห์มากกว่า หรือว่ามีแรงกดดันในการคัดเลือกเพียงเล็กน้อยสำหรับการกระจายความเสี่ยง เนื่องจากสภาพในโคลนทะเลไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักในช่วง 530 ล้านครั้งที่ผ่านมา ปีที่.
หนังสือเล่มนี้มีแนวโน้มที่จะลดความสำคัญของ ‘ข้อจำกัด’ ซึ่งเป็นข้อกังวลตามปกติของนักชีววิทยาด้านพัฒนาการ มีอยู่ครั้งหนึ่งที่คิดว่าการเปลี่ยนแปลงเกือบทุกอย่างในการพัฒนาช่วงแรก ๆ นั้นเป็นไปไม่ได้เพราะผลกระทบในระยะหลัง แต่มุมมองนี้มีแนวโน้มปานกลาง เนื่องจากผู้คนเริ่มคุ้นเคยกับการปรับตัวในช่วงแรกๆ ที่หลากหลายให้เข้ากับไลฟ์สไตล์การเจริญพันธุ์ที่แตกต่างกัน เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าระยะของความคล้ายคลึงกันสูงสุดระหว่างสมาชิกของอนุกรมวิธานไม่ใช่ระยะเอ็มบริโอที่เก่าที่สุด แต่เป็นระยะกลาง นี้มักจะเรียกว่าระยะ ‘phylotypic’ และได้รับการกล่าวถึงมากมายในหนังสือ แต่ผู้เขียนค่อนข้างขี้อายที่จะผูกมัดตัวเองกับการมีอยู่ของระยะ Phylotypic ใด ๆ นอกเหนือจากคอหอยที่คุ้นเคยของสัตว์มีกระดูกสันหลังและแถบสืบพันธุ์ของแมลง
พวกเขาแนะนำอย่างไม่แน่นอนว่าไส้เดือนฝอย
“จุลภาค” อาจเป็นสายพันธุ์ แต่ละเลยผู้สมัครที่เป็นไปได้อื่น ๆ เช่นตัวอ่อน veliger ของหอยทากหรือระยะการแบ่งต้นของหนอน annelid ตามกรณีทั่วไปของพวกเขา พวกเขาให้เหตุผลว่าการอนุรักษ์ระยะ phylotypic นั้นเกิดจากความยืดหยุ่นและความทนทาน และไม่พิจารณาอย่างจริงจังถึงมุมมองทางเลือกที่ยังคงเหมือนเดิมเพราะแรงกดดันในการคัดเลือกมีน้อยที่สุดในระยะกลางของการพัฒนา .
ความสำเร็จที่น่าทึ่งที่สุดของชีววิทยาพัฒนาการระดับโมเลกุลคือการค้นพบความคล้ายคลึงระยะยาวระหว่างกลุ่มสัตว์ในแง่ของสิ่งต่าง ๆ เช่นพื้นฐานระดับโมเลกุลของรูปแบบก่อนหลังและหลัง การค้นพบเหล่านี้ทำให้เราสามารถสร้างบรรพบุรุษที่ล่วงลับไปนานขึ้นใหม่ได้ในแบบที่คิดไม่ถึงเมื่อสองสามปีก่อน
Gerhart และ Kirschner ใช้ข้อมูลเหล่านี้เพื่อยืนยันว่า metazoan ของลำต้นนั้นเป็น “หนอนตัวแบนกลม” ที่เจริญอยู่ใต้พื้นผิวของ Vendian biomat สิ่งมีชีวิตนี้มียีน Hox ที่ระบุรูปแบบก่อนหลัง ยีน emx/otxเพื่อเข้ารหัสสำหรับศีรษะ chordin/Bmp-4 การส่งสัญญาณสำหรับองค์กร dorsoventral; pax6ทำหน้าที่รับแสง myoDทำกล้ามเนื้อและอื่น ๆ เป็นการดึงดูดที่จะจินตนาการว่าบรรพบุรุษที่แข็งแกร่งของเราเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่สร้างโพรงฟอสซิลในตะกอน Vendian และ Cambrian ซึ่งบางส่วนยังคงพบเห็นได้อย่างสมบูรณ์ด้วยอุจจาระที่เป็นซากดึกดำบรรพ์
ส่วนที่ดีที่สุดของหนังสือคือส่วนที่ใช้ข้อมูลจากอณูชีววิทยาเพื่อบอกเราว่าเกิดอะไรขึ้นในวิวัฒนาการ ตัวอย่างเช่น นมเป็นสิ่งแปลกใหม่ที่สร้างขึ้นโดยสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่แลคโตสซินธิเทสประกอบด้วยสององค์ประกอบ: กาแลคโตซิลทรานสเฟอเรสซึ่งแต่ก่อนเคยใช้เพื่อประกอบโซ่คาร์โบไฮเดรตไกลโคโปรตีน และ α-lactalbumin ซึ่งเป็นไลโซไซม์รุ่นดัดแปลง ความเข้าใจเชิงลึกระดับโมเลกุลที่คล้ายคลึงกันถูกนำไปใช้กับตัวอย่างอื่นๆ เช่น ต้นกำเนิดของไมอีลิน ของเส้นใยระดับกลาง และของผลึกของเลนส์ สล็อตแตกง่าย
