Omologia profonda - Deep homology

Le alterazioni di pax6 provocano alterazioni fenotipiche simili della morfologia e della funzione dell'occhio in un'ampia gamma di specie.

Nella biologia evolutiva dello sviluppo , il concetto di omologia profonda viene utilizzato per descrivere casi in cui i processi di crescita e differenziazione sono governati da meccanismi genetici omologhi e profondamente conservati in un'ampia gamma di specie .

Storia

Nel 1822, lo zoologo francese Étienne Geoffroy Saint-Hilaire sezionò un gambero , scoprendo che il suo corpo è organizzato come quello di un vertebrato, ma invertito ventre contro dorso (dorsoventrale) :

Ho appena scoperto che tutti gli organi molli, cioè i principali organi della vita si trovano nei crostacei, e quindi negli insetti, nello stesso ordine, nelle stesse relazioni e con la stessa disposizione dei loro analoghi nei vertebrati alti animali... Quale fu la mia sorpresa, e posso aggiungere, la mia ammirazione, nel vedere [tale] regola...

I geni hox omologhi in animali così diversi come insetti e vertebrati controllano lo sviluppo embrionale e quindi la forma dei corpi adulti. Questi geni sono stati altamente conservati attraverso centinaia di milioni di anni di evoluzione .

La teoria dell'omologia di Geoffroy fu denunciata dal principale zoologo francese del suo tempo, Georges Cuvier , ma nel 1994 Geoffroy si dimostrò corretta. Nel 1915, Santiago Ramon y Cajal mappò le connessioni neurali dei lobi ottici di una mosca, scoprendo che assomigliavano a quelle dei vertebrati. Nel 1978, Edward B. Lewis ha contribuito a fondare la biologia evolutiva dello sviluppo , scoprendo che i geni omeotici regolavano lo sviluppo embrionale nei moscerini della frutta.

Nel 1997, il termine omologia profonda è apparso per la prima volta in un articolo di Neil Shubin , Cliff Tabin e Sean B. Carroll , che descriveva l'apparente correlazione negli apparati di regolazione genetica che indicavano somiglianze evolutive in caratteristiche animali disparate.

Un diverso tipo di omologia

Mentre l' omologia ordinaria è vista nello schema di strutture come le ossa degli arti dei mammiferi che sono evidentemente imparentate, l'omologia profonda può applicarsi a gruppi di animali che hanno un'anatomia abbastanza dissimile: vertebrati (con endoscheletri fatti di ossa e cartilagine ) e artropodi (con esoscheletri fatto di chitina ) hanno tuttavia arti costruiti utilizzando ricette o "algoritmi" simili.

All'interno dei metazoi , i geni omeotici controllano la differenziazione lungo gli assi principali del corpo ei geni pax (specialmente PAX6 ) aiutano a controllare lo sviluppo dell'occhio e di altri organi sensoriali . L'omologia profonda si applica a gruppi ampiamente separati, come negli occhi dei mammiferi e negli occhi composti strutturalmente molto diversi degli insetti .

Allo stesso modo, i geni hox aiutano a formare il modello di segmentazione di un animale. HoxA e HoxD, che regolano la formazione di dita di mani e piedi nei topi, controllano lo sviluppo delle pinne di raggio nel pesce zebra ; queste strutture erano state fino ad allora considerate non omologhe.

Esiste una possibile omologia profonda tra gli animali che utilizzano la comunicazione acustica, come gli uccelli canori e gli esseri umani, che potrebbero condividere versioni non mutate del gene FOXP2 .

Algoritmo

Nel 2010, un team guidato da Edward Marcotte ha sviluppato un algoritmo che identifica moduli genetici profondamente omologhi in organismi unicellulari, piante e animali in base a fenotipi (come tratti e difetti di sviluppo). La tecnica allinea i fenotipi tra gli organismi in base all'ortologia (un tipo di omologia) dei geni coinvolti nei fenotipi.

Riferimenti

Guarda anche

• Piano corporeo  – Insieme di caratteristiche morfologiche comuni ai membri di un phylum di animali