Evoluce jako kutil: Pavoučí oči a mozky slepých ryb ukazují, jak přírada přestavuje, místo aby tvořila od nuly

Obě studie ilustrují, že evoluce málokdy vytváří zcela nové komplexní systémy od nuly. Místo toho často „kutilsky“ přetváří stávající genetické nástroje, vývojovou modularitu a nervové okruhy – přepoužívá staré součástky pro nové ekologické nároky .

Pavoučí oči: Modulární kutily se sdílenou genetickou výbavou

Rozsáhlá studie zahrnující 1 098 jedinců z 39 druhů pavouků a 8 čeledí zjistila variabilní dynamiku velikosti očí napříč různými páry očí a evolučními liniemi. To naznačuje, že evoluci očí pavouků utvářejí selekční tlaky a omezení . Tento vzorec podporuje myšlenku vývojové modularity: jednotlivé páry očí pavouka se mohou měnit co do velikosti nezávisle na sobě, nikoli jako pevně propojený celek .

Doplňková studie sekvenování jednotlivých buněk naznačila konzervovanou funkci signální dráhy Hedgehog ve vývoji pavoučích očí, což ukazuje, že hluboce konzervovaná vývojová dráha se podílí na stavbě očí pavouků . Obecněji řečeno, vývoj zrakového systému živočichů se zdá být závislý na konzervovaných genech pro určování sítnice a drahách, včetně ortologů Pax6, genů Wnt, hh, dpp a atonal u srovnávacích modelů vývoje oka .

Ilustrovaný princip: Pavoučí oči se nevyvinuly jako zcela nové vynálezy. Jejich rozmanitost je lépe chápána jako modifikace sdílených vývojových programů, přičemž konzervované dráhy vývoje oka a modulární evoluce párů očí umožňují různým vizuálním systémům přizpůsobit se různým ekologickým tlakům .

Důsledky pro chování: Studie velikosti očí pavouků spojuje evoluci velikosti očí s ekologií a naznačuje, že rozdíly mezi páry očí souvisejí s tím, jak různí pavouci spoléhají na zrak ve svých příslušných nikách .

Potenciální medicínské aplikace: Citované pavoučí studie nezakládají přímé lékařské aplikace. Jejich nejzřetelnější význam spočívá ve srovnávací vývojové biologii, zejména v tom, jak se konzervované dráhy, jako je signalizace Hedgehog, podílejí na vývoji oka u různých živočichů .

Mozky slepých jeskynních ryb: Přepojení dopaminového okruhu pro opačné chování

Slepé mexické jeskynní ryby (Astyanax mexicanus) vykazují vyvinutou světlem vyvolanou senzomotorickou reakci, která se liší od reakce jejich vidoucích příbuzných z povrchových vod . Pomocí funkčního zobrazování celého mozku, zarovnaného na zavedený mozkový atlas Astyanax, vědci identifikovali centrální dopaminový okruh, který je základem adaptace této světlem vyvolané reakce . Ačkoli život v jeskyni odstranil funkční oči jeskynních ryb, nová reakce zřejmě zahrnuje úpravu stávajícího nervového okruhu, nikoli vytvoření zcela nového mozkového systému .

Dřívější práce na atlasu dospělého mozku zjistila expanzi thalamických a dalších mozkových oblastí u jeskynních ryb spolu se zmenšením oblastí spojených se zpracováním zrakových podnětů . Tato atlasová práce také zjistila, že některá hypotalamická jádra jsou u jeskynních ryb zvětšena, zatímco jiné hypotalamické oblasti zůstávají nezměněny, což naznačuje oblastně specifickou neuroanatomickou změnu, nikoli jednotnou expanzi nebo zmenšení mozku .

Ilustrovaný princip: Jeskynní ryby si nevyvinuly zcela nový „světlo-snímající“ mozkový okruh. Přepoužily stávající dopaminem zprostředkovanou dráhu spojenou se světlem vyvolaným senzomotorickým chováním a přeladily ji tak, aby produkovala jiný behaviorální výstup .

Důsledky pro chování: Tato změna chování ukazuje, že evoluce může změnit výstup senzoricko-motorického okruhu i poté, co je ztraceno obrazotvorné vidění .

Potenciální medicínské aplikace: Citované studie o jeskynních rybách nezakládají přímé klinické aplikace. Jejich nejsilnější širší význam spočívá v roli obratlovčího modelu pro studium toho, jak se mozkové okruhy a neuroanatomie mohou vyvíjet, být mapovány a funkčně překonfigurovány v měřítku celého mozku .

Shrnutí

Studie pavouků ukazuje evoluci přepoužívající konzervované vývojové dráhy a modulární architekturu očí, aby vyhověla různým ekologickým tlakům. Studie jeskynních ryb ukazuje evoluci přepoužívající stávající dopaminový okruh ke změně světlem vyvolané behaviorální reakce. Obě jsou silnými příklady evoluce jako kutila, nikoli vynálezce .