Konstruktiv utveckling (biologi)
Inom biologi hänvisar konstruktiv utveckling till hypotesen att organismer formar sin egen utvecklingsbana genom att ständigt reagera på och orsaka förändringar i både sitt inre tillstånd och sin yttre miljö . Konstruktiv utveckling kan jämföras med programmerad utveckling, hypotesen att organismer utvecklas enligt ett genetiskt program eller ritning. Det konstruktivistiska perspektivet återfinns i filosofin, framför allt utvecklingssystemteorin , och i de biologiska och sociala vetenskaperna, inklusive utvecklingspsykobiologi och nyckelteman i den utökade evolutionära syntesen . Konstruktiv utveckling kan vara viktig för evolutionen eftersom den gör det möjligt för organismer att producera funktionella fenotyper som svar på genetiska eller miljömässiga störningar, och därmed bidrar till anpassning och diversifiering.
Nyckelteman för konstruktiv utveckling
Lyhördhet och flexibilitet
När som helst beror en organisms utveckling på både organismens nuvarande tillstånd och miljöns tillstånd. Utvecklingssystemet, inklusive genomet och dess epigenetiska reglering, reagerar flexibelt på interna och externa input. Ett exempel är tillståndsberoende genuttryck, men regulatoriska system är också beroende av fysiska egenskaper hos celler och vävnader och utforskande beteende bland mikrotubulära, neurala, muskulära och vaskulära system.
Flera sätt för arv
Organismer ärver (dvs. tar emot från sina föregångare) en mångsidig uppsättning utvecklingsresurser, inklusive DNA, epigenetiska märken , organeller, enzymer, hormoner, antikroppar, transkriptionsfaktorer, symbionter, socialt överförd kunskap och miljöförhållanden modifierade av föräldrar .
Utvecklingsmiljöer konstrueras
Under utvecklingen bidrar organismer till att forma sin inre och yttre miljö och på så sätt påverka sin egen utveckling. Organismer konstruerar också utvecklingsmiljöer för sina avkommor genom olika former av extragenetiskt arv.
Distribuerad kontroll
Ingen enskild påverkanskälla har central kontroll över en organisms utveckling. Även om det genetiska inflytandet på utvecklingen är grundläggande, sker orsakssamband inte bara nerifrån och upp, utan flödar också " nedåt" från mer komplexa nivåer av organismorganisation (t.ex. vävnadsspecifik reglering av genuttryck). Resultatet är att många egenskaper hos organismer är framväxande egenskaper som inte är kodade i genomet.
Mekanismer för konstruktiv utveckling
Konstruktiv utveckling visar sig i kontextberoende genuttryck, fysiska egenskaper hos celler och vävnader, utforskande beteende hos fysiologiska system och inlärning.
Kontextberoende genuttryck
Även om alla celler i en organism innehåller samma DNA , kan det finnas hundratals olika typer av celler i en enda organism. Dessa olika cellformer, beteenden och funktioner skapas och underhålls av vävnadsspecifika genuttrycksmönster och dessa kan modifieras av interna och externa miljöförhållanden.
Fysiska egenskaper hos celler och vävnader
Sammansättning av organ, vävnader, celler och subcellulära komponenter bestäms delvis av deras fysikaliska egenskaper. Till exempel cellmembranet som bildar en barriär mellan insidan och utsidan av cellen ett lipiddubbelskikt som bildas som ett resultat av de termodynamiska egenskaperna hos fosfolipiderna den är gjord av (hydrofilt huvud och hydrofoba svansar).
Undersökande processer
Utforskande processer är selektiva processer som verkar inom enskilda organismer under deras livstid. Hos många djur utvecklas kärl-, immun- och nervsystemet genom att producera en mängd olika former, och de mest funktionella lösningarna väljs ut och behålls, medan andra går förlorade. Till exempel är "formen" av cirkulationssystemet konstruerad enligt vävnadernas syre- och näringsbehov, snarare än att vara genetiskt förutbestämd. På samma sätt nervsystemet genom axonal utforskning. Till en början är muskelfibrer anslutna till flera neuroner men synaptisk konkurrens väljer vissa kopplingar framför andra för att definiera det mogna mönstret för muskelinnervation. Formen på en cell bestäms av strukturen på dess cytoskelett . En viktig del av cytoskelettet är mikrotubuli , som kan växa i slumpmässiga riktningar från deras ursprung. Mikrotubuli-associerade proteiner kan hjälpa till eller hämma mikrotubulitillväxt, styra mikrotubuli till specifika cellulära platser och förmedla interaktioner med andra proteiner. Därför kan mikrotubuli stabiliseras i nya konfigurationer som ger upphov till nya cellformer (och potentiellt nya beteenden eller funktioner) utan förändringar i själva mikrotubulisystemet.
Inlärning
Hos djur förvärvas många beteenden genom inlärning. Socialt lärande och kulturell överföring är viktiga källor till adaptiv fenotypisk plasticitet , vilket gör det möjligt för djur att anpassa sig till sina miljöer även om dessa miljöer inte ofta har stött på i artens evolutionära historia. Socialt lärande möjliggör också ett stabilt arv av många karaktärer. Korsfostran av talgoxar och blåmesar visar att socialt lärande kan resultera i stabilt nedärvning av arttypiska födosöksbeteenden (födosökshöjd, bytestyp, bytesstorlek, födosökningsmetod) samt val av boplats, larm, sånger, och kompisval . Ny späckhuggarforskning har visat späckhuggares divergens i flera arter som förmedlas av inlärda och socialt överförda skillnader i dieter.
Konstruktiv utveckling och evolution
Inom evolutionär biologi har utveckling traditionellt sett setts som under ledning av ett genetiskt program (t.ex.), och metaforer som genetiska 'blåkopia', 'program' eller 'instruktioner' är fortfarande utbredda i biologiläroböcker. Däremot ser det konstruktiva utvecklingsperspektivet genomet som ett delsystem av cellen som formats av evolutionen för att upptäcka och svara på de signaler som den tar emot. Dessa olika perspektiv påverkar evolutionära tolkningar. Ett exempel är den evolutionära betydelsen av miljöinducerade fenotyper. Mary Jane West-Eberhard föreslog känt att reaktioner på miljön kan vara utgångspunkten för evolutionär förändring, kallad "plasticitetsledd evolution". Ur ett programmerat utvecklingsperspektiv anses utvecklingsplasticiteten styras av genetiskt specificerade switchar eller reaktionsnormer. För att dessa ska producera funktionella svar på miljöförändringar måste deras reaktionsnormer ha förhandsgranskats genom ett tidigare urval. Därför reducerar "plasticitetsledd evolution" till den evolutionära standardförklaringen av naturligt urval som verkar på genetisk variation. Omvänt får "plasticitetsledd evolution" större betydelse om utvecklingen är konstruktiv och öppen. Nya funktionella fenotyper kan uppstå med liten eller ingen initial genetisk modifiering (se underlättad variation ), och tillhandahålla det nya råmaterialet som naturligt urval kan verka på (t.ex.).
Vidare läsning
- Jablonka, E; Lamb, MJ (1995). Epigenetisk arv och evolution. Den Lamarckska dimensionen . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-854062-5 .
- Lehrman, DS (1953). "En kritik av Konrad Lorenz teori om instinktivt beteende". Quarterly Review of Biology . 28 (4): 337–363. doi : 10.1086/399858 . PMID 13121237 . S2CID 15045246 .
- Levins, R; Lewontin, RC (1985). Den dialektiske biologen . Harvard University Press.
- Lewontin, RC (2000). The Triple Helix: Gen, organism och miljö . Harvard University Press.
- Neumann-Held, EM (1999). "Genen är död - länge leve genen. Konceptualisera gener på det konstruktionistiska sättet". I Koslowski, P (red.). Sociobiologi och bioekonomi: Evolutionsteorin i ekonomiskt och biologiskt tänkande . Springer.
- Oyama, S (2000). Informationens ontogeni: utvecklingssystem och evolution . Duke University Press.