Эволюционная биология развития человека

Эволюционная биология развития человека или неформально человеческая evo-devo — это специфическое для человека подмножество эволюционной биологии развития . Эволюционная биология развития — это изучение эволюции процессов развития у разных организмов. Она используется в рамках множества дисциплин, в первую очередь эволюционной биологии и антропологии . Основу теории о том, что «эволюционные изменения в развитии приматов могли привести к ... современным людям», заложили Жоффруа Сент-Илер , Эрнст Геккель , Луи Больк и Адольф Шульц. ^[1] Эволюционная биология развития в первую очередь занимается способами, которыми эволюция влияет на развитие, ^[2] и стремится раскрыть причины эволюционных инноваций. ^[3]

Этот подход относительно новый, но имеет корни в работе Шульца «Физические различия человека» 1940-х годов. Шульц призывал проводить широкие сравнительные исследования для выявления уникальных человеческих черт. ^[4]

Брайан Холл прослеживает корни эволюционной биологии развития в своей статье 2012 года о ее прошлом, настоящем и будущем. Он начинает с эволюции Дарвина и генетики Менделя , отмечая тенденцию последователей обоих в начале 20-го века следовать разными путями и откладывать в сторону и игнорировать, по-видимому, необъяснимые проблемы. ^[5] Более глубокое понимание генотипических и фенотипических структур с 1940-х годов позволило объединить эволюцию и генетику в современный синтез . Молекулярная биология затем позволила исследователям исследовать механизмы и эволюцию эмбрионального развития в молекулярных деталях, в том числе у людей. ^[5]

Многие исследования эволюционной биологии развития человека были смоделированы по образцу исследований приматов и рассматривают их вместе в сравнительной модели. Онтогенез мозга и эволюция истории жизни человека были рассмотрены Ли в статье 2006 года. Он сравнивает модели роста мозга для Homo erectus и Homo sapiens , чтобы получить эволюцию размера и веса мозга. Ли обнаружил три различные модели, все из которых указывали на то, что скорость роста H. erectus либо соответствовала, либо превосходила H. erectus . ^[6] Он утверждает, что это открытие имело широкое применение и актуальность для общего изучения эволюции человека. Оно имеет отношение, в частности, к связям между расходом энергии и развитием мозга. Эти открытия имеют особую ценность в исследованиях расхода энергии у матери. ^[6] Сравнительное исследование нечеловеческих приматов, ископаемых и современных людей для изучения моделей роста мозга, чтобы сопоставить историю жизни человека и рост мозга. ^[6]

Джереми Де Сильва и Джули Лесник исследовали размер мозга новорожденных шимпанзе, чтобы определить последствия для роста мозга у Homo erectus . Это изменило понимание различий и сходств постнатального роста мозга у людей и шимпанзе . Исследование показало, что необходимо различать время роста и скорость роста. Время роста было поразительно схожим, но скорость — нет. В статье также отстаивается использование ископаемых для оценки размера мозга в целом и в связи с емкостью черепа. ^[7]

Использование эндокраниального объема в качестве меры размера мозга было популярной методологией в палеонтологической летописи со времен Дарвина в середине 1800-х годов. Эта мера использовалась для оценки метаболических потребностей для роста мозга и последующих компромиссов.

Некоторые работы по эволюционной биологии развития человека были сосредоточены вокруг неотенических черт, которые присутствуют у людей, но не являются общими для всего спектра приматов. Стивен Дж. Гулд обсуждал проявление неотении с «терминальными дополнениями» у людей. ^[8] Неотения определяется как задержка или замедление развития у людей по сравнению с их коллегами-нечеловекообразными приматами. «Терминальные дополнения» были расширениями или сокращениями скорости и масштаба стадий развития и роста. ^{[8] [ необходимые страницы ]} Гулд выдвинул гипотезу, что этот процесс и возникновение неотении у людей могут быть ключевой особенностью, которая в конечном итоге приводит к эмоциональной и коммуникативной природе людей. Он считает этот фактор неотъемлемой гранью человеческой эволюции. Однако также были высказаны предостережения против применения этого аспекта к ранжированию групп, поскольку это неуместно в качестве меры эволюционных достижений. ^[9]

Ранние сравнительные и человеческие исследования изучали ископаемые данные для измерения таких характеристик, как размеры и возможности черепа, чтобы сделать вывод о размере мозга, скорости роста, общем росте и потенциальных последствиях для расхода энергии. Как бы это ни было полезно, статичная природа отдельных ископаемых представляет свою собственную проблему. Филогенетическая линия ископаемых сама по себе является гипотезой, поэтому все, что основано на ней, является столь же гипотетическим. ^[10]

Используя ископаемые останки неандертальцев, современных людей и шимпанзе, Ганц и др. исследовали эти закономерности развития эндокраниального отдела черепа. ^[11] Они обнаружили, что у этих трех видов есть общие черты, и что современные люди отклоняются от этих общих закономерностей в первый год жизни. Они пришли к выводу, что хотя многие результаты развития схожи в плане размера мозга, траектории, по которым они пришли, не являются общими. Большинство различий между ними возникают после рождения, в первый год, с развитием познавательных способностей. ^[11]

Было проведено несколько исследований, которые не только учитывали неполные ископаемые записи, но и пытались конкретно определить барьеры, представляемые этим условием. Например, Киран МакНалти рассматривает потенциальные полезности и ограничения использования неполных ископаемых таксонов для изучения продольного развития у Australopithecus africanis. ^[10]

Многие исследования развития были ориентированы на человека. В своей статье 2011 года Бернард Креспи сосредоточился на адаптации и геномном конфликте в детских заболеваниях. Он рассматривает эволюцию детских заболеваний и их уровни риска и обнаруживает, что как риск, так и болезнь эволюционировали. ^[12]

Хотчберг и Бельски включают перспективу жизненного цикла, рассматривая подростковый возраст. Значительные вариации в фенотипических путях и проявлениях предполагают значительное влияние окружающей среды. Они фокусируются на пластичности между стадиями развития и факторах, которые ее формируют. Скорость созревания, плодовитость и фертильность были под влиянием обстоятельств окружающей среды. Они утверждают, что раннее созревание может быть положительным, отражая оппортунистические действия в определенных условиях. ^[13]

Технологические достижения, которые позволили лучше и лучше оценить рост человеческой формы в утробе матери, оказались особенно полезными в исследованиях, включающих фокус на генетическом и эпигенетическом развитии. Баккер и др. рассматривают взаимосвязанную природу процессов развития и пытаются использовать аномалии позвоночника плода в качестве индикатора других пороков развития. Они обнаружили, что происхождение клеток не было столь сильно коррелировано, как наблюдаемые сигналы развития. ^[14] Внутриутробное развитие и пороки развития коррелировали по степени тяжести. ^[14]

Фрейстон и Галис рассматривают развитие ребер, пальцев и асимметрию млекопитающих. Они утверждают, что эта конструкция важна для изучения болезней, последовательности в эволюции планов тела и понимания ограничений развития. ^[15] Половой диморфизм в пренатальном соотношении пальцев был обнаружен уже на 14 неделе и сохранялся независимо от того, была ли включена мясистая часть пальца. ^[15]

Языки и когнитивные функции также были предметами эволюционных исследований. Что касается языка и эволюционной биологии развития, то здесь есть напряжение с самого начала. Большая часть этого спора была сосредоточена вокруг того, следует ли рассматривать и изучать язык как адаптацию саму по себе или как побочный продукт других адаптаций. Джекендофф и Пинкер утверждали, что язык является адаптацией из-за взаимозависимой социальной природы людей. В поддержку этих утверждений он указывает на такие вещи, как двунаправленность в использовании и понимании языка. ^[16] Это противоречит утверждениям таких теоретиков, как Ноам Хомский , которые выступали против языка как специфической для человека адаптации. ^[17]

Адаптация и адаптивная теория даже обсуждались отдельно от ее полезности в изучении языка. Гулд и Левонтин разбираются с тем, что они считали недостатками адаптивной теории, используя аналогию с пазухами Сан-Марко. Среди выявленных проблем — отсутствие различия между тем, какая черта развилась и как она используется, а также глубинными причинами или силами, которые изначально создали новую черту. ^[18] Это особенно труднодоступно в нематериальном языке и познании.

Этот спор продолжался десятилетиями и чаще всего представлял собой ответ и опубликованный диалог между теоретиками. Этот продолжающийся спор побудил к попыткам объединить две точки зрения полезным образом. Fitch утверждает, что эти два подхода можно исправить с помощью изучения «нейтральных вычислений и развития мозга млекопитающих». ^[19] Возможно, было бы полезнее рассмотреть конкретные компоненты нейронных вычислений и развития, что было выбрано для и с какой целью. ^[19]

Плоегер и Галис занялись модульной эволюционируемостью и ограничениями развития в эволюционных траекториях человека и других приматов. Они утверждают, что их следует рассматривать с помощью междисциплинарного подхода в рамках когнитивных наук. Они формулируют это в контексте:

1. Модульность — способность системы организовывать людей на благо целого.
2. Эволюционируемость — способность организма или организмов адаптироваться посредством эволюции.
3. Ограничения развития — те вещи, которые выступают в качестве барьеров для эволюционных адаптаций. ^[20]

• Регуляция экспрессии генов

• Гулд, Стивен Джей (1977). Онтогенез и филогения . Belknap Press. ISBN 978-0674639409. OCLC  728065114.