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Contrainte de développement

1979
  • Stephen Jay Gould
  • Richard Lewontin
  • Pere Alberch
  • Rupert Riedl
Échantillons de vertèbres cervicales de mammifères dans un laboratoire de recherche en biologie de l'évolution.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Les contraintes de développement sont les suivantes biais sur la production de variations phénotypiques dues aux propriétés des systèmes de développement. Toutes les variations concevables ne sont pas possibles parce que le réseau complexe des processus de développement limite les voies évolutives “admissibles”. Par exemple, le nombre de vertèbres cervicales chez les mammifères est presque toujours de sept, ce qui suggère une forte contrainte développementale contre la variation de ce trait.

Le concept de contrainte développementale était un élément clé de la critique de la vision ‘pan-adaptationniste’ de la synthèse moderne, qui considérait parfois les organismes comme infiniment malléables par la sélection naturelle. Le célèbre article de Gould et Lewontin de 1979, ‘The Spandrels of San Marco and the Panglossian Paradigm’, soutenait que de nombreuses caractéristiques d'un organisme ne sont pas des adaptations spécifiques mais des sous-produits nécessaires de son architecture de développement, tout comme les écoinçons d'une cathédrale sont une conséquence inévitable de la pose d'un dôme sur des arches arrondies.

Les contraintes peuvent provenir de plusieurs sources. Les contraintes physiques sont dues aux lois de la physique et de la chimie (par exemple, la diffusion limite la taille des cellules). Les contraintes morphogénétiques découlent des processus de formation des tissus et des organes. Les contraintes pléiotropiques se produisent lorsqu'un seul gène affecte plusieurs caractères ; une mutation avantageuse dans un contexte peut être désavantageuse dans un autre, ce qui empêche sa sélection. Le nombre hautement conservé de sept vertèbres cervicales chez les mammifères (de la girafe à la souris) en est un exemple classique. Bien qu'une variation soit possible (comme chez les paresseux), elle est fortement associée à des cancers néonataux et à d'autres défauts, ce qui suggère que les gènes Hox qui modèlent cette région sont si profondément intégrés dans d'autres réseaux vitaux du développement que tout changement est hautement délétère. Ainsi, le développement ne se contente pas de générer des variations sur lesquelles la sélection peut agir ; il structure et limite également ces mêmes variations.

UNESCO Nomenclature: 2411
- L'évolution

Taper

Système abstrait

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Le travail de D'Arcy Thompson sur la croissance et la forme
  • critiques du pan-adaptationnisme
  • Les travaux d'Ivan Shmalhausen sur la sélection stabilisatrice
  • C. Le concept de canalisation de H. Waddington
  • compréhension de la pléiotropie génétique

Applications

  • expliquer les schémas de stase dans les archives fossiles
  • prédire quelles voies évolutives sont plus ou moins probables
  • comprendre pourquoi certaines anomalies congénitales sont plus fréquentes que d'autres
  • informer les modèles d'évolution morphologique
  • fournir une explication non adaptationniste de certains traits biologiques (écoinçons)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • développer des modèles d'IA qui intègrent les contraintes de développement pour prédire les trajectoires évolutives
  • engineering ‘constraint-free’ synthetic organisms for novel industrial applications
  • identifier les points faibles du développement des agents pathogènes pour concevoir des thérapies ciblées
  • créer des thérapies géniques plus sûres en comprenant les effets pléiotropes des gènes cibles
  • concevoir des programmes de sélection agricole qui fonctionnent avec, plutôt que contre, les contraintes inhérentes au développement
  • utiliser les principes de contrainte pour prédire les effets secondaires à long terme des produits pharmaceutiques
  • créer des créatures CGI plus réalistes pour les films en programmant leur croissance en fonction de contraintes biologiques
  • identifying ‘unbreakable’ biological patterns for use in cryptographie or secure identification
  • développer de nouvelles méthodes statistiques pour distinguer l'adaptation de la contrainte dans les données génomiques
  • matériaux d'ingénierie qui s'auto-assemblent selon les principes de contrainte morphogénétique
Related to : contrainte de développement, Stephen Jay Gould, Spandrels, adaptationnisme, pléiotropie, gènes HOX, biologie évolutive, synthèse moderne, canalisation, morphologie.

Contexte historique

Contrainte de développement

1970
1973
1975
1979
1983
1988
1990
1967
1970
1975
1977
1983
1987
1990
1990

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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