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发展限制

1979
  • Stephen Jay Gould
  • Richard Lewontin
  • Pere Alberch
  • Rupert Riedl
Cervical vertebrae samples from mammals in a laboratory for evolutionary biology research.

(图片仅供参考)

发展限制是指 偏见 表型变异的产生是由于发育系统的特性。并非所有可设想的变异都成为可能,因为复杂的发育过程网络限制了“允许的”进化路径。例如,哺乳动物的颈椎数量几乎总是七节,这表明发育过程对该性状的变异存在很强的限制。

发育限制的概念是批判现代综合进化论中“泛适应论”观点的关键组成部分,后者有时将生物体视为在自然选择作用下具有无限可塑性的。古尔德和莱文廷在其1979年发表的著名论文《圣马可教堂的拱肩与盲目乐观范式》中论证,生物体的许多特征并非特定的适应性特征,而是其发育结构的必然产物,正如大教堂的拱肩是圆拱上建造穹顶的必然结果一样。

限制因素可能来自多个方面。物理限制源于物理和化学定律(例如,扩散限制细胞大小)。形态发生限制源于组织和器官的形成过程。多效性限制是指单个基因影响多种性状;在一种情况下有利的突变在另一种情况下可能不利,从而阻止其被选择。哺乳动物(从长颈鹿到小鼠)颈椎数量高度保守,均为七节,就是一个经典的例子。虽然变异是可能的(如树懒),但变异与新生儿癌症和其他缺陷密切相关,这表明控制该区域的Hox基因与其他重要的发育网络深度整合,任何改变都可能造成严重危害。因此,发育不仅产生变异供选择作用,它还构建并限制了这些变异本身。

UNESCO Nomenclature: 2411
– Evolution

类型

抽象系统

中断

Incremental

用法

广泛使用

前体

  • 阿西·汤普森关于生长和形态的研究
  • 对泛适应主义的批判
  • 伊万·施马尔豪森关于稳定选择的研究
  • C.H. Waddington 的渠道化概念
  • 基因多效性的理解

应用程序

  • 解释化石记录中的停滞模式
  • 预测哪些进化途径更有可能或更不可能
  • 了解为什么某些先天性异常比其他异常更常见
  • 形态进化的信息模型
  • 为某些生物特征(拱肩)提供非适应性解释

专利:

NA

潜在创新理念

  • 开发结合发展约束来预测进化轨迹的人工智能模型
  • engineering ‘constraint-free’ synthetic organisms for novel industrial applications
  • 识别病原体的发育弱点以设计有针对性的治疗方法
  • 通过了解靶基因的多效性效应来创造更安全的基因疗法
  • 设计与固有发展限制相适应而非相悖的农业育种计划
  • 使用约束原则预测药物的长期副作用
  • 根据生物限制对生物的生长进行编程,为电影创造更逼真的 CGI 生物
  • identifying ‘unbreakable’ biological patterns for use in 密码学 or secure identification
  • 开发新的统计方法来区分基因组数据中的适应性和约束性
  • 基于形态发生约束原理自组装的工程材料
与以下方面相关:发育限制、斯蒂芬·杰伊·古尔德、拱肩、适应性、多效性、HOX 基因、进化生物学、现代综合、通道化、形态学。

历史背景

发展限制

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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