Onderzoekers van het Francis Crick Institute hebben de evolutie van genetische netwerken ontrafeld die leiden tot diverse ontwikkelingspatronen bij verschillende soorten. De bevindingen, gepubliceerd in PRX Life, tonen aan hoe kleine genetische aanpassingen de basis vormen voor de diversiteit in levensvormen. Het onderzoek suggereert dat de evolutie van nieuwe patronen, zoals de oogvlekken op vlindervleugels, voortkomt uit subtiele aanpassingen in de onderliggende genetische architectuur, waarbij bestaande genregulerende netwerken worden hergebruikt.
Dr. Zena Hadjivasiliou, leider van het Mathematical and Physical Biology Laboratory aan het Crick Institute, benadrukt het belang van dit onderzoek voor het voorspellen van evolutionaire uitkomsten. Haar team onderzoekt hoe patronen evolueren en hoe kleine, ogenschijnlijk onbelangrijke gebeurtenissen in de evolutionaire geschiedenis blijvende effecten kunnen hebben op de ontwikkeling en diversiteit van dierlijke vormen. Dit sluit aan bij het idee van voorspelbaarheid in evolutie, een concept dat al lang biologen en filosofen bezighoudt, zoals blijkt uit gedachte-experimenten over het 'afspelen van de tape van het leven'.
Dr. Harry Booth, een wiskundige en computerwetenschapper bij het Crick Institute en hoofdauteur van de studie, gebruikte uitgebreide computersimulaties om de evolutie van gennetwerken te modelleren. Door meer dan 100.000 simulaties uit te voeren, kon het team een statistisch beeld opbouwen van hoe evolutie doorgaans verloopt bij de zoektocht naar nieuwe patronen. Op deze schaal vervagen de willekeurige aspecten van evolutie, waardoor algemene eigenschappen van deze processen naar voren komen.
De studie onthult dat het aanpassen van een bestaande grens, zoals het verschuiven van het begin of einde van een streep, slechts kleine aanpassingen in de sterkte van bestaande geninteracties vereist. Het creëren van nieuwe grenzen is echter aanzienlijk complexer en vereist vaak meerdere gelijktijdige veranderingen, zoals het toevoegen van nieuwe regulatoire verbindingen en het omkeren van de rol van een gen. Dit onderstreept dat terwijl fijnafstemming relatief eenvoudig is, echte innovatie een grotere reorganisatie van het netwerk vereist.
Het onderzoek naar de voorspelbaarheid van genetische evolutie, met name hoe mutaties in genregulerende netwerken de ontwikkeling van patronen beïnvloeden, suggereert dat de architectuur van deze netwerken en de aard van mutaties een significante rol spelen. Het werk van Booth en Hadjivasiliou draagt bij aan het begrip dat de geschiedenis van een gennetwerk, of 'historische contingentie', de evolueerbaarheid en voorspelbaarheid van toekomstige veranderingen kan beïnvloeden. Deze bevindingen bieden waardevolle inzichten in de mechanismen van evolutionaire ontwikkeling en kunnen toekomstige studies naar genetische diversiteit en adaptatie informeren.