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深度同源性

在演化發育生物學中，深度同源性被用以形容生物體的生長（英語：Cell growth）和分化過程受控於一類同源基因機制的情況，這一類機制在不同物種之間具有高度保守性。

長期以來被認為是獨立進化的昆蟲、脊椎動物和頭足綱軟體動物的眼睛，是被工具組基因中的PAX6來控制的

歷史

 
同源的Hox基因在昆蟲和脊椎動物等不同動物中控制胚胎發展，並因此形成成體的形態。這些基因經歷了數百萬年的進化，存在高度保守性。

1822年，法國動物學家艾蒂安·若弗魯瓦·聖伊萊爾解剖了一隻淡水龍蝦，發現它的身體結構與脊椎動物相似，但是卻有著倒置的背腹朝向（英語：Inversion (evolutionary biology)），從而指出二者之間器官發生的一致性[1]。

傑奧弗羅伊的同源性理論受到當時法國動物學家喬治 · 居維葉的指責[1]。1915年，聖地牙哥·拉蒙·卡哈爾繪製了蒼蠅視葉的神經連接圖，發現這些神經連接圖與脊椎動物的相似[1]。1978年，愛德華·路易斯建立了演化發育生物學，發現同源異型基因調控果蠅的胚胎發育[1]。1997年，深度同源性一詞首次出現在一篇論文中，用以描述了基因調控裝置中明顯的相關性，而這些相關性表明在不同的動物特徵中存在進化上的相似性[2]。

同源性與深度同源性

通常而言，同源性可以用來形容顯然相關的四肢骨骼在內的解剖結構之模式上，但深度同源性則可適用於解剖結構完全不同的動物群體，如：由骨骼和軟骨構成內骨骼的脊椎動物和由甲殼素構成外骨骼的節肢動物的四肢的形成方式是深度同源的[2][3][4][5]。

在後生動物中，同源基因控制著主要體軸方向上的細胞組織分化，而pax基因控制著眼睛和其他感覺器官的發育。深度同源性可以超越族群差異，如：儘管哺乳動物的眼睛和昆蟲的複眼形態上完全不同，其發育卻是由PAX6來控制的[3]。類似地，Hox基因幫助形成動物的分節（英語：Segmentation (biology)）分節模式。Hoxa和 HoxD調節小鼠手指和腳趾的形成，控制著斑馬魚鰭的發育，但這些結構在此之前一直被認為是非同源的[6]。使用聲音通訊的動物之間可能存在深度同源性，比如鳴禽和人類，它們可能共享FOXP2基因的未變異版本[7]。

算法

2010年，愛德華·馬科特領導的團隊開發了一種算法，該算法基於表型（如特徵和發育缺陷）識別單細胞生物、植物和動物中的深度同源遺傳模塊[8][9]。

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Held, Lewis I. Deep Homology?: Uncanny Similarities of Humans and Flies Uncovered by Evo-Devo. Cambridge University Press. February 2017: 2–5. ISBN 978-1316601211. 
  2. ^ 2.0 2.1 Shubin, Neil; Tabin, Cliff; Carroll, Sean. Fossils, genes and the evolution of animal limbs (PDF). Nature (Springer Nature). 1997, 388 (6643): 639–648 [2019-05-21]. doi:10.1038/41710. （原始內容 (PDF)存檔於2018-03-26）.  引用錯誤：帶有name屬性「Shubin Tabin Carroll 1997」的<ref>標籤用不同內容定義了多次
  3. ^ 3.0 3.1 Carroll, Sean B. Endless Forms Most Beautiful. Weidenfeld & Nicolson. 2006: 28, 66–69. ISBN 0-297-85094-6. 
  4. ^ Gilbert, Scott F. Homologous Pathways of Development. Developmental Biology. 6th edition. 2000 （英語）. 
  5. ^ Held, Lewis I. Deep Homology?: Uncanny Similarities of Humans and Flies Uncovered by Evo-Devo. Cambridge University Press. February 2017: viii and throughout. ISBN 978-1316601211. 
  6. ^ Zimmer, Carl. From Fins Into Hands: Scientists Discover a Deep Evolutionary Link. The New York Times. 2016-08-17 [21 October 2016]. （原始內容存檔於2020-11-08）. 
  7. ^ Scharff, Petri; Constance, Jane. Evo-Devo, Deep Homology and FoxP2: Implications for the Evolution of Speech and Language. Philos. Trans. Royal Soc. B. July 2011, 366 (1574): 2124–2140. PMC 3130369  . doi:10.1098/rstb.2011.0001. 
  8. ^ Zimmer, Carl. The Search for Genes Leads to Unexpected Places. The New York Times. April 26, 2010 [2019-05-21]. （原始內容存檔於2018-01-20）. 
  9. ^ McGary, K. L.; Park, T. J.; Woods, J. O.; Cha, H. J.; Wallingford, J. B.; Marcotte, E. M. Systematic discovery of nonobvious human disease models through orthologous phenotypes (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. April 2010, 107 (14): 6544–9 [2019-05-21]. PMC 2851946  . PMID 20308572. doi:10.1073/pnas.0910200107. （原始內容存檔 (PDF)於2016-06-01）. 
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