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As diferenças de CH Waddington com os criadores da

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História e Filosofia das Ciências da Vida
Publicado em 2017 em 8 de agosto. Doi:  10.1007 / s40656-017-0143-4
PMCID: PMC5548827

As diferenças de CH Waddington com os criadores da síntese evolutiva moderna: um conto de dois genes

Abstrato

Em 2011, Peterson sugeriu que a principal razão pela qual o CH Waddington era essencialmente ignorado pelos autores da síntese evolutiva moderna na década de 1950 era porque eram reducionistas cartesianos e geneticistas de população matemática enquanto ele era um geneticista bioquista e experimental de Whitehead, que trabalhou com Drosophila. Este artigo sugere uma outra razão que só pode ser vista agora. O primeiro definiu os genes e seus alelos por seus fenótipos selecionáveis, essencialmente a visão mendeliana, enquanto Waddington definiu um gene através do seu papel funcional determinado pela análise genética, uma visão que previa a visão moderna de que um gene é uma seqüência de DNA com alguma função. Os primeiros estavam interessados ​​em selecionar, enquanto Waddington enfocava a variação. As diferenças entre os dois pontos de vista de um gene são brevemente consideradas no contexto da biologia dos sistemas.

Palavras-chave: Evolução, Genes, Genética, Biologia de sistemas, Waddington, CH

Peterson ( 2011 ) considera por que mais atenção não foi paga pelos autores da Síntese evolutiva moderna a CH Waddington e aponta para suas diferentes perspectivas filosóficas e experimentais. Sua visão é que os primeiros eram essencialmente cartesianos reducionistas e geneticistas populacionais, enquanto Waddington era um geneticista bioquista e experimental de Whitehead, que trabalhava principalmente no desenvolvimento. É difícil discordar da opinião de Peterson, mas, com a perspectiva do tempo, pode-se apontar para outro e, talvez, uma razão mais profunda para a sua falta de interesse uns dos outros, e isso está em suas diferentes visões de um gene.

Para geneticistas populacionais evolutivos, um gene ainda é geralmente visto como um fator hereditário subjacente a algum traço (por exemplo, cor, altruísmo, oposição do polegar) cujos alelos distintos são responsáveis ​​pela variação, cada um com um valor seletivo. Esse gene é basicamente o introduzido por Mendel em 1866. Dada esta definição, juntamente com um modelo de genética populacional, pode-se prever mudanças na freqüência do alelo sob seleção e, portanto, as etapas iniciais (somente) da mudança evolutiva. Esta é a síntese evolutiva moderna.

Todos os outros biólogos tomam uma visão de um gene que vem do trabalho sobre biologia molecular realizado no início da década de 1960: aqui, um gene é um comprimento de DNA com alguma função, sendo seu papel exato determinado por análise experimental direta ou por mutação (tipicamente, é uma sequência reguladora não transcrita ou uma sequência transcrita que é usualmente traduzida para uma proteína tal como uma enzima, factor de transcrição ou sinal). Em geral, é impossível atribuir um valor seletivo a esta classe de gene ou a um de seus mutantes.

Nem Waddington nem os geneticistas populacionais evolutivos poderiam, obviamente, articular esses diferentes tipos de genes na década de 1950. No entanto, foi nesse contexto que Waddington ( 1965 ) escreveu para Needham dizendo:

Eu realmente não penso muito em todas as coisas da "teoria matemática da evolução" que [Haldane] começaram - tudo é, em última instância, baseado na noção bastante falaciosa de que os coeficientes de seleção pertencem aos genes, enquanto na verdade eles pertencem a fenótipos, uma questão que tem consequências profundas, como mostrei nas minhas experiências de "assimilação genética" (Waddington para J. Needham, 25 de março de 1965, JN-CUL, M.18 e citado de Peterson 2011 , p. 311). Para uma visão moderna da assimilação genética, ver Bard ( 2017 ).

 

Os dois tipos distintos de genes têm papéis muito diferentes na mediação da mudança evolutiva. O gene Mendeliano (ou traço) é fundamental para a compreensão da seleção, que opera em fenótipos, enquanto o gene moderno, que era o gene de Waddington, mesmo na década de 1940, fornece a base molecular da anatomia do desenvolvimento e, por meio da mutação, de variação. O principal motivo para a desconexão entre os autores da síntese moderna e Waddington foi que os primeiros estavam interessados ​​em selecionar, enquanto Waddington enfocava a anatomia e variação do desenvolvimento. Como eles estavam examinando problemas completamente diferentes envolvendo diferentes tipos de genes, não é de admirar que tenham pouca simpatia uns pelos outros.

Waddington foi pioneiro em sua perspectiva sobre a evolução (Waddington, 1975 ) e em seu trabalho sobre a genética do desenvolvimento (Waddington, 1956 ). Sua pesquisa sobre Drosophila no laboratório de Morgan no final da década de 1930 e início da década de 1940 (por exemplo, Waddington 1940 , 1941 , ver Bard 2008 ) não foi apenas a primeira análise séria da genética do desenvolvimento, mas também produziu uma metodologia que primeiro ele e outros usaram amplamente. Este é o uso de mutantes anormais para sondar o desenvolvimento normal, uma abordagem que sustenta todo o evo-devo. O trabalho de Waddington levou a uma análise detalhada do desenvolvimento das asas em Drosophilae a base da genética molecular, enquanto também forneceu a evidência científica que sustentava a metáfora da paisagem epigenética. Cerca de 50 anos depois, foi também a metodologia que levou ao trabalho premiado com o Prêmio Nobel sobre os papéis dos genes Hox e as bases moleculares da apoptose.

A relação entre os dois tipos de genes ainda não é clara, mas abordagens de biologia de sistemas gerais sugerem que esse relacionamento não é fácil ou bem definido (Bard 2017 ). Isso ocorre porque o gene traço é uma construção de alto nível razoável responsável pelos detalhes do fenótipo anatômico ou fisiológico, enquanto o gene moderno é muito mais um item de nozes e parafusos. A Figura  1 mostra os vários níveis de papel que cada jogo desempenha na biologia evolutiva, e é claro que a linha divisória é a rede de proteínas. Sabe-se agora que a maioria dos principais eventos de anatomia do desenvolvimento, fisiologia e bioquímica representam os resultados de redes de proteínas complexas (Tabela  1 , muitas redes estão disponíveis on-line emwww.sabiosciences.com/pathwaycentral.php ). Os genes de traço refletem principalmente a saída de uma ou mais redes em contextos anatômicos particulares; código de genes moderno para um único componente dentro de uma rede.

Figura 1
A hierarquia de níveis que liga os genes ao fenótipo final de um organismo. Observe que há feedback tanto para cima como para baixo.
tabela 1
Algumas redes de proteínas complexas

Waddington não poderia, claro, ter sabido tudo isso, mas sua década de 1940 trabalha no efeito de mutações como Cubitus interruptus , que modifica os detalhes anatômicos do desenvolvimento normal de Drosophila e agora é conhecido por afetar um fator de transcrição, desde que as primeiras indicações do complexidade da genética molecular. Este trabalho levou a pensar sobre as redes que regulam o desenvolvimento cerca de vinte anos antes de qualquer outra pessoa (Waddington, 1962 ). Essas idéias foram esquecidas principalmente porque os fatos moleculares sempre substituem especulações inteligentes.

Peterson notes, perhaps sadly, that Waddington was not properly respected in the USA by the founders of the modern synthesis or, incidentally, by its developmental biologists. Things were however very different in the UK where development was treated more conceptually than in the USA. Waddington was also appreciated in the UK as the forerunner of all the work on pattern formation during embryogenesis that was initiated by Wolpert (1969), while the four volumes of Towards a Theoretical Biology (1968–1971), the proceedings of four meetings that Waddington organized in Italy, influenced a generation of developmental biologists. As a mark of Waddington’s influence and work, the annual medal of the British Society of Developmental Biology, initiated in 1998, was rightly named after him.

Footnotes

 

I have read Peterson’s response (available at doi:10.1007/s40656-017-0145-2) to my note and generally agree with it, and I particularly appreciate being made aware of some subtleties that I had missed. However, looking at Waddington’s first book (completed in 1939 but not published until 1947, after the war) in which he discussed the nature of genes (pages 56–58), it is clear that he was feeling his way towards the idea that a gene coded for a protein. This point is particularly noteworthy as the writing prefaced the classic paper of Beadle and Tatum (1941) with its suggestion that one gene underpinned one enzyme.

 

 

A comment to this article is available at https://doi.org/10.1007/s40656-017-0145-2.

 

References

  • Bard JBL. Waddington’s legacy to developmental and theoretical biology. Biological Theory. 2008;3:188–197. doi: 10.1162/biot.2008.3.3.188. [Cross Ref]
  • Bard J. Principles of evolution. New York: Garland Press; 2017.
  • Beadle GW, Tatum EL. Genetic control of biochemical reactions in neurospora. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1941;27:499–506. doi: 10.1073/pnas.27.11.499. [PMC free article][PubMed] [Cross Ref]
  • Peterson EL. The excluded philosophy of evo-devo? Revisiting C. H. Waddington’s failed attempt to embed Alfred North Whitehead’s ‘organicism’ in evolutionary biology. History and Philosophy of the Life Sciences. 2011;33:301–320. [PubMed]
  • Waddington CH. The genetic control of wing development in Drosophila. Journal of Genetics. 1940;25:75–139. doi: 10.1007/BF02982977. [Cross Ref]
  • Waddington CH. Evolution of developmental systems. Nature. 1941;147:108–110. doi: 10.1038/147108a0. [Cross Ref]
  • Waddington CH. Organisers and genes. Cambridge: Cambridge University Press; 1947.
  • Waddington CH. Principles of embryology. London: Allen & Unwin; 1956.
  • Waddington CH. New patterns in genetics and development. New York: Columbia University Press; 1962.
  • Waddington, C. H. (1965). Letter to J.H. Needham. C. H. Waddington papers, University of Edinburgh Library, Edinburgh, UK.
  • Waddington, C. H. (Ed.). (1968–1971). Towards a theoretical biology (Vol. 1–4). Edinburgh University Press.
  • Waddington CH. Evolution of an evolutionist. Edinburgh: Edinburgh University Press; 1975.
  • Wolpert L. Informação posicional e o padrão espacial de diferenciação celular. Journal of Theoretical Biology. 1969; 25 : 1-47. doi: 10.1016 / S0022-5193 (69) 80016-0. PubMed ] Cross Ref ]

Formatos:

    • Artigo
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