模式形成动力学中的进化 - 发育一致性：基因表达中的分叉与网络结构调控

寻找系统发育与个体发育之间可能的关系是进化发育生物学领域最重要的问题之一。通过在外部形态发生梯度下，用具有细胞间相互作用的基因表达动力学来表示空间定位细胞的发育动力学，我们在突变和选择下演化出了基因调控网络，其适应度旨在逼近规定的表达基因空间模式。在数千次数值进化实验中，大多数实验显示跨代的模式进化与由演化网络产生的模式发育表现出显著的一致性。在此，两种模式动力学均由若干个时期组成，以在准稳态机制之间形成连续的条纹形成。在进化中，这些机制是需要命中相关突变的世代，而在发育中，它们是由于控制模式变化的缓慢变化表达的出现而产生的。因此产生了连续的模式变化，这些变化由上游读取形态发生梯度的前馈网络下的反馈或前馈调控的连续组合所调控。通过利用上游前馈网络生成的模式作为边界条件，下游网络形成后续的条纹模式。发育和进化中的这些阶段性变化在动力系统理论中表现为相同的分叉，这种分叉的一致性导致了进化 - 发育的一致性。例外观察到的进化 - 发育一致性的违背，被证明源于上游前馈网络突变导致的边界改变。我们的结果为发育阶段、间断平衡、发育瓶颈以及形态发生中新颖性的进化获得提供了新的视角。