Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Transkrypt

1 Ewolucja człowieka Ślady w ziemi i ślady w genach 1

2 Złożone zagadki } } Odnaleziono wiele skamieniałości naczelnych, różne gatunki w tym samym czasie Trudno ustalić relacje między nimi } Przodkowie, czy boczne odgałęzienia drzewa 2

3 3

4 O co chodzi w teorii OAR } Nie o to, że pochodzimy z Afryki } afrykańskie pochodzenie hominidów jest w praktycznie wszystkich modelach } Nie o to, że wywodzimy się od 1 kobiety ( Ewy ) } jesteśmy potomkami jednej populacji, linie każdego genu (a więc i mtdna) muszą się zbiegać w którymś momencie } Ostatni wspólny przodek wszystkich ludzi żył stosunkowo niedawno (~200 tys. lat temu) w Afryce, był to człowiek współczesny } Hominidy, które wcześniej opuszczały Afrykę to nie nasi przodkowie, tylko boczne linie 4

5 Różnorodność genetyczna ludzi jest stosunkowo niewielka Analiza mtdna Analiza ndna Przyczyna szybka ekspansja populacji 5

6 Różnorodność genetyczna człowieka } Projekt 1000 genomów poszukiwanie różnic w genomach różnych ludzi (2500 osób) } Wstępne dane (2010) 15 mln. miejsc zmiennych } 0,5-1% genomu } Więcej nukleotydów, niż w całym genomie drożdży 6

7 Genom szympansa i genom człowieka 7

8 Różnice ewolucyjne } Nowe geny } Utrata genów } Zmiany liczby kopii (paralogów) genów } Zmiany w genach (mutacje) } Zmiany w ekspresji 8

9 Skład genomu człowieka i szympansa } Ogromna większość genów człowieka występuje u szympansa i vice versa } Człowiek utracił niektóre geny (np. receptorów węchowych), niektóre zyskał (Morpheus nieznana funkcja, mir mirna) } Nie da się przypisać różnic między człowiekiem a szympansem obecności/nieobecności specyficzego genu człowieczeństwa 9

10 Różnice na poziomie sekwencji } 1,6% nukleotydów różniących genomy szympansa i człowieka, z czego: } 35 mln to mutacje punktowe typu podstawienia } 5 mln to delecje i insercje (w tym też duplikacje) 10

11 Różnice na poziomie białek } Przeciętne białko ludzkie różni się 2 aminokwasami od szympansiego odpowiednika } 29% białek jest identycznych } Sekwencja to nie wszystko (regulacja!) 11

12 Jak szukać śladów działania doboru } Większość sekwencji genów zmienia się jednostajnie, w tempie wyznaczanym przez eliminację mutacji niekorzystnych zegar molekularny } Odstępstwa od jednostajnego tempa w określonej gałęzi dobór specyficzny dla tej gałęzi Orangutan Goryl Szympans Człowiek Orangutan Goryl Szympans Człowiek Orangutan Goryl Szympans Człowiek 12 Równomierne tempo zmian Przyspieszone zmiany Spowolnione zmiany

13 Różnice w genach } Około genów znaczące odchylenia od zegara molekularnego (sugeruje odstępstwa od neutralności) } Około 200 obszarów regulatorowych o przyspieszonej ewolucji w linii człowieka (HAR Human Accelerated Regions) 13

14 Zmiany genów gen mowy Dyspraksja werbalna Rzadka choroba dziedziczna objawiająca się zaburzeniami mowy (czynnej i biernej) Brak wyraźnego zaburzenia innych funkcji poznawczych Gen FOXP2 14

15 FOXP2 szybka ewolucja 15 Enard et al. (2002) Nature 418,

16 Nie tylko u ludzi } Ekspresja FOXP2 koreluje ze złożonością śpiewu ptaków (zdolność uczenia się głosów i imitacji) } Uszkodzenie FOXP2 zaburza zdolność komunikacji głosowej u myszy (a także uczenie sensomotoryczne) 16

17 MYH16 } Jedna z form łańcucha ciężkiego miozyny } Mutacja ok. 2,5 mln lat temu związek z ewolucją kształtu czaszki osłabienie mięśni szczęki, zmniejszenie twarzoczaszki, wzrost mózgoczaszki 17

18 Geny mikrocefaliny i ASPM Mikrocefalia Chory 13 lat Zdrowy 11 lat Szybka ewolucja genu u człowieka 18 Kouprina et al., PLoS Biology, 2004, 5:E126

19 Dobór naturalny działający na regulację ekspresji } Enhancer HACNS1 (Human Accelerated Conserved Noncoding Sequence 1) } } Sekwencja 546bp konserwowana u kręgowców lądowych 16 zmian po rozdzieleniu linii szympans-człowiek (vs. 4 oczekiwane przy założeniu neutralności, p=1, ) 19 Prabhakar et al., 2008, Science 321:

20 Co kontroluje sekwencja HACNS1? } Wprowadzono gen reporterowy pod kontrolą HACNS1 i homologów z szympansa i rezusa do myszy transgenicznych Tylko ludzki HACNS1 wykazuje silną ekspresję specyficzną dla zawiązków dłoni i stóp Za efekt ten odpowiada 13 z 16 specyficznie ludzkich zmian 20 Prabhakar et al., 2008, Science 321: Specyficznie ludzkie cechy budowy dłoni (przeciwstawny długi kciuk) sprawność manualna Homo faber Specyficznie ludzkie cechy budowy stóp (usztywnienie, krótkie palce) - dwunożność

21 mir

22 mir-941 } Gen mirna, występuje tylko u człowieka } takich mirna jest więcej (10) } ten jest jedynym o wysokiej ekspresji w CNS } Pojawił się między 6-7 a 1 milion lat temu } występuje już u Denisovian, ale nie u szympansa } Liczba kopii u człowieka jest zmienna (2-11) } w toku ewolucji po wyjściu z Afryki malała 22

23 mir-941 ewolucja liczby kopii 23

24 mir funkcje } Obniżenie aktywności szlaków hedgehog i insuliny } Może mieć znaczenie w regulacji długości życia 24

25 Podsumowanie } Nie ma jednego, czy kilku genów człowieczeństwa } Za różnice między ludźmi a innymi gatunkami odpowiada kumulacja wielu, pozornie niewielkich, różnic } Niewielkie zmiany sekwencji mogą pociągać znaczne zmiany fenotypowe } Istotne są też różnice na poziomie regulacji trudniejsze do zbadania 25

26 Triumf Darwina } Ewolucja cech specyficznie ludzkich była związana z szeregiem cząstkowych zmian dotykających różnych genów } Koncepcja Darwina wyrażona językiem genomiki porównawczej! różnica między człowiekiem a innymi zwierzętami ma charakter ilościowy, a nie jakościowy 26

27 Psychologia ewolucyjna } Szukanie biologicznych (ewolucyjnych) mechanizmów u podłoża zachowań człowieka } Nasza biologia (ukształtowana przez ewolucję) jest istotna dla naszej psychiki truizm } Problemy } rozdzielenie mechanizmów kulturowych od biologicznych } problem odziedziczalności badanych cech (niefrasobliwe stosowanie pojęcia genów ) } charakter wyjaśnień ex post problem z falsyfikowalnością i konstruowaniem testowalnych hipotez } panglosjanizm (traktowanie wszystkich cech jako adaptacji) 27

28 Różnorodność genetyczna ludzi jest stosunkowo niewielka Analiza mtdna Analiza ndna Przyczyna szybka ekspansja populacji 28

29 Różnorodność genetyczna człowieka } Projekt 1000 genomów poszukiwanie różnic w genomach różnych ludzi (2500 osób) } Wstępne dane (2010) 15 mln. miejsc zmiennych } 0,5-1% genomu } Więcej nukleotydów, niż w całym genomie drożdży 29

30 Zagadnienie ras ludzkich } Argument Lewontina } zmienność wewnątrz grup większa niż między grupami } cechy jednoznacznie odróżniające rasy - ~6% zmienności } Tradycyjne podziały rasowe oparte na cechach, które nie są dobrą miarą różnorodności genetycznej } kolor skóry (~6 genów), kształt nosa i oczu wpływ doboru } Istnieją cechy, których zmienność wykazuje korelację (kowariancja) } nie tworzą wyraźnych zgrupowań, tylko gradienty } niewielka część zmienności } Globalizacja zaciera różnice 30

31 Zagadnienie ras ludzkich } Zmienność i zróżnicowanie genetyczne to fakt } Istnieją genetyczne wyróżniki poszczególnych populacji, związane z ich historią } Łączenie różnych populacji w duże zgrupowania na podstawie koloru skóry, zamieszkiwanego kontynentu itp. nie ma sensu biologicznego } Współcześni biolodzy mówiąc o rasach w istocie mówią o zróżnicowaniu genetycznym, ktore ma charakter ciągły } Patrz: } 31

32 Ekspansja z Afryki 32

33 Gradient różnorodności 33

34 Nie tylko geny } Zgodność zróżnicowania genetycznego ze zróżnicowaniem językowym (Cavalli-Sforza) 34

35 Narodziny języków klasyfikacja na podstawie głosek (fonemów) zróżnicowanie głosek (fonemów) 35 Atkinson, Science (2011) 332:

36 Narodziny języków 36