Ślady wspólnego pochodzenia. Biogeografia.

Transkrypt

1 Ślady wspólnego pochodzenia Biogeografia.

2 Drzewo i klasyfikacja hierarchiczna Włosy, mleko Owodnia Płuca, kończyny Kręgosłup

3 Klasyfikacja na podstawie cech molekularnych Drzewo pokrewieństwa można odtwarzać na podstawie analizy sekwencji DNA i białek Tzw. filogenetyka molekularna Drzewa konstruowane na postawie różnych genów wykazują bardzo dużą zgodność Oznacza to, że wszystkie (przynajmniej większość) geny ewoluowały razem z całymi genomami organizmów Wyjątki poziomy (horyzontalny) transfer genów

4 Filogenetyka Klasyfikacja na podstawie filogenezy historii ewolucyjnej Kladystyka najbardziej sformalizowana Klad grupa monofiletyczna, obejmuje wszystkich potomków danego wspólnego przodka Np. gady nie stanowią kladu (nie obejmują ptaków)

5 Biogeografia Pokrewieństwo (np. badane molekularnie) zwykle koreluje z podobnym rozmieszczeniem geograficznym prosta konsekwencja ewolucji przez specjację Campanulaceae (dzwonkowate) (Givnish et al. 2009)

6 Torbacze Najstarsze skamieniałości w Ameryce Północnej ~75 mln. lat temu w Ameryce Południowej ~55 mln. lat temu w Australii Jak się tam dostały? Linie torbaczy amerykańskich i australijskich rozeszły się ~50 mln. lat temu Australia była wtedy jeszcze połączona z Antarktydą

7 Wędrówki kontynentów Na skutek ruchu płyt tektonicznych skorupy Ziemi kontynenty się przemieszczały, łączyły i rozpadały 180 mln lat temu - Pangea

8 Wędrówki kontynentów mln lat temu - Pangea rozpada się na kontynent północny (Laurazja) i południowy (Gondwana)

9 Wędrówki kontynentów mln lat temu - rozpad Gondwany Torbacze (z Laurazji) pozostają na terenie Australii i Ameryki Pd., giną na Antarktydzie W Laurazji powstają ssaki łożyskowe, nie mają dostępu do Australii, ale opanowują Eurazję i obie Ameryki

10

11 Historia Gondwany

12 Z Ameryki do Australii

13 Dobór

14 Mechanizmy ewolucji Generujące zmienność mutacje rearanżacje genomu horyzontalny transfer genów interakcje genomów symbioza, łączenie genomów Działające na warianty wytworzone przez zmienność dobór naturalny dryf genetyczny

15 Mechanizm zmian ewolucyjnych Dobór naturalny sztuczny Dryf

16 Dobór sztuczny Stopniowe zmiany kierowane przez selekcję mogą dać spektakularne efekty Brassica oleracea var. silvestris (brzoskiew) Brassica oleracea odmiany uprawne

17 Dobór sztuczny

18 Jak rozpoznać kukurydzę modyfikowaną genetycznie? Niemodyfikowana Modyfikowana

19 Dobór sztuczny Stopniowe zmiany kierowane przez selekcję mogą dać spektakularne efekty

20 Wyścig z patogenami - oporność Staphylococcus aureus 1928: odkrycie penicyliny (Alexander Flemming) 1943: masowa produkcja i stosowanie penicyliny 1947: odkryte pierwsze oporne szczepy S. aureus 1997: S. aureus nabywa oporność na wankomycynę Dziś: 50% infekcji S. aureus oporne na penicylinę, metycylinę, erytromycynę i tetracyklinę Problem: oporność nie tylko na pojedyncze, ale i na wiele antybiotyków

21 Oporność na penicylinę Bakterie Pneumococcus u dzieci, Islandia

22 Podstawy ewolucji - zmienność Replikacja informacji genetycznej wprowadza zmienność losowe błędy w replikacji (nieuniknione) rearanżacje genomu horyzontalny transfer genów interakcje genomów symbioza, łączenie genomów

23 Podstawy ewolucji - dobór Replikacja informacji genetycznej wprowadza zmienność Wytworzone przez zmienność warianty nie są równocenne Różne warianty mają różne dostosowanie (fitness) różne prawdopodobieństwo przekazania informacji kolejnym pokoleniom w danych warunkach środowiska

24 Dobór naturalny Działa na dowolne aspekty zmienności fenotypowej W ewolucji ma znaczenie gdy działa na te aspekty fenotypu, które są odziedziczalne en.wikipedia.org/wiki/image:mutation_and_selection_diagram.svg

25 Przeżycie najlepiej przystosowanego Survival of the fittest (Herbert Spencer) Sformułowanie mylące Nie chodzi o przeżycie, czy ogólną kondycję, tylko o sukces reprodukcyjny Istotne tylko te elementy, które są odziedziczalne

26 Tautologia? Obserwacja, że różne warianty mają różne prawdopodobieństwo przekazania genów potomstwu w danym środowisku nie jest trywialna Nie wszystkie cechy wpływające na sukces reprodukcyjny są przedmiotem doboru (tylko te, które są odziedziczalne)! Częsty błąd tzw. darwinizmu społecznego i zwulgaryzowanej socjobiologii

27 Przetrwają najsilniejsi, walka o byt? Kolejne błędne sformułowania Wszystkie osobniki, które odnoszą sukces reprodukcyjny, mają wkład w pulę genów następnego pokolenia Przetrwanie dostatecznie dobrego

28 Przetrwają najsilniejsi, walka o byt? Konkurencja nie jest jedynym, ani najważniejszym czynnikiem doboru Gatunki dzielące to samo środowisko zajmują różne nisze, rzadko konkurują Istnieją mechanizmy doboru skutkujące ewolucją strategii kooperacyjnych

29 Czy zawsze wariant optymalny? Krajobraz fitness (funkcja fitness w zależności od genotypu) Przejście z A do B niewielkimi krokami może być niemożliwe Niektóre rozwiązania poza zasięgiem ewolucji Np. natura nie wynalazła koła

30 Działanie doboru Dobór kierunkowy Przesuwa rozkład cechy Dobór stabilizujący Utrzymuje średni fenotyp, odrzuca skrajne Dobór równoważący utrzymuje różnorodność alleli Dobór różnicujący Faworyzuje wartości skrajne prowadzi do specjacji

31 Przykład: Krępak nabrzozak Biston betularia Ubarwienie maskujące Zanieczyszczenie środowiska (rewolucja przemysłowa) faworyzowało odmianę ciemną J.B.S. Haldane W ostatnich dekadach powrót do form jasnych Dobór kierunkowy

32 Dobór stabilizujący Najczęstsza forma, zwłaszcza w stabilnych warunkach Np. waga urodzeniowa niemowląt Za mała źle (mniejsze szanse na przeżycie, podatność na infekcje) Za duża źle (mniejsza szansa przeżycia porodu) Dobór oczyszczający informacja ze środowiska w postaci doboru równoważy utratę informacji na skutek mutacji

33 Dobór równoważący Utrzymuje różnorodność alleli Faworyzowanie heterozygot Selekcja wariantów rzadkich

34 Anemia sierpowata Mutacje w genie β-globiny Szczególnie częsta u osób pochodzących z Afryki równikowej Choroba recesywna, ale w warunkach niskiego ciśnienia (wysoko w górach) heterozygoty chorują Dodatkowy fenotyp oporność na malarię, fenotyp dominujący

35 Anemia sierpowata Dobór równoważący faworyzuje heterozygoty gdy: w środowisku występuje zarodzieć malarii ciśnienie powietrza jest wysokie (niziny)

36 Anemia sierpowata Częstość allelu HbS Występowanie malarii (historyczne)

37 Znani nosiciele allelu HbS Lassana Diarra (ex. Real Madryt, ex. rep. Francji) Ryan Clark (Pittsburgh Steelers)

38 HbS i sport W latach przypadków śmierci u zawodników akademickiej ligi futbolu amerykańskiego powiązanych z nosicielstwem anemii sierpowatej ~2% wszystkich (reszta to inne choroby, urazy i przyczyny niezwiązane z uprawianym sportem) ryzyko u nosicieli 37 x wyższe, niż u homozygot dominujących Źródło: Br J Sports Med Apr;46(5):

39 Dobór zależny od częstości Dodatni korzystne warianty częstsze Ujemny korzystne warianty rzadsze forma doboru równoważącego np. stosunek płci (50:50)

40 Dodatni dobor zależny od częstości Kolor jest sygnałem ostrzegawczym (owady niejadalne) Drapieżniki uczą się unikać Korzystny jest kolor najczęstszy na danym terenie Borer et al. Positive frequency-dependent selection on warning color in Alpine leaf beetles. Evolution (12):

41 Ujemny dobór zależny od częstości Kwiaty stoplamka bzowego (Dactylorhiza sambucina) to tzw. fałszywy sygnał nie zawierają nektaru Owady po pierwszym kontakcie szukają kwiatu odmiennego koloru Sukces reprodukcyjny odwrotnie proporcjonalny do częstości allelu

42 Selekcja wariantów rzadkich dobór apostatyczny Przykład wstężyk (Cepea nemoralis) Bardzo duża zmienność wzorów i barw skorupki Selekcja przez drapieżniki ptaki Uczą się najszybciej rozpoznawać osobniki typowe, co faworyzuje te nietypowe

43 Allele MHC Główny kompleks zgodności tkankowej Białka uczestniczące w rozpoznawaniu swój-obcy Bardzo różnorodne Przy wyborze partnera preferowany taki, który ma inne allele MHC (główny kompleks zgodności tkankowej - immunologiczny dowód osobisty ) ryby myszy człowiek

44 A u człowieka? Wedekind 1995 kobiety wybierają partnerów o odmiennych allelach MHC, kierując się zapachem efekt nie występuje u zażywających doustne środki antykoncepcyjne Efekt Westermarcka awersja seksualna u osób wychowujących się razem w okresie niemowlęctwa i wczesnego dzieciństwa osłabiony u osób pozbawionych węchu