Ewolucja człowieka. Ślady pozostawione w genach

Podobne dokumenty
Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Ewolucja człowieka 1

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Ewolucja człowieka. Ewolucja i kultura

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach 2

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Ewolucja i zmienność cz owieka. Droga do medycyny ewolucyjnej

Ewolucja człowieka. Ostatnie 5 milionów lat

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach 2

Ewolucja i zmienność cz owieka. Droga do medycyny ewolucyjnej

Teoria ewolucji. Losy gatunków: specjacja i wymieranie. Podstawy ewolucji molekularnej

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Zmienność genetyczna człowieka. Zmienność prawidłowa i choroby wieloczynnikowe

Ewolucja cz owieka. Historia i przysz ość

Ewolucja informacji genetycznej

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Ewolucja człowieka. Ślady w ziemi i ślady w genach

Mechanizmy zmienności ewolucyjnej. Podstawy ewolucji molekularnej.

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Podstawy genetyki człowieka. Cechy wieloczynnikowe

Teoria ewolucji. Podstawy wspólne pochodzenie.

Genetyka i reszta świata. Medycyna, biotechnologia, bioetyka i przyszłość człowieka

Ewolucja informacji genetycznej

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Wykład Bioinformatyka Bioinformatyka. Wykład 7. E. Banachowicz. Zakład Biofizyki Molekularnej IF UAM. Ewolucyjne podstawy Bioinformatyki

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Jaki koń jest nie każdy widzi - genomika populacji polskich ras koni

Badanie doboru naturalnego na poziomie molekularnym

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

Wszyscy jesteśmy mieszańcami. Ewolucja i różnorodność genetyczna człowieka

Zmienność ewolucyjna. Ewolucja molekularna

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Mitochondrialna Ewa;

Uczeń potrafi. Dział Rozdział Temat lekcji

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 6 BAZA DANYCH NCBI - II

Teoria ewolucji. Ślady wspólnego pochodzenia. Dobór sztuczny i naturalny.

Dobór naturalny. Ewolucjonizm i eugenika

Ewolucja i człowiek. Spory i dylematy

Różnorodność genetyczna człowieka. Rasy a ewolucja

BIOLOGIA EGZAMIN KLASYFIKACYJNY 2015/16. KLASA III Gimnazjum. Imię:... Nazwisko:... Data:...

Zmienność populacji człowieka. Zróżnicowane genetyczne człowieka współczesnego. Polimorfizmy i asocjacje

Tematyka prac dyplomowych 2016/2017 Instytut Antropologii UAM Zakład Biologii Rozwoju Człowieka Kierownik: prof. dr hab.

Ewolucjonizm NEODARWINIZM. Dr Jacek Francikowski Uniwersyteckie Towarzystwo Naukowe Uniwersytet Śląski w Katowicach

Jak powstają nowe gatunki. Katarzyna Gontek

plezjomorfie: podobieństwa dziedziczone po dalszych przodkach (c. atawistyczna)

Podstawy teorii ewolucji. Informacja i ewolucja

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 5 ANALIZA FILOGENETYCZNA

I. Genetyka. Dział programu Lp. Temat konieczny podstawowy rozszerzający

Ekologia molekularna. wykład 10

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Rozkład materiału z biologii dla klasy III AD. 7 godz / tyg rok szkolny 2016/17

CECHY ILOŚCIOWE PARAMETRY GENETYCZNE

Tematyka zajęć z biologii

Genetyka i reszta świata. Medycyna, biotechnologia, bioetyka i przysz ość cz owieka

Dopasowanie sekwencji (sequence alignment)

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Urszula Poziomek, doradca metodyczny w zakresie biologii Materiał dydaktyczny przygotowany na konferencję z cyklu Na miarę Nobla, 14 stycznia 2010 r.

Podstawy teorii ewolucji. Informacja i ewolucja

Szczegółowy harmonogram ćwiczeń Biologia medyczna w Zakładzie Biologii w roku akademickim 2017/2018 Analityka Medyczna I rok

Plan wynikowy nauczania biologii w liceum ogólnokształcącym, liceum profilowanym i technikum. Kształcenie ogólne w zakresie podstawowym

Sekwencjonowanie nowej generacji i rozwój programów selekcyjnych w akwakulturze ryb łososiowatych

Podłoże molekularne NF1 i RASopatii. Możliwości diagnostyczne.

Różnorodność genetyczna człowieka

Podstawy ewolucji molekularnej. Ewolucja sekwencji DNA i białek

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Podstawy ewolucji molekularnej. Ewolucja sekwencji DNA i białek

Informacje. Kontakt: Paweł Golik, Ewa Bartnik. Instytut Genetyki i Biotechnologii, Pawińskiego 5A.

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

2. Rozdział materiału genetycznego w czasie podziałów komórkowych - mitozy i mejozy

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 11 BAZA DANYCH HAPMAP

Mechanizmy ewolucji. SYLABUS A. Informacje ogólne

Oznaczenie polimorfizmu genetycznego cytochromu CYP2D6: wykrywanie liczby kopii genu

Zmienność populacji człowieka. Polimorfizmy i asocjacje

Ścieżk a edukac yjna. Wymagania programowe. Nr lekcji. Metoda pracy. Temat lekcji

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 4 DOPASOWANIE SEKWENCJI

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

Zagrożenia i ochrona przyrody

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja. Dobór i dryf.

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Czy znaczna niestabilność postrzegania atrakcyjności twarzy podważa adaptacjonistyczną interpretację tego zjawiska?

Podstawy teorii ewolucji. Informacja i ewolucja

Podstawy biologii. Podstawy biologii molekularnej

Zmienność populacji cz owieka. Polimorfizmy i asocjacje

Podstawy genetyki. Dziedziczenie wieloczynnikowe na przykładzie człowieka. Asocjacje.

Podstawy teorii ewolucji. Informacja i ewolucja

Program ćwiczeń z przedmiotu BIOLOGIA MOLEKULARNA I GENETYKA, część I dla kierunku Lekarskiego, rok I 2015/2016. Ćwiczenie nr 1 (

Teoria ewolucji. Dryf genetyczny. Losy gatunków: specjacja i wymieranie.

Rozkład materiału z biologii do klasy III.

Zaoczne Liceum Ogólnokształcące Pegaz

Genetyka i przyszłość człowieka

Teoria ewolucji. Ślady wspólnego pochodzenia. Dobór sztuczny i naturalny.

Ewolucja molekularna człowieka okiem bioinformatyka. Justyna Wojtczak Jarosław Jeleniewicz

Zmienność genetyczna człowieka. Zagadnienie rasy

Ekologia wyk. 1. wiedza z zakresu zarówno matematyki, biologii, fizyki, chemii, rozumienia modeli matematycznych

Modelowanie ewolucji. Dobór i dryf genetyczny

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Transkrypt:

Ewolucja człowieka Ślady pozostawione w genach

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

3

Neandertalczyk } } } } Żył w Europie i środkowo-zachodniej Azji jeszcze ok. 35 000 lat temu } Rówwnolegle z H. sapiens (Cro-Magnon) Linie człowieka i neandertalczyka rozdzieliły się ~ 600 000 lat temu Pojawił się w Europie wcześniej, niż H. sapiens (wcześniejsza migracja) Kultura (pochówki), narzędzia, prawdopodobnie mowa Wikimedia commons, Anthropological Institute, University of Zürich 4

Wyniki analizy genomu z 2010 } Potwierdzenie, że ostateczna dywergencja populacji ~270-440 tys. lat temu } Analiza polimorfizmów Neandertalczyk bardziej podobny do mieszkańców Eurazji, niż Afryki 5

Analizy ndna 6

Analiza polimorfizmów Analiza ~1100 pozycji, gdzie występują pojedyncze różnice SNP Allel przodka Allel nowy (pochodny) 30% Dane z Green et al. (2006), Nature:444:330-336 7

Czy człowiek i Neandertalczyk się krzyżowali? } Większe podobieństwo do mieszkańców Eurazji niż Afryki } ok. 4% genomów Eurazji z polimorfizmami podobnymi do Neandertalczyka } Prawdopodobnie dochodziło do krzyżowania przodków mieszkańców Eurazji z Neandertalczykami } Wkład Neandertalczyka w genom człowieka jest bardzo niewielki } Brak śladów wkładu człowieka do genomu Neandertalczyka 8

Scenariusze } To, że podobieństwo N. do Europejczyków, Azjatów i Papuasów jest takie samo wskazuje na scenariusz 3 } Krzyżowanie z przodkami E, A i PNG, na obszarze bliskiego Wschodu } Nie można wykluczyć scenariusza 4 } Do krzyżowania dochodziło bardzo rzadko niewielki wkład } efekt fali szybka ekspansja populacji kolonizującej wzmacnia wkład z krzyżowania z populacją natywną 9

Wnioski } Model OAR zasadniczo utrzymany, ale nie taki prosty, jak się zdawało } Mogło dochodzić do krzyżowania się migrantów z populacjami osiadłymi wcześniej tylko we wczesnych fazach migracji 10

Nie tylko Neandertalczyk } Szczątki z jaskini Denisowa (Ałtaj) } Współcześni Neandertalczykom } Prawdopodobnie grupa siostrzana } Ślady krzyżowania z ludzkimi migrantami w populacjach Oceanii } Epizody krzyżowania podczas migracji do Azji Pd.-Wsch. 11

Różnorodność genetyczna ludzi jest stosunkowo niewielka Analiza mtdna Analiza ndna Przyczyna szybka ekspansja populacji 12

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 13

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 14

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: } http://raceandgenomics.ssrc.org/ 15

Genom szympansa i genom człowieka 16

Różnice ewolucyjne } Nowe geny } Utrata genów } Zmiany liczby kopii (paralogów) genów } Zmiany w genach (mutacje) } Zmiany w ekspresji 17

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) } Nie da się przypisać różnic między człowiekiem a szympansem obecności/nieobecności specyficzego genu człowieczeństwa 18

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) 19

Różnice na poziomie białek } Przeciętne białko ludzkie różni się 2 aminokwasami od szympansiego odpowiednika } 29% białek jest identycznych } Sekwencja to nie wszystko (regulacja!) 20

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 21 Równomierne tempo zmian Przyspieszone zmiany Spowolnione zmiany

Różnice w genach } Około 500-600 genów znaczące odchylenia od zegara molekularnego (sugeruje odstępstwa od neutralności) } Około 200 obszarów regulatorowych o przyspieszonej ewolucji w linii człowieka (HAR Human Accelerated Regions) 22

Zmiany genów gen mowy Dyspraksja werbalna Rzadka choroba dziedziczna objawiająca się zaburzeniami mowy (czynnej i biernej) Brak wyraźnego zaburzenia innych funkcji poznawczych Gen FOXP2 23

FOXP2 szybka ewolucja 24 Enard et al. (2002) Nature 418, 869-72

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) 25

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 26

Geny mikrocefaliny i ASPM Mikrocefalia Chory 13 lat Zdrowy 11 lat Szybka ewolucja genu u człowieka 27 Kouprina et al., PLoS Biology, 2004, 5:E126

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=1,3 10-6 ) 28 Prabhakar et al., 2008, Science 321:1346-50

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 29 Prabhakar et al., 2008, Science 321:1346-50 Specyficznie ludzkie cechy budowy dłoni (przeciwstawny długi kciuk) sprawność manualna Homo faber Specyficznie ludzkie cechy budowy stóp (usztywnienie, krótkie palce) - dwunożność

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 30

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 31

Kontrowersyjne tematy ewolucjonizmu } Problem poziomu działania doboru } Gradualizm i punktualizm } Psychologia ewolucyjna 32

Poziom działania doboru } Na co działa dobór naturalny } na organizmy? } na fenotyp, zależny od genotypu } znaczenie mają tylko cechy odziedziczalne } na populacje (pule genowe)? } co z organizmami bez procesów płciowych (np bakterie?) } na geny ( samolubne geny )? } typowe przypadki ruchome elementy genetyczne, wirusy } fenotyp jednak na poziomie organizmu } większość podlegających doborowi cech zależy od interakcji wielu genów (sieci i systemy) -> poziom organizmu } na jednostki wyższego rzędu } Gaja? 33

Gradualizm i punktualizm } Gradualizm } zmiany stopniowe, trwają cały czas } tempo nie musi być jednostajne } Punktualizm } okresy stazy przeplatane okresami gwałtownych zmian } mutacje rozwojowe hopeful monsters } W radykalnej wersji sfalsyfikowany, ale zwrócił uwagę na różnice tempa zmian i na rolę procesów rozwojowych ( evodevo ) 34

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) 35

Przyszłość } Ewolucja biologiczna gatunku ludzkiego trwa, ale jest bardzo powolna w porównaniu z rozwojem cywilizacji 36

Wizje i pomyłki } Czy współczesna medycyna i biotechnologia ma wpływ na naszą ewolucję? } Czy układ odpornościowy przestanie być potrzebny i zaniknie? 37

Wizje i pomyłki } Czy współczesna medycyna i biotechnologia ma wpływ na naszą ewolucję? } Czy genetyczna diagnostyka prenatalna i inzynieria genetyczna doprowadzą do stworzenia super-człowieka? 38

Wizje i pomyłki } Czy współczesna medycyna i biotechnologia ma wpływ na naszą ewolucję? } Czy pomagając ludziom z ciężkimi chorobami genetycznymi psujemy pulę genową gatunku? 39

Wizje i pomyłki } Czy współczesna medycyna i biotechnologia ma wpływ na naszą ewolucję? } Czy człowiek podzieli się na dwa gatunki? 40