Ślady wspólnego pochodzenia Biogeografia.
Biogeografia Pokrewieństwo (np. badane molekularnie) zwykle koreluje z podobnym rozmieszczeniem geograficznym prosta konsekwencja ewolucji przez specjację Campanulaceae (dzwonkowate) (Givnish et al. 2009)
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
Wędrówki kontynentów Na skutek ruchu płyt tektonicznych skorupy Ziemi kontynenty się przemieszczały, łączyły i rozpadały 180 mln lat temu - Pangea
Wędrówki kontynentów 188-120 mln lat temu - Pangea rozpada się na kontynent północny (Laurazja) i południowy (Gondwana)
Wędrówki kontynentów 120-60 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
Historia Gondwany http://www.pbs.org/wgbh/nova/eden/media/stt.html
Z Ameryki do Australii
Dobór naturalny
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
Mechanizm zmian ewolucyjnych Dobór naturalny sztuczny Dryf
Dobór sztuczny Stopniowe zmiany kierowane przez selekcję mogą dać spektakularne efekty Brassica oleracea var. silvestris (brzoskiew) Brassica oleracea odmiany uprawne
Dobór sztuczny
Jak rozpoznać kukurydzę modyfikowaną genetycznie? Niemodyfikowana Modyfikowana
Dobór sztuczny Stopniowe zmiany kierowane przez selekcję mogą dać spektakularne efekty
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
Oporność na penicylinę Bakterie Pneumococcus u dzieci, Islandia
Podstawy ewolucji - zmienność Replikacja informacji genetycznej wprowadza zmienność losowe błędy w replikacji (nieuniknione) rearanżacje genomu horyzontalny transfer genów interakcje genomów symbioza, łączenie genomów
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
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
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
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
Przetrwają najsilniejsi, walka o byt? Kolejne błędne sformułowania Wszystkie osobniki, które odnoszą sukces reprodukcyjny, mają wkład w pulę genów następnego pokolenia 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
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
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
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
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
Dobór równoważący Utrzymuje różnorodność alleli Faworyzowanie heterozygot Selekcja wariantów rzadkich
Anemia sierpowata Mutacje w genie β-globiny Szczególnie częsta u Afrykanów Choroba recesywna, ale w warunkach niskiego ciśnienia (wysoko w górach) heterozygoty chorują Dodatkowy fenotyp oporność na malarię, fenotyp dominujący
Anemia sierpowata Dobór równoważący faworyzuje heterozygoty gdy: w środowisku występuje zarodzieć malarii ciśnienie powietrza jest wysokie (niziny)
Anemia sierpowata Częstość allelu HbS Występowanie malarii (historyczne)
Nosiciele allelu HbS Lassana Diarra (ex. Real Madryt, ex. rep. Francji) Ryan Clark (Pittsburgh Steelers)
HbS i sport W latach 2004-2008 5 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. 2012 Apr;46(5):325-30.
Dobór zależny od częstości Dodatni korzystne warianty częstsze Ujemny korzystne warianty rzadsze forma doboru równoważącego np. stosunek płci (50:50)
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. 2010. (12):3629-33.
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
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
Allele MHC Główny kompleks zgodności tkankowej Białka uczestniczące w rozpoznawaniu swój-obcy Bardzo różnorodne Przy wyborze partnera preferowany taki, który ma inne allele MHC ryby myszy
A u człowieka? Wedekind 1995 kobiety wybierają partnerów o odmiennych allelach MHC kierując się zapachem efekt nie występuje u zażywających doustne środki antykoncepcyjne
Dobór różnicujący Faworyzowane fenotypy skrajne Stosunkowo rzadki, ale pozwala na specjację bez bariery geograficznej
Zięby Darwina z Galapagos Duże dzioby twarde, duże nasiona, łatwiejsze kruszenie Małe dzioby drobne nasiona, łatwiejsze wydłubywanie Średnie dzioby za słabe do dużych nasion, za duże do małych
Człowiek jako czynnik doboru różnicującego Częściej zbierane rośliny o średniej liczbie kolców. Preferencje estetyczne wybór typowych okazów.