Teoria ewolucji. Ślady wspólnego pochodzenia. Dobór sztuczny i naturalny.
Dowody wspierające wspólne pochodzenie Skamieniałości Homologia Cechy szczątkowe Hierarchiczna klasyfikacja Zgodność drzew dla różnych genów Biogeografia rozmieszczenie organizmów Ewolucja przez dobór sztuczny
Pseudogeny Cechy szczątkowe w genomie Geny, które utraciły funkcję, ale zachowały ślad struktury Np. u człowieka wiele genów receptorów węchowych Synteza witaminy C u naczelnych 3
Pseudogeny i witamina C Gen 1 Gen 2 GULO Gene gene 3 Większość ssaków Enzym 1 Enzym 2 Enzyme Gulo 3 Naczelne A B C Witamina D C Witamina C Funkcjonalny gen GULO szczura: Delecja
Drzewo filogenetyczne genu GULO
Hierarchiczna klasyfikacja Zagnieżdżona hierarchia ( grupy w grupach ) Powstaje w wyniku ewolucyjnych procesów rozgałęziania się (specjacji) Ujęcie matematyczne procesy (łańcuchy) Markova Stan w pokoleniu n zależy wyłącznie od stanu w pokoleniu n-1 Rozgałęziające się procesy Markova tworzą zagnieżdżone hierarchie Włosy, mleko Owodnia Płuca, kończyny Kręgosłup 6
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) genów ewoluowały razem z całymi genomami organizmów 7
Biogeografia Pokrewieństwo (np. badane molekularnie) zwykle koreluje z podobnym rozmieszczeniem geograficznym prosta konsekwencja ewolucji przez specjację Campanulaceae (dzwonkowate) (Givnish et al. 2009) 8
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 9
Historia Gondwany http://www.pbs.org/wgbh/nova/eden/media/stt.html 10
Dobór sztuczny Stopniowe zmiany kierowane przez selekcję mogą dać spektakularne efekty Brassica oleracea var. silvestris Brassica oleracea odmiany uprawne 11
Dobór sztuczny Stopniowe zmiany kierowane przez selekcję mogą dać spektakularne efekty 12
Wyścig z patogenami - oporność Staphylococcus aureus 1928: odkrycie penicyliny (Alexander Flemming) 1943: 1947: masowa produkcja i stosowanie penicyliny 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 Doug Green -- SMC Bio -- 29 March 2004 FYS 163: Science as a Way of Knowing
Oporność na penicylinę Pneumococcus u dzieci (Islandia)
Mechanizm zmian ewolucyjnych Dobór naturalny sztuczny Dryf Interakcje genomów symbioza, łączenie genomów 15
Podstawy ewolucji - dobór Replikacja informacji genetycznej wprowadza zmienność Losowe błędy w replikacji (nieuniknione) Procesy wzmacniające zmienność np. procesy płciowe Wytworzone przez zmienność warianty nie są równocenne Różne warianty mają różne dostosowanie (fitness) różne prawdopodobieństwo przekazania informacji kolejnym pokoleniom w danych warunkach środowiska 16
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 17
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 Czy 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 18
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 19
Czy zawsze powstanie 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 20
Dzia anie 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 21
Przykład: Krępak nabrzozak (Biston betularia) Opisane przez J.B.S. Haldane a http://en.wikipedia.org/wiki/image:biston.betularia.7200.jpg en.wikipedia.org/wiki/image:biston.betularia.f.carbonaria.7209.jpg en.wikipedia.org/wiki/j._b._s._haldane Ubarwienie maskujące Zanieczyszczenie środowiska (rewolucja przemysłowa) faworyzowało odmianę ciemną 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 informacja ze środowiska w postaci doboru równoważy utratę informacji na skutek mutacji 23
Dobór równoważący Utrzymuje różnorodność alleli Faworyzowanie heterozygot Selekcja wariantów rzadkich 24