PRZEPŁYW INFORMACJI GENETYCZNEJ

Podobne dokumenty
KONSEKWENCJE PŁCIOWOŚCI (dlaczego osobniki są podobne?)

SKUTKI POWSTANIA JĄDRA (jak działa genom?)

SKUTKI POWSTANIA JĄDRA (jak działa genom?)

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

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

Zagadnienia na egzamin magisterski na kierunku Biologia Rok akad. 2017/2018

Zagadnienia na egzamin magisterski na kierunku Biologia Rok akad. 2018/2019

Jak powstają nowe gatunki. Katarzyna Gontek

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Ograniczenia środowiskowe nie budzą wielu kontrowersji, co nie znaczy że rozumiemy do końca proces powstawania adaptacji fizjologicznych.

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

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

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Temat: systematyczny podział organizmów. Ile gatunków organizmów żyje na Ziemi? W 1995r., z polecenia ONZ oszacowano, że na Ziemi żyje około 14

POZIOMY WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH Z BIOLOGII DLA UCZNIÓW Z UPOŚLEDZENIEM W STOPNIU LEKKIM

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

Teoria ewolucji. Podstawy wspólne pochodzenie.

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

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

Rozkład materiału z biologii do klasy III.

NaCoBeZu klasa 8 Dział Temat nacobezu programu I. Genetyka 1. Czym jest genetyka? 2. Nośnik informacji genetycznej DNA 3. Podziały komórkowe

Tematyka zajęć z biologii

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Zagrożenia i ochrona przyrody

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

Plan wykładów z genetyki ogólnej

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

Wymagania edukacyjne

PRZEDMIOTOWY SYSTEM OCENIANIA BIOLOGIA POZIOM ROZSZERZONY Opracowany w oparciu o program DKOS /02 KLASA III

harmonogram lekcji online opracowała Anna Gajos

Zmienność. środa, 23 listopada 11

Uczeń potrafi. Dział Rozdział Temat lekcji

Mechanizmy zmienności ewolucyjnej. Podstawy ewolucji molekularnej.

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 5 ANALIZA FILOGENETYCZNA

REGULACJA ROZWOJU (jak z genów odczytywana jest anatomia?)

KARTA KURSU. Podstawy taksonomii. Dr hab. Mieczysław Mazur, prof. UP

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

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

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

Materiały dydaktyczne do kursów wyrównawczych z przedmiotu biologia

KONKURS BIOLOGICZNY GIMNAZJUM ETAP I JEDNOŚĆ I RÓŻNORODNOŚĆ ORGANIZMÓW. WIADOMOŚCI:

Mechanizmy ewolucji. SYLABUS A. Informacje ogólne

Komórka organizmy beztkankowe

Zmienność ewolucyjna. Ewolucja molekularna

Zagadnienia na egzamin licencjacki, kierunek: Biologia Medyczna I st. Rok akad. 2018/2019

Różnorodność biologiczna

Mitochondrialna Ewa;

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy III gimnazjum.

Filogenetyka molekularna I. Krzysztof Spalik

Ramowy rozkład materiału we wszystkich tomach

klasyfikacja fenetyczna (numeryczna)

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy III gimnazjum

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

Tematy- Biologia zakres rozszerzony, klasa 2TA,2TŻ-1, 2TŻ-2

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

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

życia na Ziemi dr Joanna Piątkowska

REGULACJA ROZWOJU (jak z genów odczytywana jest anatomia?)

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Biologiczne podstawy ewolucji. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z BIOLOGII NA POSZCZEGÓLNE OCENY KLASA III. dopuszczająca dostateczna dobra bardzo dobra

Podstawy teorii ewolucji. Informacja i ewolucja

Księgarnia PWN: Joanna R. Freeland - Ekologia molekularna

WYKŁADY ZOOLOGII dla 1. roku

Ekologia molekularna. wykład 6

Zawartość. Wstęp 1. Historia wirusologii. 2. Klasyfikacja wirusów

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Spis treści CYKL KOMÓRKOWY

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

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

Filogenetyka molekularna I

Konkurs szkolny Mistrz genetyki etap II

Komórka stuktura i funkcje. Bogusław Nedoszytko. WSZPIZU Wydział w Gdyni

DNA musi współdziałać z białkami!

POWTÓRZENIE TREŚCI NAUCZANIA Z BIOLOGII KLASY III ROZPISKA POWTÓRZEŃ ROK 2007/2008 Klasa I Treści programowe Dział powtórzeniowy Przewidziana data

Genomika Porównawcza. Agnieszka Rakowska Instytut Informatyki i Matematyki Komputerowej Uniwersytet Jagiellooski

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Poziom wymagań. ocena dopuszczająca ocena dostateczna ocena dobra ocena bardzo dobra ocena celująca

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Poziom wymagań. ocena dopuszczająca ocena dostateczna ocena dobra ocena bardzo dobra ocena celująca

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Kryteria oceniania z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Filogenetyka molekularna. Dr Anna Karnkowska Zakład Filogenetyki Molekularnej i Ewolucji

Wymagania edukacyjne niezbędne do uzyskania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych- klasa VIII

Poziom wymagań. Uczeń: rozróżnia cechy dziedziczne i niedziedziczne definiuje pojęcia genetyka i zmienność organizmów

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Transkrypt:

Ewolucja 5. PRZEPŁYW INFORMACJI GENETYCZNEJ Jerzy Dzik Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW 2016

CENTRALNY DOGMAT biologii molekularnej DNA białko Francis Crick (1916-2004) 1958 central dogma czyli, replikacja + transkrypcja + translacja nie ma fizycznej możliwości przekazania informacji fenotypowej do szlaku płciowego jest jednak możliwość częściowego odwrócenia przepływu genów

RETROWIRUSY odwrotna transkryptaza osłonka retrowirusa DNA RNA DNA powstała z enzymu komórki eukariota retrowirusy RNA infekują tylko eukarioty pozorne naruszenie centralnego dogmatu odwrotna transkryptaza Cardone et al. (2009) jeśli rzeczywiście pochodzi od telomerazy, to późna ewolucyjnie odwrotną transkryptazą jest telomeraza: odnawia końcówki chromosomów po replikacji (u kręgowców dodaje TTAGGG)

POCHODZENIE wirusów Koonin et al. (2006) sposoby powielania i ekologia wirusów wirus mozaiki tytoniowej adenowirus bakteriofag monofiletyczne grupy obejmują razem wirusy RNA i DNA osłonka białkowa przejawem zaawansowania powstały zapewne z plazmidów nie cała informacja dziedziczna jest w jądrze komórkowym

DZIEDZICZENIE pozajądrowe Konstantin S. Mereżkowski (1855-1921) 1909 symbiotyczna teoria pochodzenia chloroplastów alternatywne wyjaśnienia autonomii genetycznej chloroplasty (i mitochondria) mają koliste (bakteryjne) DNA ale liczne geny mitochondriów i chloroplastów są w jądrze mogły także powstać przez rozbieżną i nierównomierną ewolucję części genomu wewnątrz jednej komórki dziś przenoszenie tych organelli między komórkami nie jest możliwe

CHLOROPLASTY powstały tylko raz Keeling (2004) bez genów z jądra macierzystego chloroplasty są niezdolne do życia wchłonięcie całej komórki wraz z chloroplastem? chlorofil c chlorofil b pochodzenie mitochondriów nieznane chlorofil a

TAJEMNICA pochodzenia mitochondriów aktynowe ogony Rickettsia pokrewieństwa molekularne skrajnego pasożyta wewnątrzkomórkowego Rickettsia u drożdży ponad 400 białek mitochodrialnych w jądrze α-proteobacteria Rickettsia ma 834 geny, w tym cyklu Krebsa metabolizuje tylko glicynę; pokrewna mitochondrium? ale enzymy cyklu Krebsa w beztlenowej Bacteroides fragilis informacja dziedziczna nie jest zawarta wyłącznie w DNA Andersson et al. (1998)

DZIEDZICZENIE pozachromosomowe bruzda podziałowa mikrotubule aktyna błona komórkowa i cysterny wewnętrznych struktur błoniastych Warell et al. ( 2010) a także cytoszkielet przekazywane między pokoleniami u zwierząt i roślin jądro zanika 10 nm Mycoplasma genitalium przejmuje błonę od gospodarza bywa, że przekaz między pokoleniami zapewnia mrna

EFEKT matczyny bicoid przyszła głowa replikacja DNA (szybkie podziały komórek embrionu) uniemożliwia transkrypcję mrna matczyne odziedziczone po jaju białkowe czynniki określające położenie osi zarodka są z poprzedniego pokolenia stężenie matczynego mrna i kodowanych przezeń białek w zarodku Drosophila trwałe dziedziczenie pozachromosomowe nie dotyczy cech nabytych

DZIEDZICZENIE cech nabytych Giraffa Sivatherium 8 ka Okapia Smit (1892) nie ma sposobu, by udoskonalenia w trakcie życia osobnika przekazać następnym pokoleniom eliminowane są jedynie osobniki mniej dostosowane informacja genetyczna przepływa nie tylko między pokoleniami Trofim D. Łysenko (1898-1976)

TEORIA EWOLUCJI niezbędne rozszerzenia August Weismann (1834-1914) 1890 wyjaśnił sens mejozy teoria Darwina nie wyjaśnia istnienia gatunków a ewolucja biologiczna nie wymaga horyzontalnego przepływu informacji genetycznej to teoria płci wyjaśnia pochodzenie gatunków ale odnosi się tylko do części świata żywego Karl E. von Baer (1792-1876) 1826 odkrycie ludzkiego jaja czy bakterii też dotyczy problem zjawiska płci i gatunku?

PILI a plazmidy F + pilus koniugacyjny F - niektóre plazmidy wytwarzają toksyny blokowane przez nietrwały czynnik, również zakodowany w plazmidzie pili koniugacyjne służą do penetrowania innych bakterii są indukowane przez inwazyjne plazmidy (ma je 1/3 bakterii) to infekcja a nie proces płciowy podobnie jak płeć, prowadzi do horyzontalnego przepływu genów

KRZAK RODOWY zamiast drzewa sinice 0,8 mld lat formacja Bitter Springs Australia Schopf (1980) horyzontalny przepływ informacji genetycznej u prokariontów uważany jest za istotny czynnik ale przez miliardy lat nie doprowadził nawet do zamazania pokrewieństw rodzin sinic Doolittle (2005) zjawisko płci tym bardziej pogłębia izolację gałęzi drzewa

TEORIA PŁCI sens funkcjonalny Gregor J. Mendel (1822-1884) horyzontalny przepływ i rekombinacja informacji genetycznej zwiększa różnorodność w obrębie genomu zwiększa szanse przetrwania w niestabilnym i nieprzewidywalnym środowisku procesy płciowe indukowane nierzadko przez ograniczenia pokarmowe lub stres Thomas H. Morgan (1866-1945) procesy płciowe są kosztowne i nie mają związku z rozmnażaniem

kompleks synaptonemalny PŁEĆ to nie rozmnażanie do rekombinacji wykorzystywane są enzymy, które u bakterii naprawiają defekty w DNA koniugacja orzęska Blepharisma wymiana haploidalnych micronuclei po mejozie rekombinacja informacji genetycznej dodatkowo zwiększa różnorodność wewnątrz genomu Thomas H. Morgan (1866-1945) 1911 odkrycie crossing over ubocznym skutkiem płci jest upodobnienie osobników

TEORIA GATUNKU koncepcja Theodosius Dobzhansky (1900-1970) Ernst Mayr (1904-2004) skutek ograniczeń w horyzontalnym przepływie informacji genetycznej organizmów płciowych gatunek biologiczny to izolowany genetycznie zespół populacji mogących się krzyżować ze sobą podgatunki potencjalnie mogą się krzyżować, ale oddziela je bariera geograficzna specjacja jest skutkiem, a nie przyczyną ewolucji specjacja oznacza rozbieżną ewolucję fizjologii, anatomii i behawioru

HOMOLOGIA sens ewolucyjny homologia międzygatunkowa homologia polimorficzna między osobnikami gatunku homologia seryjna między organami osobnika homologia ontogenetyczna między stadiami rozwoju Leigh Van Valen: korespondencja między strukturami czy procesami, która wynika z ciągłości przekazu informacji określającej ich naturę homologia wynika z hipotez o ewolucji, nie jest od nich niezależna

FILOGENETYKA metody wnioskowania podstawowe techniki i ich założenia fenetyka analiza zgodności cech (neighbour joining) założenie niejednorodnego tempa ewolucji gatunków i przetrwania do dziś pierwotnych anatomii kladystyka analiza rozprzestrzenienia cech (maximum parsimony) założenie niejednorodnego tempa ewolucji cech fenogramy i kladogramy mogą przedstawiać boski plan Natury

cechy ANALIZA KLADYSTYCZNA cech morfologicznych hierarchia zagnieżdżenia cech zwykle założenie równej wartości cech podobieństwo do drzew molekularnych testowanie przez kongruencję ewolucja niekonieczna Willi Hennig (1913-1976) analizowane taksony niskiej rangi KLADOGRAM użycie parsymonii nie jest testowaniem

KLADYSTYKA KOMPUTEROWA filozofia obiektywnej ziarnistości taksonów założenia sprzeczne z empirią ewolucja jest wyłącznie wynikiem specjacji gatunki powstają skokowo ewolucja jest zawsze dywergentna (klady siostrzane) rewersje i paralelizmy są mało prawdopodobne ścisły związek odmienności z dawnością dywergencji kopalny zapis ewolucji jest z reguły sprzeczny z kladogramami

TESTOWANIE kladogramów pokrewieństwa udokumentowane paleontologicznie parsymonia uznana za równoznaczność testowania ale testowanie (falsyfikacja) wymaga konfrontacji wydedukowanych skutków procesu (czyli ewolucji) ze stanem rzeczywistym trzeba się więc odwołać do paleontologii kladogram Dzik (2005) w kladystyce systematyka jest ścisłym odwzorowaniem kladogramu

FILOZOFIE systematyki biologicznej system naturalny: odzwierciedlenie immanentnego porządku w świecie żywym kladystyka: klasyfikacja jest ścisłym odzwierciedleniem struktury kladogramu systematyka ewolucyjna: klasyfikacja jest niesprzeczna z przebiegiem ewolucji, konserwatywna i pragmatyczna elementarnym obiektem klasyfikacji jest gatunek (biologiczny)

NIEBIOLOGICZNE koncepcje gatunku gatunek morfologiczny: niesprzeczny z biologicznym eksponuje pragmatyczne aspekty procedury gatunek kladystyczny: kryteria identyczne na wszystkich poziomach hierarchii systematycznej gatunek genetyczny: wyodrębniany na podstawie podobieństwa sekwencji (w istocie powrót do typologii) w praktyce zakłada się ścisły związek genetyki z morfologią

pliocen ~ 4 mln lat temu GATUNEK morfologiczny klasy morfologiczne w warunkach jeziornych zmiana nacisku selekcyjnego zwiększona zmienność muszelek skutkiem krzyżowania (panmiksji) jest gaussowski rozkład zmienności Scholz & Glaubrecht (2010) ograniczanej przez nacisk selekcyjny swoisty dla środowiska możliwe jest jednak czysto rachunkowe podejście do danych

PHYLOCODE nomenklatura kladystyczna nie ma tradycyjnych rang taksonów ani diagnoz definicje taksonów wskazują na pochodzenie włączanych jednostek od wspólnego przodka ma być stowarzyszony z oficjalnym rejestrem jeśli kladogram miałby być drzewem rodowym, wykluczenie jednostek parafiletycznych oznacza wpływ zdarzeń poźniejszych na wcześniejsze! Kevin de Queiroz oznacza porzucenie postulatu stabilności i praktyczności systematyki

NOMENKLATURA taksonomii linneuszowskiej Systema Naturae wydanie z 1758 roku hierarchia taksonów: Regnum, Phylum (Divisio), Classis, Ordo, Familia, Genus, Species taksony muszą być monofiletyczne (= parafiletyczne) tylko binomen Rodzaj gatunek wyodrębniany krojem pisma; nazwy rodzin tworzy się od typowego rodzaju priorytet: obowiązuje pierwsza poprawna nazwa po 1758 roku (do rang od gatunku do rodziny) nazwa rodzajowa nie może się powtórzyć w obrębie królestwa, gatunkowa w tym samym rodzaju tradycyjna odmienność zasad nomenklatury królestw

NOMENKLATURA zoologiczna International Code of Zoological Nomenclature (Fourth Edition) 2000 rok wyklucza parataksonomię taksony oparte o ślady aktywności życiowej nie konkurują o priorytet z normalnymi każdy gatunek ma typ opisowy; rodzaj gatunek typowy; rodzina rodzaj, od którego ma nazwę generalnie botanicy są bardziej konserwatywni od zoologów

NOMENKLATURA botaniczna International Code of Botanical Nomenclature (Vienna Code) przyjęty przez 17 Międzynarodowy Kongres Botaniczny w 2005 roku ewoluuje konwergentnie ku zoologicznemu ale dopuszcza parataksonomiczne morphotaxa i osobne nazwy dla stadiów rozwojowych (grzybów) nowy takson wymaga diagnozy po łacinie, choć kopalne mogą być po angielsku są też próby zobiektywizowanie wydzieleń organizmów bezpłciowych

NOMENKLATURA mikrobiologiczna 100 tys. gatunków bakterii w 1 g gleby choć przy takim kryterium wszystkie Primates w jednym gatunku alternatywa homologia 97% 16S rrna International Code of Nomenclature of Bacteria 1999 rok; ok. 5 000 nazwanych gatunków Staley (2006) jest uproszczoną wersją kodeksu botanicznego nakazuje wskazanie typowego szczepu 70% hybrydyzacji DNA jako kryterium gatunku raczej bez szans na ścisłość

NATURA bioróżnorodności ewolucyjne znaczenie horyzontalnego transferu genów i symbiozy jest ograniczone gdyby nie płeć, osobny genetycznie byłby każdy osobnik pojęcie obiektywnego gatunku odnosi się tylko do organizmów płciowych nomenklatura taksonomiczna jest konwencją; powinna być niesprzeczna z rzeczywistością