Teoria ewolucji. - wiki.biol.uw.edu.plwiki.biol.uw.edu.pl/t/img_auth.php/6/63/Wyklad8_CLAS.pdf ·...
Transcript of Teoria ewolucji. - wiki.biol.uw.edu.plwiki.biol.uw.edu.pl/t/img_auth.php/6/63/Wyklad8_CLAS.pdf ·...
Teoria ewolucji.
Dryf genetyczny. Losy gatunków: specjacja i wymieranie.
Działanie doboru
2
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
Efekty działania doboru
3
Adaptacje Dostosowania do środowiska
Egzaptacje Cechy, ktorych obecna funkcja jest inna niż pierwotna
Np. pióra ptaków (kiedyś do zatrzymywania ciepła, obecnie do lotu)
Produkty uboczne (spandrel) Konieczne ze względu na inne cechy i ogólny plan budowy, ale
(początkowo) same z siebie bez wartości (Gould, 1979) Mogą stać się egzaptacjami
Dryf genetyczny
4
Równowaga Hardy’ego-Weinberga Częstości alleli w populacji pozostają stałe gdy:
nie działa dobór (sukces reprodukcyjny taki sam dla dowolnej kombinacji alleli)
nie ma migracji wielkość populacji jest nieskończenie duża
Naturalne populacje mogą być blisko równowagi, gdy powyższe warunki są dostatecznie bliskie prawdy
Dryf genetyczny
5
W populacjach o skończonej liczebności może dochodzić do zmian częstości alleli nawet jeżeli nie działa na nie dobór
Nowy allel (mutacja) może się utrwalić w populacji nawet bez selekcji częściowo (polimorfizm) całkowicie
Model dryfu
Populacja reprezentowana przez kulki w worku 50 brązowych i 50 zielonych (allele)
Losujemy 10 kulek Uzupełniamy liczbę kulek znowu do 100
w takiej samej proporcji, jak wylosowane 10 (model losowego sukcesu reprodukcyjnego)
Efekt:
Działanie dryfu 1. Zmiana częstości alleli w populacji, może
zredukować zróżnicowanie populacji. 2. Działa szybciej w małych populacjach. 3. Może przyczynić się do specjacji
“Wąskie gardło” populacji
1. Wąskie gardło (bottleneck) Epizod znacznego zmniejszenia
liczebności populacji
Znaczenie dla gatunku
9
Wąskie gardło znacznie zmniejsza różnorodność genetyczną populacji przez dryf
Ogranicza to możliwości adaptacji do środowiska i stwarza zagrożenie dla populacji choroby i pasożyty
zmiany środowiskowe konkurencja
Gdy liczebność populacji spadnie poniżej wartości krytycznej, gatunku nie da się utrzymać
Słoń morski północny
Gepard
Słoń morski północny
10
Polowania w XVIII-XIX wieku zmniejszyły liczebność do <100 sztuk Na początku XX wieku jedna kolonia u wybrzeży Meksyku W XX wieku pod ochroną
Obecnie >100 000 sztuk Małe zróżnicowanie genetyczne
Inne przykłady
11
Gepard Zróżnicowanie na tyle małe, że przeszczepy od niespokrewnionych osobników nie są
odrzucane Pierwsze wąskie gardło w epoce zlodowaceń
Żubr Obecnie ok. 3000 osobników, potomstwo 12 sztuk Duża wrażliwość na choroby (np. pryszczyca)
Wiele zwierząt domowych i hodowlanych Chomik syryjski – wszystkie hodowlane osobniki wywodzą się z jednego miotu
znalezionego w Syrii ok. 1930 r. W naturze gatunek rzadki i zagrożony
Człowiek
Zmienność genetyczna człowieka
12
Zmienność genetyczna Homo sapiens jest stosunkowo nieduża
Różnice między szympansami (Afryka środkowa i zachodnia) 5 x większe od różnic między mieszkańcami różnych kontynentów
Różnorodność genetyczna człowieka największa w Afryce Ślady wąskiego gardła
Migracje i szybkie rozprzestrzenianie się Katastrofa naturalna ok. 70 000 lat temu (erupcja wulkanu Toba)? Redukcja populacji w Afryce przed migracjami (~170 000 lat temu, ochłodzenie
klimatu)?
Analiza mtDNA
Analiza nDNA
Efekt założyciela
13
Nowa populacja powstająca z niewielkiej liczby osobników może znacząco różnić się częstościami alleli od populacji wyjściowej
U człowieka – niektore rzadkie choroby genetyczne występują częściej w pewnych grupach etnicznych
Utrata różnorodności genetycznej człowieka – seria efektów założycielskich Im dalej od Afryki, tym mniejsza
różnorodność
Wyspa niewidzących kolorów
14
W 1775 wyspę Pingelap spustoszył tajfun, zginęło 90% ludności, ocalało ~20 osób
Wśród ocalałych był władca Nahnmwarki Mwanenised, który był nosicielem rzadkiej recesywnej mutacji powodującej achromatopsję
Obecnie 10% ludności wyspy nie widzi barw, a 30% to nosiciele Dla porównania, w USA choroba występuje z częstością 1:33 000 osób
Ewolucja gatunków
15
Co to jest gatunek?
16
Koncepcja biologiczna (E. Mayr, 1942) Gatunek tworzą populacje złożone z osobników zdolnych do
krzyżowania się i wydawania płodnego potomstwa w warunkach naturalnych
Koncepcja morfologiczna Gatunek tworzą organizmy podobne do siebie Wariant: gatunki o dostatecznie podobnej sekwencji DNA
Problem gatunku
17
Definicja biologiczna (bariery rozrodcze) Co zrobić z organizmami bez procesów płciowych (bakterie)? Co to znaczy “w warunkacj naturalnych”? Co zrobić z gatunkami wymarłymi lub rozdzielonymi w czasie
lub przestrzeni?
Problem gatunku
18
Definicja morfologiczna i genetyczna Jak określić graniczne podobieństwo Są gatunki bardzo podobne do siebie, ale rozdzielone
rozrodczo
Pojęcie gatunku ma charakter rozmyty, nie ścisły
fot. z www.fotoprzyroda.pl
pierwiosnek piecuszek
Zmiany gatunków w czasie
19
Anageneza przekształcenie gatunku w inny nie zwiększa różnorodności nie da się wskazać momentu
przejścia w inny gatunek
Kladogeneza rozdział gatunku na dwa gatunki
potomne przyrost różnorodności pojawienie się bariery rozrodczej
defniuje rozdział gatunków Ekstynkcja (wymieranie)
Ewolucja różnorodności biologicznej
20
Specjacja
21
Pojawienie się bariery reprodukcyjnej między populacjami dające początek gatunkom
Specjacja allopatryczna Związana z powstaniem bariery fizycznej (geograficznej)
między populacjami
Specjacja sympatryczna Bez izolacji geograficznej, na tym samym obszarze
Specjacja allopatryczna
22
Zasiedlanie nowych terytoriów (np. wysp) Powstawanie barier geologicznych Bariery powstają na skutek działania dryfu, doboru i
nowych mutacji Jeżeli powstaną bariery reprodukcyjne zanim dojdzie do
ponownego kontaktu, powstaną odrębne gatunki
Specjacja allopatryczna
23
Wiewiórki ziemne z rodzaju Ammospermophilus, rozdzielone powstaniem Wielkiego Kanionu Dla innych gatunków (np. ptaków) nie jest barierą
Specjacja
24
Przywrócenie ograniczonego kontaktu Gatunki już się nie krzyżują
Specjacja allopatryczna
25
Wariant – odrywanie się małych populacji od macierzystej (specjacja perypatryczna)
Np. zasiedlanie wysp
Specjacja sympatryczna
26
Bez izolacji geograficznej Mechanizmy genetyczne, behawioralne
U pasożytów – inne gatunki gospodarza
Dobór różnicujący Rzadko w czystej postaci u zwierząt U roślin przez zmiany chromosomowe
(polipliodia) Warianty z dodatkowymi zestawami
chromosomów Nie krzyżują się z wariantami wyjściowymi Rozmnażają się wegetatywnie i
krzyżują między sobą
Specjacja parapatryczna
27
Rozległy zasięg gatunku, praktyczny brak kontaktu między populacjami skrajnymi
Wymiana genów między populacjami sąsiednimi, ale nie skrajnymi
Gradient warunków środowiska
Radiacja
28
Pojawienie się wielu nowych nisz ewolucyjnych powoduje intensywną kladogenezę
Np. przy zasiedlaniu zupełnie nowych terytoriów Albo po pojawieniu się istotnej nowości ewolucyjnej (np. zdolność życia na lądzie)