Evolution - Eigene Zusammenfassung PDF

Preview

Summary

Evolutionäre Biologie(Evolutionsbiologie)Geschichte der Evolution**Definition von Evolution Veränderung von Organismen über die Zeit (Generationen) :** Veränderungen über die Zeit anhand von Nachkommen die Modifikationen tragen Nachkommen mit Abänderungen Population 2) Abstammung Lebewesen sind an i...

Description

Evolutionäre Biologie (Evolutionsbiologie) Geschichte der Evolution Definition von Evolution 1) Veränderung von Organismen über die Zeit (Generationen) : • Veränderungen über die Zeit anhand von Nachkommen die Modifikationen tragen • Nachkommen mit Abänderungen • Population 2) Abstammung Lebewesen sind an ihre Umwelt angepasst Schnabelform und Nektarsammeln Wie kann man Adaptation erklären? Natürliche Selektion! • Bestimmte Varianten (Individuen) in der Population können sich besser reproduzieren als andere und ihre Anzahl (Frequenz) steigt über die Zeit an. Geschichte der Evolutionsbiologie ● Evolutionstheorien bevor Darwin Arten sind unveränderlich ● JeanBaptiste Lamarck: a) neue Arten entstehen durch Transformation, und „internen Kraft“ b) Vererbung erworbener Eigenschaften ● Georges Curvier: Arten können aussterben

Charles Darwin Darwin verbindet zwei Theorien: Evolution und natürliche Selektion Darwinismus • interne Kraft • Vererbung erworbener Eigenschaften Lamarckismus • Abstammung • natürliche Selektion Darwin verbindet die Theorie der Evolution und der natürlichen Selektion Wissenslücke: • Wie werden Eigenschaften/Merkmale an die nächste Generation weitergegeben? • Wie entstehen Varianten?

Vererbung

●

Vererbung erfolgt auf diskrete Weise (Gene)

Viele Merkmale sind kontinuierlich verteilt Grösse des Menschen ist ein kontinuierliches Merkmal Evolutionäre Änderungen können graduell erfolgen

Neo-Darwinismus R.A. Fischer, J.B.S. Haldane, S. Wright und T.H. Morgan verbindet Mendels und Darwins Theorie ● theoretische Populationsgenetik ● natürliche Selektion funktioniert mit natürlicher (genetischer) Variation und Gesetzen der Vererbung ● durch biologische Befunde gestützt Vererbung und Evolution • Wie werden Eigenschaften an die nächste Generation weitergegeben? Gene, DNA • Wie entstehen Veränderungen/Varianten? Mutationen Kodierende DNA ● Exons kodieren für Proteine, tRNA, rRNA Nicht kodierende DNA Introns ● Pseudogene, repetitive DNA, andere DNA Genetische Kode ● 21 Aminosäuren ● 64 mögliche Kodons Kode ist degeneriert ● die dritte Basenposition hat oft keine kodierende Funktion Ursache der Variation A) Basen Mutationen ● Grundsätzliche Ursache der Variation/Veränderung sind Mutationen ● Mutationen sind weitgehend zufällig und nicht gerichtet B) Gen Duplikationen sind Quellen evolutionärer Neuerungen ● Ribosomale Gene ● Globin (alpha & beta) ● Homeobox Gene ● ●

Transposons können sich im Genom verlagern Transposons können chromosomale Änderungen erzeugen

C) Geschlechtliche Vermehrung = Durchmischung des genetischen Materials

Meiose: Die Neuverteilung des genetischen Materials (1) Mischung des genetischen Materials durch zufällige Verteilung der homologen Chromosomen (maternales und paternales Chromosom) 2 n Mensch: 2 23 = 8.4 x 10 6 Möglichkeiten verschiedene Gameten (2) Rekombination der Chromosomen durch ‚crossing over‘: durchschnittlich 2 bis 3 crossing over pro Chromosom (Mensch) Evolutionsbiologie muss verschiedene Konzepte verbinden: ● Variation Gene ● Mendelschen Gesetze ● Populationen ● Quantitative Merkmale ● Natürliche Selektion ● Umwelt (Ökologie)

Indizien der Evolution 1) Evolution ist in kurzen Zeiträumen sichtbar: z.B. Resistenzmechanismen - Human immunodeficiency virus (HIV):

2) Evolution kann man experimentell nachvollziehen z.B.Milchproduktion Künstliche Selektion: Phototaxis bei Fliegen A) Selektionsexperiment B) Antwort beim Phänotyp 3) Neue Arten entstehen in evolutiven Zeiträumen ● Reproduktiver Artbegriff: nur innerhalb einer Art können sich Organismen reproduzieren ● Phänotypischer Artbegriff: innerhalb einer Art haben Organismen eine größere Merkmalsähnlichkeit Neue Arten können experimentell erzeugt werden → reproduktive Isolierung Artentstehung ist nichts spezielles und ist ein kontinuierlicher Vorgang ● Übergänge Population, Art ● Morphologische Variation existiert auf allen Ebenen: zwischen Individuen, Populationen und Arten (Ring-Arten). ● Morphologische Variation innerhalb der Art kann größer sein als zwischen Arten

5) Homologien zwischen Organismen deuten auf einen gemeinsamen Vorfahren • Homologien: Fünfgliedrige Extremitäten können nur durch gemeinsame Vorfahren und

nicht gleiche Funktion erklärt werden Homologie: der genetische Kode ist universal Erklärung: 1) gemeinsamer Vorfahr und Zufall? 2) chemische Notwendigkeit? Der genetische Kode: Zufall oder chemische Notwendigkeit? 1) tRNA: keine direkte Verbindung zwischen Kodon und AS 2) Suppressor Mutationen 6) Gemeinsame Homologien von unabhängigen Merkmalen unterstützen eine gemeinsame Abstammung ● AS Ähnlichkeit von 5 Proteinen und 11 Arten: verschiedene Säuger ● unabhängige Merkmale führen zur selben Klassifikation ● führt zu einer hierarchischen Klassifikation ● Merkmale sind aus einem gemeinsamen Vorfahren hervorgegangen 7) Die Abfolge der Lebewesen in der Fossiliengeschichte belegt die evolutionäre Verwandtschaft Homologie-Analyse: Abfolge ind er Erdgeschichte Zusammenfassung: 1) Evolution ist über kurze Zeiträume nachweisbar 2) Homologie und Klassifikation 3) Fossilienfunde 4) andere Hinweise („molecular clock“, Signaturen der Selektion in der DNA-Sequenz)

Theorie der Evolution: Natürliche Selektion Evolution: 1) vererbbare Veränderungen: → Ein Teil der Änderung führt zu Anpassung 2) Abstammung Lebewesen sind an ihre Umwelt angepasst

In der Natur existiert das Ringen um Existenz („struggle for existence“) 1) Varianz in der Reproduktion 2) Überfluss an Fruchtbarkeit bei den gegebenen Ressourcen 3) nur ein Bruchteil der Nachkommen überlebt

Beispiel Kabeljau:

(2) In der Natur existiert das Ringen um Existenz („struggle for existence“) Natürliche Selektion (Auslese) ● Ökologische Deutung der Konkurrenz: ○ Überleben: Nachkommen konkurrieren in den gegebenen Ressourcen ums Überleben ○ Reproduktion: Reproduktionserfolg ● Konkurrenz um Ressourcen (Nahrung etc.) innerhalb und zwischen Arten Natürliche Selektion läuft ab, wenn folgende Bedingungen auftreten: Anpassung anhand natürlicher Selektion (Auslese) 1) Überfluss an Reproduktion 2) Vererbung von Merkmalen/Eigenschaften 3) Variation von vererbbaren Merkmalen/Eigenschaften 4) Variation im Reproduktionserfolg („Fitness“) in Bezug auf ein Merkmal/Eigenschaft zu 1) Reproduktion: • Lebewesen reproduzieren sich • Bilden einen Überschuss an Nachkommen • Neue Generation zu 2) Vererbung: • Eigenschaften werden an die nächste Generation weitergegeben • Mendelschen Gesetze • Quantitative/kontinuierliche Merkmale werden durch viele Loci bestimmt • nicht-vererbbare Eigenschaften unterliegen nicht der natürlichen Selektion

zu 3) Variation: vererbbare Variation ist in den Organismen auf verschiedenen Ebenen der Organisation nachweisbar

- Morphologie Schneegans: Chen caerulescens

Abgrenzung: morphologische Variation kann auch Umweltbedingt sein Die Möglichkeit der Farbanpassung wird hier vererbt Lagopus lagopus

Afrikanischer Schwalbenschwanz

-

Biochemischer Ebene Pholymorphismus of Proteinebene: Enzym Phosphoglucomutase von einzelnen Individuen (Gelelektrophorese):

-

DNA-Ebene: DNA-Unterschiede in der Alkoholdehydrogenase (Adh) von Drosophila: (11 Allele sequenziert, 87 Allele per Restriktionsanalyse)

Warum passen sich Arten an ihre Umwelt an? On the Origin of Species (Natürliche Selektion (Adaptation) an die Umweltbedingungen : “Variationen, die besser adaptiert sind werden besser überleben und mehr Nachkommen hinterlassen und so Warum passen sich Arten an ihre Umwelt an? On the Origin of Species (Natürliche Selektion (Adaptation) an die Umweltbedingungen : “Variationen, die besser adaptiert sind werden besser überleben und mehr Nachkommen hinterlassen und so Entstehen Variationen(Mutationen) gerichtet oder zufällig ? Mutation zufälliger Prozess in Hinsicht auf ihre Bedeutung für die Adaption? oder werden sie gezielt für die Anpassung(Adaption) an die Umweltbedingungen erzeug?

Experiment von Lederberg & Lederberg (1952) Resistenz gegen Penicillin Penicillin-Resistenz wurde nicht durch Umwelt (Penicillin) induziert zu 4) Variation im Reproduktionserfolg („Fitness“): a) Variation in der Reproduktion a) Variation beim Überleben (Überleben bis zum reproduktiven Alter) Afrikanischer Schwalbenschwanz

Natürliche Selektion beeinflusst die Verteilung der Merkmalsvarianten in der Population Natürliche Selektion kann gerichtet stabilisierend und disruptiv sein 1) Gerichtete Selektion (in eine Richtung weisend) Beispiel: Pazifischer Lachs

2) Stabilisierende Selektion Beispiel: Geburtsgewicht

3) Disruptive Selektion Beispie: Fink

4) keine Selektion

Evolutionionäre Genetik: Genetische und theoretische Grundlagen Natürliche Selektion ist wirksam, wenn folgende Bedingungen auftreten Natürliche Selektion (Auslese)

1) Reproduktion 2) Vererbung 3) Variation von vererbbaren Merkmalen/Eigenschaften 4) Variation im Reproduktionserfolg („Fitness“) in Bezug auf ein Merkmal/Eigenschaft Veränderung der Allel- und Genotypfrequenzen über die Zeit Wie ist die biologische Vielfalt entstanden? Evolution Schöpfung und Genotypfrequenzen über die Zeit Genetische Variation existiert in Population: Ausgangssubtrat der Evolution Beispiel: Alloenzyme (Protein) Definitionen: ➔ Allele: Zustandsformen der Gene: kodieren die genetische Variation. ➔ Genotyp: Kombination der Allele, die sich auf den beiden homologen Chromosomen befinden. G. kodiert (möglicherweise mit anderen Loci/Genen) den Phänotyp. ➔ Populationen: eine Gruppe von Individuen, die sich potentiell paaren können und in Raum und Zeit zusammenleben. Untereinheit der Art. ➔ Locus: Ein Ort auf dem Chromosom, der nicht rekombiniert. Häufig gebrauchen wir den Begriff Gen im Sinne von Locus. ➔ Phänotyp: „sichtbarer“ Zustand des Individuums. Der Zusammenhang zwischen Genotyp und Phänotyp ist komplex: Grad der Dominanz und die Zahl der Interaktionen mit anderen Loci und ihren Allelen können die Ausprägung des Phänotyps bestimmen. Populationsgenetik ist an Genotyp- und Allelfrequenzen interessiert • Genotypfrequenzen (relativer Anteil des Genotyps Aa an der Gesamtheit aller Genotypen) • Allelfrequenzen (relativer Anteil von Allel A an der Gesamtheit der Allele) Individuen: 1 2 3 4 5 6 7 AA aa AA Aa aa Aa Aa

Protein (Alloenzym) Daten PGM locus, Daphnia obtusa, Ojibway & Pond (Spitze 1993) Genotypen Anzahl MM 57 MS 53 SS 18 Definition von Evolution: Modell besteht aus vier Komponenten Voraussetzung für das Modell: Hardy-Weinberg Gleichgewicht • Keine Mutationen • Keine Migration • Zufällige Paarung

• Infinite Populationsgröße • Keine Selektion...