EWOLUCJONIZM - wykład nr 2 28.02.2006
Zmienność na poziomie molekularnym - mutacje
Mutacje w obrębie jednaj zasady (zmiany kodonu = synteza innego aminokwasu)
kodony synonimiczne , różne kodony wyznaczające ten sam aminokwas ale synteza przebiega w innym tempie co ma jakiś, jednak jeszcze nie poznany wpływ na organizm;
mutacje punktowe to wymiana jednej zasady (np. tranzycje, transwersje, addycje, delecje)
Powstanie mutacji:
mutacje spontaniczne - mają przebieg losowy, nie możemy przewidzieć gdzie i kiedy zajdą, ale niektóre odcinki DNA są bardziej lub mniej na nie podatne. Ma to wpływ na ewolucję;
mutacje spowodowane przez czynniki mutanogenne:
lokalne czynniki mutanogenne - działają w danym miejscu (substancje chemiczne: kwasy, zasady, azbest, substancje smoliste, temperatura - im wyższa tym większa częstość mutacji;
globalne czynniki mutanogenne - także temperatura ale w innym znaczeniu, chodzi o klimat i efekt cieplarniany. Także ozon ma tutaj znaczenie, ponieważ to ozon zatrzymuje promieniowanie kosmiczne, które jest odpowiedzialne za częstość mutacji. Dziury ozonowe obserwujemy najczęściej na półkuli południowej (Chile, Argentyna) - obserwujemy tam wzrost chorób genetycznych np. czerniaka złośliwego czy powstawanie mutacji powodujących ślepotę u owiec. Na północy także wzrosło natężenie promieniowania kosmicznego bo ozon uległ rozrzedzeniu.
DNA nigdzie nie jest stałe - w młodości ma się inny zapis genetyczny niż w starości.
Skutki mutacji - są to głównie skutki szkodliwe,
rzadko letalne (śmierć),
przekształcenia genetyczne
Ewolucja Prokariota przebiega inaczej niż u Eukariota
Eukariota są w większości organizmami diploidalnymi a diploidy posiadają 2 nici DNA, jest to zjawisko dominacji - przejawiające się obecnością genu dominującego i genu recesywnego. Znaczenie mają zmiany w genie dominującym, natomiast zmiana w genie recesywnym nie ujawnia się fenotypowo.
U Eukariota mautacje ukrywają się w układach heterozygotycznych. Mutacj aujawnia się podczas rozmnażania gdy dojdzie do powstania dwóch genów recesywnych (przykładem są rude włosy). Eukariota mają lepiej rozbudowane mechanizmy naprawcze. Układy heterozygotyczne są lepsze niż homozygotyczne. Rozmnażanie krewniacze czyli chów wsobny prowadzi do powstania układów homozygotycznych. Człowiek jest bardzo wrażliwy na powstawanie homozygot. Skutkiem są choroby genetyczne. 85% dzieci kazirodczych jest chore.
U haploidów nie ma genu dominującego a więc każda zmiana się ujawnia.
Ważnym zagadnieniem jest zapadka mullera (przekraczanie granicy przeżywalności)- u organizmów bezpłciowych mutacji szkodliwych może przybywać z pokolenia na pokolenie, nie może ich jednak ubywać. Po pewnym czasie z populacji znikają osobniki wolne od mutacji, średnie dostosowanie populacji spada. Organizmy haploidalne bronią się przed zapadką mullera tworząc mechanizmy naprawcze DNA. Prokariota te mechanizmy mają słao wykształcone. Ich ochrona polega na rozmnażaniu bezpłciowym, (gdyż daje ono najlepszy efekt), rzadziej przez koniugację. Ich sposób na nieśmiertelność to rozmnażanie bezpłciowe bo powielają ciągle ten sam materiał genetyczny. Przetrwają tylko zmiany korzystne.
Jednakże haploidy (bakterie) także ulegają zmianą. Częste jest zjawisko uodparniania się na czynniki środowiska (odporność na antybiotyki)- jedna komórka posiadająca gen odporności może stworzyć bardzo dużo takich komórek, dlatego należy zmieniać antybiotyki a potem wracać do pierwotnych.
Obrona przed powstaniem homozygot dzieli się na
Prezygotyczną: czyli nie dopuszczenie do powstania zygoty (zarodka)
na poziomie chemicznym (potrzebny jest sygnał chemiczny ze strony jaja, rośliny itd. aby doszło do zapłodnienia), jest to testowanie układów heterozygotycznych;
na poziomie fizjologicznym (najmniej heterozygotyczne plemniki zostają zniszczone już w ciele samicy)
kobieta reaguje owulacją na profil immunologiczny partnera, jest to ten partner który jest od nas najbardziej różny.
Postzygotyczną: bardziej ekonomicznie niekorzystnie
pojawiają się tam gdzie organizm jest skazany na homozygotę np. myszy domowe tworzą izolowane populacje ale jeśli pojawi się mysz z sąsiedztwa to wszystkie poronią aby współżyć z nim.
autoaborcja - od 40% - 60% homozygot we wczesnym stadium jest niszczone w przeciągu kilku dni, tygodni - kobieta nawet o tym nie wie
* Kibuce - w Izraelu - dzieci wychowywane były bez podziału na rolę matki i ojca a wszystkie dzieci były traktowane tak jakby pochodziły od jednej matki. Chcąc zbadać jak wygląda organizm zrodzony miedzy partnerami pochodzącymi z jednego Kibucu okazało się że nie ma ani jednego takiego małżeństwa. Pary kojarzyły się z dwóch różnych Kibuców.
* plemię gdzie jest pewna swoboda seksualna. Pomimo mogły współżyć ze wszystkimi to nie współżyły z osobnikami podobnymi genetycznie. Potem wybierały partnera któremu miały być już wierne.
* chomik syryjski - cała populacja pochodzi od jednej samicy która została znaleziona w ciąży. Czyli miliony chomików wywodzą się od jednej samicy. Jednak nie obserwuje się u niego żadnych negatywnych zmian. Istnieje bardzo silny mechanizm który reguluje powstanie zygot tylko z organizmów skrajnie różnych i dlatego ich populacja osiąga skrajnie duży stopień heterozygot.
Teoria samolubnego genu - głównym poziomem na którym odbywa się ewolucja to poziom genetyczny a jednostką selektywną jest gen. Fenotyp jest tylko opakowaniem. Jesteśmy już od początku zaplanowani i życie indywidualne osobnika nie ma znaczenia. Przykładem są mrówki i pszczoły. Osobniki pracują na rzecz jednego rozmnażającego się osobnika dzięki czemu w pewien sposób inwestują w swoje geny. Powinniśmy wspierać organizmy, które posiadają nasze geny.
Współczynnik pokrewieństwa Wrighta - ponieważ mamy rodziców diploidalnych dlatego jesteśmy z nimi spokrewnieni w 50%, z rodzeństwem średnio także w 50 procentach.
* Nepotyzm - faworyzowanie krewnych, jest w pełni zrozumiały bo powinniśmy pomagać tym co noszą nasze geny.
U haploidów (mrówki, pszczoły) jest 100% pokrewieństwa z ojcem, 50% z matką, a z sobą 75%. Czyli inwestujemy we własne geny wcale się nie rozmnażając. U ludzi też się takie zachowania obserwuje [opowieść o siostrach i babci]
* słonie morskie - mają swoje haremy, szanse na utworzenie swojego haremu wzrastają z wagą samca, czyli im większy słoń tym większy harem. Samice rodzą w tym samym czasie i powstaje bardzo dużo młodych .dorosły słoń waży ok. 1 tony i broniąc swoje samice przed innymi amantami wyruszając naprzeciw niemu miażdży większość młodych. Ma to swoje wyjaśnienie -> sukces ewolucyjny nie polega na ilości dzieci a na jakości przekazywanych genów. Okazało się, że po 3 latach rozrodu (pomimo śmierci większości dzieci) dopiero otrzymujemy dzieci o dobrej puli genetycznej.
* u ludzi - mamy biedotę, klasę średnią, milionerów - biedota ma dużo dzieci ale zaniedbanych i niewykształconych, klasa średnia 1,2 dzieci wykształconych, natomiast milionerzy ok. 12- 30 dzieci (oczywiście nie wszystkie z żoną) - i to właśnie milionerzy są w najlepszej pozycji bo rozprzestrzeniają dużo materiału genetycznego a dzieci rozwijają się w najlepszych warunkach.
* gatunek ślimaka - nie produkuje on wieczka do muszli bo gen, który był za to odpowiedzialny skracał im jednocześnie życie. Gen ten jednak nie został wyeliminowany ponieważ gdy wyschnie zbiornik wodny to przetrwają tylko te ślimaki, które potrafią wyprodukować wieczko (czyli posiadają ten gen)
Gra genów
Kobiety preferują wysokich facetów dzięki czemu obserwujemy ciągły wzrost osobników populacji ludzkiej. Geny odpowiedzialne za wzrost są także szkodliwe - geny akromegalii. Ma je m.in. Giertych (widoczna końska budowa twarzy i ciała). Osobniki posiadające te geny są mniej sprawni umysłowo, czyli kobiety mają dylemat czy wybrać wysokiego kretyna czy inteligentnego kurdupla. Geny akromegalii powstają w wyniku mutacji (chowu wsobnego). Gen ten byłby usuwany z populacji gdyby kobiety nie wybierały wysokich.
Geny nie istnieją same -> istnieją przez fenotyp
Wyjątkiem jest zjawisko Hybrydyzacji występujące m.in. u żab zielonych (przenoszony jest genotyp tylko jednego rodzica. Mamy 3 odmiany tej żaby: żabę śmieszkę, żabę jeziorkową i mieszańca tych dwóch odmian czyli żaba wodna. W zależności od tego która żaba z którą się skuma powstanie odpowiednia żaba. I w ten sposób żaba wodna przenosi genotyp żaby śmieszki. Czyli w tym przypadku genotyp żaby śmieszki nie ujawnia się fenotypowo i istnieje tylko jako genotyp w żabie wodnej. Jest to potwierdzenie teorii samolubnego genu.