evolutieevolutie

The origin of speciesThe origin of species

• Het concept van natuurlijke selectie Het concept van natuurlijke selectie als oorzaak van adaptieve evolutieals oorzaak van adaptieve evolutie

Waarnemingen voor de theorie Waarnemingen voor de theorie -1-1

1)1) alle soorten produceren meer dan alle soorten produceren meer dan noodzakelijk en toch blijft de noodzakelijk en toch blijft de omvang van de populatie binnen omvang van de populatie binnen zekere grenzen stabielzekere grenzen stabiel

2)2) De beperkte beschikbaarheid van De beperkte beschikbaarheid van levensbronnen(voeding, levensbronnen(voeding, voortplanting, ruimte etc.) voortplanting, ruimte etc.)

gevolgtrekkingengevolgtrekkingen

• Uit 1 en 2: er ontstaat concurrentie Uit 1 en 2: er ontstaat concurrentie tussen soortgenoten en tussen tussen soortgenoten en tussen soorten, zodat een klein gedeelte soorten, zodat een klein gedeelte van de nakomelingen zich voortplantvan de nakomelingen zich voortplant

Waarnemingen voor de Waarnemingen voor de theorie- 2theorie- 2

3) Variatie tussen individuen van een 3) Variatie tussen individuen van een soortsoort

4)Variatie is erfelijk4)Variatie is erfelijk

Gevolgtrekking vervolgGevolgtrekking vervolg

• Uit 3 en 4: Uit 3 en 4:

• overleving is niet toevallig, maar wordt mede overleving is niet toevallig, maar wordt mede bepaalt door de “outfit” van het individu. Het bepaalt door de “outfit” van het individu. Het individu dat het best aan de omgeving is individu dat het best aan de omgeving is aangepast heeft grootste kans op aangepast heeft grootste kans op voortplantingvoortplanting

• door overerving van de beste aanpassingen door overerving van de beste aanpassingen verandert geleidelijk over generaties de verandert geleidelijk over generaties de kenmerken van de populatie, waardoor een kenmerken van de populatie, waardoor een nieuwe soort ontstaat nieuwe soort ontstaat

waarnemingen voor de waarnemingen voor de theorietheorie1)1) alle soorten produceren meer dan alle soorten produceren meer dan

noodzakelijk en toch blijft de omvang noodzakelijk en toch blijft de omvang van de populatie binnen zekere grenzen van de populatie binnen zekere grenzen stabielstabiel

2)2) De beperkte beschikbaarheid van De beperkte beschikbaarheid van levensbronnen(voeding, voortplanting, levensbronnen(voeding, voortplanting, ruimte etc.) ruimte etc.)

3)3) Variatie tussen individuen van een soortVariatie tussen individuen van een soort4)4) Variatie is erfelijkVariatie is erfelijk

De kleinste eenheid van De kleinste eenheid van evolutieevolutie• Evolutie is zichtbaar op populatie niveau Evolutie is zichtbaar op populatie niveau

en NIET op individueel niveau..en NIET op individueel niveau..

• Op de kleinste schaal: Op de kleinste schaal:

Micro evolutieMicro evolutie

Genetische samenstelling en Genetische samenstelling en veranderingen daarvan van generatie op veranderingen daarvan van generatie op generatie .generatie .

Evolutie van populatiesEvolutie van populaties

• Volgens Darwin ontstaan nieuwe soorten door adaptieve Volgens Darwin ontstaan nieuwe soorten door adaptieve ontwikkelingen binnen een populatie veroorzaakt door ontwikkelingen binnen een populatie veroorzaakt door genetische veranderingengenetische veranderingen

• Darwin kende de basis niet van deze veranderingen. Darwin kende de basis niet van deze veranderingen. Mendel had daarover WEL de nodige kennis opgebouwd Mendel had daarover WEL de nodige kennis opgebouwd

1930: 1930: proces van samensmelting van beide theorien vanwege proces van samensmelting van beide theorien vanwege opkomst van de populatiegenetica om in 1940 te opkomst van de populatiegenetica om in 1940 te spreken van de moderne synthese = NEODARWINISMEspreken van de moderne synthese = NEODARWINISME

EN LATER: Gould, Dawkins,…EN LATER: Gould, Dawkins,…

definitiesdefinities

• Populatie: een groep organismen van 1 Populatie: een groep organismen van 1 soort in een geografisch definieerbare soort in een geografisch definieerbare of begrensde ruimte of begrensde ruimte

• Soort: een groep van populaties van Soort: een groep van populaties van individuen, die onderling zich individuen, die onderling zich voortplanten met een voortplanten met een fertiel(vruchtbaar) nakomelingenschapfertiel(vruchtbaar) nakomelingenschap

genenpoolgenenpool

• ZichtbaarZichtbaar bestaat een populatie uit bestaat een populatie uit organismen, maar organismen, maar

het is de weerslag van de genetische het is de weerslag van de genetische samenstelling van de populatie, in het samenstelling van de populatie, in het bijzonder van de verhouding tussen de bijzonder van de verhouding tussen de aanwezige verschillende allelenaanwezige verschillende allelen

• Fixed allel: alle dragers zijn homozygoot Fixed allel: alle dragers zijn homozygoot

Populatie genetica en Populatie genetica en Hardy-Weinberg Hardy-Weinberg

• Genetica volgens MendelGenetica volgens Mendel

““Versus “Versus “

• Populatie genetica Populatie genetica

Hardy-Weinberg theorieHardy-Weinberg theorie

• Deze theorie beschrijft een STABIELE Deze theorie beschrijft een STABIELE populatiepopulatie

• Opgebouwd uit 2 onderdelen:Opgebouwd uit 2 onderdelen:– Hardy-weinberg evenwichtHardy-weinberg evenwicht– Hardy-weinberg vergelijkingHardy-weinberg vergelijking

Hadrdy - WeinbergHadrdy - Weinberg

• STABIELE populatie m.b.t. de STABIELE populatie m.b.t. de allelenverhouding in de populatie, die allelenverhouding in de populatie, die in de tijd niet verandert.in de tijd niet verandert.

• met andere woorden geen met andere woorden geen verandering in de soort, geen verandering in de soort, geen evolutie van de soortevolutie van de soort

Voorwaarden voor het Voorwaarden voor het voorgaandevoorgaande

• Omvangrijke populatieOmvangrijke populatie

• Geen emigratie of immigratie van Geen emigratie of immigratie van allelenallelen

• Geen mutatiesGeen mutaties

• Random (toevallige) voortplantingRandom (toevallige) voortplanting

• Geen natuurlijke selectieGeen natuurlijke selectie

Vervolg oorzakenVervolg oorzaken

• Gene flow: emigratie en immigratie van Gene flow: emigratie en immigratie van individuen in een populatie, waarmee individuen in een populatie, waarmee verschuivingen in allelfrequentie verschuivingen in allelfrequentie optreden.Op grote schaal krijg je nivellering optreden.Op grote schaal krijg je nivellering van genetische verschillen tussen van genetische verschillen tussen populatiespopulaties

• Mutaties: trage verandering, tenzij een Mutaties: trage verandering, tenzij een disproportioneel nageslacht. disproportioneel nageslacht.

En dan nu: EVOLUTIEEn dan nu: EVOLUTIEEvolutie is mogelijk doorEvolutie is mogelijk door

• Mutaties Mutaties -- Punt mutatiesPunt mutaties-- Chromosoom mutatiesChromosoom mutaties

En/maar: En/maar: HOE VAAK?HOE VAAK? (mutatie frequentie)(mutatie frequentie)

• Recombinatie door geslachtelijke voortplantingRecombinatie door geslachtelijke voortplanting

Hierdoor VARIATIE …Hierdoor VARIATIE …

PUNTMUTATIESPUNTMUTATIES

Veranderingen in het DNA (chemische Veranderingen in het DNA (chemische verandering in de base paren),verandering in de base paren),

• ander aminozuur, ander eiwit: ander aminozuur, ander eiwit: sikkelcel anemiesikkelcel anemie

• resistentieresistentie HIV virussen: HIV virussen: + resistent, - langzamer voortplanting+ resistent, - langzamer voortplanting

• Veranderingen in niet coderend DNA: Veranderingen in niet coderend DNA: regelgenen, die niet meer regelen…regelgenen, die niet meer regelen…

Chromosoom mutatiesChromosoom mutaties

• Veranderingen in genen: Veranderingen in genen:

aantal, volgorde,… vb: reukreceptorenaantal, volgorde,… vb: reukreceptoren

• Veranderingen in chromosoom Veranderingen in chromosoom aantallen:aantallen:

-- trisomie 21 bij mensentrisomie 21 bij mensen

-- 4n planten (granen)…4n planten (granen)…

Microevolutie Microevolutie

• Evolutie op Evolutie op populatieniveau:veranderingen in de populatieniveau:veranderingen in de allelfrequenties in een populatie, die van allelfrequenties in een populatie, die van generatie op generatie worden generatie op generatie worden overgedragenovergedragen

• Ook wel micro evolutie genoemdOok wel micro evolutie genoemd

Onderzoek: adelie-pinguinsOnderzoek: adelie-pinguins

En als en dan VARIATIE is…En als en dan VARIATIE is…

• NATUURLIJKE SELECTIENATUURLIJKE SELECTIE

• GENETIC DRIFT GENETIC DRIFT

- Bottleneck effectBottleneck effect

- Founder effectFounder effect

• GENE FLOWGENE FLOW

Dus geen Hardy Weinberg…Dus geen Hardy Weinberg…

NATTURLIJKE SELECTIENATTURLIJKE SELECTIE

• Natuurlijke selectie:Natuurlijke selectie:

positieve of negatieve positieve of negatieve eigenschappen van een individu, in eigenschappen van een individu, in relatie met zijn omgeving, bepaalt de relatie met zijn omgeving, bepaalt de kans op nageslacht.kans op nageslacht.

Genetic drift Genetic drift

• genetic driftgenetic driftVeranderingen in de allelenfrequenties Veranderingen in de allelenfrequenties (genfrequenties) binnen een bepaalde (genfrequenties) binnen een bepaalde populatie tengevolge van toevalsfluctuaties. populatie tengevolge van toevalsfluctuaties.

In In kleinekleine populaties speelt toeval een populaties speelt toeval een grotere rol dan in een grote populatie: kans grotere rol dan in een grote populatie: kans op veranderingen in allelfrequentie is groterop veranderingen in allelfrequentie is groter

Genetic drift -2-Genetic drift -2-

Van grote naar kleine populatieVan grote naar kleine populatie

• Bottleneck-effectBottleneck-effect: door rampen ontstaat een : door rampen ontstaat een gedecimeerde populatie. gedecimeerde populatie.

• grote verschuivingen in allelfrequentie treden grote verschuivingen in allelfrequentie treden opop

Genetic drift -3-Genetic drift -3-

VAN KLEIN NAAR GROOTVAN KLEIN NAAR GROOT

• Founder effect:Founder effect: een kleine populatie een kleine populatie vormt de basis waaruit de populatie vormt de basis waaruit de populatie zich verder ontwikkelt. Het basis zich verder ontwikkelt. Het basis genetisch materiaal is beperkt, risico genetisch materiaal is beperkt, risico op afwijkingen (positief als negatief) op afwijkingen (positief als negatief) grootgroot

(prewalski paarden en vossen)(prewalski paarden en vossen)

GENE FLOW GENE FLOW

• Gene flow: Gene flow:

emigratie en immigratie van emigratie en immigratie van individuen in een populatie, waarmee individuen in een populatie, waarmee verschuivingen in allelfrequentie verschuivingen in allelfrequentie optreden.Op grote schaal krijg je optreden.Op grote schaal krijg je nivellering van genetische verschillen nivellering van genetische verschillen tussen populatiestussen populaties

Micro-evolutie is verandering in genfrequenties Micro-evolutie is verandering in genfrequenties binnen de soort. binnen de soort.

Voor onderzoek is DNA van lang geleden nodig Voor onderzoek is DNA van lang geleden nodig en ook nog van goede kwaliteit en voldoende en ook nog van goede kwaliteit en voldoende kwantiteit. Dankzij de leefwijze van Adelie-kwantiteit. Dankzij de leefwijze van Adelie-pinguïns (pinguïns (Pygoscelis adeliaePygoscelis adeliae) is het David ) is het David Lambert en zijn collega’s gelukt om aan Lambert en zijn collega’s gelukt om aan dergelijk DNA te komen. Adelie-pinguïns dergelijk DNA te komen. Adelie-pinguïns leven in kolonies, dus met duizenden op één leven in kolonies, dus met duizenden op één plek. Om zich voort te planten keren ze plek. Om zich voort te planten keren ze meestal terug naar de kolonie waar ze meestal terug naar de kolonie waar ze geboren zijn. Daardoor ontstaat er in de loop geboren zijn. Daardoor ontstaat er in de loop van de tijd een laag overblijfselen van de tijd een laag overblijfselen (beenderen, poep, veren, stukjes eischaal (beenderen, poep, veren, stukjes eischaal e.d.) van de voorouders van de huidige e.d.) van de voorouders van de huidige pinguïns, die door de kou goed bewaard is pinguïns, die door de kou goed bewaard is gebleven.gebleven.

• De Nieuw-Zeelandse wetenschappers De Nieuw-Zeelandse wetenschappers hebben op Inexpressible Island, hebben op Inexpressible Island, Antartica, Antartica, genoeggenoeg DNA uit de DNA uit de pinguïnbotten weten te halen. Zij pinguïnbotten weten te halen. Zij hebben 9 stukjes van dit 6000 jaar hebben 9 stukjes van dit 6000 jaar oude DNA vergeleken met het DNA van oude DNA vergeleken met het DNA van de huidige pinguïnkolonie en zij vonden de huidige pinguïnkolonie en zij vonden duidelijke verschillen in genfrequentie. duidelijke verschillen in genfrequentie. De onderzochte stukjes DNA codeerden De onderzochte stukjes DNA codeerden niet voor eiwitten, waardoor ze zeker niet voor eiwitten, waardoor ze zeker wisten dat de veranderingen niet wisten dat de veranderingen niet veroorzaakt waren door ……….. Het veroorzaakt waren door ……….. Het zou wel door ……. en …………….. zou wel door ……. en …………….. kunnen komen. kunnen komen.

• Maar niet door …,want dat zal niet vaak Maar niet door …,want dat zal niet vaak gebeuren, omdat de pinguïns meestal gebeuren, omdat de pinguïns meestal teruggaan naar hun oude kolonie..teruggaan naar hun oude kolonie..

• Daarom hadden Lambert en zijn groep Daarom hadden Lambert en zijn groep verwacht dat de genetische samenstelling verwacht dat de genetische samenstelling in 6000 jaar niet zoveel veranderd zou in 6000 jaar niet zoveel veranderd zou zijn. zijn.

• Toch heeft men een mogelijke oorzaak Toch heeft men een mogelijke oorzaak gevonden voor de gevonden resultaten. gevonden voor de gevonden resultaten. De onderzoekers volgden grote aantallen De onderzoekers volgden grote aantallen pinguïns, nadat zij ze als jong hadden pinguïns, nadat zij ze als jong hadden geringd. In 2001 is een enorm stuk ijsberg geringd. In 2001 is een enorm stuk ijsberg afgebroken van het Ross IJsplateau en afgebroken van het Ross IJsplateau en richting de nestkolonies gedreven. De richting de nestkolonies gedreven. De ijsberg sneed de route naar hun oude ijsberg sneed de route naar hun oude stekkie af, waardoor sommige pinguïns in stekkie af, waardoor sommige pinguïns in andere kolonies teruggevonden werden. andere kolonies teruggevonden werden. Waarschijnlijk is er in de loop van de Waarschijnlijk is er in de loop van de geschiedenis vaker een ijsberg afgebroken geschiedenis vaker een ijsberg afgebroken en heeft dit de micro-evolutie versneld, als en heeft dit de micro-evolutie versneld, als gevolg van gevolg van