Principles of Evolution
Hoofdstuk 14
2010/2011
"Nothing in biology makes sense except in the light of evolution."
-- Theodosius DobzhanskyMaart 1973
Geneticus, Columbia University
(1900-1975)
ONSTAAN VAN LEVEN EN
LEVENSVORMEN
Deel 1
3
1. Spontane generatie
• Het leven ontstaat vanzelf
– Aristoteles
• “ palingen en vliegen uit kadavers, muizen uit het graan en bladluizen uit
dauwdruppels”
4
Louis Pasteur (1860)
5
Abiogenese - Miller & Urey
6
Andere theorieën
7
TINTORETTO The Creation of the Animals 1550
2. Schepping
8
3. Evolutie
1. Jean Baptiste de Lamarck
2. Charles Darwin
9
Jean Baptiste de Lamarck
• Organismen aangepast aan hun omgevingdoor verworven eigenschappen– veranderingen tijdens het leven
• Ongebruikorganismen verliezen organen die zij niet gebruiken
• Perfectionering door gebruikcontinue gebruik van een orgaan leidt ertoe dat dit orgaan groterwordt – de spieren van een gewichtheffer, de grote oren van eennachtactieve vleermuis
• Verworven eigenschappen worden doorgegeven aan de volgendegeneratie
10
Charles Darwin
• 1809-1882
• Britse naturalist
• Evolutie door natuurlijke selectie
• Verzamelde veel bewijsmateriaal om zijn ideeën te ondersteunen
11
Reis met de HMS Beagle
• Uitgenodigd om de wereld rond te reizen
– 1831-1836 (22 jaar oud!)
• missie van de Beagle was de kustlijn van Zuid-Amerika in kaartte brengen
12
Reis van de HMS Beagle
• Gestopt op de Galapagos eilanden
13
Opeenvolging van soorten
• Armadillos komen alleen voor in Noord- en Zuid-Amerika.
• Glyptodont fossielen worden alleen in Zuid-Amerikaaangetroffen
14
Opeenvolging van soorten
• Mylodon fossielen en luiaards in Zuid-Amerika
“This wonderful relationship in the same continent between the dead and the living
will…throw more light on the appearance of organic beings on our earth,
and their disappearance from it, than any other class of facts.”
15
Unieke soorten
16
Darwin vond… vogels
• Hij verzamelde veel verschillende vogels op de Galapagos eilanden
Vink? Spreeuw? Specht? Karekiet?
17
Darwin vond… vinken
• Alle 14 soorten die hij vond waren vinken
– maar op het vaste land leeft maar een soort vink…
Grote grondvink Kleine grondvink Spechtvink Boszangervink
18
Darwins boom
• Een als een boom vertakkende evolutie van organismen
Grote grondvink Kleine grondvink Spechtvink Boszangervink
19
Correlatie snavel en voedselbron
Adaptieve radiatie
Zaadeters Bloemeneters Insecteneters
20
Warbler finch
Woodpecker finch
Small insectivorous
tree finch
Large
insectivorous
tree finch
Vegetarian
tree finch
Cactus finch
Sharp-beaked finch
Small ground
finch
Medium
ground finch
Large
ground finch
Insect eaters
Bud eater
Seed eaters
Cactus
eater
Darwins vinken
• Verschillen in snavels
– gerelateerd aan de voedselbron
– overleving en voortplanting van nuttige adaptaties
21
Darwins vinken
• Darwins conclusies
– kleine populatie van de Zuid-Amerikaanse vink belandde op de eilanden
• variatie in snavels zorgde ervoor dat individuen succesvol voedselkonden verzamelen in verschillende milieus
– na vele generaties veranderden de populaties vinken, zowelin gedrag als in lichaamsbouw
• ophoping van nuttige eigenschappen in een populatie
• ontstaan van nieuwe soorten
22
Meer observaties
• Correlatie soorten en voedselbron
23
Andere invloeden
24
De publicatie
25
De essentie
• Natuurlijke selectie
– variatie bestaat binnen populaties
– teveel nakomelingen
• meer nakomelingen dan overeenkomt met de draagkracht van het milieu
– competitie
• voedsel, partner, territorium, ontsnappen aan predators
– verschil in overlevingskans
• succesvolle eigenschappen = adaptaties
– verschil in voortplanting
• adaptaties komen meer voor in de populatie
26
• Lamarck– door hun nek te strekken
richting hoge vegetatiewordt de nek langer. Dezeverworven eigenschap geeft de giraffe door aan nakomelingen
• Darwin
– giraffen geboren met een relatieflange nek hebben een hogere kansop overleving. Zij krijgen meernakomelingen die op hun beurt de genen voor een lange nek erven
Lamarck vs. Darwin
27
EVOLUTIONAIRE KRACHTEN
Deel 2
28
Evolutionaire krachten
• Natuurlijke selectie
– eigenschappen die overleving en voortplanting bevorderen vermeerderenzich in een populatie
• adaptieve verandering
• Genetic drift
– frequentie van eigenschappen in eenpopulatie kan veranderen door een toevalige gebeurtenis
• willekeurige verandering
29
Natuurlijke selectie
• Selectie op elke eigenschap die overleving en/of voortplanting beïnvloedt
– predatie
– fysiologie
– sexuele selectie
30
Predatie
• Selectie op zowel prooi alspredator
• gedrag
• camouflage & mimicry
• snelheid
• verdediging (fysisch en chemisch)
31
Fysiologie
• Selectie op lichaamsfuncties
– resistentie tegen ziekten
– efficiëntie (gebruik zuurstof, water, voedsel)
– bescherming tegen verwonding
32
Sexuele selectie
• Selectie op succesvolle voortplanting
– aantrekkingskracht op potentiële partner
– vruchtbaarheid
– succesvol opvoeding van nageslacht
33
Sexuele selectie
34
De manen van een leeuw
• Vrouwtjes vinden lange, donkeremanen aantrekkelijk
• Correlatie met hoger testosteronniveau– betere gezondheid
– meer spieren & aggressie
– vruchtbaarder
– langer leven
• Maar…. HEET!!– Is dat het waard??
35
Sexy = tekenen van fitness
36
Sexuele selectie
• In alle soorten met geslachtelijkevoortplanting
– eigenschappen die je een partner opleveren
– beïnvloedt uiterlijk en gedrag
– kan in tegengestelde richting werkenvan natuurlijke selectie
37
Co-evolutie
• Twee of meer soortenbepalenelkaars evolutie
– predator-prooi
• ziekteverwekker & gastheer
– mutualisme
• bestuivers & bloemen
38
Effecten van selectie
39
Genetic drift
• Per toeval verandert de frequentie van een eigenschapin een populatie
– geen adaptatie aan het milieu
• geen selectie
– founder effect
• kleine groep individuen start een nieuwe populatie
– bottleneck
• door een bepaalde factor (ramp) wordt depopulatie zeer sterk gereduceerd. De populatie herstelt zich weer, maar met een zeer beperkte genenpool
40
Verspreiding bloedgroepen
• Verspreiding allel voor bloedgroep O in oorspronkelijke bewoners verraadt de oorsprong/migratiepatronen van deze bewoners
41
Verspreiding bloedgroepen
• Verspreiding allel voor bloedgroep B in oorspronkelijke bewoners verraadt de oorsprong/migratiepatronen van deze bewoners
42
Out of Africa
50.000 jaar
10-20.000 jaar
10-20.000 jaar
43
Bottleneck - Cheetahs
• Alle cheetahs delen een beperkt aantal allelen
– < 1% diversiteit
– alsof ze allemaal eeneiïgetweelingen zijn
• 2 bottlenecks
– 10.000 jaar geleden
• laatste ijstijd
– laatste 100 jaar
• stroperij en verlies habitat
44
BEWIJS EVOLUTIE
Deel 3
45
Bewijs evolutie• Fossielen
– overgangsvormen
• Anatomie
– homologe & rudimentaire organen
– embryologie & ontwikkeling
• Bouwstoffen
– eiwitten & DNA
• Kunstmatige selectie
– fokken / veredelen
46
Fossielen• Lagen sedimentaire gesteenten bevatten fossielen
– nieuwe lagen bedekken oude lagen
– fossielen in die lagen tonen dat een opeenvolgendereeks organismen gedurende lange tijd de aardehebben bewoond
47
Fossielen
48
Fossielen
• Tonen dat hedendaagse organismen zijnvoortgekomen uit eerdere soorten
49
Evolutie van vogels
• Archaeopteryx
– 150 miljoen jaar oud
– verbindt reptielen & vogels
50
?
?
?
?
Land Mammal
51
Tiktaalik
• “Missing link” tussen land en zeedieren
– 375 miljoen jaar oud
52
Voetsporen…
53
Anatomie
• Homologe organen
– overeenkomst in eigenschappen duidt op gemeenschappelijke voorouder
54
Homologe organen
• Vergelijkbare structuur
• Vergelijkbare ontwikkeling
• Verschillende functies
• Bewijs voor een evolutionairerelatie
55
Analoge organen
• Aparte evolutie van organen
– vergelijkbare functie
– vergelijkbare externe vorm
– verschillende interne vorm & ontwikkelingt
– verschillende oorsprong
– geen evolutionaire relatie
56
Convergente evolutie
• Vliegen evolueerde in drie aparte diergroepen
– vergelijkbare “oplossing” voor een vergelijkbaar “probleem”
– analoge organen
57
Convergente evolutie
• Vissen:aquatische vertebraten
• Dolfijnen: aquatische zoogdieren
– vergelijkbare aanpassingen aan het leven in zee
– niet sterk verwant
58
Rudimentaire organen
• Hedendaagse dieren kunnen organen bezitten die weinigtot geen nut hebben– overblijfselen van organen die functioneel waren in
vooroudersoorten
– schadelijke mutaties hopen zich op in genen van minder belangrijke organen. Geen negatief effect op fitness
• slangen & walvissen — overblijfselen van bekken en achterpoten
• overblijfselen van ogen in blinde holenvis
• staartbot in de mens
59
Rudimentaire organen
• Achterpoten in fossielen walvis
60
Ontwikkeling
• Vergelijkbare ontwikkeling in nauwverwante soorten
– alle vertebrate embryos hebben vergelijkbare structuren in verschillende stadia van hun ontwikkeling
• kieuwbogen in vis, kikker, slang, vogel, mens, etc.
61
Bouwstoffen
• Vergelijking DNA & eiwitstructuur– universele genetische code!
• DNA & RNA
– vergelijking genen• cytochroom C (respiratie)
• hemoglobine (gaswisseling)
620 25 50 75 100 125
0
25
50
75
100
Millions of years ago
Horse/donkey
Sheep/goat
Goat/cow
Llama/cow
Pig/cow
Rabbit/rodent
Horse/cow
Human/rodent
Dog/cow
Human/cow
Human/kangaroo
Nucleotide substitutions
Structuur hemoglobine
Aantal verschillen in aminozuren tussen hemoglobine van vertebraten en de mens
100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
LampreyFrogBirdDogMacaqueHuman
328 45 67 125
63
Kunstmatige selectie
• Creëren van verschillende rassen en variëteiten
64
PRAKTIJKVOORBEELDEN
Deel 4
65
Resistentie
• Resistentie tegen insecticide & medicijnen
– insecticide dood niet alleindividuen
– resistente overlevenden plantenzich voort
– resistentie is erfelijk
– insecticide wordt steedt mindereffectief
66
Biston betularia
• Berkenspanner
– donkere en lichte variant
Jaar % donker % licht
1848 5 95
1895 98 2
1995 19 8167
Biston betularia
• Selectiedruk?
– begin 19e eeuw
• weinig vervuiling
• korstmos groeit op boom= lichtgekleurde boomstam
– eind 19e eeuw
• fabrieken = roet op bomen
• korstmos dood = donkere boomstam
– halvewege 20e eeuw
• vervuiling vermindert
• terugkeer korstmos = lichtgekleurde boomstam
– industrieel melanisme
68
Voor wie nog twijfelt…
69
Einde
Top Related