Kap. 2 - Principper ved evolutionær forandring

Principper for Evolutionær Ændring

• Darwins ideer har haft stor indflydelse på forståelsen af forholdet mellem evolution og adfærd.
• Genetikkens betydning for forståelsen af evolution understreges.

Darwins Evolutionsteori

• Nobelpristageren Herbert Simon hævdede, at en ko er et menneskeskabt objekt, da husdyr er selektivt avlet for menneskelige behov.
• Dyreavlere har længe vidst, at ønskværdige træk kan øges gennem parring af individer med disse træk.
• Selektiv avl kan skabe radikale ændringer i en organismes fysiske form, som det ses hos tamhunde.
• Kunstig selektion er en proces, hvor organismer er ændret af mennesker, ikke af naturen.

Naturlig Selektion

• Darwin foreslog naturlig selektion i "Arternes Oprindelse" (1859) baseret på kunstig selektion.
• Naturlig selektion mangler en "vejledende hånd" eller et ultimativt mål i modsætning til kunstig selektion.
• Biologer anser naturlig selektion for afgørende i evolutionen, men anerkender også andre faktorer som sygdom og klimaændringer.
• Naturlig selektion, ligesom seksuel selektion, fører til adaptiv udvikling.
• Naturlig selektion er baseret på den differentielle reproduktive succes af nedarvelige egenskaber i en population.
• Udtrykket "survival of the fittest" blev brugt som en forkortelse for naturlig selektion.

Mendel og Post-Mendelsk Genetik

• Darwin løste mysteriet om evolutionsmekanismen, men havde kun en overfladisk ide om nedarvningsmekanismen.
• Gregor Mendels arbejde med ærteplanter førte til opdagelsen af gener.

Mendels Opdagelser

• Mendels eksperimenter afslørede, at træk er forårsaget af par af gener, hvor en enkelt kopi overføres fra hver forælder.
• Genotypen refererer til de gener et individ besidder, mens fænotypen er individets fysiske struktur.
• Dominante gener udtrykkes, selvom der kun er en kopi, mens recessive gener kræver to kopier for at blive udtrykt.
• Et individ med to identiske genkopier er homozygot, og et individ med to forskellige genkopier er heterozygot.
• Arvelighed er partikulær snarere end blandende.
• Partikulær arvelighed betyder, at resultaterne altid er enten den ene eller den anden, uden mellemting.

Mendels Domænedemonstration af Farve

• Hvis planter, der avler rent for gule ærter, krydses med planter, der avler rent for grønne ærter, vil alle de resulterende afkom have gule ærter.
• Hvis du krydser hvert medlem af denne anden generation med sine søskende, vil nogle af de resultaternde afkom igen have grønne ærter.
• Denne observation er umulig for en blandingsmodel at forklare, da gul aldrig burde producere grøn ved krydsning med gul.

Mendels oprindelige genetiske love

• Arvelighed er partikulær, hvor hver forælder yder et lige bidrag.
• Egenskaber påvirkes af gener, der forekommer parvis.
• Gener findes i alternative former kaldet alleler.
• Dominante alleler tilsidesætter recessive alleler i fænotypen.
• Kun en af et par af forældrenes alleler gives videre til hvert afkom.
• Fænotypiske træk, der forekommer sammen hos den voksne, vil ikke nødvendigvis forekomme sammen i afkommet. Dette kaldes uafhængigt sortiment.
• Reginald Punnett udtænkte Punnett Square til at illustrere potentielle genotyper fra krydsningsforsøg.
• I tilfældet med ærtefarve er gule ærter (Y) dominerende i forhold til grønne ærter (y).

Modifikationer af Mendels Love

• Mendels "love" gav en ramme for forståelsen af arvelighedsmekanismen, men billedet var på ingen måde komplet.
• Mendel havde ingen idé om, hvordan disse nedarvningsenheder blev realiseret fysisk.
• Det stod hurtigt klart, at der er undtagelser fra de fleste af hans oprindelige forslag.
• For Mendel kom kilderne til variation fra at arve en blanding af forældregener.
• Andre processer, som Mendel var uvidende om, er blevet afsløret siden hans tid, og disse fører til en mere kompleks moderne forståelse af genetik, der omfatter andre kilder til variation.
• Under 1930'erne blev det opdaget, at gener er placeret i kernen af en organismes celler på specifikke steder på større legemer kaldet kromosomer.
• Hvert individ har et antal kromosomer, som er typisk for dets art.

Gener og Kromosomer

• Gener er placeret på kromosomer i cellekernen.
• Hver art har et typisk antal kromosomer; mennesker har 46 (23 par).
• Et par kromosomer er kønskromosomer (XX for hunner, XY for hanner), de resterende er autosomale.
• Kromosompar giver et fysisk hjem for Mendels parrede gener.
• Antallet af kromosomer varierer meget mellem arter.
• Et gen for en bestemt egenskab forekommer på et bestemt punkt på kromosomet kaldet dets locus.
• Human Genome Project havde til formål at identificere loci for alle gener.
• Alternativ former for gener kaldes alleler og findes på samme locus.

Faktorer, der påvirker overførslen af gener

• Kromosompar adskilles under seksuel reproduktion.
• Sperm og ægcelle har halvdelen af det normale komplement af gener (haploide celler) gennem meiose.
• Meiose sikrer, at det normale antal gener genoprettes, når sperm og ægcelle smelter sammen og danner en zygote.
• Kropsceller fordobler deres kromosomer inden celledeling (mitose).
• Gener overføres ikke altid uafhængigt; forskellige gener kan være forbundet.
• Gener på samme kromosom er mere tilbøjelige til at blive videregivet sammen.
• Gener forekommer i koblingsgrupper, men homologe kromosomer kan udveksle gener ved specifikke punkter (crossing over).
• Krydsning skaber rekombination, hvilket resulterer i genetisk unikke individer og kromosomer.
• Koblingsgraden indikerer, hvor tæt loci er på et kromosom.
• Kromosomer kan sammenlignes med kædehalskæder, hvor hver gen er et led.
• Homologe kromosomer kan udveksle grupper af led, men tættere led forbliver mere tilbøjelige til at finde hinanden på den nye kæde.

Andre undtagelser fra Mendels love

• Kobling og rekombination er hovedårsagerne til, at Mendels forudsagte forhold sjældent forekommer i avlseksperimenter.
• Krydsning er en almindelig form for kromosommutation.
• Genmutationer er sjældne, men kan have enten skadelige eller gavnlige virkninger.
• Mutationer ses som en kilde til variation i populationen.
• Variation i populationen kan spores til: Mendelsk variation, rekombination, genmutationer.
• Mendel studerede heldigvis ærteplanter, som har få kendetegn, der kan forekomme i en af to kontrasterende former.
• Mange kendetegn udviser ikke fuldstændig domninans eller fuldstændig recessivitet.
• Mange gener har mere end én fænotypisk virkning (pleiotropi).
• Mange kendetegn er afhængige af mere end ét gen (polygen).
• Geners udtryk kan ændres af et modifikationsgen eller af andre dele af DNA'et.

Moderne genetik

• Kromosomer består af deoxyribonukleinsyre (DNA).
• DNA's struktur blev opdaget af Watson og Crick i 1953.
• DNA har form som en snoet stige(dobbelt helix).
• "Gelænderet" er lavet af skiftevis fosforsyre og deoxyribosesukker.
• Hvert sukker er forbundet med en base(adenin, thymin, cytosin og guanin (A, T, C og G).
• Hvert sukker, syre og base kaldes et nukleotid.
• Baserne koder for produktionen af aminosyrer.
• Hver aminosyre er kodet af en triplelt (eller codon) af baser.
• Iltree-bogstavord fra et alfabet med fire bogstaver fører til 64(4 x 4 x 4) forskellige muligheder.
• Dette er mere end rigeligt til aminosyreproduktionen, da der kun findes lidt over 20 aminosyrer i naturen
• Et gen er en del af DNA, der via sin codonsekvens koder for proteinsyntesen.
• Protein er kroppens og hjernens vigtigste byggesten.
• Udtrykket"junk-DNA" (introns) spiller en vigtig rolle i reguleringen af proteinproduktionen.

Den Menneskelige Genom Projekt

• Hensigten var at afdække den præcise baseparsekvens for DNA.
• Gener specificerer sekvensen af aminosyrer, der er knyttet sammen for at danne store molekyler kaldet polypeptider - biokemisk koder et gen for et polypeptid.
• Mennesker er bygget af proteiner (baseret på 3 milliarder nukleotidbasepar - hvoraf vi varierer i 30 millioner par).
• Polypeptider folder sig selv op i forskellige former for at danne proteiner. Polypeptiders nøjagtige foldningsmåde afhænger af tilstedeværelsen af en række mindre molekyler i en given celle.
• Derfor fortæller denne information alene os ikke proteinsekvensen, selvom baseparsekvensen nu er kendt.
• Der findes måske 90.000-100.000 proteiner skabt af færre end 22.000 gener.

Arvelighed Af Kendetegn

• Arvbarhed er estimeringen er omfanget, hvori vi er i stand til at avle et kendetegn.
• Arvelighed defineres som 'den andel af den observerede fænotypiske varians, der kan tilskrives korreleret varians i genotyper'.
• Det er en vurdering af i hvilken udstrækning en egenskab i en population skyldes genetisk snarere end miljøbestemte komponenter.
• Vurderinger af arvelighed skal altid kvalificeres ved at specificere populationen eller i virkeligheden genpoolen.

Adfærdsmæssig Epigenetik - En Returnering til Lamarckisme?

• Epigenetik åbner døren for en grad af Lamarckisk arvelighed.
• Beviser har vist, hvordan forskellige miljømæssige påvirkninger påvirker udtrykket af forskellige specifikke gener.
• Udtryk betyder, hvor ofte det er involveret i proteinproduktionen.
• Visse livserfaringer påvirker, hvilke gener der er aktive.
• Beahvioural epigenetik hjælper med at forstå, hvorfor identiske tvillinger, på trods af at de deler et genom, aldrig er helt identiske i personlighed De hjalpogså med hvorfor, vi ikke kan afgøre, hvordan nogen individuel personlighed vil udvikle sig, simpelthen ved at læse deres genetiske kode.
• Det demonstrerer, hvordan nurture alene ikke kan forklare udviklingen af personlighed.
• Nogle epigenetiske ændringer overføres til afkommet, hvilket er kendt som 'transgenerationel epigenetik' eller TGE.

Genstrøm og genetisk drift

• Naturlig selektion er den primære drivkraft i evolutionen.
• Når dyr flytter fra en population til en anden, kan de tilfældigvis have en genetisk sammensætning, der er forskellig fra den nye population.
• Hvis den nye sammensætning giver en fordel i det nye lokale miljø, kan populationen ændre sig ret hurtigt.
• Denne proces kaldes genflow, fordi nye gener 'flyder' ind i et nyt miljø.

Selektionsniveauer - Hvilket Egnethed

• Udtrykket'survival of the fittest' henviseres til 'survival of species'.

Gruppeselektion

• Dyre grupper har adfærd, hjælper artens overlevelse ved kun at yngle, når tiden er rigtig.
• Wynne-Edwards øjne havde dyrene udviklet sig til at være virkelig selvopofrende eller altruistiske.

Inklusiv Egnethed

• Hamilton foreslog en teori, der revolutionerede selve den måde, vi ser på forholdet mellem evolution og adfærd.
• Hamilton kaldte andelen af gener, der deles af to familiemedlemmer, for slægtskabs- eller 'r'-koefficienten.
• Hamilton tilføjede nu antallet af andre slægtninge, som et individ hjalp til at overleve, som hver især er vægtet af dets rr, i ligningen for at komme frem til en værdi, som han kaldte inklusiv fitne.
• Det har hjulpet eksperter, der er interesserede i dyrs sociale adfærd, til at forklare nogle af de bemærkelsesværdige handlinger af tilsyneladende altruisme inden for grupper af nært beslægtede individer.

Teorien om multilevelselektion

• Multilevel selection er en kompleks teori, der foreslår, at grupper, ud over individer, kan betragtes som'køretøjer'.
• Multilevel selectionisme er erkendelsen af, at gener og individuel szintellektion også forekommer"
• Dawkings har hævdet især, at gener i sidste ende er valutaen i naturlig selektion, selvom gruppen på kort sigt kan synes at være udvælgelsesenheden.

Gensidig Altruisme

• I begyndlesen af 1970'erne kom en studerende fra Hamilton ved navn Robert Trivers op med et argument for, hvordan ikke-slægtninge kunne engagere sig i tilsyneladende altruistiske handlinger uden at ty til en simpel gruppe-selektionsforklaring.
• Reciprok altruisme kan sammenlignes med"du ridser min ryg, og jeg ridser din" , men den er bare lidt mere kompliceret end dette.
• IfoølgeTrivers' model er der et par forudsætninger. Dyr skal leve i ret stabile grupper, være relativt langlivede og være i stand til at spotte snydere.

Det Selviske Gen

• Konklusionen, som Richard Dawkins nåede frem til i midten af 1970'erne.
• Hans bog The Selsh Gene (1976) trak på ideerne fra Williams, Hamilton og Trivers, men det gav også et originalt bidrag til evolutionsteorien
• Udtrykket selvisk gene er i meget specifik form, hvilket er at gener er betragtet som selviske, da alleler i fortiden, der påvirkede organer til at fremme kopier af sig selv på bekostning af andre, er dem, der er hos os i dag.
• Et gen, der er en særlig god replikator, vil efterlade mange kopier af sig selv og kan fortsætte i et ubestemt stort antal generationer.

Test din viden om genetik og kromosomer. Spørgsmålene dækker emner som Human Genome Project, mitose, meiose, gener og kromosomale forhold. Test din forståelse af genetisk variation og nedarvning.