Poliploidyzacja i introgresja w ewolucji

Darwinizm, neodarwinizm, syntetyczna teoria ewolucji

• Darwinizm to nauka o ewolucji biologicznej opracowana przez Karola Darwina w XIX wieku
• Opiera się na założeniu, że gatunki ewoluują w czasie, w wyniku doboru naturalnego
• Kluczowe założenia darwinizmu:
  • Zmienność organizmów – w obrębie populacji występują różnice między osobnikami, te różnice są dziedziczne i wynikają z mutacji genetycznych oraz rekombinacji genów.
  • Dobór naturalny – osobniki lepiej przystosowane do środowiska mają większe szanse na przeżycie i rozmnażanie się.
  • Przetrwanie najlepiej dostosowanych – przetrwają te osobniki, które najlepiej przystosowały się do warunków środowiska.
  • Ewolucja jako proces stopniowy – zmiany w populacjach gromadzą się z czasem.

Neodarwinizm

• Neodarwinizm to kierunek ewolucjonizmu, powstały pod koniec XIX wieku
• Zakłada, że jedynym mechanizmem ewolucji organizmów jest dobór naturalny, natomiast cechy nabyte w trakcie rozwoju osobniczego (ontogenezy) nie są dziedziczone

Syntetyczna teoria ewolucji

• Syntetyczna teoria ewolucji łączy mechanizm doboru naturalnego z osiągnięciami genetyki, biologii molekularnej i ekologii
• Główne założenia:
  • Ewolucja opiera się na zmienności genetycznej, będącej wynikiem mutacji, rekombinacji genów oraz przepływu genów między populacjami.
  • Dobór naturalny kieruje procesem ewolucji, faworyzując osobniki lepiej przystosowane do środowiska.
  • Populacja jest jednostką ewolucji, a zmiany zachodzą na poziomie populacji, a nie osobnika.
  • Specjacja prowadzi do powstawania nowych gatunków poprzez izolację genetyczną i akumulację różnic genetycznych między populacjami.

Model integralny ewolucji

• Wieloaspektowość procesów ewolucji – ewolucja nie ogranicza się tylko do zmian genetycznych i biologicznych, ale również obejmuje zmiany w zachowaniach, kulturze, technologii i środowisku.
• Poziomy organizacji – ewolucja działa na różnych poziomach od molekularnego do ekosystemowego.
• Dynamiczne interakcje – ewolucja wynika z interakcji między różnymi czynnikami (genetyka, epigenetyka, środowisko, zachowania społeczne).
• Sprzężenia zwrotne – ewolucja tworzy złożony system z różnymi sprzężeniami zwrotnymi.

Rewolucja Darwinowska

• Rewolucja Darwinowska zrewolucjonizowała nasze rozumienie ewolucji.
• Opiera się na pięciu teoriach.
• Teoria ewolucji - organizmy zmieniają się w czasie pod wpływem warunków środowiskowych.
• Teoria wspólnego pochodzenia - wszystkie organizmy pochodzą od wspólnych przodków.
• Teoria gradualizmu - ewolucja zachodzi stopniowo, małymi krokami.
• Teoria zmian populacyjnych - ewolucja zachodzi w populacjach, a nie u osobników.
• Teoria doboru naturalnego - cechy lepiej przystosowujące osobniki do środowiska są przekazywane kolejnym pokoleniom.

Dowody potwierdzające teorię ewolucji

• Skamieniałości – szczątki organizmów uwięzione w skałach dają wgląd w historię życia na Ziemi
• Dowody anatomiczne – podobieństwa w budowie anatomicznej różnych gatunków wskazują na wspólne pochodzenie
• Dowody embriologiczne – zarodki różnych gatunków są bardzo podobne na wczesnych etapach rozwoju
• Dowody genetyczne i molekularne – porównywanie sekwencji DNA i białek u różnych gatunków
• Dowody z ewolucyjnych ewolucji – struktury analogiczne i homologiczne wskazują na wspólny przodek

Jednostki ewolucji

• Gen – podstawowa jednostka dziedzictwa
• Allel – wariant genu
• Osobnik – nośnik genów i jednostka interakcji ze środowiskiem
• Populacja – osobniki tego samego gatunku zamieszkujące dany obszar mogące się krzyżować
• Gatunek – jednostka makroewolucji; proces powstawania nowych gatunków jest kluczowy dla różnorodności życia

Zmienność

• Zmienność genetyczna – różnice w materiale genetycznym między organizmami, wynikające z mutacji, rekombinacji i przepływu genów
• Zmienność środowiskowa – różnice w cechach wynikające z wpływu środowiska

Przepływ genów

• Przepływ genów to proces, w którym allele są przenoszone między populacjami przez migrację osobników lub przez przenoszenie gamet.

Dobór naturalny (modele doboru)

• Dobór stabilizujący – eliminuje osobniki o cechach skrajnych
• Dobór kierunkowy – eliminuje osobniki o cechach jednej skrajności
• Dobór różnicujący – eliminuje osobniki o cechach umiarkowanych
• Dobór apostatyczny – faworyzuje osobniki o cechach skrajnie odmiennych

Dryf genetyczny

• Losowe zmiany w częstotliwości alleli w populacji, wynikające z przypadku, a nie selekcji naturalnej

Adaptacje

• Dziedziczenie cechy, która zwiększa szanse organizmu na przeżycie i rozmnażanie się w danym środowisku
• Morfologiczne: cechy związane z budową ciała, np. kaktusy,
• Fizjologiczne: cechy związane z funkcjonowaniem organizmu, np. zdolność do produkcji hemoglobina
• Behawioralne: cechy związane z zachowaniem, np. migracja ptaków

Mechanizmy doboru płciowego

• Selekcja interseksualna – wybór partnera przez jedną płeć (np. samice)
• Selekcja intraseksualna – konkurencja między osobnikami tej samej płci (np. samce) o partnerów

Poliploidyzacja

• Powielenie zestawu chromosomów, prowadzące do powstania nowego gatunku

Introgresja

• Wymiana genów międzygatunkowa przez krzyżowanie

Koncepcje gatunku

• Biologiczna (Mayr, 1942): grupy populacji, które mogą się krzyżować i wydawać płodne potomstwo
• Morfologiczna: podobne cechy.
• Ekologiczna: zajmowanie podobnych nisz ekologicznych
• Filogenetyczna: wspólne pochodzenie
• Ewolucyjna: linia przodków i potomków

Specjacja (powstawanie nowych gatunków)

• Allopatryczna: izolacja geograficzna
• Peripatryczna: powstanie nowego gatunku od małego oddziału
• Parapatryczna: powstanie nowego gatunku w obrębie obszaru geograficznego
• Sympatryczna: powstanie nowego gatunku bez izolacji geograficznej

Czas i tempo ewolucji

• Mikroewolucja: dotyczy małych zmian populacyjnych w krótkich okresach - np. doboru naturalnego
• Makroewolucja: obejmuje zmiany na poziomie gatunków/większych grup organizmów, powstanie i ewolucja nowych gatunków

Pojawienie się życia

• Abiogeneza: hipoteza o powstaniu życia z materii nieożywionej
• Hipoteza panspermii: życie powstało gdzie indziej i zostało przywiezione na Ziemię na meteorytach.
• Zapis kopalny - ślady dawnych organizmów

Historia życia na Ziemi

• Ewolucja życia w głównych okresach : prekambryj, paleozoik, mezozoik, kenozoik
• Masowe wymierania

Radiacja adaptatywna

• Szybkie różnicowanie się grupy organizmów w odpowiedzi na nowe nisze