Selekce jako základní evoluční činitel

Podobné dokumenty
Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Genetika kvantitativních znaků

Populace, populační dynamika a hmyzí gradace

Důsledky selekce v populaci - cvičení

Základy genetiky populací

Selekce v populaci a její důsledky

Genetika populací. KBI / GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Cvičeníč. 9: Dědičnost kvantitativních znaků; Genetika populací. KBI/GENE: Mgr. Zbyněk Houdek

NIKA A KOEXISTENCE. Populační ekologie živočichů

Hardy-Weinbergův zákon - cvičení

Genotypy absolutní frekvence relativní frekvence

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Osnova přednášky volitelného předmětu Evoluční vývoj a rozmanitost lidských populací, letní semestr

Mgr. et Mgr. Lenka Falková. Laboratoř agrogenomiky. Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat Mendelova univerzita

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Základní pojmy I. EVOLUCE

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy

Genetika vzácných druhů zuzmun

Integrovaná ochrana rostlin. ano, jistě, ale jaká vlastně

Ekologická společenstva

Rozptyl a migrace. Petra Hamplová

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Konzervační genetika INBREEDING. Dana Šafářová Katedra buněčné biologie a genetiky Univerzita Palackého, Olomouc OPVK (CZ.1.07/2.2.00/28.

Epigenetická paměť v ekologii a evoluci rostlin. Vítek Latzel

Reprodukční systémy vyšších rostlin

PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ORGANISMY

Biologie - Oktáva, 4. ročník (humanitní větev)

Biologie - Oktáva, 4. ročník (přírodovědná větev)

Je-li rostlinné společenstvo tvořeno pouze jedinci jedné populace, mluvíme o monocenóze nebo také o čistém prostoru.

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Predace - její konsekvence pro dynamiku a evoluci společenstev

Čím se ekologie zabývá

Obecné zákonitosti účinku toxických látek a vznik rezistence vůči nim

Zesouladení ( sjednocení ) poznatků genetiky a evolucionistických teorií

Základy genetiky 2a. Přípravný kurz Komb.forma studia oboru Všeobecná sestra

Fisher M. & al. (2000): RAPD variation among and within small and large populations of the rare clonal plant Ranunculus reptans (Ranunculaceae).

EKOLOGIE LESA Pracovní sešit do cvičení č. 6:

Vláhová bilance krajiny jako ukazatel možného zásobení. podzemní vody

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Semenné sady systém reprodukce a efektivita

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

primární producenti: řasy, sinice, vodní rostliny konkurence o zdroje mikrobiální smyčka

Ekologické a evoluční aspekty genetiky

Základní pojmy obecné genetiky, kvalitativní a kvantitativní znaky, vztahy mezi geny

Chromosomy a karyotyp člověka

Metody studia historie populací

Člověk a mikroby, jsme nyní odolnější? Jan Krejsek. Ústav klinické imunologie a alergologie, FN a LF UK v Hradci Králové

Pojem plemeno je používán pro rasy, které vznikly záměrnou činností člověka, např. plemena hospodářských zvířat.

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř. 17. listopadu 49

Genetika populací. kvalitativních znaků

Zdeňka Veselá Tel.: Výzkumný ústav živočišné výroby, v.v.i.

Cvičení č. 8. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Nika důvod biodiverzity navzdory kompetici

Aplikovaná ekologie. 2.přednáška. Ekosystém, vztahy na stanovišti, vývoj

1. Téma : Genetika shrnutí Název DUMu : VY_32_INOVACE_29_SPSOA_BIO_1_CHAM 2. Vypracovala : Hana Chamulová 3. Vytvořeno v projektu EU peníze středním

Nauka o dědičnosti a proměnlivosti

Základní genetické pojmy

Vztah hmyzu k ekologickým faktorům

Mendelistická genetika

Metody plemenitby. plemenitba = záměrné a cílevědomé připařování + rozmnožování zvířat zlepšování tvarových + především užitkových vlastností

Evoluce fenotypu II.

Srovnání biodiverzity sadů v různých režimech hospodaření. Martin Bagar

World of Plants Sources for Botanical Courses

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

FUNKČNÍ VARIANTA GENU ANXA11 SNIŽUJE RIZIKO ONEMOCNĚNÍ

Genetika kvantitativních znaků. - principy, vlastnosti a aplikace statistiky


Genetika zvířat - MENDELU

Základní pojmy II. ONTOGENEZE. Ontogeneze = individuální vývin jedince během jeho života

Působení genů. Gen. Znak

Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Důsledky ex-situ kultivace pro populace vzácných druhů

Obecná genetika a zákonitosti dědičnosti. KBI / GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Populace. Rozmístění jedinců v populaci = DISPERZE

Abiotický stres - sucho

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Příklady z populační genetiky volně žijících živočichů

Podmínky působící na organismy: abiotické - vlivy neživé části prostředí na organismus biotické - vlivy ostatních živých organismů na život jedince, m

Příčiny krajinného uspořádání. abiotické faktory, biotické interakce, antropogenní změny (land use, land cover change)

INTERAKCE NEALELNÍCH GENŮ POLYGENNÍ DĚDIČNOST

GENETIKA Monogenní dědičnost (Mendelovská) Polygenní dědičnost Multifaktoriální dědičnost

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/

Evoluce přírodním výběrem:

ŽP - EKOLOGIE (K143EKOL)

Prokazování původu lesního reprodukčního materiálu pomocí genetických markerů

INTERAKCE NEALELNÍCH GENŮ POLYGENNÍ DĚDIČNOST

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Investujeme do naší společné budoucnosti

Příklady z populační genetiky lesních dřevin

Příbuznost a inbreeding

Populace 2. = soubor jedinců téhož druhu vyskytující se v určitém prostoru, má atributy jednotlivců i speciální skupinové.

PRAKTIKUM Z OBECNÉ GENETIKY

Ekologie tropických lesů a jejich obyvatel

Vrozené vývojové vady, genetika

Genetika mnohobuněčných organismů

Transkript:

Selekce jako základní evoluční činitel Ivana Doležalová Osnova přednášky: Přirozený výběr jako princip evoluce Typy přirozeného výběru Adaptivní a neadaptivní znaky Darwinovská fitness Tvrdá a měkká selekce Selekce k větší růstové rychlosti (r-selekce) a selekce k větší konkurenceschopnosti (k-selekce) Proč selekce nevytváří dokonalé znaky (organismy)?

Přirozený výběr Natural selection přirozený výběr, v současnosti přírodní výběr Darwin: natural selection x artificial selection Později poukázal na dvě složky: přírodní výběr (enviromental selection) prováděný prostředím a pohlavní výběr (sexual selection, Darwin 1909) výběr partnerů pro rozmnožování Darwin považoval pohlavní výběr za samostatný biologický proces operující nezávisle na výběru přírodním

Darwin: přirozený výběr jako princip evoluce Charles Darwin (1809 1882) 1831 1836: přírodovědec na lodi Beagle, cesta kolem světa 1859 On the origin of species by the means of natural selection 1857 Insectivorous plants Rostliny a živočichové jsou variabilní Počet rostlin a živočichů je přirozeně regulován, jinak by narůstal geometrickou řadou V důsledku přirozené regulace přežívají jen jedinci s dokonalejšími vrozenými vlastnostmi Organizmy, zlepšené přírodním výběrem přenášejí své vlastnosti dále genetickou cestou Výběr pokračuje během mnoha tisíc generací a generuje nové varianty = druhy Přirozený výběr = proces nerovnoměrného předávání alel pocházejících od jednotlivých jedinců do genofondu následujících generací prostřednictvím potomků.

Stabilizující, usměrňující a disruptivní výběr určují směr evoluce kvantitativního znaku Daný znak má v populaci normální rozdělení dané tím, že bývá určován zpravidla velkým množstvím relativně nezávislých a vzájemně zastupitelných genů Takové znaky označujeme jako polygenní a účinek takových genů za pleiotropní Přírodní výběr může ovlivňovat četnost dědičného znaku třemi různými způsoby: Selekční trendy: Stabilizující (normalizující, centripetální) výběr Usměrňující (direktivní výběr) Disruptivní (diverzifikující, centrifugální) výběr

Stabilizující (normalizující, centripetální) výběr odstraňuje z populace jedince s extrémními hodnotami znaku u populací v neměnících se podmínkách

Usměrňující (direktivní výběr) odstraňuje z populace jedince nacházející se na jednom z konců distribuční křivky reakce druhu na změnu životních podmínek, změnu biotického či abiotického faktoru

Příklady usměrněné selekce Tolerance k těžkým kovům v půdě Experimenty se znečištěným ovzduším Mikroevoluce na orné půdě Tolerance vůči herbicidům Umělý výběr prováděný při šlechtění

Příklady usměrněné selekce Tolerance k těžkým kovům v půdě má zpravidla dominantní charakter: vůči mědi u Mimulus guttatus, vůči arzenu u Holcus lanatus tolerance vůči jednomu kovu zajišťuje toleranci vůči jinému X nezávislý vývoj rychlost mikroevolučních změn Agrostis stolonifera testování osiva na toleranci, isoenzymová analýza prokázala větší počet tolerantních genotypů Experimenty se znečištěným ovzduším 1921 Anglie některé druhy trav vyskytující se blízko továrny na brikety tolerantnější k SO 2 než ostatní (Dactylis glomerata, Festuca rubra, Holcus lanatus) Mimulus guttatus Původ: Severní Amerika, do Evropy počátkem 19. století

Příklady usměrněné selekce Mikroevoluce na orné půdě evoluce zemědělských ras plevelů Echinochloa crus-galli další strategie plevelů genetické varianty Aethusa cynapium trpasličí forma (obilná pole), vyšší forma (okraje polí a ruderalizované plochy)

Příklady usměrněné selekce Tolerance vůči herbicidům rezistence známá asi u 100 druhů plevelů mnohonásobná rezistence Chenopodium album řízená jadernými i chloroplastovými geny rezistence vůči triazinovým herbicidům u Poa annua, polytopická výzkum variability rezistentních populací potvrdil variabilitu sníženou v důsledku efektu hrdla láhve a efektu zakladatele odstraňování plevelů působí jako selekční faktor upřednostňující jedince s co nejrychlejším vývojem Senenecio vulgaris

Příklady usměrněné selekce Umělý výběr prováděný při šlechtění fáze plató ustálení hodnot selektovaného znaku

Disruptivní (diverzifikující, centrifugální) výběr postihuje jedince s průměrnou hodnotou znaku reakce druhu na změnu životních podmínek v mozaikovitě nesouvislém prostředí

Disruptivní selekce vybírá vhodně adaptované formy na daný typ prostředí genetický polymorfismus v ploškovitě nesouvislém prostředí příklad: louky s odlišným režimem hnojení a vápnění úseky rozdílné v druhovém složení, výšce porostu a produkci biomasy pokusy s Anthoxanthum odoratum materiál z různě ošetřovaných zahradních ploch přesazen do zahradních podmínek: rostliny z pozemků s vyšší luční vegetací obvykle vyšší a těžší ekotypická diferenciace způsobená edafickými faktory (množstvím Ca) reciproční přesazovací experimenty: rostliny nejlépe prosperují na rodných úsecích louky Komplexní sdružená selekce reciproční pokusy s Trifolium repens, Lolium perenne a baktériemi r. Rhizobium Určité klony jetele rostou na pozemku v asociaci s jedním ze zkoumaných druhů trav Nejlépe rostou ty kombinace, které společně prosperují v přirozených podmínkách

Studie jednotlivých faktorů Odhalení zákonitostí působení přírodního výběru prostřednictvím testů tolerance Porovnávání rostlin z extrémních stanovišť vnitrodruhové rozdíly u populací lišící se kontrastně v toxicitě, expozici, teplotě, vlhkosti, salinitě, Zohlednění úplnosti či neúplnosti těchto postupů kvantitatiní medoty dostupnost jednotlivých faktorů pro rostlinu Populace rostlin je ve vztahu ke specifickému faktoru schopná nejlépe přežívat, růst a množit se při takové hladině faktoru, se kterou se setkává v přirozených podmínkách

Studie několika interagujících faktorů Lotus corniculatus a Trifolium repens Výzkum kyanogeneze u evropských populací L. corniculatus potvrdil existenci polymorfismu testováním pomocí pikrátu sodného; hybridizační experimenty prokázaly, že přítomnost glykosidu je dominantní vůči jeho absenci Zjištěn dominantní charakter v tvorbě glykosidu u Trifouum repens Populační studie: jihozápadní Evropa vyšší výskyt kyanogenní varianty T. repens poměrová klina s největší frekvencí kyanogenních variant v nejnižších nadmořských výškách korelace mezi výskytem kyanogeneze a průměrnými lednovými teplotami (jejich pokles asociován s se snížením frekvence kyanogenních rostlin)

Výzkum kyanogeneze u evropských populací Trifolium repens

Studie několika interagujících faktorů Lotus corniculatus a Trifolium repens Lotus corniculatus Studium vztahu kyanogenních variant a výskytu drobných bezobratlých živočichů (plamatka, hlemýžď, plzák a slimáček) výskyt herbivorů preferujících akyanogení rostliny je v korelaci s klimatickými faktory (v atlantické části Evropy s mírnými zimami a v malých nadmořských výškách se vyskytuje řada druhů bezobratlých, kteří jsou potenciálními nepřáteli rostlin kyanogenní gykosidy poskytují rostlinám obranný mechanismus proti některým bezobratlým kyanogeneze představuje určitou selekční výhodu ve zkoumaných oblastech závěr: výskyt herbivorů, kteří si vybírají akyanogenní rostliny koreluje s klimatickými faktory

Adaptivní a neadaptivní znaky adaptivní znak je takový, který má v určitých podmínkách selektivní výhodu evoluční reakce rostlin na herbivory (evoluce velikosti a tvaru listů) mechanismus mimikry: úzké a nepravidelné otvory na listech některých morušovníkovitých napodobují požerky housenek (signalizace potravních konkurentů, predátorů) malé a dělené listy snižují efektivitu příjmu potravy fyzické zábrany (chlupy a trny)

Vztah rostlina - opylovač

Mimikry u rostlin Lithops werneri Ophrys insectifera Ophrys apifera

Proměnlivost jako reakce na sezónní nebo nepravidelné vlivy Příklad: kolísání hladiny podzemní vody, zaplavování a vysychání biotopů variabilita listů u R. flammula rosliny setkávající se s nepředvídatelnými podmínkami vysoká heterofylie x rostliny na méně zaplavovaných biotopech málo heterofylní

Proměnlivost jako reakce na sezónní nebo nepravidelné vlivy na extrémních stanovištích jsou selektovány rostliny s omezenou šíří fenotypových odpovědí, zatímco na proměnlivých stanovištích jsou zvýhodněny rostliny s širším rozsahem odezvy (širší fenotypová plasticita) fyziologická plasticita u Lotus corniculatus některé kyanogenní genotypy stálé, jiné produkují kyanovodík jen v určitém období roku a za určitých podmínek

Darwinovská fitness Měřítkem přírodního výběru je rozmnožovací způsobilost, w = poměrná rozmnožovací úspěšnost genotypu, který zanechá nejvíce potomků vhledem k ostatním (0,1) Složky: úmrtnost, opylovací úspěšnost, různá plodnost ovlivňují příspěvek daného genotypu do následujících generací selekce negativní, eliminační (odstraňuje genetické kombinace jedinců neschopných se dožít rozmnožovacího věku; pozitivní, tvůrčí (podporuje fixaci genetických vlastností umožňujících přežití a zachování většího množství potomstva

Tvrdá a měkká selekce Na populační úrovni Při tvrdém výběru (hard selection) jsou z populace odstraňováni jedinci, jejichž kritický biologický parametr (vlastnost, která je měřítkem úspěšnosti) jedince, nedosahuje určité hraniční hodnoty Měkký výběr (soft selection) ignoruje absolutní hodnoty kritického znaku a eliminuje jedince, kteří nedosahují v daném znaku určité relativní hodnoty Z hlediska mikroevoluce je účinnější výběr měkký Tvrdý výběr se uplatňuje zvl. v měnícím se prostředí a má větší význam z hlediska makroevoluce 30 cm 20 %

Selekce k větší růstové rychlosti (r-selekce) a selekce k větší konkurenceschopnosti (kselekce) Ekologické hledisko, souvisí s dvěma odlišnými strategiemi druhů Skupina upřednostňující rychlost množení R- stratégové x skupina se schopností konkurovat K- stratégové R-stratégové krátký životní cyklus, větší maximální rychlost množení, rozmnožují se dříve, často pouze jednou za život, menší tělesné rozměry, velký počet potomků, velikost jejich populace obvykle silně kolísá v čase, nízká vnitrodruhová konkurence K-stratégové zvýšená schopnost konkurence, efektivní využívání zdrojů, větší velikost, delší vývoj, rozmnožování vícekrát za život R-stratégové v proměnlivém, nepředvídatelném prostředí, stanoviště raných stadiích sukcese K-stratégové biologicky saturované prostředí s omezenými zdroji

Diploidie a vyvážený polymorfismus chrání proměnlivost Diploidie zachovává zásobu latentní proměnlivosti ve formě recesivních alel heterozygotů čím je recesivní alela vzácnější, tím je větší stupeň ochrany před selekcí udržuje zásobu alel, které se mohou projevit jako výhodné při změně podmínek prostředí

Diploidie a vyvážený polymorfismus chrání proměnlivost Vyvážený polymorfismus chrání variabilitu v některých genových lokusech mechanismy: heterozygotní výhoda selekce závislá na frekvenci vztah hostitel a parazit, druh využívající dva nutriční zdroje

Proč selekce nevytváří dokonalé znaky (organismy)? Evoluce je omezena historickými tlaky. Adaptace často představují kompromisy. Ne každá evoluce je adaptivní. Selekce může pouze upravovat existující varianty. Přírodní výběr funguje na základě lepší než.