Biologická evoluce
Doporučená literatura Flegr J. Úvod do evoluční biologie, Academia Praha, 2007 Flegr J. Evoluční biologie, Academia Praha, 2005, 2009 (příslušné kapitoly) Doplňková literatura Flegr, J. Zamrzlá evoluce. Academia, Praha 2006 Flegr, J. Evoluční tání. Academia, Praha 2015 Dawkins, R. Sobecký gen • Mladá Fronta (edice Kolumbus), Praha 1998 http://natur.cuni.cz/flegr/zakevolbiol.php
Testování na toxoplasmózu v úterý 24. 10. 2017 v čase 13.00 – 16.30 a ve středu 25. 10. 2017 v čase: 9.00 – 12.30 na adrese Viničná 7, Praha 2, 2. patro, od schodiště vpravo (bude vyznačeno). http://bio.natur.cuni.cz/~exp/pokusy/ Facebook: pokusni kralici
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Evoluce Evoluce a systémy s pamětí Evoluce neživých systémů Evoluce biologická (víc druhů, i na Zemi) Evoluce kulturní
Kulturní evoluce Gen x mem Kopírování x napodobování Replikátor x interaktor (Lamarck) Vertikální x horizontální přenos Mezidruhový přenos Přednostní vznik (i přenos) účelných znaků
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Komplexita a) b) c) d)
Komplexita algoritmu a jeho produktu Do Mandebrotovy množiny patří ty body z roviny komplexních čísel (na obrázku vodorovná osa představuje reálnou část a svislá osa imaginární část daného komplexního čísla c), které ani po nekonečněnásobném opakovaném dosazování do rekurentního vzorce zn+1 = zn2 + c, (kde z0=0) nepřesáhnou hodnotu 2
Zdroje komplexity Efekt zdi Aktivní výběr Pasivní výběr (pasivní evoluce) Třídění z hlediska stability
Efekt zdi a) b)
Zdroje komplexity Efekt zdi Aktivní výběr Pasivní výběr Třídění z hlediska stability
Zdroje komplexity Efekt zdi Aktivní výběr Pasivní výběr (pasivní evoluce) Třídění z hlediska stability
Vznik editace pasivním výběrem AGGTCTTAACGACGATCT AGGTCTTAACGACGATCT delece delece transkripce AGGTCTT-ACGACGATCT AGGTCTT-ACGACGATCT UCCAGAA-UGCUGCUAGA selekce a vznik editačního aparátu selekce a zpětná mutace transkripce AGGTCTTAACGACGATCT AGGTCTT- ACGACGATCT UCCAGAA-UGCUGCUAGA mnohočetné delece a modifikace editačního aparátu U editace RNA UCCAGAAUUGCUGCUAGA transkripce AGGTCTT- -CG-CG-TCT UCCAGAAGCGCAGA editace RNA U U U U UCCAGAAUUGCUGCUAGA
Zdroje komplexity Efekt zdi Aktivní výběr Pasivní výběr Třídění z hlediska stability
a) t1 t2 čas b) t1 t2 čas
Hra Life (J.H.Conway) t=0 Jakmile bílá buňka sousedí se třemi buňkami ve stavu černá, přechází v následujícím kroku ze stavu bílá do stavu černá Jakmile černá buňka sousedí s méně než dvěma nebo více než třemi černými buňkami přechází v následujícím kroku do stavu bílá. Jestliže černá buňka sousedí s dvěma nebo třemi černými buňkami, její stav se v následujícím kroku nezmění. t=1 t=2 t=3 t=4
Kauffmanovské sítě a AND b OR c a OR b AND c a OR b a OR b OR c a AND b AND c
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Organizovanost a komplexita DLAŽBA
Zdroje organizovanosti Efekt zdi Aktivní výběr Pasivní výběr Třídění z hlediska stability Samoorganizace systému
Disipační systémy Bělousov-Žabotinského reakce. Obrazce vznikají díky difusi příslušných reaktantů, v nejjednodušším uspořádání kyseliny citrónové, bromidu draselného, kyseliny sírové a iontů céru
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Komponenty biodiversity Diversita – odráží počty druhů a rovnoměrnost jejich zastoupení Disparita – počty tělních plánů a jejich rozdílnost
Vzestup biodiversity během fanerozoika 5000 4000 biodiversita (počty rodů mořských bezobratlých) 3000 2000 1000 600 400 200 stáří (mil. let)
Vzestup biodiversity během fanerozoika?
Zdroje biodiversity Jednotlivé evoluční mechanismy (speciace, drift, selekce …) Pasivní trend (efekt zdi) Druhý termodynamický zákon a narůstání entropie v uzavřených systémech
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Účelnost Účelnost × účelovost Účelovost v živé a neživé přírodě Cílenost × vysvětlování z vlastností nadsystému Antropický princip „Proč“otázky v biologii
Zdroj účelnosti v přírodě Přirozený výběr – přežití nejlépe adaptovaných Mechanismus přirozeného výběru Nadprodukce potomstva Variabilita Dědičnost
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Podmínky fungování biologické evoluce Selekce Nadprodukce potomstva Variabilita Dědičnost Další podmínky biologické evoluce Kompetice - limitace zdroji Komplexita Biologická evoluce a vznik života
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Limity panselekcionismu Adaptace a exaptace a) selekce 1 funkce A neadaptivní struktura adaptace pro A b) selekce 1 funkce A selekce 2 funkce B neadaptivní struktura adaptace pro A preadaptace pro B exaptace pro B
Limity panselekcionismu Adaptace a exaptace Spandrely pendentivy (katedrála Sv. Marka) spandrely
Limity panselekcionismu Spandrel?
Limity panselekcionismu Adaptace a exaptace Spandrely Znaky vzniklé díky pasivní evoluci Znaky „vzniklé“ díky třídění Znaky vzniklé díky „constraints“ (evolučním bariérám)
Limity panselekcionismu Adaptace a exaptace Spandrely Znaky vzniklé díky pasivní evoluci Znaky „vzniklé“ díky třídění Znaky vzniklé díky „constraints“ (evolučním bariérám)
Evoluční zábrany Exogení (mimobiologické) zábrany Ontogenetické zábrany Něco za něco (constraints)
D’ Arcy W. Thompsonovy morfologické transformace. Polyprion Pristigeny Scorpaena Antigonia
Galtonův model ortogeneze F1 v1 v1 F1 F2 v2 v2 F2
Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů
Stochasticita evoluce Systémy s deterministickým a stochastickým chováním Semideterministické procesy (selekce, tahy) Stochastické procesy (vznik mutací, speciace, extinkce) Dlouhodobé kultivace mikroorganismů Vysazování anolisů (A. sagrei) na ostrovy Antil
Anolis baracoae
Oportunismus evoluce Globální a lokální optima adaptivní krajiny 1,0 relativní biologická zdatnost 0,8 0,6 0,4 0,2 1 2 3 4 fenotypový znak, např. velikost těla či aktivita některého enzymu
Suboptimální struktury Oko obratlovce Inervace larynxu obratlovců Spermatogeneze savců
Shrnutí Biologická evoluce jako zvláštní typ evoluce Role přirozeného výběru Limity selekcionismu Charakter biologických procesů