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 Dawkins, R. Sobecký gen • Mladá Fronta (edice Kolumbus), Praha 1998 http://natur.cuni.cz/flegr/zakevolbiol.php

Obsah Evoluce a biologická evoluce Zvláštnosti produktů biologické evoluce komplexita organizovanost diversita a disparita adaptivnost Podmínky fungování biologické evoluce Charakter evolučních procesů

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 Evoluce kulturní

Kulturní evoluce Gen x mem Kopírování x napodobování Replikátor x interaktor Vertikální x horozintální 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 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 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 – počty druhů 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

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 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