Evolutionsbiologie
FS13
FS13
-
- 1 / 153
-
Lernkarten
Ökolologische Verteilung von Sex
>>geographische Parthenogenese
>Parthenogenetische Formen tendieren dazu andere Habitate zu besetzten als nahe verwandte, sexuell reproduzierende Formen.
>sie tendieren zu marginaleren Habitaten in extremeren Umwelten (kälter, höher, isolierter..)
>sie tendieren zu Habitaten mit niedriger Populationsdichte, niedriger Parasitenprävalenz, geringer ökologischer Diversität
>> besser angepasst (bewahren lokal adaptierte Genkombination) aber schwirigkeiten, Partner zu finden bei geringer Populationsdichte
Evolution der Anisogamie
es gibt die kleinen mobilen Gameten (Männchen); in großer Zahl, billig zu produzieren;
und große immobile Gameten (Weibchen); teuer zu produzieren aber genügend zytoplasma für Embriogenese
>> mittlere Ggröße hat nur Nachteile.
>>Trade-Off zwischen zwei Selektionsdrücken: a) Gametengröße (Überlebensfähigkeit), b) Gametenzahl (Fruchtbarkeit)
Bei der sexuellen Vermerhung kommt es zu dirsuptiver Selektion
Isogamie
beide Gameten sind von gleicher Größe;
sex allocation Theorie
sex allocation = geschlechtsbezogene Ressourcenaufteilung;
Sex ratio = Geschlechtsverhältnis, Anzahl männlicher und weiblicher Nachkommen. (in der Natur meist ausbalanciert)
> Geschlechterverhältnis sollte ausgewogen sein aber die Vererbung vo Geschlechtschromosomen ist divers;
Fisher-Prizip des Geschlechterverhältinsses: (einfacher Fall, gilt wenn 5 Annahmen zutreffen)
>Männliche und weibliche Nachkommen sind gleich teuer)
>die rel. Fitness mänlicher zu weiblicher Nachkommen varriiert nicht zwischen Familien
>die Population ist groß und panmiktisch (jeder pot. mit jedem)
>die Eltern bestimmen das Geschlechterverhältnis der Nachkommen
>autosomale elterliche Gene bestimmen das Geschlechterverhältnis ihrer Nachkommen
Annahme des linearen Fitnessgewinnes:
wenn ein Elter seine Investition in ein Geschlecht erhöht, wird die Zahl des durch dieses Geschlechts weitergegebenen Genkopien proportional steigen.
ABER Fitnessgewinne sind nicht immer proportional und die Fitnessgewinnfunktion kan für Männchen und Weibchen unterschiedlich sein.
vier Fragen zur Bestimmung der Funktion eines Merkmals
Proximate Fragen (nach der Wirkursache)
1)Funktionalität > was verursacht die Expression eines Merkmals (chemisch, psychisch..) >>Mechanismen
2)Temporal> was spielt die Entwicklung für eine Rolle (Erfahrung, Lernverhalten..) >> Otogenese
Ultimate Fragen (nach der Zweckursache)
3)Funktionalität > inwiefern bietet das Merkmal einen Überlebensvorteil? (Anpassungswert) >>Selektionsvorteil
4)Temporal > welche Rolle spielt die evolutionäre Geschichte des Merkmals? (Selektionsvorteil auf Phylogenetischer Ebene) >>Phylogenese
Darwin Infos
1809-1882; Britischer Naturalist
hat Medizin, Theologie und Naturwissenschaften in Edinburgh studiert.
1831-1836 Expedition um die Welt auf dem Schiff Beagle; 1840-1880 schrieb er mehrere Bücher über die Naturgeschichte verschiedener Organismengruppen, über Geologie, Korallenriffe und Vulkane;
wichtigstes Werk: the origin of species by means and of natural selection
5 Schritte der Evolution nach Darwin
1)Individuen einer Art unterscheiden sich in verschiedensten Merkmalen (Farbe, Morphologie...)
2)einige dieser Varianten sind vererblich; im Durchschnitt ähnelt der Nachwuchs seinen Eltern und Geschwistern mehr als den übrigen Individuen seiner Population
3)Organismen verfügen über die Kapazität, sich stark auszubreiten; sie produzieren mehr Nachkommen als zum Erhalt der Population nötig wäre >das ist der Grund aus dem es Konkurrenz zwischen den Individuen um Ressourcen geben muss
4)als Resultat aus dieser Kokurrenz werden manche Varianten mehr Nachkommen zeugen als andere; diese Nachkommen erben die Eigenschaften iherer Eltern und so vollzieht sich evolutionäre Veräderung durch > Natürliche Selektion (auch:das unterschiedliche Überleben/Durchsetzen alternativer Merkmale)
5)als Kosequenz dieser natürlichen Selektion werden die Organismen an ihre Umgebung angepasst; einige besser andere schlechter > Selektion
5 Schritte der Evolution nach Darwin (kurz und knapp)
zwei Ursachen für genetische Variation
1)Mutationen (1 in 100.000 oder in einer Million)
2)Rekombination (sie kreiert neue Merkmalskombinationen, sie vermischt sie nicht; sie passiert in jeder Generation in sexuellen Organismen)
Beispiele für natürliche Selektion zeigen, dass...
> geographische Variaiton geht einher mit lokaler Selektion (lokale Anpassung)
>Überlebensunterschiede gehen einher mit der lokalen phäno- und genotypischen Frequenz
>Evolution kann rückgängig gemacht werden wenn die Umgebung sich zurück ändert
>Evolution kann in sehr kurzen Zeiträumen passieren
>der Beobachter sieht Evolution schrittweise passieren
>der selbe Phänotyp kann sich mehrmals rausbilden
>Selektion kann Populationen auseinanderweichen lassen
stabilisierende Selektion
findet statt, wenn die Individuen einer Population über viele Generationen hinweg unter konstanten Umweltbedingungen leben. Individuen, deren Merkmale nahe am Mittelwert der Population liegen, zeigen eine höhere Fitness. Extreme bzw. vom Mittelwert abweichende Phänotypen können sich nicht durchsetzen. Somit führt stabilisierende Selektion zu einer geringeren phänotypischen Variabilität.
gerichtete Selektion
es kann sein, dass sich ein Merkmal, das vorher nicht von Vorteil war, plötzlich wichtig wird und an Bedeutung gewinnt. Hier spielen sich verändernde Umweltbedingungen eine wesentliche Rolle.
-> Das Merkmal, welches bisher vorherrschend war wird seltener.
-> Die Ausnahme wird häufiger und ist bald schon vorherrschend.
Phänotypische Formbarkeit/Plastizität
die Fähigkeit eines Genotypens, unterschiedliche Phänotypen zu zu expressieren/produzieren in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen
Direktes Resultat äußerer eiflüsse oder eine entwickelte Anpassung
trade-offs und ihre Rolle in der life-history Evolution
trade-off: Wechselbeziehung zwischen Fitness und dem bestimmten Merkmal (fitness Komponenten)
>die Äderung eines Merkmals das mit hoher Fitness korreliert ist wird mit dem Fitnessverlust bei diesem Merkmal alternativen Eigenschaften in Verbindung gebracht/errechnet; die trade-offs reflektieren die Kosten der Anpassung
Ein Trade-off liegt dann vor, wenn man eine Verbesserung (oder Erlangung) eines Aspektes nur unter Inkaufnahme der Verschlechterung (oder des Verlustes) des anderen Aspektes erreichen kann.
demographische Definition:
Altern
das nichtumkehrbare Wachstum der Mortalität und der Rückgang der Fruchtbarkeit mit steigendem Alter
Reproduktiver Wert des Alterns (Definition)
Altern kan auch als der unaufhaltsame, nichtrückkehrbare Abfall des reproduktiven Werts mit zunehmendem Alter definiert werden
Mechanistische (proximate) Erklärungen für das Altern
>nicht zu verwechseln mit den Evolutionären (ultimaten Erklärungen >evolutionäre Geschichte, Funktion unter Einbeziehung Darwins aufgestellter Gesichtspunkte)
genetische, molekulare, physiologische0 und zellulare Prozesse:
>oxidative Schäden führen zur Zerstörung der Funktionstüchtigkeit lebendiger Zellen
>DNA-Schäden (somatische Mutationen) bsp Krebs
>Verlust von Telomeren (Chromosomenden)
>Tod von Neuroen
>Verlust von Kochegewebe (Osteoporose)
>Abbau von Oozyten (unreife Eizellen) Menopause
>Anhäufung von außerchromosomaler rDNA (Hefeentwicklung)
Warum braucht Altern eine evolutionäre Erklärung?
>wenn Entwicklung möglich ist, warum dann nicht Erhaltung?
>unsere Keimzellen altern nicht
>es bestehen große Unterschiede zwischen genetisch ähnlichen Individuen (Bienen Königin, Arbeiterinnen..)
>manche Organismen scheinen weniger schnell/stark zu altern
>es bestehen große Unterschiede zwischen den Altersstrukturen engverwandter taxa
>Innerhalb Populationen varriiert die genetische Veranlagung für Altersgeschwindigkeit- /Ausprägung
Altersspezifische Ausprägung von Merkmalen
Selektionsdruck auf die Mutante die eine altersabhängige Ausprägung hat.
antagonistische Pleiotropie (Hypothese nach Williams)
George Williams
Die antagonistische Pleiotropie geht von zwei Annahmen aus:
>Ein einzelnes Gen kann in einem Organismus mehrere Funktionen haben (Pleiotropie)
>Diese pleiotropen Funktionen können der Gesundheit eines Individuums entgegenwirkende (antagonistische) Auswirkungen haben
Die Hypothese besagt, dass einige Gene in jungen Jahren vorteilhaft, im Alter aber eher schädlich sind. Solche Gene werden antagonistisch pleiotrope Gene genannt.
Da die schädlichen Wirkungen dieser Gene erst im Alter nach der reproduktiven Phase auftreten, haben sie nur eine geringe evolutionäre Auswirkung. Die Natur kann nicht direkt gegen ein Gen oder dessen Mutation selektieren, die ein Individuum im Alter tötet, wenn dessen schädliche Wirkung erst nach Abschluss der reproduktiven Phase auftritt.
Überprüfung der Hypothese von antagonistischer PleiotropiE
Test: Physiologische Manipulationen und die natürliche Platizität (Reaktionelle Veränderungen des Phänotyps durch Umwelteinflüsse)
>die Kastration von semelparen (einmal reproduktiven) Tieren verlängerte ihr Leben um ein Vielfaches
>bei vielen Organismen schreitet das Altern langsam/verzögert vorran, wenn die Reproduktion verhindert wird
>zwanghafte Ernährungsumstellung (Minimaldiät) verzögert bei viele Org. das Altern, verhindert aber auch temporär die Reproduktion
>viele Organismen surchlaufen einen freien Lebensabschnitt, mit vielfach gedrosseltem Altern aber sind dann auch nicht reproduktiv aktiv (abschalten von Reproduktivität)
die Mutations-Akkumulations Theorie des Alterns (Peter Brian Medawar)
spät im Leben auftretende Mutationen akkumulieren sich da die Selektion nicht entgegen wirkt > Reproduktionsaktivität ist vorbei
Die Mutations-Akkumulations-Theorie begründet sich auf zwei Überlegungen:
1)Allele können in allen Lebensphasen eines Organismus aktiv werden und so den Phänotyp beeinflussen. Dieser Zeitpunkt kann beispielsweise auch im hohen Alter des Organismus liegen.
2)Die Selektion ist bei älteren Individuen eine schwächere Kraft als bei jüngeren, da ältere Individuen im Normalfall einen deutlich geringeren Anteil an der Gesamtpopulation haben.
Das Altern ist nach der Mutations-Akkumulations-Theorie die Folge einer abgeschwächten Selektionswirkung auf spät wirksame Allele, die einen wie auch immer gearteten fitnessmindernden Effekt haben.
Nahezu alle Tiere in der freien Wildbahn sterben den Katastrophentod, beispielsweise durch Unfälle, Krankheiten oder Prädatoren, bevor sie in den Bereich der maximalen Lebenserwartung (ω) kommen. Medawar schloss daraus, dass in hohem Alter kein ausreichender Selektionsdruck gegen das Altern vorhanden ist.Als Folge von vernachlässigten Reparaturmechanismen würden sich über die Lebensspanne des Organismus Mutationen in den Zellen ansammeln (Mutations-Akkumulation), die erst in fortgeschrittenem Alter ihre negativen Auswirkungen zeigen und dort zu den bekannten Alterserscheinungen führen.
extrinsische Mortalität
Tod durch äußere Einflüsse
intrinsische Mortalität
steigt mit dem Alter, aus Individuum bedingt, organisch etc
Prognosen die aus der evolutionären theorie des Alterns hervorgehen
Altern benötigt eine Eltern-Kind-Asymetrie
>Einzeller mit symmetrischer Teilung würden nicht altern
>einige vielzellige, modulare Organismen mit unklarer Abgrenzung zwischen Eltern und Nachkommen zeigen keine Altersspuren
>Einzeller mit asymetrischer Zellteilung zeigen Alterserscheinungen
Zellteilung von Bakterien und Altern
einige Prokaryoten altern:
Bs. Caulobacter crescentus
Zellteilung von Bakterien ist nicht symmetrisch, was zur Folge hat dass nicht abbaubare Stoffe sich auf beide Tochterzellen verteilen wobei eine Zelle mehr bekommt als die andere und altert!
abnehmender Ertrag und Grenzwert bei der Futtersuche am Beispiel des Star
wie viele Larven sollte die Mutter bei einer Tour mitbringen?
die optimale Beladung hängt ab von der benötigten Zeit, je kürzer der Trip desto geringer die optimale Beladungsmenge
Costs an benefit (Zeit und Futter)
Annahme, dass der Star seine Futtersuche optimieren will (Anpassung) und die Nettofutterrate maximieren will
einbezogen werden müssen verschiedene Sachzwänge, und die Vermutung dass der Star sich über diese bewusst ist und dementsprechend optimierend handelt
optimale Futtersuche
tierisches Verhalten erlaubt ein optimiertes Vorgehen um zu testen ob ein bestimmtes Verhalten ein maximieren der Vorteile begünstigt
verschiedene details müssen überdacht werden, wenn die Vorteile bemessen werden sollen (physiologie der Tiere, trade-offs, Einschränkungen..)
Das ultimate Mass dieses Erfolges ist die Fitness, diese jedoch ist schwer messbar; anstatt dessen können versch. Fitnesskomponenten gemessen werden.
aposematism (Fishers Hypothese)
Warnfarben tragend
Batesian Mimikry
die Nachahmung eines wehrhaften oder ungenießbaren Tieres durch harmlose Tiere zur Täuschung von Feinden als Mimikry.
Inzwischen ist bekannt, dass es sich hierbei um einen Spezialfall der Schutzmimikry handelt, die den Namen des Entdeckers erhielt.
Müllerian Mimikry
liegt hier im eigentlichen Sinne keine Mimikry vor, sondern Signalnormierung, denn hier passen sich verschiedene Arten aus verschiedenen Gattungen aneinander an, die ihre Vorzüge teilen.
Der deutsche Biologe Johann Friedrich Theodor Müller (1821–1897) fand bei seinen Beobachtungen von Schmetterlingen heraus, dass gleich aussehende Tiere nicht immer derselben Gattung angehören müssen. Im Laufe der Stammesgeschichte hatten sich ungenießbare Schmetterlinge eine gemeinsame Warntracht zugelegt, so dass die Fressfeinde sie nicht mehr auseinanderhalten konnten. Daher musste der Fressfeind nur bei einem Tier die schlechte Erfahrung machen und mied in Zukunft alle gleich aussehenden Tiere. Hiervon profitieren beide Arten.
Mertensche Mimikry
Passt sich eine gefährliche oder ungefährliche Art einer mäßig gefährlichen Art an, so spricht man von Mertens'scher Mimikry.
Ein Beispiel für diese Art Mimikry sind die Korallenschlangen
Auf dem amerikanischen Kontinent kommen etwa 75 außergewöhnlich farbenprächtige Korallenschlangenarten vor. Ihre leuchtenden Farben Gelb und Rot dominieren neben dem Schwarz. Sie können daher leicht verwechselt werden. Diese Schlangen sind nicht näher verwandt und gehören zu 18 verschiedenen Gattungen von denen einige hochgiftig, andere nicht sind
trade-offs zwischen Auffäligkeit und Unauffälligkeit
Kompromissfindung zwischen Auffälligkeit für Geschlechtspartner und Tarnung vor dem fressfeind
die vergleichende Methode
Vergleich zwischen Spezies ist eine starke methode wenn Experimente nicht möglich sind
am wichtigsten ist hierbei:
>genügend Spezies um die Studie handfest zu machen (das Vergleichen von 2 Arten ist nicht ausreichend um Hypothesen zu untermauern)
>Wahl des richtigen taxonomischen Levels (Spezies, gattung, Familie..)
>wenn nötig Korrektionen bei geläufigen Ahnen vornehmen
>testen von alternativen hypothesen
>Gebrauch von Statistiken um Beziehungen zwischen Merkmalen abzugleichen