Introduction to Evolutionary Biology

= Claden, sie enthalten mindestens 2 Taxa.
 

d ist korrekt, der rest ist falsch.

A) nur tiger hat streifen --> kein plesiomorphie

b) Leopard ist eine basalere Gruppe, deshalb keine Monophyletische Gruppe

c) Löwe ist genau gleich weit von Bobcat und Lynx entfernt verwandt.

Phylogense: Stammesgeschichtliche Entwicklung + Verwandtschaftsverhältnisse
Es ist die evolutionäre Geschichte jedes Lebewesens.

Ein phylogenetischer Baum visualisiert das Ganze, er beschreibt das Muster  und den Zeitpunkt von Änderungen. Er zeigt auch auf in welcher Reihe sich die Spezies entwickelt habe und wie sie verwandt sind. Dabei werden die Spezies definiert durch:

- Vererbten Merkmale
- homologe Merkmale

Es gibt immer artinterne Variation. Einige variationen können durch diverse Gründe bevorteilt werden, andere sterben aus. Bevorteilte Variationen setzen sich langsam durch, oder falls es zu geografischer Trennung (Individuen mit der Variation können sich nicht mer paaren mit denjenigen ohne) sehr schnell.

- Genetik

- Phänotypische Merkmale

Schaut man die Entstehung eines Merkmals innerhalb eines Stammbaumes an, gibt es meist mehrere Möglichkeiten, an denen dieses Merkmal entstanden sein könnte. 

Die einfachste möglichkeit ist meist die wahrscheinlichste. Parsimonie: Theorie der Sparsamkeit.

Der Rechte, dort wird der Baum nur an zwei stellen geändert, er erfüllt also die Parsimonie besser als der Rechte.

Die Gene versch. zu vergleichender Spezies werden aneinander ausgerichtet. Dann werden einzelne Gensequenzen (spalten in der Grafik) angeschaut:

- plesiomorphisch: Alle Gleich, --> keine Aussage über Verwandschaft möglich, non-informative

- synapomorph: man kann feststellen aus vergleich von 2 Sequenzen, dass die spzeis verwandt sind und wann sich eine änderung von einigen dieser Spezies hervorgetan hat. -->informativ

- homoplastic: könnte meinen die 4 Individuen sind verwandt --> allerdings nur Zufall --> Misleading

-autapomorphic: nur ein gen (oder wenige) sind anders als alle andern in einer Sequenz, daraus können auch keine Verwandschaftsverhältnise abgelesen werden. --> non-informative

Bootstrapping ist eine Statistische Methode, bei der Ausgehend von einer Stichprobe wiederholt eine Verteilung o.Ä. erreichnet wird. Hier wird das Bootstrapping verwendet um einen Stammbaum zu überprüfen.

1. Schritt:

original Daten sammeln (=Stichprobe). Die ingroup sind die Spezies in einem Stammbaum, die outgroup ihr gemeinsamer Verwandter von einem Vorfahren.

Danach werden die Sites in den original Daten neu gemisch und vertauscht. Dies wird. ca 100 mal (oder mehr) gemacht. --> neue Stammbäume entstehen

Bei diesen wieder die Änderungen (Steps) zählen.

Alle Stammbäume welche die gleiche Anzahl steps und das gleiche Aussehen haben, werden zusammengezählt und so ihr prozentualer Anteil zu allen gemachten Samples berechnet. Je höher der Prozentuale Anteil desto stabiler ist der gefunde Baum.
 

Distance Based Methods --> Neigbour Joining

Genetische distanz bestimmen.

Durch Evolution gibt es unterschiede in Sequenzen --> je grösser diese desto mehr Evolution --> gemeinsamer Verwandter weiter weg!

Achtung: gleicher Buchstabe in Sequenz heisst nicht unbedingt dass keine Evolution, denn G --> A --> G ist Evolution sieht aber gleich aus.

Nun mit gefundenen Daten aus Schritt 1. Matrix aufstellen

- Genetische Distanz zwischen zwei Individuen in einer Matrix aufzeigen.

- Kleinste Distanz markieren, als Indikator auf nahe Verwandschaft.

Schritt: Nachbarschaftsbeziehungen eintragen

Die aus der Matrix gewonnen Informationen in den Startbaum (c ) eintragen

Long Branch attraction: zwei sehr lange äste (wie bei der outgroup) können als monophyeltische gruppe gesehen werden, was nicht der Wahrheit entsprechen muss. Passiert vorallem bei langen Ästen!

Einzelne Fakten leiten uns zu einer Generellen Entscheidung.

Ausgehend von Generalitäten kann man einzelne Statements machen

z.b.

1. Generalität: Menschen sind sterblich

2. ich bin Menschlich

daraus kann ich schliessen, dass ich sterblich bin.

\(h^2=Varianz (Genotyp)/Varianz(Phenotyp)\)

Zu wieviel hängt die varianz des Genotyps von der Varianz des Phänotyps ab?

Falls h=1 dann entsteht eine Gerade. Denn jedes genotypische Merkmal fürht zu genau einem phänotypischen Merkmal. Der Einfluss der Umwelt ist hierbei 0, alle Phänotypischen Merkmale wurden vererbt.

Falls h=0 dann nicht definierbare Punkteverteilung. Denn keines der genotypischen Merkmale führt zu einer phänotypischen Ausprägung. Der Einfluss der Umwelt ist also 1, alle phänotypsichen Merkmale wurden durch Umwelteinflüsse geschaffen.

Var(P) = Var(G) + Var (E) + CoV(GxE)

Variation Phänotyp = Variation des Genotyp + Variation der Umwelt + Covariation von Umwelt und Genotyp

Bei kalten Temperaturen werden in die Membran vorallem ungesättigte Fettsäuren eingebaut. Dadurch bleibt sie trotz den kalten Temp flüssig.

Dieser Effekt kann als Covariation bezeichnet werden. Die Umwelt variiert (verändernde Temp), auf diese Variation hält der Genotyp eine Variante bereit um damit umgehen zu können, nähmlich vermehrt unges. Fettsäuren einzubauen.

Evolviert unsere Population?

Falls nicht ist die Popultaion im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht.
 

Das HWP ist ein Null-Modell. d.h. wir haben einen Graph wie unsere Population sich entwickeln würde falls keine Evolution herrscht und vergleichen dies mit realen Graphen um herauszufinden ob die Population evolviert.

1. unendliche Populationsgrösse

2. zufälliges Paaren unter allen Individuen einer Population

3. Keine Evolution --> keine Selektion, keine Mutation, keine Migration, kein genetischer Drift

Alle Kräfte in der Grafik dürfen nicht vorhanden sein.

Der Genpool bezeichnet die Gesamtheit aller Genvariationen (Allele) einer Population. Die Population hat alle diese allele zur Verfügung, um sich ihrer Umwelt optimal anzupassen.

Quelle: Wikipedia

Berechnung der Allelfrequenzen

Berechnung der erwarteten Populationsgrösse

1. wie viele Allelen gibt es insgesamt? N=100 Individuen mit 2 Allelen --> 2N = 200

2. Wie viele male habe ich A und wieviele male a? --> diese durch gesamt Anzahl Allele teilen

A: (36+36+48)/200 = 0.6
a: (48+16+16)/200= 0.4

--> die Frequenzen sind: 0.6 für A und 0.4 für a

Man wendet die Mendelschen Regeln auf diese Frequenzen. So kann man in diesem Bsp für die drei Genotypen AA, Aa und aa berechnen wie gross die Wahrscheinlichkeit (Probability) ihres Auftretens ist.

Alle Wahrscheinlichkeiten zusammengezälht müssen natürlich 1 ergeben.

Man kann für eine Population berechnen wie viele Individuen der verschiednen Genotypen in der nächsten Generation erscheinen, falls die Population eine ideale HW-Population ist.
 

\(p^2 + 2pq + q^2 =1\) oder \((p+q)^2=1\)

p steht für die Frequenz des Allel A und q für das allel a.

Hardy und Weinberg zeigten, dass in der Abwesenheit jeglicher Evolution jede Allelfrequenz im Gleichgewicht sein kann, wobei alle Allefrequenzen zusammen gezählt 1 ergeben müssen.

In Grafik a = A2

- Directional Selection: Indivieduen an einem Ende der Phänotypischen Bandbreite werden bevorzugt.

- Disruptive (zerstörend) Selecion: Individuen an beiden Extremen der Phänotypsichen Bandbreite werden bevorzugt.

- Stabilizing Selection: Intermediate Varianten werden bevorzug, Extreme werden benachteiligt.

1.  Effekt der Populationsgrösse N --> Je kleiner N desto höher der genetische Drift
2. Effekt der Selektion --> je stärker die Selektion desto schneller Ändern Allelfrequenzen
3. Effekt der Migration --> je mehr Migranten desto mehr fremde Allele werden eingemischt. ("Admixture")
4. Effekt der Mutation --> je höher die Mutationsrate desto mehr neue Allelen werden gebildet
5. Wählerische Paarung --> Sexuelle Selektion führt nur zur Änderung der Genotypfrequenz

1. Allelfrequenzen ändern sich über die Zeit: \(p(t=0) \neq p(t=1)\)

2, Die Genotypfrequenzen entsprechen nicht den erwarteten Werten. \(f(AA) \neq p^2 \) usw.
 

Auf eine Population wikt ein unbestimmter genetischer Drift, meist weil die Populationsgrösse klein ist.Die anderen Evolutionskräfte werden jedoch immer noch als inexistent angenommen.
 

Wenn auf eine Population die natürliche Selektion wird. Die ungleichen Überlebenschance werden im sogenannten Selektionskoeffizienten s ausgedrückt.

Die anderen Evolutionskräfte werden jedoch immer noch als inexistent angenommen.