Introduction to Evolutionary Biology
Lernkarten zu der Vorlesung Introduction to Evolutionary Biology für 3 Semester UWIS Studierende an der ETH Zürich.
Lernkarten zu der Vorlesung Introduction to Evolutionary Biology für 3 Semester UWIS Studierende an der ETH Zürich.
Fichier Détails
| Cartes-fiches | 211 |
|---|---|
| Utilisateurs | 31 |
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Biologie |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 24.10.2014 / 17.07.2020 |
| Lien de web |
https://card2brain.ch/box/introduction_to_evolutionary_biology
|
| Intégrer |
<iframe src="https://card2brain.ch/box/introduction_to_evolutionary_biology/embed" width="780" height="150" scrolling="no" frameborder="0"></iframe>
|
Genetischer Drift führt zu Verlust von Heterozygosität. Wie gross ist dieser Verlust, falls es keine Mutation und keine Selektion gibt?
Formel in der Grafik, nach Sewell Wright.
D.h. eine Population mit einem Diploiden organismus (2N in der Formel) verliert mit jeder Generation 1% an Heterozygosität.
Nenne ein Experiment welches durchgeführt wurde und den Heterozygostitätsverlust zeigt.
Peter Burri startete ein Experiment mit 107 Populationen aus je 8 männlichen und 8 weiblichen Fruchtfliegen. Diese Populationen liess er über 19 Generationen entwickeln und stellte fest dass sich nach 19 Generationen praktisch alle Allele schon fixiert hatten.
Was ist interessant am Experiment von Burri im Bezug auf die Formel von Wright?
Rechnet man den Verlauf des Verlust der Heterozygosität nach der Formel von Wright kommt man darauf dass der Verlust viel langsamer Verlaufen müsste als er es in der Realität tat.
Dies liegt daran, dass bei der Reproduktion von einer Generation zur nächsten nie alle Individuen einer Population teilnehmen, sondern immer nur ein Teil von Ihnen!!
Wie kann man also trotzdem die Formel von Wright benutzen?
indem man die Populationsgrösse N anpasst. NE stellt die Anzahl effektiv für die Reproduktion zur verfügung stehenden Individuen dar. Dies muss Experimentell bestimmt werden!!
Ungleicher Geschlechter-Verteilung hat einen grrossen Einfluss auf NE. Je höher diese Ungleichheit ist desto kleiner ist NE. Je kleiner NE ist desto höher ist der Effekt des genetischen Drifts!
Grafik: Formel um NE zu bestimmen
Berechne NE für eine Population von 20 Individuen:
- einmal mit 10 Männchen und 10 Weibchen
- Einmal mit 19 Männchen und 1 Weibchen
Resultat siehe grafik.
Interpretation: man sieht, dass die Ungleichheit der Geschlechterverteilung einen grossen Einfluss hat!
Unterscheide Mutation, Selektion und Drift. (je ein satz, tipp: zufall)
Mutation: schaft einen Input an neuen Genen in die Population, passiert zufällig, auch der Effekt auf die Fitness ist zufällig.
Selektion: Evolutionäre Kraft: Einige genetische Varianten reproduzieren sich besser als andere aus einem bestimmten Grund --> kein Zufall.
Genetischer Drift: Evolutionäre Kraft: per Zufall ändert sich die Allelfrequenz.
--> Die Evolutionäre Kraft der Selektion ist invers proportional zur Evolutionären Kraft des Genetischen Drifts.
Welchen Effekt hat der genetische Drift (ohne andere Kräfte) auf die Diversität?
In der Abwesenheit von Selektion, Mutation und Migration würden alle allele entweder gegen Fixierung oder Verlust wandern (driften).
Genetischer Drift als einzige Evolutionäre Kraft würde die genetische Vielfalt reduzieren auf 1. Allel.
welche Kräfte können Evoltionäre Veränderung hervorrufen? (sehr wichtig)
Kräfte welche Variation kreieren in evolvierenden Populationen:
- Mutation
- Rekombination
Kräfte welche das Schicksal dieser Variationen bestimmen:
- Selektion
- Genetischer Drift
- Migration
- nonrandom mating
Welchen Effekt hat migration auf 2 Genpools?
Migration wirkt dem genetischen Drift in zwei Genpools entgegen in dem es immer wieder neue Allele in den einen Genpool vom anderen einbringt.
Was beschreibt der Fst -Wert?
Zwei voneinander getrennte Populationen unterscheiden sich zu einem gewissen Grad. Dieser Grad misst der Fst-Wert.
Eine Art breitet sich auf verschiedene Inseln aus. Es gibt unterschiedliche Populationen welche jung, mittel oder alt sind. Welche Kräfte wirken bei welche Population. Wie ist der F(st)-Wert?
Bei alten (schon lang existierenden) Populationen wirkt vorallem die unterschiedliche Reproduktion (Selektion). Sie haben einen relativ hohen F(st)-Wert, da sie sich an die Jeweiligen gegebenheiten angepasst haben.
Bei Populationen mittleren Alters wirkt vorallem die Migration aus anderen Gebieten. Sie haben einen relativ geringen F(st) wert da immer wieder neues Genmaterial aus anderen Populationen kommt.
Bei jungen Populationen wirkt der Founder Effekt (Bottleneck!). Aufgrund des bottleneck haben sie einen relativ hohen F(st)-Wert welcher aber sehr stark schwanken kann. (je nach Bottleneck)
Gegeben: eine Grosse Gründerpopulation auf einem Kontinent und eine leere Insel na beim Kontinent.
was Passiert?
Da grosse Gründerpopulation --> grosser Druck (wenig Platz, viel Konkurrenz) auf das einzelne Individuum --> wandert aus um Druck zu entgehen auf Insel. --> auf der Insel bildet sich neue Population. --> stetig migration von der Gründerpopulation auf die Insel --> Gründerpopulation grossen Einfluss auf die Inselpopulation.
--> Individuen wandern mit der Zeit von der Insel zurück auf den Kontinent aus. Diese jedoch keinen Einfluss auf die Gründerpopulation.
Was für einen Einfluss hat das nonrandom Mating (NRM) auf das HW-Gleichgewicht?
NRM führt zu einer Abweichung vom Hardy-Weinberg-Gleichgewicht, da es zu einer Selektion führt.
Welche beiden Arten von nonrandom mating gibt es?
Assortative Mating (selektive Paarung)
Inbreeding (Inzucht)
Welche Arten von Assortative Mating gibt es?
positive AM: gleich und gleich paart sich --> man sucht sich einen Geschlechtspartner welcher sehr ähnlich ist. --> häufigste Form von AM
negative AM: Gegensätze ziehen sich an.
Es gab eine MHCII-Geruchs-Studie. Um was ging es da?
MHC sind eine Gruppe von Genen welche für die Krankheitsabwehr zuständig sind. Je mehr MHC Gene man hat, desto mehr Krankheiten kann man abwehren. Mit dieser Studie hat man bewiesen dass Menschen andere Menschen attraktiv finden, welche viele MHC Gene haben welche man selber nicht hat --> Kind hätte dann alle beide! Menschen können dies über Geruch feststellen
Bsp für negative AM!
Was ist inbreeding?
Inzucht: Die meist vorkommende Form von NRM, führt dazu dass die Heterozygoten Zahl abnimmt und somit das HWP nicht mehr erfüllt ist.
Was ist selfing?
Selbstbefruchtung
Wieso führen Selfing und Inbreeing zu einer Reduktion der Heterozygoten.
Aus Homozygoten können bei Selfing nur Homozygoten entstehen. Aus Heterozygtoen entsthen bei selfing jedoch nicht nur heterozygoten sondern auch homozygoten --> immer weniger homozygoten
beim Inbreeding sind die Gene zum Teil so ähnlich dass das selbe passiert wie beim Selfing
Wie lautet die Formel für die Heterozygosität in Populationen mit Inzucht?
Siehe Grafik
Heterozygosität in einer Population mit Inbreeding ist immer kleiner als bei einer Hardy-Weinberg Population.
Welchen Einfluss hat Inzucht auf die Fitness?
Wie wird dieser Einfluss gemessen?
Inzucht verringert die Fitness, da sie zu mehr Homozygoten führt. Homozygoten können nicht mehr so gut mit sich verändernden Umweltbedinugnen umgehen. Zudem kommen bei ihnen schädliche Allele eher zur ausprägung.
Dieser Einfluss wird delta ausgedrückt (Inbreeding depression = Schwäche durch Inzucht):
\(\delta=1- {\omega(inbred) \over \omega(random)}\)
Wo tritt Inzucht am meisten auf?
Bei sehr kleinen Populationen
Welche Methoden gibt es in der Natur um Inzucht zu verhindern?
Partnerwahl --> auswählen, sodass es keinen Verwandten trifft
Migration --> abwandern wenn es nur noch Verwandte hat um sich zu paaren
Selbst-Inkompatibilität --> vorallem bei Pflanzen sehr wichtig damit es nicht zur Selbstbestäubung kommt.
Um das greater prairie chick in den USA zu schützen wurden ihre Populationen eingezeunt. So wurde es nicht mehr von Fressfeinden bedroht. Population wuchs stark und brach dann extrem ein.
Wieso?
Durch das Einzeunen konnten die Jungen nicht mehr abwandern. Es kam zu Inzucht und es kam zu einem Verlust der Genetischen Varietät sodass die vögel fast ausstarben.
Erkläre was im Beispiel des greater Prairie chicks was Evolutionstechnisch passierte mit den bis jetzt gelernten Begriffen. Beginne mit dem Zusammenbruch der Population.
Die Population brach zusammen --> starker Bottleneck (nur weniger Allele "überlebten")
Nur noch sehr kleine Population --> Selektion praktisch inaktiv, mehr Inzucht, stärkerer genetischer Drift
Mehr Inzucht & stärkerer Drift --> Verlust der Heterozygosität --> Anhäufung von schädlichen Allelen --> Verringerung der Fitness.
Wie konnte das greater prairie chick gerettet werden?
Gehege wurden viel grösser gemacht. Die Individuen konnnten migrieren und so wurde der Inzucht entgegengewirkt. Population konnte sich erholen.
Welches ist neben der Mutation die treibende Kraft hinter der Entstehung von neuer genetischer Variation in Populationen?
Rekombination!
Wie wird Rekombination in der Natur gemacht?
Sex führt zu einer Rekombination der Gene. Führt zu einer neuen Mischung der in der Population vorhandenen Allele
Wozu wird die Rekombination und somit Sex gebraucht?
Um mit den Veränderungen in unserer Umwelt mitzuhatlen. Z.B. neue Pathogene oder anderes Klima.
Haben alle Organismen sex?
Nein (Bakterien), Sex hat auch nachteile.
Das Leben entstand ohne Sex.
Welche Nachteile hat Sex?
- Energie für Patnersuche
- Auswählen bzw. Konkurrieren von gewissen Partnern
- Risiko von Sexuell übertragbaren Krankheiten
- man muss fruchtbare Nachkommen prduzieren, welche sich wieder fortpflanzen können
- Aus 2 Eltern entsteht nur 1 Nachkomme
Was versteht man unter den doppelten Kosten von Sex?
1. Pro Nachkomme wird nur die Hälfte an verfügbaren Allelen der Eltern verwendet!!
2. Es braucht immer Zwei indidivuden um Nachkommen zu zeugen (grafik)
Es gibt also viele Nachteile von Sex. Wieso gibt es also trotzdem Sex?
Der Vorteil der Rekombination und somit der raschen Anpassung an ändernde Umweltbedingungen ist grösser.
Was ist genetische Koppelung (genetic linkage)?
Wenn zwei Gene gekoppelt sind werden Sie sich immer zusammen Entwickeln. d.h. wird das eine Gen zur Expression gebracht wird auch das gekoppelte Gen in Erscheinung treten.
Was bedeutet die genetische Kopplung für die Evolution?
Wenn man die Evoultion für ein Gen anschaut hat dies auch einen Einfluss auf ein anderes gen. --> Hitchhiking-Effekt!!
Wann tritt genetische Kopplung auf?
Wenn die beiden Gene auf dem Selben sich nicht rekombinierenden part eines chromosoms befinden.
--> nahe beieinander bei diploiden, sexuellen Organsimen
--> auf dem Gleichen Ring bei Bakterien
Wann spricht man von einem Multilocus Genotype?
Wenn die Loci von gewissen Genen eines Genotyps miteinander verbunden sind. Man spricht auch von einem Haplotype (haploide Genotype, haploid deshalb weil man dann sieht welche gene miteinander verlinkt sind!)
AB ist ein Haplotype (Locus fpr gen a ist mit gen B verlinkt), Ab ist ein anderer Haplotype (A und B immer noch verlinkt), AB ist jedoch nicht ein Diploider Organismus sondern AB meint dass A mit B gekoppelt ist!
Was ist, wenn ein Linkage Disequilibrium herrscht?
es gibt einen Zusammenschluss von dem Genotyp an einem Locus des Chromosoms mit einem Genotyp an einem anderen Ort des selben Chromosom. --> Linkage ist vorhanden
Dieser Zusammenschluss ist nicht zufällig deshalb eine Abweichung vom Hardy-Weinberg-Prinzip, Haplotypfrequenz kann nicht aus Allelfrequenz berechnet werden.
Da durch die Linkage schlechte Gene zur fixierung kommen können ist das LD in zu grossem Masse Schlecht!!
Was ist wenn ein Linkage Equilibrium herrscht?
- Genotypen an einem Locus sind unabhängig von Genotypen an einem anderen Lokus.
- Gene sind auf anderen Chromosomen oder weit voneinander entfernt --> keine linkage möglich
- Haplotype-Frequenz kann direkt aus der Allelfrequenz berechnet werden.
Was ist der Unterschied zwischen Linkage, linkage equilibrium und linkage disequilibrium?
Linkage passiert aufgrund von relaitver physischer Position auf Chromosomen, Linkage dis- und equilibrium sind chrakterisitka von populationen! --> HWP
