pojam, mjesto i značenje u biologiji razvoj evolucijske...

OSNOVE EVOLUCIJE

� pojam, mjesto i značenje u biologiji

� razvoj evolucijske misli

�dokazi evolucije

� uzroci evolucijskih promjena

� specijacija

�makroevolucija

Pojam, mjesto i značenje u biologiji

EVOLUCIJA = proces promjena tijekom dugog vremenskog razdoblja u 4 sustava:

KULTURAŽIVA BIĆAZEMLJASVEMIR

EVOLUCIJA ŽIVIH BIĆA

= postanak i razvoj života na Zemlji kroz 3,5 md. god.:

�ideja o zajedničkom pretku

�nasljedne promjene tijekom vremena

� izumiranje i razvitak vrsta

�proizvodnja milijuna vrsta“TEORIJA O ORGANSKOJ EVOLUCIJI”

Razvoj evolucijske misli

Poč. 18. st. G. Buffon i G. Cuvier –poredbena anatomija fosila

1809.J.B. de Lamarck –

teorija o nasljeđivanju stečenih promjena

1858. C. R. Darwin – razvitak vrsta prirodnim odabirom (ili preživljavanje najsposobnijih)

1859. A. R. Wallace – ista pretpostavka

S. Brusina – primjena Darwinove teorije i na čovjeka, te značenje razvojnih nizova mekušaca za dokazivanje evolucije

D. Gorjanović-Kramberger – ostaci kostura neandertalca podupiru Darwinovu teoriju

Moderna evolucijska sinteza ili neodarvinističkasinteza

• 1930-40. T.G.Dobzhansky, E.Mayr, G. Ledyard Stebbins, Jr., George Gaylord Simpson i R.A.Fisher

embriologijaantropologija

ekologija

fiziologija

mikrobiologija

medicina

populacijska genetika

Mendelovagenetika

Darwinizam

sistematika

paleontologija

Three of the "architects" of the evolutionary synthesis:

G. Ledyard Stebbins, Jr., George Gaylord Simpson, and Theodosius

Dobzhansky, early 1970s.

• C.Darwin, G.Mendel i T.H.Morgan

• združene Mendelova teorija o nasljeđivanju s Darwinovom teorijom evolucije i prirodnog odabira i postupne evolucije

• sinteza ideja iz područja genetike, citologije, sistematike, botanike, morfologije, ekologije i paleontologije

1953. J. D. Watson i F. Crick – evolucija na molekularnoj (genskoj) razini

Dokazi evolucije1. PALEONTOLOŠKI 2. POREDBENA ANATOMIJA3. GEOGRAFSKA RASPROSTRANJENOST

VRSTA4. IZRAVNA OPAŽANJA5. EMBRIOLOGIJA6. MOLEKULARNA

BIOLOGIJA/GENETIKA7. UMJETNI ODABIR

1.PALEONTOLOŠKIa) Razvojni nizovib) Prijelazni oblicic) Fosilni ostaci

1.PALEONTOLOŠKI

a) RAZVOJNI NIZOVI

1856.Hoernes i Neumayr – razvojni niz oblika kućice puževa iz

rodova Cancellaria i Viviparus

1.PALEONTOLOŠKI

Razvojni niz postupnog razvitka

konja

a) RAZVOJNI NIZOVI

1.PALEONTOLOŠKIb) PRIJELAZNI OBLICI Ribe dvodihalice

(Dipnoi) i resoperke

(Crossopterygii) – živi fosili

(< 400 mn. god.)

1.PALEONTOLOŠKIb) PRIJELAZNI OBLICI

Latimeria

1.PALEONTOLOŠKI

b) PRIJELAZNI OBLICI

RAZVOJNI NIZOVI

Gornjopermski gmazovi

Theriodontia (270 mn. god.) –

različiti zubi poput sisavaca

1.PALEONTOLOŠKIb) PRIJELAZNI OBLICI

Gornjojurska praptica

Archaeopteryx lithographica (<150

mn. god.) iz Solnhofena u Njemačkoj

1.PALEONTOLOŠKIc) FOSILNI OSTACI

Otkrivaju u povijesti života masovna izumiranja zbog

globalnih, brzih i velikih promjena okoliša

Masovna izumiranja(19,3 porodica/106 god.;

prosječno 2,0-4,6)

Sto

pa

izum

iran

ja (%

por

odic

a koj

e s

u iz

umrl

e)(

)

Stopa izumiranja

Masovno izumiranje u kredi

Masovno izumiranje u permu

Prek

ambrij

Broj porod

ica ( )

Kam

brij

Milijuni godina prije sadašnjosti

Broj taksonomskih

porodica

Ord

ovicij

Silur

Dev

on

Trijas

Perm

Kar

bon

Kre

da

Jur

a

Ter

cijar

Paleozoik Mezozoik

Kva

rtar

Kenozoik

DA

A

A

A

A

B

D

B

B

A

D

C

1

23

4

5

6

78

9

D

C

D

C

C

C

BC

EB C

• Nakon izmumiranja,slijede prilagodbena širenja (adaptivna radijacija) preživjelih organizama

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

Prekambrij

Kopnene biljke

Raznolikost životinjskog svijeta

Višestanični eukarioti

Jednostanični eukarioti

Nastanak Zemlje

Prokarioti

Otpuštanje kisika nastalog u fotosintezi

Čovjek

4

32

1

Razdoblja geološke prošlosti Razdoblja geološke prošlosti

Nastanak života na Zemlji prije 3,5-4 md. god.:

�ideja starih Grka da je život nastao udruživanjem nežive tvari = spontano stvaranje�“živo iz živog” = biogeneza, 1862. Louis Pasteur�danas točno, ali prvi organizam?�20-te god. 20. stoljeća; A.I. Oparin i B.H. Haldane

međusobno neovisno pretpostavili uvjete na Zemlji prije 4 md. god. i spontano stvaranje života u tim uvjetima

1953. g. S. Miller i H. Urey – sinteza organskih tvari iz anorganskih

CH4

Kondenzator

Vodena para

Elektroda

H2NH3

Ohlađena voda sadrži organske molekule

Uzorak za kemijsku analizu

H2O

Nastanak života na Zemlji prije 3,5-4md. god.:

�fizičko-kemijskom evolucijom organskih spojeva u plitkim vodama,

�koncentrirana mješavina ili organska prajuha, te reducirajuća atmosfera (mala količina O2 potječe iz vulkanskih para) potiču spajanje jednostavnih molekula u složenije

Nastanak života na Zemlji prije 3,5-4md. god.:

�UV zrake i vulkanska aktivnost pospješuju nastanak aminokiselina, šećera, dušičnih baza, te njihovu polimerizaciju (nastanak proteina i RNA/DNA),

�spoj proteina i nukleinskih kiselina u koloidne čestice i makromolekule (kemosinteza)

�nastanak molekula koje se mogu replicirati (moguć prijenos svojstava – nasljeđivanje)

�pakiranje tih molekula u protobionte; kapljice s membranama koje omogućuju održavanje kemijskog sastava unutar membrana drugačijim od okoline

•RNA – prvi genetski materijal•abiotička replikacija RNA

• Laboratorijska verzija protobionta

Glukoza-fosfat

AmilazaŠkrob

FosforilazaGlukoza-fosfat

FosfatMaltoza

Jednostavno “razmnožavanje” Maltoza

Jednostavan metabolizam

RNA monomeriStvaranje kratkih

RNA polimera

Originalni “gen”

Komplementarni lanac služi kao kalup za stvaranje kopije originalnog “gena”

Povezivanje komplementarnih RNA lanaca (komplementarni parovi su G i C, te A i U)

Prekambrij –početak života na Zemlji

Početak

života

•Prokarioti – od 3,5 do 2,0 md. god.

•Fosili prokariota u stromatolitima

•Sedimenti oko hidrotermalnih izvora u Australiji (oko 3,2 md. god. stari fosili prokariota)

Prokarioti

Stromatoliti u Australiji

•nagli porast kisika; teorija o evoluciji eukariotskih algi koje su sadržavale kloroplast

•prilagodba na “korodirajući” kisik

•adaptacija na stanično disanje; korištenje kisika za sagorijevanje organskih molekula

Leptolyngbya (modrozelena alga); recentna (A) i fosilna (B)

Atmosferski

kisik

•prvi procesi fotosinteze bez fotolize vode i otpuštanja kisika

•3-3,5 md. god. – modrozelene alge(cijanobakterije) (Swaziland, južna Afrika)

•prije 2,7 md. god. cijanobakterije su jedini prokarioti koji oslobađaju kisik pri fotosintezi

•postupno nakupljanje kisika fotosintezom (2,7 do 2,2 md. god.)

A

Eukarioti• nastanak eukariota prije 2,1

md. god.

• endosimbioza?

• jednostanične alge Eukarioti

Višestanični eukarioti•složenija struktura eukariotske stanice pogodovala različitosti eukariotskog života

•evolucija velikog broja jednostaničnih eukariota dovela do različitih protista, ali i višestaničnih eukariota

Višestanični eukarioti

• razvili su se prije 1,5 md. god.

• nastariji fosil datira prije 1,2 md. god. (mala alga; više tipova stanica)

• < 700 mn. god. – meduze (Transvaal)

< 700 mn. god. – anelidni crvi, spužve, žarnjaci i koralji(Ediakara fosili, Australija)

Višestanične alge Girvanella, donji kambrij, Echo Canyon, Death Valley National Park, SAD

Dickinsonia, anelidni crviKambrijska eksplozija

života< 550 mn. god. – tzv. kambrijska eksplozija

•razvili se pretci svih današnjih organizama

Životinje

Sto

pa iz

umir

anja

(% p

oro

dic

a koje

su

izum

rle)(

---)

Stopa izumiranja



Prekam

bri

j

Bro

j poro

dica (---)

Kam

bri

j


Broj taksonomskih porodica

Ord

ovi

cij

Silu

r

Devo

n

Tri

jas

Perm

Kar

bon

Kre

da

Jur

a

Terc

ijar

Paleozoik Mezozoik

Kva

rtar

Kenozoik

Spu

žve

Brac

hiop

oda

Kolu

tića

vci

Mek

ušci

Član

kono

šci

Žar

njac

i

Bodl

jika

ši

Svi

tkov

ci

Rano paleozoik (kambrij)

Milijun

i go

dina

Kasni prekambrij

< 550 mn. god. – tzv. kambrijska eksplozija– 3 hipoteze:

1. Adaptivna radijacija i zauzimanje različitih ekoloških niša koje još nisu bile zauzete;

2. Poticanje različitih prilagodbi zbog pojavljivanje odnosa predator-plijen;

3. Globalne promjene okoliša, napose porast konc. O2 , a time povećanje metabolizma, prehrane i drugih aktivnosti.

< 540 mn. god. – člankonošci trilobitiKVARTAR

HOLOCEN

PLEISTOCEN

< 500 mn. god. – glavonošci nautilidi

< 430 mn. god. – prve papratnjače

< 400 mn. god. - ribe oklopnjače

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

Indijska lađica (Nautilus pompilius )

Silur

• doba riba– razvitak oklopnjača i čeljusnica

Dapalis macruris

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

•oko 440 mn.god.biljke, gljive, životinje naseljavaju kopno

Kopnene biljke

Silur – počinje život na kopnu

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

Devon- vodozemci izlaze na kopno

1 - Ichthyostega4 - Cheirolepis5 - Dipterus6 - Bothriolepis

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

1

5

4

6

Karbon

• Karbonski insekt Meganeuraimao je raspon krila i do 60 cm.

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

Karbonska flora

1. Sigillaria

2. Lycopodiopsida

3. Calamites

4. preslice

6. Crinodon

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

1 2

4

3

6

Mezozoik - doba gmazova• U trijasu naglo

započinje razvitak gmazova, posebno dinosaura.

• Dinosauri su dominantna skupina do kraja mezozoika kada svi izumiru (< 65 mn. god.), a preživljava mali broj preostalih skupina gmazova.

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

< 350 mn. god. –prvi gmazovi (Cotylosauria), velike papratnjače i prve golosjemenjače

Jura

< 200 mn. god. – veliki gmazovi, praptice i amoniti

< 65 mn. god. brz razvoj sisavaca (početkom Tercijara), prevlast kritosjemenjača

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

< 250 mn. god. – prvi sisavci (krajem Trijasa)

•prvi placentalni sisavci (Eomaia, grč. pramajka) prije 125. mn.god.); kukcojedi

Eomaia –prviplacentalni sisavci

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

Sto

pa

izum

iran

ja (%

por

odic

a koj

e s

u iz

umrl

e)(

---)

Stopa izumiranja



Prek

ambrij

Broj porod

ica (---)

Kam

brij


Broj taksonomskih

porodica

Ord

ovicij

Silur

Dev

on

Trijas

Perm

Kar

bon

Kre

da

Jur

a

Ter

cijar

Paleozoik Mezozoik

Kva

rtar

Kenozoik

Prof

. dr.

sc.

Lid

ija

Šve

rFenotipsko određivanje spola

• okolišni uvjeti u određivanju spola jedinke (engl. environmental sex determination; ESD)

• određivanje spola u ovisnosti o temperaturi (temperature-dependent sex determination;TSD)– temperatura tijekom inkubacije

određuje spol

– danas, većina gmazova

– globalna promjena temperaturemože promijeniti omjer spolova u vrsta čiji se spol određuje ovisno o temperaturi tijekom inkubacije

– promjene temperature rezultiralevećem broju muških jedinki dinosaura

– Trenutno globalno zatopljenje također predstavlja rizik za TSD živuće vrste.

Fosilna jaja dinosaura iz perioda jure

Pojava primata

Purgatorius

Prvi primat pojavio se u Sj. Americi u ranom paleocenu ili već u kredi (< 65 mn. god.).

U Montani, SAD nađen fosil Purgatorius janisae(veličina miša, hranio se kukcima).

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

Pojava čovjeka•Razdvajanje filogenetičke linije koja vodi do čovjeka dogodilo se prije oko 3,5 milijuna godina

KVARTARHOLOCEN

PLEISTOCEN

Australopithecusafarensis; oko 3,9-3,0 milijuna godina

Lucy

�Hadar, Etiopija1974

(A) Pan troglodytes, čimpanza, recentna(B) Australopithecus africanus, STS 5,

2,6 mil. god.(C) Australopithecus africanus, STS 71,

2,5 mil. god.(D) Homo habilis, KNM-ER 1813, 1.9 mil. god.(E) Homo habilis, OH24, 1.8 mil. god.(F) Homo rudolfensis, KNM-ER 1470,

1,8 mil. god.(G) Homo erectus, Dmanisi cranium D2700,

1,75 mil. god.

(H) Homo ergaster (rani H. erectus), KNM-ER 3733,1,75 mil. god.

(I) Homo heidelbergensis, "Rhodesia man,“300 000 – 125 000 godina

(J) Homo sapiens neanderthalensis, La Ferrassie 1,70 000 godina

(K) Homo sapiens neanderthalensis,La Chappelle-aux-Saints, 60 000 godina

(L) Homo sapiens neanderthalensis, Le Moustier, 45 000 g.(M) Homo sapiens sapiens, Cro-Magnon I, 30 000 god.(N) Homo sapiens sapiens, današnji čovjek

Ledeno doba koje je započelo prije oko 2 milijuna godina obilježile su velike i relativno brze klimatske promijene (pleistocenske oledbe i međuoledbe). To je uzrokovalo migracije, izumiranja, ali i prilagodbu nekih organizama na takve uvjete, odnosno promjene u rasporedu flore i faune.

Ledeno doba završilo je prije oko 10000 godina kada nastupa holocen u kojem danas živimo.

Pleistocen –ledeno doba

Dokazi evolucije1. PALEONTOLOŠKI �2. POREDBENA ANATOMIJA3. GEOGRAFSKA RASPROSTRANJENOST

VRSTA4. IZRAVNA OPAŽANJA5. EMBRIOLOGIJA6. MOLEKULARNA


2. POREDBENA ANATOMIJA

a) HOMOLOGNI ORGANIb) ANALOGNI ORGANI

c) RUDIMENTARNI ORGANI(atavizmi)

2. POREDBENA ANATOMIJAa) HOMOLOGNI

ORGANI

= istog podrijetla, prilagođeni različitim

funkcijama > divergencija

oblika

2. POREDBENA ANATOMIJA

RUDIMENTARNI ORGANI

b) ANALOGNI ORGANI

= različitog podrijetla, prilagođeni istoj funkciji (npr. krila ptica i kukaca, akvadinamički oblik tijela riba, izumrlih gmazova te sisavaca perajara i kitova)

< konvergencija oblika

2. POREDBENA ANATOMIJAc) RUDIMENTARNI

ORGANI

= neupotrebljivi ostaci organa koji su bili u

uporabi u evolucijskih

predaka

Stenella attenuata

2. POREDBENA ANATOMIJARUDIMENTARNI ORGANI

Astyanax mexicanus

Salamander

•zakržljale oči špiljskih životinja

•krila u emua i noja

•atavizam (pojava rudimentarnih organa samo u nekih jedinki)

•u čovjeka ostatak repa ilipovećan broj mliječnihžlijezda

•gušteri/zmije bez nogu s ostacimalopatičnog i zdjeličnog pojasa

Python regius

Dokazi evolucije1. PALEONTOLOŠKI �2. POREDBENA ANATOMIJA �

3. GEOGRAFSKA RASPROSTRANJENOST VRSTA

4. IZRAVNA OPAŽANJA5. EMBRIOLOGIJA6. MOLEKULARNA


Južno-američka

ploča

Pacifička ploča

Sjevernoamerička ploča

Afrička ploča

Euroazijska ploča

Antarktička ploča

Pacifička ploča

Nazca ploča

Indoaustralska ploča

Vulkan i vulkanski otoci

Oceanski jarak

Oceanski hrbat

3. GEOGRAFSKA RASPROSTRANJENOST

VRSTA (=BIOGEOGRAFIJA)

- današnjarasprostranjenostvrsta flore i faune nemože se objasniti bezpoznavanja života, razvoja i migracijanjihovih predaka

- pod utjecajempomicanjakontinenata, odnosno30 tektonskih pločaZemljine kore kojeplutaju na tekućojmagmi

Pomicanje kontinenata tijekom geološke prošlosti Zemlje

Raspored kopna i mora mijenjao se tijekom geološke evolucije Zemlje.

Te promjene imale su značajni utjecaj na evoluciju živih bića.

Pomicanjem, sudaranjem i podvlačenjem

tektonskihploča nastao

je u Tercijaru prije 14 mn. god. današnji

raspored kontinenata i

oceana

Danas razlikujemo 7 biogeografskih

područja


3. GEOGRAFSKA RASPROSTRANJENOST VRSTA �

4. IZRAVNA OPAŽANJA5. EMBRIOLOGIJA6. MOLEKULARNA

BIOLOGIJA/GENETIKA7. UMJETNI ODABIR8.

4. IZRAVNA OPAŽANJA

�širenje američkog kućnog vrapca (od 1852. god. u New Yorku > 1900. u Vancouveru > 1914. u Death Valley < 1933 u Mexico Cityju < u Costa Rici, a danas i u južnoj Amerci)

�razlike u veličini tijela, obliku i boji (Calhoun, 1947) > varijacije (oko 100 generacija) pripadaju istoj vrsti, ali su primjetne razlike nastale tijekom kratkog razdoblja



4. IZRAVNA OPAŽANJA �

5. EMBRIOLOGIJA6. MOLEKULARNA


5. EMBRIOLOGIJA

- brazdanje jajeta i gastrulacija slični u svih kralješnjaka

- zameci srodnih organizama prolaze kroz slične stadije

Krajem 19. st. E. Haeckel –“ontogeneza je kratka rekapitulacija filogeneze”




5. EMBRIOLOGIJA �

6. MOLEKULARNA BIOLOGIJA/GENETIKA

7. UMJETNI ODABIR


Ako su svi organizmi evoluirali od zajedničkog pretka trebali bi imati:�iste osnovne biokemijske procese

�sinteza proteina od 20 aminokiselina

�ATP

�enzimi u aerobnom metabolizmu�zajedničke proteine (npr. citokrom c,

104-112 aminokiselina u bakterija i čovjeka


Životinja

Broj razlika u sastavu

aminokiselina u citokromu c u odnosu na

ljudskimajmun 1

pas 13konj 17

kokoš 18čegrtuša 20

tuna 31moljac 35

Broj različitih aminokiselina u polipeptidnom lancu hemoglobina organizama u usporedbi s humanim hemoglobinom (ukupni broj aminokiselina u lancu hemoglobina je 146)

Čovjek Miš Kokoš Žaba PaklaraRezus majmun

08

27

45

67

125

0

20

40

60

80

100

120

140B

roj

amin

okis

elina

� slične funkcijske molekule u srodnijih nego u udaljenijih organizama 6. MOLEKULARNA

BIOLOGIJA/GENETIKA� zajedničku genetsku šifru - makromolekulu DNA

(fosilna DNA < 136 mn. god. replicirana pomoću PCR)

� daljnja analiza DNA sekvencioniranjem ili određivanjem slijeda nukleotida radi utvrđivanja broja zamjena nukleotida potrebnih za promjenu slijeda AK

� molekularni evolucijski “satovi” (br. zamjena nukleotida na mn. god.) za rekonstrukciju razvojnog stabla

Dvije vrste potekle od zajedničkog pretka, nakon razdvajanja nakupljaju mutacije.Mutacije se nakupljaju konstantnom brzinom u svim vrstama.Što je veći broj razlika (mutacija) u genomu dviju vrsta, to je duže vremena prošlo otkako su se razdvojile.�Satom mjerimo vrijeme proteklo od razdvajanja vrsta

VRSTE MOLEKULARNIH SATOVAProteinski (jezgrina DNA)Mitohondrijska DNA (slika u pozadini) � ima prednosti

POJAM MOLEKULARNOG

EVOLUCIJSKOG SATA

�metoda DNA hibridizacija radi uspoređivanja srodnosti dviju vrsta

čovjek (H), čimpanza (C), gorila (G) i orangutan (O)




5. EMBRIOLOGIJA �

6. MOLEKULARNA BIOLOGIJA/GENETIKA �

7. UMJETNI ODABIR

7. UMJETNI ODABIR

• Umjetno usmjeravanje evolucijskih promjena:– < 10 tisuća god. čovjek je pripitomio vuka i umjetnim odabirom dobio

niz pasmina pasa– Visok stupanj genotipske i fenotipske raznolikosti između pasmina,

sotri i sojeva pak ne prelazi (u taksonomskom smislu) granicu vrste

GMO

Randy Prather is part of a national group of researchers who has made pigs that produce the beneficial omega-3 compound, which is known to improve cardiovascular fitness and reduce the risks of heart disease. Photo by Steve Morse

The results, which are being published by Nature Biotechnology are the work of a team assembled by Yifan Dai of the University of Pittsburgh School of Medicine that includes researchers from Randy Prather's group at the University of Missouri-Columbia National Swine Resource and Research Center, the laboratory of Jing X. Kang at Massachusetts General Hospital (MGH), and the laboratories of Dai and Rhobert Evans at the University of Pittsburgh.To stimulate production of omega-3 fatty acids in pigs, a team led by Dai transferred a gene, known as fat-1, to pig primary fetal fibroblasts, the cells that give rise to connective tissue. Prather's group then created the transgenic pigs from these cells using a method called nuclear transfer cloning.The transgenic pig tissues were analyzed for omega-3 fatty acids in Kang's lab at MGH and by Dai and Evans at Pitt. The fat-1 gene is responsible for creating an enzyme that converts less desirable, but more abundant, omega-6 fatty acids in the animals to omega-3 fatty acids. The results could lead to a better understanding of cardiovascular function not only in pigs, but in humans as well.

�od 1980.-tih genskim inženjerstvom se mijenja genom živih stanica za med. i ind. potrebe – biotehnologija�tehnologijom rekombinantne DNA stvoreni transgenični ili GMO – mogućnosti brzog i velikog mijenjanja vrsta

pojam, mjesto i značenje u biologiji razvoj evolucijske...

Documents

Transcript of pojam, mjesto i značenje u biologiji razvoj evolucijske...