1

Darwinov darVladimír Ferák

Katedra molekulárnej biológiePrírodovedecká fakulta UK

2

November 1831, Plymouth

HMS Beagle

Robert FitzRoy

Charles Darwin

3

Darwin okolo sveta na H.M.S. Beagle

4

Darwin na Galapágoch

„Laboratórium evolúcie“

Darwinovezbery zGalapág

5

Charles Lyell: „Základy geológie“- Objasnilgeologicképrocesy, ktoréformovali Zem

- Zem je starástovky miliónovrokov

Darwin knihu !ítal po!as plavby na Beagle

6

Thomas Malthus: „Esej o populácii“

!as

zdroje

populácia

Populácia rastieexponenciálne,zdroje pribúdajúlineárne

Tak"e:

zdroje nesta!iapre v#etk$ch

Darwin !ítal r. 1838

7

Vy#e 20 rokov !akania . . .

Prvá Darwinova predstava o evolúcii vznikla r. 1838

Publikácia a" r. 1959

Pre!o?

• triedil a hodnotil poznatky z cesty na Beagle• robil %al#ie pozorovania a experimenty• h&adal %al#ie doklady a dôkazy• mal mnoho %al#ích projektov a publikácií• potreboval !as na podrobné rozpracovanie teórie• ... mo"no sa aj trochu obával aká bude reakcia

8

Darwinov dar: evolu!ná teória

1809-1882

• objasnil mechanizmus evolúcie (slovo „evolúcia“ alenepou"íval)

• vybudoval teóriu evolúcie

• zhroma"dil dôkazy evolúcie a argumenty, podopierajúcejeho teóriu

24.11.1859:

„O vzniku druhov cestou prírodnéhov!beru "i#e zachovaniezv!hodnen!ch odrôd v boji o #ivot“

„...najznámej!ia ale najmenej"ítaná vedecká kniha...“

Slovensk#preklad:Kalligram2006

9

Darwinov dar

10

Postavenie evolu!nej teórie v rámci biológie

Th. Dobzhansky: „V biológii takmer ni" nedáva zmysel,ak sa na to nepozeráme vo svetleevolúcie“

P. Medawar: „Dne!n# biológ bu$ rozm#!%a v evolu"n#ch termínoch, alebo nerozm#!%a vôbec“

Evolu"ná teória je jedn#m zhlavn#ch jednotiacich princípovcelej biológie ($al!ie: bunkováteória a Medelova genetická teória –v!etky vznikli skoro sú"asne vpolovici 19. storo"ia)

11

1.1. V V rámci ka ka""dého druhudého druhuje v prírode je v prírode variabilita::jedince sa od sebajedince sa od sebaodliodli##ujú.ujú.

Variabilita je (aspo Variabilita je (aspo''!!iastoiasto!!ne) dedine) dedi!!náná

Základné tézyDarwinovejevolu!nej teórie

12

2. Organizmy v2. Organizmy vprírode majú viacprírode majú viacpotomkov ne ne"" mô"eprepre""ii((, tak, tak""e mnohoe mnohojedincovjedincovnereprodukujenereprodukuje

13

3. Vä3. Vä!#!#iu iu ##ancuancureprodukovareprodukova(( majú majúvarianty, varianty, najlep#ieprispôsobenéprispôsobenéprostrediu: prostrediu: prírodn$prírodn$v$ber - selekciav$ber - selekcia

14

4. Takéto 4. Takéto lep#ieprispôsobenévarianty sa prenesúvarianty sa prenesúna potomstvona potomstvo(dedi(dedi!!nosnos(())

15

v$hodn$ znak roz#iruje sa nahradí pôvodn$ znak

postupná premena

5. V nasledujúcichgeneráciách ichzastúpenie v populáciivzrastá

16

5. V priebehu dlh$chobdobí sa druhymenia. Prírodn$v$ber napokon vediek vzniku novéhodruhu

Je to ve&mi pomal$proces

!as

spolo!n$ predok

druh A druh B

17

.

Hlavn$ Darwinov problém

Ako vzniká dedi!nábiologická variabilita?

Ako sa prená#ajúv$hodné varianty do

%al#ích generácií?

Darwin nemal k dispozíciigenetiku (jeho predstavao dedi!nosti bola mylná)

18

Gregor Mendel – zakladate& genetiky

Gregor Mendel vBrne pomocoupokusov na hrachuobjavil základnézákony dedi!nosti(1865)

Tie v#ak Darwinnepoznal

Znovuobjavené bolia" r. 1900

19

Darwinova teória a genetika: syntéza

Sir Ronald A.Fisher

JohnB.S.Haldane

Sewall Wright

Syntéza Darwinovej evolu!nejteórie s Mendelovougenetikou & neodarwinizmuspodklad sú!asnej evolu!nejteórie

1920 - 1940

1. Zdrojom variability sú mutácie

2. Mutácie - v$hodné: roz#irujú sa - nev$hodné: zanikajú

3. Tak sa mení genetické zlo"eniepopulácie: evolúcia

20

1953: Objasnená #truktúra DNA

James Watson a Francis Crick:dvojrozmerná #truktúra DNA –hmotného nosite&a dedi!nosti

Genetické znaky sú „zapísané“v DNA vo forme sekvencie#tyroch báz: A, C, G a T

21

)o Darwin nevedel

Podpora evolu!nej teórie dnes:

• Paleontológia

• Embryológia

• Porovnávacia anatómia

• . . .

• Priame pozorovanie evolúcie

• Genetika a molekulárna biológia

22

Evolúcia rezistencie hmyzu na insekticíd

postrek

génrezistencie

pre"ije

rezistenciasa #íri

rok po!et rezist. druhov1908 01948 141967 2241976 364dnes >1000

Evolúcia rezistencie hmyzuvo!i insekticídom:

Podobn$ jav: Evolúciarezistencie mikroorganizmovna antibiotiká a iné lieky

23

Evolúcia rezistencie baktérií na antibiotikápred selekciou

po selekcii

rezistentná populácia

nízky vysok$

stupe' rezistencie

antibiotikum

1950 2000

... jeden z najvá"nej#íchproblémov sú!asnejmedicíny

roky

perc

ento

rezi

sten

tn#c

h

24

Evolúcia sfarbenia u mot$&aBiston betularia (piadivka brezová)

typickáforma

tmavá forma

% tmavej formy vGB (Manchester)

1850 0%

1880 20%

1950 * 100%

1970 70%

1990 5%

25

Selekcia a sfarbenie mot$&a

selek!n$!inite& - vtáky

Experimentálne overenie: vypustilisa ozna!ené mot$le v industriálneja v vidieckej oblasti

Pomer znovu odchyten$ch:

tmavá typ.

industr. 2,1 : 1vidiek 1 : 1,9

okolo 1950

26

Porovnávanie sekvencií DNA

)lovek: CCAAGGTCACGACTACTCCAATTGTCACAACTGTTCCAACCGTCACGACTGTTGAACGA......+impanz: CCAAGGTCACGACTACTCCAATTGTCACAACTGTTCCAACCGTCATGACTGTTGAACGA......Gorila: CCAAGGTCACAACTACTCCAATTGTCACAACTGTTCCAACCGTCACGACTGTTGAACGA......

Porovnanie sekvencií DNA medzi druhmi:

Po!et odli#ností v sekvencii

Po!et odli#ností v zlo"enímolekuly medzi rozli!n$midruhmi je t$m vä!#í, !ímvä!#ia je ich evolu!návzdialenos(:!ím viac !asu uplynulo odich spolo!ného predka:„molekulárne hodiny“

27

Niektoré gény sú „evolu!né konzervy“

anirídia -mutácia vgéne Pax6

eyless –mutácia vhmyzomPax6

transgénnadrozofilaeyless s&udsk$mgénom Pax6

Záver: !lovek má gén, ktor$doká"e nahradi( nefunk!n$gén drozofily!

dnes vieme prená#a( gény zjedného druhu do druhého:vznikajú transgénne organizmy

28

Porovnanie chromozómov &udoopíc a !loveka

- +impanz-C, gorila-G, orangutan-O: 2n = 48 chrom.

- H. sapiens: 2n = 46 chrom.- ,udsk$ chrom. !. 2 vznikol Robertsonovou translokáciou- plus nieko&ko %al#ích chrom. prestavieb

29

,udsk$ chromozóm !. 2

Fúzia chromozómov:

teloméry

centroméry

Teloméry: sekvencie (TTAGGG)n

Centroméry: opakovania (171bp)n

Alfoidné centromérickésekvencie, centromérach$ba

Telomérické sekvencie (TTAGGG)n

,udsk$ chromozóm !. 2

Dôkaz, "e &udsk$ chromozóm !. 2vznikol fúziou dvoch chromozómovvypl$va z anal$zy DNA:

Funk!ná centroméra

30

Darwinov dar: „strom "ivota“

1838 2008

31

„Strom "ivota“ a názor na prírodu

Gustav Klimt: Strom "ivota

Dnes "ijúce druhy savyvinuli modifikácioudruhov, ktoré "ili vminulosti

V#etky "ivé organizmyna Zemi spájaspolo!n$ pôvod dojedného stromu"ivota

32

„Je istá vzne#enos( v tomto poh&ade na "ivot ... ktor$ bol pôvodnevd$chnut$ do nieko&k$ch foriem, azda do jedinej: a k$m na#a planétakrú"ila, pod&a nemenn$ch zákonov gravitácie, z tak$ch jednoduch$chza!iatkov sa vyvinulo – a neprestajne sa vyvíja – bezhrani!némno"stvo t$ch najkrásnej#ích a najú"asnej#ích foriem.“

Sme sú!as(ou stromu "ivota