|
Hardy Weinberg Speziation Aktualisiert: |
Annahmen des Hardy-Weinberg-Prinzips
Das Hardy-Weinberg-Prinzip erfordert, dass es:
Keine Migration
Keine Mutation
Keine Selektion
Große Population
Die Paarung ist zufällig
Nützlichkeit des Hardy-Weinberg-Prinzips
Hardy-Weinberg bietet einen theoretischen Maßstab, an dem reale Populationen können verglichen werden.
Abweichungen von den Annahmen treten auf: Hardy-Weinberg liefert einen Bezugspunkt für die Bewertung der Ursachen und Folgen der Abweichungen.
Genetische Drift: zufällige Änderungen der Genfrequenzen
Genetische Drift bedeutet die zufällige Änderung der Genfrequenzen in einer Population.
Einige dieser Änderungen sind „neutral“: Änderungen der Allelfrequenzen, wenn die Allele keine unmittelbare Auswirkung auf die Biologie der Population haben. Beispiel: Synonym-Codons kodieren für die gleichen Aminosäuren und bilden somit genau das gleiche Protein.
Beispiele für genetische Drift
Bevölkerungsengpass. Arten, die vorübergehend auf eine sehr geringe Anzahl reduziert werden, verlieren die genetische Vielfalt. Beispiel: geparden – geringe Population während des Pleistozäns; Seeelefanten – im 19.
Gründer-Effekt. Populationen, die nur von wenigen Individuen gegründet wurden, haben ungewöhnliche Genfrequenzen.
Bedeutung der genetischen Drift
Dieser Effekt kann eine neue Population mit ungewöhnlichen Genfrequenzen auslösen, die zur Grundlage neuer Anpassungen werden.
Engpass verursacht verminderte genetische Vielfalt.
Für neutrale Allele tritt genetische Drift in allen Populationen und Arten auf. Infolgedessen akkumulieren getrennte Populationen (und Arten) genetische Unterschiede.
Genfluss
Genfluss bedeutet die Bewegung einzelner Organismen von einer Population zur anderen oder einfach die Bewegung von Gameten (z. B. Pollen).
Genfluss bringt die Genfrequenzen benachbarter Populationen näher zusammen. Der Genfluss hat den gegenteiligen Effekt des Gründereffekts: Wenn er auftritt, verhindert er die Anhäufung genetischer Unterschiede.
Bedeutung des Genflusses
Wenn es auftritt, hält der Genfluss benachbarte Populationen zusammen.
Wenn sich Populationen so weit voneinander trennen sollen, dass sie als separate Arten betrachtet werden können, muss es Barrieren geben, um einen signifikanten Genfluss zu verhindern.
Mutation
Mutationen sind spontane Veränderungen im Erbgut. Diese Änderungen umfassen:
Punktmutationen: Änderungen in einem einzelnen Basenpaar in der DNA
Frame-Shift-Mutationen: Deletion oder Insertion eines einzelnen zusätzlichen Basenpaares (Codon = 3 Basen).
Chromosomale Veränderungen: Duplikation, Deletion, Inversion, Translokation.
Bedeutung der Mutation
Mutationen führen zu neuen Allelen. Normalerweise sind die neuen Allele schädlich. Einige wenige erweisen sich in einem neuen Umweltkontext als vorteilhaft. (Vielleicht nicht sofort!)
Einige chromosomale Mutationen (z. B. Inversion) erzeugen Reproduktionsbarrieren zwischen einer neuen chromosomalen Anordnung und der angestammten Anordnung.
Nicht zufällige Paarung
Das Hardy-Weinberg-Prinzip geht von zufälliger Paarung aus: partnerwahl ohne Rücksicht auf den Genotyp.
Nicht zufällige Paarung bedeutet, dass die Partnerauswahl durch phänotypische Unterschiede beeinflusst wird, die auf zugrunde liegenden genotypischen Unterschieden beruhen.
Beispiel für nicht zufällige Paarung: Sexuelle Selektion
Bei einigen Arten erwerben Männchen Harems und monopolisieren Weibchen. (Elche, Seeelefanten, Pferde, Löwen usw.) Häufig sind die Männchen solcher Arten viel größer als die Weibchen.
Bei einigen Arten wählen Frauen attraktivere Partner. (Pfauen, Woodducks, Bild-flügel obst fliegen, etc.)
Bedeutung der nicht zufälligen Paarung.
Geschlechtsdimorphismus (auffällige Unterschiede zwischen den beiden Geschlechtern) resultieren aus nicht zufälliger Paarung. Der Prozess ist ein Sonderfall der natürlichen Selektion, der als sexuelle Selektion bekannt ist.
Sexuelle Selektion kann als Barriere für die Fortpflanzung zwischen eng verwandten Arten dienen. Beispiel: Balzrituale.
Zusammenfassung der Ausnahmen von H/W-Annahmen.
Genetische Drift–zufällige Veränderungen (Gründereffekt, Bottleneck und neutrale genetische Drift).
Genfluss–Bewegung von Allelen.
Mutation– neues genetisches Material.
Nicht zufällige Paarung — sexuelle Selektion usw.
Natürliche Selektion – adaptive Veränderungen im Genpool.
Hardy-Weinberg hilft, natürliche Populationsprozesse zu identifizieren.
Jede Art von Abweichung erzeugt charakteristische Abweichungen von Hardy-Weinberg-Vorhersagen.
Beispiel: Selektion erzeugt Veränderungen der erwarteten Genfrequenzen zwischen neugeborenen Individuen und erwachsenen Überlebenden.
Hardy-Weinberg ist die statistische „Nullhypothese“, die zum Testen populationsgenetischer Daten verwendet wird.
Evolution, natürliche Selektion, genetische Drift
Evolution ist: Veränderung der Genfrequenzen einer Population über mehrere Generationen.
Natürliche Selektion ist ein Prozess: Das geschieht, wenn eine Population Variation, Fitnessunterschiede, Vererbung hat.
Genetische Drift ist: zufällige Veränderungen der Genfrequenz von einer Generation zur nächsten.
Evolution kann das Ergebnis sein….
Natürliche Selektion, wenn sich die Umgebung ändert. Natürliche Selektion ist für die adaptive Evolution verantwortlich.
Genetische Drift, wenn zufällige Änderungen der Genfrequenzen auftreten. Genetische Drift erzeugt keine adaptive Evolution. Neutrale Allele verändern sich aufgrund genetischer Drift.
Was ist eine Spezies?
Individuen, die derselben Spezies angehören, sind „ähnlich“ (aber was ist mit sexuellem Dimorphismus? auffällige phänotypische Unterschiede?, …)
Eine biologische Art ist definiert als eine Population oder Gruppe von Populationen, deren Mitglieder das Potenzial haben, sich zu kreuzen und fruchtbare Nachkommen zu zeugen.
Spezies: durch einen gemeinsamen Genpool miteinander verbunden
Maultiere sind robuste Individuen, die aus einer Kreuzung von Individuen zweier verschiedener Arten hervorgehen: Pferd x Esel. Aber Maultiere sind steril – daher bleiben die beiden Arten trotz Kreuzung getrennt.
Eastern und Western Meadowlark sehen fast gleich aus, aber Balzlied ist sehr unterschiedlich – sie kreuzen sich nicht.
Eine Art ist…
Eine Gruppe von Individuen, die sich kreuzen und somit einen gemeinsamen Genpool darstellen.
Wenn es Fortpflanzungsbarrieren gibt, die verhindern, dass sich zwei Populationen (dauerhaft) kreuzen, gehören sie zu getrennten Arten.
Eine Seite über die Schreibweise
Die Einzahl der Arten ist….
Species
Der Plural von species ist…
Arten
Ähnliche Arten werden als Gattung (Singular) zusammengefasst. Der Plural ist Gattungen: zwei oder mehr Gattungen.
Speziation: die Aufteilung einer Art in zwei oder mehr Arten.
Es wurden eine Vielzahl von Mechanismen entdeckt, die eine Artbildung verursachen können – die Aufteilung einer Art (Vorfahren) in zwei oder mehr Arten (Nachkommen).
Der Schlüssel ist die reproduktive Isolation. Mechanismen führen zu Reproduktionsbarrieren. Die Barrieren können durch Selektion erhöht oder durch Kreuzung beseitigt werden. Die Zeit wird zeigen, welche.
Bedeutung von Reproduktionsbarrieren
Die Bedeutung von Reproduktionsbarrieren besteht darin, dass sie die genetische Isolation zwischen zwei Populationen aufrechterhalten. Wenn solche Barrieren vollständig sind, stellen die Populationen unterschiedliche Arten dar.
Barrieren können auf verschiedene Weise entstehen. Beispiel: Geografische Isolation, gefolgt von Drift, Mutation oder Selektion, bis die reproduktive Isolation abgeschlossen ist.
Der Prozess der Artbildung
Viele verschiedene Mechanismen wurden untersucht.
Zwei Beispiele
* Allopatrische Artbildung – Artbildung basierend auf geografischer Trennung und.
*Polyploidie – Artbildung auf der Grundlage eines Chromosomenmechanismus.
Allopatrische Speziation
Geographische Isolation ist einer der Mechanismen, die reproduktive Isolation bewirken können.
Allopatrische Artbildung bedeutet: Artbildung, die (im Laufe der Zeit) nach geografischer Isolation folgt. Die anfängliche Barriere für die Reproduktion ist die physische Trennung. Bei ausreichender Zeit (viele Generationen) können sich ausreichende Unterschiede ansammeln, um die Trennung dauerhaft zu machen.
Beispiel für allopatrische Artbildung
Blaukopflippfisch (Karibik) und Regenbogenlippfisch (Pazifik) sind sehr ähnlich. Ihre angestammte gemeinsame Bevölkerung wurde durch das Wachstum der Landenge von Panama vor etwa 5 Millionen Jahren gespalten.
Seit dieser allopatrischen Trennung haben sich die beiden Arten unabhängig voneinander verändert.
Ein mehrdeutiges Beispiel
Allopatrische Speziation ist ein Prozess, der vor dem Abschluss unterbrochen werden kann.
Mögliches Beispiel: deermice. Es gibt 4 eng verwandte Populationen im Intermountain West. Alle 4 sind in mancher Hinsicht verschieden, kreuzen sich aber, außer: Zwei der Unterarten kreuzen sich nicht, obwohl sie sich überlappen.
Sind diese Arten oder nur Populationen derselben Art?
Zwei der Populationen (in Montana/Idaho) überschneiden sich, kreuzen sich aber nicht. Daher müssen sie verschiedene Arten sein.
Beide kreuzen sich mit den beiden anderen Populationen, so dass Gene von einem zum anderen fließen können.
Die Antwort: Die Zeit wird es zeigen. Mit mehr Divergenz tritt Artbildung auf. Bei mehr Kreuzung wird es nicht vorkommen.
Artbildung: ein dynamischer Prozess
Artbildung ist ein dynamischer Prozess – sie findet an vielen Orten in vielen Populationen statt, wird aber an vielen Orten durch Kreuzung umgekehrt.
Wir sollten erwarten zu sehen: Populationen mit dem Potenzial zu divergieren (z. (p238), Populationen, die Pferde und Esel divergiert haben), Populationen, die im Prozess sein könnte (Hirsch).
Fortpflanzungsbarrieren–viele Arten. (siehe p241).
Fortpflanzungsbarrieren können jede Paarung verhindern: Verhalten (Werbung usw.); Lebensraum (Populationen wählen unterschiedliche Lebensräume und treffen sich nie) usw. Solche Barrieren sind präzygote Barrieren. Keine Befruchtung.
Hindernisse für die Fortpflanzung können den späteren Fortpflanzungserfolg verhindern: Sterilität (Hybriden sterben oder sind unfruchtbar) usw. Solche Barrieren sind postzygote Barrieren.
Bedeutung der Polyploidie
Das Auftreten diploider Gameten (selten) kann nach der Befruchtung zu einem polyploiden Individuum führen.
Viele Pflanzen (z.B. Mendelsche Erbsen) sind hermaphroditisch.
Polyploidie kann zu einer neuen Art führen: Aufgrund der Inkompatibilität zwischen Eltern und Nachkommen unterscheiden sich die Nachkommen.
Polyploidie: häufiges Mittel zur Artbildung in Pflanzen
Ein häufiges Mittel zur Entwicklung genetischer Isolation in Pflanzen ist als Polyploidie bekannt.
Im Gegensatz zu den meisten Tieren sind zusätzliche Chromosomensätze in vielen Pflanzen nicht störend.
Pflanzen produzieren manchmal (selten) Gameten mit einem diploiden Chromosomensatz. Wenn gedüngt, ist das Ergebnis eine polyploide Pflanze.
Wortschatz von „ploidy“.
Haploid– halber Chromosomensatz
Diploid– doppelter Chromosomensatz (die Norm in typischen Sexualorganismen)
Triploid — 3 Chromosomensätze (normalerweise steril, da die Paarung der Chromosomen während der Meiose unmöglich ist).
Tetraploid–4 Chromosomensätze. (Meiose OK für jede gerade Zahl ploidy.)
Weizen: ein Fall von Polyploidie und Artbildung.
Moderner Weizen ist das Ergebnis zweier aufeinanderfolgender Hybridisierungen (siehe Abbildung 15.6).
Hybridisierung 1: Einkornweizen mit einem Wildweizen. Einkornweizen und Wildweizen hatten jeweils 14 Chromosomen. Der Hybrid hatte (schließlich) 28 Chromosomen: Polyploidie.
Die zweite Hybridisierung brachte die Chromosomenzahl im modernen Weizen auf 42
Zurück zu Biologie 102 Vorlesung Gliederung