Neo-Darwinisme

1
Neo-Darwinisme

• Nothing in biology makes sense except in the
  light of evolution
•        

American Biology Teacher 35 (1973) 125

• Theodosius Dobzhansky (1900-1970)

2
Vormenleer van Plato

• Alle mensen in essentie gelijk afspiegeling van
  een onveranderlijk idee
• Slechts verschillen in waarneming
• Een soort kan niet veranderen!

3
Generatio spontanea

• Dit geldt zelfs voor micro-organismen koken
• of andere manier van steriliseren voorkomt groei
  van
• micro-organismen in steriel bewaard voedsel

Louis Pasteur (1822-1895)
Zwanenhalskolf
4
Evolutiebiologen
De Lamarck (1744-1829)
Charles Darwin (1809-1882)
5
Lamarckisme

• Afstamming lineair, toenemende complexiteit

Complexiteit
nu
- 3.5 x 109
Tijd
6
Gecorrigeerde Woese-boom
7
Lamarckisme

• Verworven kenmerken
• Giraffennek (intensief gebruik)
• Muizenstaart (afhakken)

Mechanisme?
8
Lamarckisme
9
Centrale dogma DNA -gt mRNA -gt Eiwit

• Genen beïnvloeden het fysieke lichaam, maar
  veranderingen in het lichaam (verworven
  kenmerken) t.g.v. gebruik, ongeluk/ ziekte etc.
  vertalen zich niet in genetische veranderingen

Darwin pangenese
August Weismann (1834-1914)
Kiembaancellen
10

• Kiembaanlijn (gameten sperma en eicellen) is
  min of meer onsterfelijk, lichaam is de
  tijdelijke verpakking (ei-kip-ei) - archief van
  de evolutie

• Kiembaancellen ongedifferentiëerd
• Lichaam (soma) 300 gedif-ferentiëerde
  celtypen vanuit identiek DNA - blauwdruk van het
  leven
• Stamcellen (ongedifferentieerd)
• Kloneren lege eicel inhoud uiercel.
  Succesverhalen en imprinting

Dolly oud geboren en jong overleden (1996-2003)
11
Imprinting
Normaal vaderlijk moederlijk allel bepalen
tezamen een kenmerk (oogkleur) IGF2
insuline-like growth factor-2 Vaderlijke
expressie, beide Wilms cancer GF2R receptor
voor Expressie moederlijk allel Methylatie
C-G-C-G CpG eilanden
12
Mensen kloneren
Eerste embryonale stamcellen uit een gekloneerde
menselijke blastocyst

• Woo Suk Hwang et al. (2004) Science, Vol 303,
  pp.1669-1674

13
Mensen kloneren

• Dr. Antinori

Dr. Zavos
14
Mensen kloneren
Clonaid is linked to the Raelian sect, whose
founder, Claude Vorilhon describes himself as a
prophet and calls himself Rael The Raelians
believe humans are the result of a genetic
engineering project run by super-intelligent
extra-terrestrials Clonaid has been racing
against the Italian fertility doctor Severino
Antinori to produce the first cloned baby Mr
Antinori has claimed that one of his patients
will give birth to a cloned baby in
January Clonaid team is now looking for
laboratories who would be willing to analyze
tissue samples of one of our cloned baby girl and
the ones of her mother and who could certify
publicly that they have the same DNA but
different telomeres
15
Kloneer je eigen kind!
16
Darwins waarnemingen

• Complexere fossielen in jongere aardlagen
• Overeenkomsten in morfologie/anatomie
• Rudimentaire structuren
• Variatie binnen een soort (natuurlijke en
  kunstmatig geselecteerde chihuahua en Deense
  dog alle mensen zijn ongelijk)
• Embryologische overeenkomsten (staart en
  kieuwspleten mens ook op DNA-niveau hoxgenen)

17
a. Complexere fossielen in jongere aardlagen
Hallucigenia sparsa
Burgess Shale (Cambrium, Canada)
18
b. Overeenkomst bouw voorpoot vertebraten
kat
walvis
vleermuis
mens
Variaties op een thema Vergroeiingen,
reducties, nieuw vorming
19
c. Rudimentaire structuren
Ambulocetus natans
Proto-walvis uit Paleoceen
20
c. Rudimentaire structuren
Bekkengordel achterpoten van blauwe vinvis
21
d. Intraspecifieke variatie
Kunstmatige selectie
Wat is een soort?
Big Boss (12 cm hoog)
22
koolraap
Brassica oleracea
boerenkool
broccoli
bloemkool
spruitjes
kool
23
e. Embryologie

• Ontogenie (bevruchte eicel tot volwassen
  organisme) recapituleert fylogenie (evolutionaire
  verwantschap)

Ernst Haeckel (1834-1919)
24
e. Embryologie

• Ontogenie recapituleert fylogenie

maar Tekeningen Haeckel ?
Fotos Richardson (1997)?
Ernst Haeckel (1834-1919)
tailbud stage Oppervlakkige gelijkenis, scheve
steekproef
25
Homeobox genen en embryo-ontwikkeling

• Regulatie-eiwitten lichaamssegmentatie
  functie
• Drosophila - fruitvlieg

Antennapedia
Bithorax
Hoe vroeger een homeobox-gen actief, des te
groter het uiteindelijke effect
26
Darwinisme Afstamming met verandering
Mechanisme

1. Er is variatie in kenmerken
2. Deze variatie is (deels) erfelijk (Mendelwetten
   onbekend tot 1900)
3. Erfelijke verschillen bepalen in hoeverre een
   individu aangepast is
4. Er kan slechts een beperkt aantal nakomelingen
   overleven
5. De best aangepaste overleven en reproduceren
   (biologische fitness)

Natuurlijke selectie differentiële overleving
en reproductie
27
Waarneming geen onbeperkte groei ? Beperkende
factoren
28
Mendelse geneticaMeiose - reductiedelingProducti
e geslachtscellen
1 van de 23 paar chromosomen
Spermacel
1 van de 23 chromosomen
29
Mendelse genetica
Gen 1 voor oogkleur Allel B bruin is dominant
over b blauw (recessief) BB Bb bruin en bb
blauw Homozygoot BB x bb --gt heterozygoot
Bb Gen 2 voor haarkleur ZZ Zz zwart en zz
blond Gen voor oogkleur op chromosoom 1 en gen
voor haarkleur op chromosoom 2 Lichaamscel
dubbel heterozygote mens BbZz Geslachtcellen
BZ, Bz, bZ en bz ieder 25
30

• Mendelwet I allelen segregeren in de
  geslachtscellen heterozygoot Aa produceert 50
  A en 50 a
• Mendelwet II onafhankelijke overerving van
  kenmerken op niet-homologe chromosomen
• Gameten IvIIm en ImIIv IvIIv en ImIIm

Gregor Mendel Augustijn (1822-1884)

• Alle mensen zijn ongelijk
• Mendel II
• Overkruising en recombinatie
• Mutatie

31
Darwiniaanse fitness w
Genotype Genotype Genotype
AA Aa aa
Generatie 1 100 100 100
Generatie 2 60 120 80
Toename 0.6 1.2 0.8
1-s w 0.5 1 0.67
 
w 0 1 0
S is selectiecoëfficiënt tégen w is biologische
fitness bijdrage aan de volgende generatie
32
Darwiniaanse fitness w
Evolutie verandering in de genetische
samenstelling van een populatie in loop van de
tijd
fit?
33
Verschillende vormen van natuurlijke selectie
(Differentiële overleving en reproductie)
Voorbeelden I.a en b
Voorbeeld II
34
Directionele selectie
Allel A vervangt allel a

• Stel
• p frequentie A q a (p q 1.0)
• A is dominant over a
• wAAwAa1
• waa1-s

De laatste heterozygoot alleen door toeval eruit
--gt recessief lethalen en inteelt Vermijden van
inteelt
35
Directionele selectie
Ia. Antibioticum - resistentie MRSA
Methicilline resistente Staphylococcus aureus

• Methicilline is een b-lactam antibioticum
• Bindt aan enzymen betrokken bij aanmaak van de
  celwand
• Delende bacteriën sterven af

36
Directionele selectie
Ib. Industrieel melanisme - camouflage tegen
predatie

• Roet, korstmossen en predatie

Biston betularia

• Echter
• Genetica?
• Rusten op boomstam?
• Vogels als predator?

37
Stabiliserende selectie
II. Sikkelcelhemoglobine (vervoert zuurstof door
bloed)
Positie 6 van de 146 van b-hemoglobine
Puntmutatie GAG -gt GTG Glu -gt Val
a2b2

38
Stabiliserende selectie
Sikkelcelhemoglobine vóórkomen in de VS

39
Stabiliserende selectie
Sikkelcelhemoglobine fitness
Malaria aanwezig wAA0.9 wAS1.0 wSS0.2
Malaria afwezig wAA1.0 wAS0.7 wSS0.2

Slavernij en Liberia Frequentie S stabiel op 0.14
40
Mimicry
1. Batesian mimicry een eetbare/ongevaarlijke
soort bootst niet-eetbare, gevaarlijke soort
na 2. Mullerian mimicry twee of meer
niet-eetbare soorten lijken op elkaar
Aposematische kleuren onsmakelijk
Dendrobates spec.
Micrusus fulvius - koraalslang
41
Frequentie-afhankelijke selectie
1. Inverse frequentie afhankelijke selectie
Batesian mimicry zeldzaam zijn is voordeling
Model

Syrphus ribesii
Vespula vulgaris
Clytus arietis
Sesia apiformis
42
Frequentie-afhankelijke selectie
2. Positieve frequentie afhankelijke selectie
Mullerian mimicry algemeen zijn is voordeling
Melinaea (models)
Heliconius (mimics)

43
Extra dias
44
Natuurlijke selectie
Dient alles te verklaren 1. Genetische
recombinatie 2. Hommel die met steek zelfmoord
pleegt 3. Coöperatief gedrag (sociale
insecten) 4. Gastheercastratie van parasiet 5.
Infanticide bij zoogdieren (include. mens)
45
Toeval blijft nul-hypothese
Monstername- effect
Asexueel systeem Toenemende monomorfie en
verwantschap
46

• De blinde horlogemaker
• Argument van creationisten
• Horloge te ingewikkeld om door toeval te
  ontstaan
• Levende organismen nog veel complexer dan
  horloge
• climbing mount improbable

Toevallige mutaties
Richard Dawkins
47
Is evolutie voorspelbaar?
Niet teleologisch anticiperen op toekomst is
onmogelijk Oogontwikkeling Tussenstadia
functioneel Universeel Pax-6 gen
oogmorfogenese Nilsson and Pelger
computersimulatie
48
Cholera-epidemieën geregistreerd sinds laatste
2000 jaar, in Europa lt 200 jaar 450 jaar nodig
om frequentie te bereiken Andere bacteriën als
selecterende factoren?
49
Homeobox genen en embryogenese

• Regulatie-eiwitten lichaamssegmentatie
  functie
• Drosophila-muis-mens

• Moleculaire verwantschap