EVOLUČNÍ BIOLOGIE Miloš Macholán Laboratoř genetiky a embryológie Ustav živočišné fyziologie a genetiky AV CR Veveří 97, 602 00 Brno e-mail: macholan@iach.cz tel.: 32290138 41212292 Literatura Skripta: Flegr, J. (1994): Mechanismy mikroevoluce. Karolinum Praha. Učebnice: Flegr, J. (2005): Evoluční biologie. Academia Praha. Knihy: Zrzavý, J., Storch, D., Mihulka, S. (2004): Jak se dělá evoluce. Paseka. Flegr, J. (2006): Zamrzlá evoluce. Galileo, Academia Praha. ~ /OLUt j A EVOLUČNÍ BIOLOGI „evoluce" - Albrecht von Haller (1774): •vývoj individuálního embrya •v podstatě ontogenetický vývoj podle předem daného programu •preformismus EVOLUCE: v širším měřítku = změna •politika, ekonomie, technologie, automobily, vědecké teorie atd. BIOLOGICKÁ EVOLUCE = geneticky podmíněná a dědičná změna vlastností organismů mezi generacemi stavba, funkce a organizace organismů nebo jejich částí chování a vzájemné vztahy KULTURNÍ EVOLUCE Evoluce a evoluční biologie EVOLUČNÍ BIOLOGIE : vědní obor zkoumající obecné zákonitosti biologické evoluce vlastnosti a mechanismy procesu evoluce T. Dobzhansky: ("Nothing in biology makes sense except in the light of evolution") Evoluce a evoluční biologie VLASTNOSTI BIOLOGICKÉ EVOLUCE •živé systémy (reprodukce, proměnlivost, dědičnost) •termodynamická otevřenost, disipativnost •systémy s pamětí - kumulace změn •neomezená dědičnost •adaptace, účelné uspořádání •kladogeneze teleologie: vše se děje za určitým účelem (účelnost ^ účelovost) final ismus: směřování k předem danému cíli -Teilhard de Chardin: „bod omega" •je náhodná (procesy a mechanismy deterministické a stochastické) •je oportunistická - nenachází globální optima •nemá záměr ani cíl (ani přežití druhů!) •je nemorální (tj. ani morální ani amorální) •není progresivní xx Evoluce a evoluční biologie m^^ "■■■■■tfljlWWnS Evoluce a evoluční biologie VLASTNOSTI BIOLOGICKÉ EVOLUCE •živé systémy (reprodukce, proměnlivost, dědičnost) •termodynamická otevřenost, disipativnost •systémy s pamětí - kumulace změn •neomezená dědičnost •adaptace, účelné uspořádání •kladogeneze teleologie: vše se děje za určitým účelem (účelnost ^ účelovost) final ismus: směřování k předem danému cíli -Teilhard de Chardin: „bod omega" •je náhodná (procesy a mechanismy deterministické a stochastické) •je oportunistická - nenachází globální optima •nemá záměr ani cíl (ani přežití druhů!) •je nemorální (tj. ani morální ani amorální) •není progresivní xx Evoluce a progres Evoluce a evoluční biologie EVOLUTION OF MAN... «sw* ^ oöme HĚJ^ratrWL. >W£HNM Evoluce a evoluční biologie STRÜKTU;^\ EVOLUČNÍ BIOLüGJi 2 základní otázky: Jaká je historie života? Jaké jsou mechanismy? •systematika •populační a evoluční genetika •paleontologie •evoluční vývojová biologie •evoluční ekologie •behaviorální ekologie •evoluční fyziologie •evoluční morfologie Evoluce a evoluční biologie HISTOIíJ- -VOLUČlflÍHO MYŠLEIA 1. před Darwinem 2. Darwinova evoluční teorie 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. 4. Moderní syntéza a současný vývoj Evoluce a evoluční biologie HISTO Jí J B EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem antika a středověk: Anaxímandros: lidé a živočichové se vyvinuli z ryb Empedokles: náhodné kombinace Platón | různých částí těla * křesťanská filozofie Aristoteles Platón a Bůh Scala Naturae kreacionismus Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem konec 17. stol. až Velká francouzská revoluce: FRANCIE Georges-Louis Leclerc de Buffon: •od 1749 Histoire Naturelle •stáří Země = 168 000 let •příbuzné druhy ze společného předka, modifikace klimatickými faktory Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem konec 17. stol. až Velká francouzská revoluce: NÉM~&KO Immanuel Kant, Lorenz Oken (Naturphilosophen), J. W. Goethe BRITÁNIE Erasmus Darwin: 1794 Zoonomia Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem 19. století: Jean Baptisté de LAMARCK (1744-1829) 1809: Philosophie zoologique 1. vrozená vnitřní tendence ke změně 2. dědičnost získaných vlastností •neustálý spontánní vznik jednoduchých organismů •změna druhů k vyšší organizovanosti (transformismus) •počet druhů neměnný LAMARCKISMUS Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYSL ~j Jj (a) 1. před Darwinem transformismus (b) O g Současná Sca/tí Naturae to »U Spontánní vznik nejjednodušších forem C as t Přítomnost darwinismus (c) • b A CÉ d* >u O dO aQ bO cQ dO -^ kataklysma a nové stvoření a<_) bO cO dO aO bČ> kreacionismus Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 1. před Darwinem 19. století: Lamarckova kritika —» Georges Cuvier (1769-1832) •přírodní teologie: William Paley •paleontologie: Richard Owen •geologie: Charles Lyell Základy geologie uniformitarianismus (James Hutton) •Robert Chambers: Vestiges of the Natural History of Creation (1844) Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠL^j JJ 2. Darwinova evoluční teorie t DARiVIN (1809-1882) medicína v Edinburghu teologie v Cambridge 1831-1836: H.M.S. Beagle ■: . :■ > :■ ■■■ '•f*"" .■■ ^BJ^H^P ífc ■ itiB ':,'Í r 1> ■ 3 . ■ ■ Evoluce a evoluční biologie Zdroje Darwinovy teorie: 'Lyellovy Základy geologie ►plavba na Beagle: - Kapverdské ostrovy - Argentina (glyptodon, mastodont, kůň) - Galapágy (želvy, leguáni, pěnkavy) 'Thomas Malthus (1798) '.Pojednání o zákonitostech populace (Essay on the Principle of Population) •Příčiny a mechanismus evoluce - původ postupnou úpravou (descent with modification)1838 •1844: krátké shrnutí myšlenek (mělo být vydáno posmrtně) •1858: A. R. Wallace —» Linnean Society •1859: O původu druhů přírodním výběrem aneb zachování zvýhodněných odrůd v boji o život (On the Origin of Species by means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life) ^W - A Evoluce a evoluční biologie Alfred Russe! WALLACE (1823-1913) O sklonu variet nekonečně se odchylovat od původního typu (On the Tendency of Varieties to Depart Indefinitely from the Original Type) Darwinova teorie = DARWINISMUS: 1. Původ všech druhů ze společného předka ne nadpřirozenou bytostí ne samoplození divergence akumulací drobných změn 2. Teorie přírodního výběru Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYSL ~j Jj 3. evoluční biologie na přelomu 19« a 20« stoL Problémy Darwinovy teorie: •čas: William Thomson, lord Kelvin - stáří Země •kambrické zkameněliny max* 200 miL let •vznik složitých orgánů •neznalost teorie dědičnosti: směsná dědičnost pangeneze (gemmuly) Thomas Henry Huxley, Joseph Hooker, Asa Grey •Ernst Haeckel: zákon rekapitulace •Herbert Spencer: sociální darwinismus •marxismus Evoluce a evoluční biologie HISTOIíJ- -VOLUČlflÍHO MYŠLEIA 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. Alternativní teort« 1. Ortogeneze: Megaceros gigantem Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. j.\\tefiKiiVjní teufte 2. Neolamarckismus: »Paul Kammerer, Arthur Koestler •lysenkismus: Trofim Děnisovič Lysenko •August Weismann: soma + zárodečná plazma (germen) (a) «9» -o- ^O^O^O^' N" Zárodečná buňka v\l y^v 'x (b) »o------ o Zárodečná buňka Evoluce a evoluční biologie HISTtbíJ ~ EVOLUČNÍHO MYSLE jf 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. Způsob vývoje zárodečných buněk a počet žijících druhů u živočišných skupin (většinou kmenů). U více než jedné třetiny kmenů není znám způsob vývoje zárodečných buněk. Raná determinace zár. buněk Pozdní determinace zár. buněk Somaticky odvozené zár. buňky Více než jeden typ Neznámý typ Mesozoa Echinodermata 6000 Bryozoa 4000 Kaná, nebo pozdní Placozoa 2 Orthonectida 18 Mollusca 100000 Cnidaria 9000 Arthropoda Priapula 10 Dicyemida 65 Porifera 10000 Crustacea 75000 Phoronida 13 Onychophora 70 Chelicerata 100000 Pentastomida 90 Chaetognatha 70 Uniramia 800000 Gnathostomulida 100 Ctenophora 80 Pogonophora 100 Kinorhyncha 125 Všechny 3 typy Hemichordata 100 Gastrotricha 500 Annelida 8700 Entoprocta 130 Tardigrada 550 Platy helminthe s 12700 Echiura 130 Acanthocephala 1150 Chordata 39000 Nematomorpha 230 Rotifera 1800 Sipuncula 320 Nematoda 10000 Brachiopoda Nemertini 330 800 Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 3. evoluční biologie na přelomu 19. a 20. stol. AH^sjJ3i ävní lay/] a 3. Mutacionismus: •1900: znovuobjevení Mendelových z. < •Hugo de Vries: pojem mutace \ Oenothera lamarckiana •diskrétní proměnlivost •William Bateson, Thomas Hunt Morgan •makromutace: Richard Goldschmidt (1940) - „nadějná monstra" x biometrikové: •Francis Galton, Karl Pearson •kontinuální proměnlivost Makromutace ZľA Znak (napr. výška) 1 JX Znak (napr. výška) Drobné rozdíly mezi jedinci Znak (např. výška) á t b i Znak (např. výška) Evoluce a evoluční biologie HISTOtiJ- -VOLUČIiJJ>IO MYŠL£jÚ 4 Moderní syntéza a současný vývoj •sir Ronald Aylmer Fisher (1890-1962) •John B. S. Haldane (1892-1964) •Sewall Wright (1889-1988) •Sergej Četverikov (1880-1958) Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYSL ^ JÍ 4. Moderní syntéza a současný vývoj •1918: výsledky biometriků v souladu s Mendelovými z. 1930: Genetická teorie přírodního výběru (The Genetical Theory of Natural Selection) 1932: Příčiny evoluce (The Causes of Evolution) 1931: Evoluce v mendelovských populacích (Evolution in Mendelian Populations) základy populační genetiky -> NEODARWINISMUS v užším smyslu Evoluce a evoluční biologie HISTORIE EVOLUČNÍHO MYŠLENÍ 4. Moderní syntéza a současný vývoj •Theodosius Dobzhansky (1900-1975) -Ernst Mayr (1904-2005) 1937 - Genetika a původ druhů »George Gaylord Simson (1902-1984) (Genetics and the Origin of Species) »George Ledyard Stebbins (1906-2000) •Edmund B. Ford (1901-1988) 1964 - Ekologická genetika (Ecological Genetics) •Julian S. Huxley (1887-1975) 1942 - Evoluce: Moderní syntéza (Evolution: The Modern Synthesis) •19»47 Princeton •1949 Genetika, paleontologie a evoluce (Genetics, Paleontology, and Evolution) Syntetická teorie evoluce = Moderní syntéza -> NEODARWINISMUS v širším smyslu Evoluce a evoluční biologie (a) Podle anatomie byla evoluční sekvence moderních obratlovců tato: ryby obojživelníci plazi VGI nikoli tato: ryby savci obojživelníci plazi (b) Pořadí hlavních skupin obratlovců ve fosilním záznamu Recent Třetihory Křída Jura Trias Perm Pennsylv. Mississ. Devon Silur Ordovik Agnatha