Adaptace, fitness, fenotypová plasticita, r/K selekce Alžběta Dubnová Adaptace • 2 různé významy: • Evoluční proces, kterým se ustavuje taková mezigenerační změna organismu, která napomáhá řešit nějaký problém v přežívání a reprodukci v daném prostředí • Adaptace označuje znak jako konečný stav procesu adaptace • Znak je adaptací, pokud: • Zvyšuje fitness vzhledem k ostatním variantám znaku • Je produktem přírodního výběru pro tento znak k řešení nějakého problému • Vznikl pro plnění jeho současné biologické role (jinak mluvíme o exaptaci, nonaptaci či disaptaci) • Transgenerační změna • Vznik adaptací na různých úrovních: geny, buňky, organismy, příbuzní jedinci, skupina nepříbuzných jedinců • Nejběžněji na úrovni organismů • Adaptace ve fyziologii • Označuje krátkodobé změny v plastických znacích, změna citlivosti tkání k opakovaným podnětům (adaptace na zvýšenou salinitu) • Změna uvnitř generace • Adaptionismus • Každý znak je adaptací • Mylné vnímání (na znaky vliv: genetický drift, varianty znaku mohou mít stejnou fitness, mohou být vedlejším produktem výběru pro korelované znaky) • Příklady adaptací: mimikry, adaptace na život v hlubinách, … ADAPTACE Fitness (zdatnost) • Obecné kritérium adaptovanosti organismu • =relativní kvalita fenotypu v daném prostředí měřená genovými příspěvky do budoucích generací (počtem potomků) • Více potomků= větší fitness: roste frekvence jejich genů • 2 hlavní komponenty fitness (mezi nimi trade-off) • Přežívání • Plodnost • Darwinovská fitness: počet zplozeného potomstva v jedné generaci (celoživotní reprodukční úspěšnost) Fenotypová plasticita • =negenetická proměnlivost (není způsobena rozdíly v genotypu) • Důvody vzniku • Věk a vývojové stádium • Roční období (sezónní rozdíly uvnitř generace/mezi generacemi) • Sociální vlivy- kasty hmyzu vlivem odlišné potravy • Ekologické faktory • Proměnlivost stanoviště • Dočasné faktory prostředí • Proměnlivost daná hostitelem u parazitů a parazitoidů • Proměnlivost závislá na hustotě • Neurogenní proměnlivost- chameleon • Traumatogenní proměnlivost • Účinky parazitů • Náhodná poranění, vývojové abnormality, nádory • =vlastnost jednoho genotypu produkovat více fenotypů jako odpověď k měnícímu se vnějšímu prostředí • Interakce vývojových procesů, rodičovských vlivů a faktorů vnějšího prostředí • Fenotypová plasticita se vyvíjí pod vlivem přírodního výběru • VÝVOJOVÁ HOMEOSTÁZE (kanalizace) • Více různých genotypů produkuje jeden fenotyp • Fenotypová plasticita umožňuje organismu, aby se během vývoje jemněji přizpůsobil danému prostředí- FENOTYPOVÁ AKOMODACE • př.: dvounohá koza funguje jako klokan FENOTYPOVÁ PLASTICITA • NORMA REAKCE- spojitá proměnlivost • 1 genotyp může podél gradientu prostředí produkovat plynule se měnící fenotypy • POLYFENISMUS- nespojitá proměnlivost • Babočka síťkovaná- letní generace mnohem tmavší než jarní • Kasty sociálního hmyzu • FENOKOPIE • Fenotypová odpověď k prostředí napodobuje vliv mutace (genetické změny) • HETEROCHRONIE • Evoluční změna v časování exprese znaku • Paedomorfóza (retence juvenilních znaků u dospělce) • Progeneza (zrychlení pohlavního vývoje vzhledem k vývoji ostatních znaků) • Neotenie (zpomalení tělesného vývoje vzhledem k pohlavnímu): axolotl FENOTYPOVÁ PLASTICITA r/K selekce • Robert MacArthur a E. O. Wilson- The Theory of Island Biogeography (1967) • Přírodní výběr má tendenci přivést populaci k maximální velikosti • Při nízkých hustotách roste populace rychle • Při vysokých hustotách se růst značně zpomalí, ale neustává • r- selekce: v prostředí s nízkou hustotou je přírodní výběr nezávislý na hustotě • K- selekce: v prostředí s vysokou hustotou je přírodní výběr závislý na hustotě • r: vnitřní míra populačního růstu • K: nosná kapacita prostředí r-stratég • V r-selekčním prostředí mají největší fitness genotypy maximalizující vnitřní míru populačního růstu r • Znaky r-stratéga: • Rychlé dospívání • Vysoká plodnost • Malá velikost těla • Krátký generační čas • Schopnost šířit se na velké vzdálenosti • Investice do kvantity K-stratég • V K-selekčním prostředí mají největší fitness genotypy maximalizující nosnou kapacitu prostředí K • Znaky K-stratéga: • Vysoká kompetiční schopnost • Méně potomků (rodičovská péče) • Dlouhá životnost • Velké tělo • Investice do kvality • Saranče: Sphingonotus azurescens, čel. Acrididae • Adaptivní fenotypová plasticita- krycí zbarvení v závislosti na prostředí- optimalizace • Často se podobají substrátu, na kterém se vyskytují • Barvy ovlivněny geny, odstíny prostředím • Teplota • Vlhkost • Barva podloží • Červený odstín- vliv pheomelaninu • Vznik pigmentu podobný vzniku neuromelaninu u obratlovců • Neuromelanin a Parkinsonova choroba (selektivní degenerace neuronů obsahujících neuromelanin) Metodika • 19 jedinců • Srpen- říjen 2013 • Dos Hermanas, Španělsko • 2 měsíce drženi ve dvou nádobách s různými typy substrátu (“modrý“, “červený“) • Ukončení po 49 dnech- smrt většiny jedinců • Pravidelné focení se stejnými podmínkami • Kosočtverec= místo, odkud byl měřen odstín jedince • Kolečko= měřený odstín pozadí pro vyrovnání barev Výsledky • L… lightness • a… zelenočervený odstín • b… modrožlutý odstín • Plné čáry a kroužky… samice • Přerušované čáry a trojúhelníky… samci • Změny odstínu a jasu barvy • Individuální změny barvy • Přeživší jedinci Závěr • Zjištěn vliv barvy substrátu na zbarvení pozorovaných jedinců • Jiný poměr pigmentů v těle • Vliv času- čím starší, tím tmavší • Pozorována změna barvy po smrti a zamražení • Barva substrátu ovlivňuje zabarvení i u dospělců (dříve zjištěno pouze u juvenilů)- ale u dospělců menší změny • Pravděpodobně snaha o snížení viditelnosti pro predátory • Podrobný průzkum pheomelaninu by mohl prospět k medicínským účelům Děkuji za pozornost