ns - Биологический факультет МГУ

Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Лекция 5. Множественность путей повышения
приспособленности
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Цель.
Показать, что повышение приспособленности может быть достигнуто достаточно большим числом способов.
Задачи лекции.
Попытаемся ответить на вопрос, в чем причина возможности выработки разных способов адаптации к факторам среды и разных способов повышения приспособленности.
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
При использовании термина «приспособленность» необходимо
понимать следующее:
Приспособленность ОТНОСИТЕЛЬНА, т.к. :
1) имеет смысл только при сравнении особей
относительно друг друга;
2) не может рассматриваться в отрыве от конкретных экологических условий .
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Видообразование у яблонных мух-пестрокрылок
Rhagoletis pomonella (Diptera: Tephritidae)
Эмбриональная смертность мух на боярышнике составляет 50%, а на яблоне 75%
Зараженность мух наездниками на яблоне
на 70% меньше.
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Условные уровни рассмотрения факторов,
приводящих к множественности способов повышения
приспособленности.
Причины, которые приводят к появлению разных способов адаптации
к среде (разных способов повышения приспособленности), будут разными для разных уровней организации биологических систем.
Мы можем условно выделить такие уровни организации:
1. Экосистемный (уровень межвидовых взаимодействий).
2. Видовой:
1) популяционный (взаимодействия между особями);
2) организменный:
а) взаимодествия органов и систем органов;
б) клеточный (биохимический).
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Схема биосинтеза пигментов у дрозофилы
Current model of the pteridine and ommochrome pathways. Genes (pink) encode transport proteins (orange) and enzymes
(green rectangles). Enzymes catalyze specific reactions (green arrows) that convert chemical precursors into pigments.
Pigment colors are shown in parentheses; underlining denotes pigments visible only under UV light.
Источник: Genotype to Phenotype: Investigating Eye Color Mutations Using Chromatography By Tara C. Thiemann, Truman State University
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Основные механизмы регуляции
метаболических процессов
Источник: сайт http://www.xumuk.ru
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Гормональный контроль расщепления
гликогена
Источник: сайт http://www.xumuk.ru
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Некоторые из генов, обусловливающих устойчивость комнатной мухи (Musca domestica) к пестицидам
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Устойчивость клопа Cimex lectularius к пиретроидам
Источник: Fang Zhu, Hemant
Gujar, Jennifer R. Gordon,
Kenneth F. Haynes, Michael F.
Potter & Subba R. Palli, 2013.
Bed bugs evolved unique
adaptive strategy to resist
pyrethroid insecticides.
SCIENTIFIC REPORTS | 3 :
1456 | DOI: 10.1038/srep01456
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Пути достижения устойчивости к пиретроидам у постельного клопа в разных популяциях и лабораторных линиях
Источник: Fang Zhu, Hemant Gujar, Jennifer R. Gordon, Kenneth F. Haynes, Michael F. Potter & Subba R. Palli, 2013. Bed bugs evolved unique
adaptive strategy to resist pyrethroid insecticides. SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 1456 | DOI: 10.1038/srep01456
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Экспрессия генов устойчивости в различных чпстях тела пастельного
клопа лабораторной линии NY-1
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Полиморфизм рогов у одичавших овец на острове Хирта в архипелаге Сент-Килда
Связь генотипа с размером рогов у
диких соэйских баранов (все особи на
фотографиях — взрослые самцы). Гомозиготы Ho+/Ho+ (a) и гетерозиготы
Ho+/HoP (b) почти всегда имеют большие рога, тогда как среди гомозигот
HoP/HoP примерно поровну особей с
большими рогами (c) и с рудиментарными (d). Изображение из обсуждаемой
статьи в Nature
Источник: Susan E. Johnston, Jacob Gratten,
Camillo Berenos, Jill G. Pilkington, Tim H.
lCutton-Brock, Josephine M. Pemberton & Jon
Slate. Life history trade-offs at a single locus
maintain sexually selected genetic variation //
Nature. 2013. V. 502. P. 93–95.
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Полиморфизм у ивового листоеда Lochmaea caprae
Личинки и имаго ивовой расы не могут питаться листьями березы. В эксперименте
при принудительном питании листьями березы гибель составляла 100%. В тоже
время, березовая раса способна питаться листьями ивы. Обмен между ивовой и березовой расами составляет от 5,0 до 0,3%. Жуки ивовой расы несколько более гигрофильны и несколько более термофильны.
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Изменчивость у мухоловки-пеструшки (Ficedula hypoleuca)
I
II
III
IV
V
VI
VII
female
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Географическая изменчивость частот фенотипов
у самцов мухоловки-пеструшки
In Europe
(from Roskaft et al., 1986)
In former Soviet Union
(Collection of Zoological Museum of Moscow State University)
- mean colour type < 4
- mean colour type > 4 and <5
- mean colour type > 5
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Предпочтения самок мухоловки-пеструшки в эксперименте
n
rs
p
40
0,43
<0,01
Число посадок самца на вход в гнездовье
40
0,41
<0,01
Число залезаний самца внутрь гнездовья
40
0,37
<0,02
Число песен самца
40
0,34
<0,05
Площадь лобного пятна
40
-0,15
n.s.
Тип окраски
3m
male
male
x
3m
x
x
x
female
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Завсимость рекламного поведения самцов мухоловки-пеструшки от
температкры воздуха
'серые' самцы
rs
'черные' самцы
p
rs
p
0,58
0,01
-
n.s.
Tmin at release day
0,53
0,02
-
n.s.
Tmean during test
n.s.
-
n.s.
Tlowest during test
0,03
-
n.s.
Tmin at release day
-
n.s.
-
n.s.
-
n.s.
-
n.s.
Tmean during test
Tlowest during test
0,58
0,01
-
n.s.
Tmin at release day
0,48
0,04
0,02
Tmean during test
0,56
0,01
n.s.
Tlowest during test
0,50
0,52
-
Число посадок самца
на вход в гнездовье
Число залезаний самца
внутрь гнездовья
Число песен
самца
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Завсимость рекламного поведения самцов мухоловки-пеструшки от
температкры воздуха
Интенсивность рекламного
поведения
60
p<0.02
'черные' самцы
'серые' самцы
50
40
30
20
10
‘Низкая’ температура
‘Высокая’ температура
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Предпочтения самок мухоловки-пеструшки в эксперименте при разных
температурах воздуха
'Низкая' температура
(среднесуточная < 10o C)
rs
n
p
0,67
12
<0.02
Тип окраски
'Высокая' температура
(среднесуточная > 10o C)
rs
n
p
-0,08
28
n.s.
Тип окраски
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
B
A
12
10
8
6
r = -0.93, p < 0.001
4
2
8
10
12
14
16
18
20
Mean day maximal temperature, oC
22
24
14
24
22
12
20
10
18
8
16
14
6
12
4
10
8
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Years
2
Proportion of males with colourt type 2 and 3
14
Mean day maximal temperature, oC
Proportion of males with colourt type 2 and 3
Доля контрастно окрашенных самцов мухоловки-пеструшки в репродуктивной части популяции в зависимости от температуры воздуха весной
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Географическая изменчивость частот фенотипов
у самцов мухоловки-пеструшки
In Europe
(from Roskaft et al., 1986)
In former Soviet Union
(Collection of Zoological Museum of Moscow State University)
- mean colour type < 4
- mean colour type > 4 and <5
- mean colour type > 5
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Репродуктивные стратегии самцов мухоловки-пеструшки, различающихся по
окраске оперения
Число слетков
7
6
черные
5
серые
4
X
X+1
Возраст самца
X+2
Источник: E.V. Ivankina, V.G. Grinkov, and A.B. Kerimov, 2001. Male colour type and lifetime breeding success in the pied flycatcher ficedula hypoleuca. Acta
Ornithologica, 36(1):91–96.
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Изменчивость окраски оперения у мадагаскарской райской мухоловки
(Terpsiphone mutata)
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Изменчивость окраски гульдовой амадины (Chloebia gouldiae)
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Коэволюция обыкновенной подвязочной змеи (Thamnophis sirtalis) и желтобрюхого
тритона (Taricha granulosa) на западном побережье Северной Америки
Источник: Charles T. Hanifin, Edmund D. Brodie Jr., Edmund D. Brodie III. Phenotypic
mismatches reveal escape from arms-race coevolution // PLoS Biology. 11 March
2008. V. 6. No. 3.
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Полифункциональность морфологических структур
a
b
1
100
00 µ
µm
m
100 µm
e
d
100 µm
c
100 µm
100
100 µm
µm
f
100 µm
Кафедра биологической эволюции Биологического факультета МГУ (www.bioevolution-msu.ru)
Межфакультетский курс «От альфы до омеги биологической эволюции: от гена до биосферы»
Способы дыхания у рыб
Надглоточный
орган
Газообмен в
кишечнике
Кожное
Газообмен в плавательном пузыре
Жаберное
Газообмен в
легких
Лабирин