1 The Genetic Basis of Evolution I. Genetic Basis II. Mechanism of Evolution
Jan 03, 2016
1
The Genetic Basis of
Evolution
I. Genetic Basis
II. Mechanism of Evolution
2
II. Mechanisms of
Evolution 1. What is Evolution 2 . Emergence of the first cell 3 . Genetic composition of population 4 . Genetic variation 5 . Genetic equilibrium 6 . Microevolution 61. Mutation 62RRRRR RRRRRRRR 63. Genetic drift 64. NaturalRRRRRRRRR 65. Gene flow
3
Evolutionกระบวนการเปลี่ �ยนคุ�ณลี่�กษณะไปตามกาลี่เวลี่าของ species ใดๆ
จนในที่ �สุ�ดเก!ด species ใหม#ที่ �ม ว!ถี ชี ว!ตใหม#
Evolution : การเปลี่ �ยน คุวามถี � (frequency) ของ
gene ในประชีากรใดๆ ตามกาลี่เวลี่า
4
First Living Cells
on Earth- 4645 10. . billion (x 3 )
years: โลี่กเก!ดจาก Cosmic cloud4 billion year: โลี่ก thin-crusted inferno, heat & gases
crust เย(นลี่งแลี่ะแข(งต�ว น*+า condensed เป,นเมฆ แลี่ะ ตกเป,นฝน3.8 billion years: life originated บนผิ!วโลี่ก
5- Miller Uery’s
Apparatus
๏ แสุงอาที่!ตย0 ฟ้2าผิ#า คุวามร3อน ที่ �แผิ#ออก
จากโลี่กเป,น supply energy ให3เก!ดการรวมก�นของสุารประกอบ organic ได3glucose, ribose, deoxyribose, nucleotides, amino acids, lipids, แลี่ะอ4�นๆ๏ สุาร organic ม self assembly
จนได3 living cells
6
Chemical & molecular evolution (4 by.) into the first cells (3.8 by.)
Evolutionary tree (3.7
by. - present)
7
Genetic Basis of
Evolution
•อะไรที่*าให3เก!ดคุวามแปรปรวนที่าง พั�นธุ�กรรม [ genetic variation] แลี่ะคุงอย7# เป,นว�ตถี�ด!บของว!ว�ฒนาการ
– ป9จจ�ยที่ �ที่*าให3เปลี่ �ยน gene frequency ที่*าให3เก!ด
ว!ว�ฒนาการ• species ใหม#เก!ดข:+นได3อย#างไร
8
ว!ว�ฒนาการเก!ดในระด�บใด• Individual organisms : be born, mature, and die No
evolution• Species : กลี่�#มฃองสุ!�งม ชี ว!ตที่ �ผิสุมพั�นธุ�0ก�น
ได3 Evolution
• Population : สุมาชี!กของ species ที่ �อย7#รวม
กลี่�#มก�น ในพั4+นที่ �/ อาณาเขตหน:�ง Evolutionary change
9
Genetic
Variation
10
Genetic Variation• คุวามแตกต#างใน combinations ของalleles ที่ �ม – ใน individuals ของ population
หร4อ– ใน gene pool ของ population
• คุวามแตกต#างของ gene/allele frequencyที่*าให3เก!ด variation ใน characters
ของ population– Morphology ร7ปร#างลี่�กษณะ– Physiology หน3าที่ �การที่*างานของสุร ระ– Behavior น!สุ�ย พัฤต!กรรม
11
Genetic variation among species
Genetic variation among races of
the same species
12
• ลี่�กษณะ (trait) ระหว#าง individuals จ:งไม#เหม4อนก�น• Genetic variation ระหว#าง species ด7จากfrequency �
ของ - Heterozygosity two different alleles(Aa) Human - 100,000 genes ม variation 10 % Dogs - 100 000, genes ม variation
5% Cheetahs - 100 000, genes ม
variation 0.067 %
13
Sources of Genetic
variation
เก!ดได3จากหลี่ายเหต�การณ0 พัอสุร�ปได3เป,น 5 อย#างคุ4อ
1. Gene mutation (produce new alleles) 2. Recombination การแลี่กสุลี่�บชี!+นสุ#วนของ
RRRR บน Chromosome ระหว#างการแบ#ง / สุร3างเซลี่ลี่0
สุ4บพั�นธุ�0
14
3. Independent assortment การเลี่4อกถี#ายที่อดอ!สุระ
ของ RRRR หร4อ RRRRRRRRRR ระหว#างการแบ#งเซลี่ลี่0 สุ4บพั�นธุ�0
4. Fertilization ระหว#าง gametes ที่ �ม gene ต#างก�น RRRRRRR RRRR RRR RRRRRRRR( )
5 . Change in chromosome structure orRRRRRR
(loss, duplicate, or alteration of alleles)
15
Environmental influences
on variation
• ที่*าให3เก!ดvariation ใน phenotypes
• ไม#ที่*าให3 gene เปลี่ �ยน
•แต#ที่*าให3การ แสุดงออกของ
gene เปลี่ �ยนได3ลี่�กษณะเปลี่ �ยน
Hydrangea macrophylla: allels ของสุ ดอก เหม4อนก�น
ปลี่7กในด!นที่ �ม acidity ต#างก�น
แมวไที่ย: อ�ณหภู7ม!ผิ!วหน�งไม#เที่#าก�น
16
Genetic
frequency1. Genotype frequency2. Allele frequency / gene frequency
17
Genotypes in a population ม 3
แบบ - AA Homozygous Dominant
- Aa Heterozygous
- aa Homozygous Recessive
18
1. Genotype frequency• genotype frequency ของ gene
ใดๆ ใน population รวมก�นเป,น 1
1AA + Aa + aa = • แลี่ะการกระจายเป,น binomial
(p + q)2 = p2 + 2pq + q2 =1
เม4�อ p = frequency of allele A
q = frequency of allele a
Punnettsquare
19
2 . Allele frequency หร4อ Gene frequency
• แตกต#างก�น แลี่3วแต#เผิ#าพั�นธุ�0• Gene บน locus ใดๆ อาจเป,น A หร4อ a
สุ�ดสุ#วนของ alleles A หร4อ a รวมก�นเป,น 1 1p+q = R R R+= 2 + 2 +pq q2 R1• ถี3า p = q โอกาสุสุ7ญพั�นธุ�0น3อย • ถี3า allele คุงที่ � - No Evolution• ถี3า allele เปลี่ �ยน - Evolution
20
ต�วอย#างว!ธุ หา Frequency (f) กลี่�#มเลี่4อด MN ซ:�งม gene อย7#ที่ � Chromosome 4
Phenotype Genotype # Individuals # Alleles M LMLM 1787 LM = 2 x 1787 = 2574MN LMLN 3039 LM = 3039 : LN = 3039N LNLN 1303 LN = 2 x 1303 = 2606
6129= 12258total = ,LM = 2574 + 3039 = 6613 --> f LM = 6613/12,258 =
0.5395LN = 3039 + 2606 = 5645 --> f LN = 5645/12,258 =
0.4605
21
ต�วอย#าง Genetic variation ของ
2 SubgroupsAllele / GenotypeFrequency f Subgroup 1 f Subgroup 2
p 0.10.9q 0.90.1
p2 0.01 0.812pq 0.18 0.18q2 0.81 0.10
22
Genetic
Equilibriu
m ถี3าไม#ม แรงผิลี่�กด�นใด ๆ
จากภูายนอกfrequency ของแต#ลี่ะallele ใน population
จะไม#เปลี่ �ยนแม3หลี่ายร�#นผิ#านไป
23
Genetic Equilibrium• Allele frequency คุงที่ � เป,นเวลี่าหลี่าย generations เร ยกว#า Genetic
Equilibrium หร4อ - Hardy WeinbergEquilibrium
• Variation ของ Allele frequency ใน generations
ต#อๆ มา จ:งใชี3เป,นต�วว�ดอ�ตราการเปลี่ �ยนแปลี่ง ที่างว!ว�ฒนาการ (Rates of EvolutionaryChange)
24
- Hardy Weinberg
Principle Allele frequency จะคุงที่ �จาก
generation หน:�งไปอ ก generation หน:�ง ได3 ด3วย 5 conditions (ideal)
1) ไม#ม mutation 2 ) ไม#ม gene flow (isolate จาก population อ4�น)
3) ม random mating (ที่�ก genotypes ต3อง viable แลี่ะ fertile)
4) Population size ต3องขนาดใหญ#5) ไม#ม natural selection
25
Variation ของ Allele Frequency
เก!ดโดย 5 conditions ที่*าให3เก!ด Evolution ในระด�บ
Microevolution
ว!ว�ฒนาการระด�บจ�ลี่ภูาคุ(พั�นธุ�กรรม)
26
Microevolution 1. Mutation - การกลี่าย
พั�นธุ�0 2. Recombination /
R RRRRR R RRRRR - การพั�นธุ�กรรม / การไม#เลี่4อกผิสุม
R RRRRRR RRRRR 3 . - การเคุลี่4�อนที่ �ของพั�นธุ�กรรม
R RRR RRRR - 4 . การไหลี่ของพั�นธุ�กรรม
RRRRRRR RRRRRRRRR5. - การเลี่4อกโดยธุรรมชีาต!
27
1. Mutation เปลี่ �ยน allele หน:�งไปเป,น
อ ก allele ใหม#
28
Mutation
• เปลี่ �ยน ใน DNA ของเซลี่ลี่0สุ4บพั�นธุ�0 ถี#ายที่อดได3ที่*าให3– เปลี่ �ยน gene expression
– เปลี่ �ยน phenotype
– เพั!�ม หร4อ ลี่ด frequency ของ allele ใน gene pool ของ ประชีากร ที่*าให3ม ผิลี่ต#อ Evolution
•เปลี่ �ยน ใน DNA ของเซลี่ลี่0ร#างกายที่��วไป ถี#ายที่อดไม#ได3
• โอกาสุ 1 ใน ลี่3าน ที่ �จะได3 gene ใหม#
29
สุาเหต�ของ Mutation :– Spontaneous mutation เก!ด
เอง• DNA replication errors • Spontaneous chemical changes
–Induced mutation ชี�กน*าให3เก!ด• Physical agents - Radiation• Chemical agents - Base analogs• Base-modifying agents• Intercalated agents
30
Induced mutation•RRRRRRRR RRRRRR เชี#น UVb ให3เก!ดมะเร(งผิ!วหน�ง
•Chemical agents เป,นสุาเหต�ให3เก!ด มะเร(ง– - Base modify agents ที่*าให3 base จ�บคุ7#ผิ!ด เชี#นsulfur
mustard gas
– Intercalated agents ที่*าให3ขย�บ base ของcodon เชี#น
Acridine ในสุ ย3อมผิม
31
Mutation แบ#งเป,น 2 ระด�บ Chromosomal mutation Gene mutation
32
Chromosomal Mutation
(chromosomal Aberration)
• Chromosomenumber– one or few
chromosomes- Downsyndrome
(2n+1 = 47แที่#ง)
- Klinefelter syndrome
47( , XXY) - Turner
syndrome 45( , XO),
• Chromosomestructure– - - - DeletionCri du chat syndrom - e (cat cry ใน C5)– - Dupl i cati on Bareyeใน
แมลี่งหว �– Inversions (ไม#คุ#อยเก!ด)– Transl ocati on
- Leukemi a( แที่#ง912/ )
- Lymphoma ( แที่#ง 8/14)
33
34
35
36
Down syndrome :
Chromosome 21 เพั!�ม 1 แที่#ง- Cat cry syndrome :
สุ#วนของchromosome 5 หายไป
37
38
– เปลี่ ยน complete sets ของchromosomes เร ยกว#า Genome Mutation
เก!ดในพั4ชี แลี่ะ ใชี3ประโยชีน0ในการปร�บปร�งสุายพั�นธุ�0 พั4ชี• 2n -> n• 2n -> หลี่าย n
– แตงโม 3n– ม�นฝร��ง, ถี��วลี่!สุง, กาแฟ้, อง� #น 4n
39
Gene Mutation ( DNA sequence changes) 1) Point mutation - Base pair
substitution, Addition or Deletion คุ7#base ที่*าให3 ขย�บ reading frame ของcodons
บน mRNA - - - - - - ---AUG ACA CAU AAC GGC UUC GUA +U +C -U -AUG AU - -C ACA UAC- -ACG GCU-- CGU---A
2) Duplication & Divergence gene จ*าลี่อง แลี่3วได3 - 1 copy เหม4อนบรรพับ�ร�ษ - RRRR 1 ลี่*าด�บ bases ไม#เหม4อน
ที่*าให3 gene ม โอกาสุแยกห#างออกจากบรรพับ�ร�ษ
40
3 ) Exon shuffling แยก gene ออก เป,นชี!+นๆ แลี่3วสุลี่�บ
ใหม# ที่*าหน3าที่ �เป,น gene ใหม#Gene บน mRNA ม สุ#วน
ที่ �เป,นรห�สุ เร ยกว#า Exon แลี่ะไม#เป,นรห�สุ เร ยกว#า
Intron
Exons ถี7กต�ดต#อสุลี่�บต*าแหน#ง
41
42
43
44
2. Recombination
Universal source ของGenetic variation
45
2.1 Genetic Recombination in Nature
2.2 Artificial Recombination
2. Recombination
46
2.1 Genetic
Recombination in Nature • เก!ดระหว#าง gene บนคุ7# Homologous
Chromosome ขณะการแบ#งเซลี่ลี่0 สุ4บพั�นธุ�0 ที่*าให3 phenotype ของลี่7กที่ �ได3ร�บ recombined gene(s) แตกต#างจาก
ของพั#อ- แม#
47
•Recombination ม โอกาสุเก!ดสุ7งมาก ถี:ง 1 ใน 2
•Species ที่ �ม genetic recombination จ:งม genetic
variation มากกว#าที่ �การเลี่4อกโดยธุรรมชีาต!จะที่*าได3•Recombination ที่*าให3สุ!�งม ชี ว!ตคุวามสุามารถีปร�บ
ต�วให3เข3าก�บการเปลี่ �ยน environment ได3ด กว#า• ถี3า environment เปลี่ �ยนไป recombinants
เหลี่#าน +คุงม ชี ว!ตรอดแลี่ะสุ4บพั�นธุ�0ต#อไปได3
48
2.2 Artificial
recombination• การที่*า Genetic recombination ในห3องหลี่อด
ที่ดลี่องใน Lab• โดยว!ธุ การ พั�นธุ�ว!ศวกรรม Recombinant DNA Technology หร4อ Genetic Engineering หร4อ DNA
Cloning เป,นการสุร3าง gene recombinants ใหม# หร4อ
สุร3าง DNA โมเลี่ก�ลี่ผิสุมใหม#ให3ม คุ�ณสุมบ�ต!พั!เศษเฉพัาะตามว�ตถี�ประสุงคุ0ของมน�ษย0
•Artificial recombination ไม#ม ผิลี่ต#อEvolution โดยตรงในระยะแรก แต#อาจม ผิลี่ในระยะ
ต#อมา ข:+นก�บการคุวบคุ�มการใชี3ประโยชีน0
49
หลี่�กการของ Genetic
Engineering 1 ต�ด gene/DNA ที่ �สุนใจด3วย restriction
enzyme 2. ต�ด R R R พัาหะ ( vector) ด3วย restriction
enzyme ชีน!ดเด ยวก�น 3. ต#อ ชี!+นสุ#วนที่�+งสุองด3วย enzyme Ligase จะ
ได3 recombinant DNA molecule ใหม# 4. น*า recombinant ใสุ#เข3าไปใน RRRRRRRR เพั4�อ
เพั!�มจ*านวน copy5. น*า recombinant DNA ไปว!เคุราะห0ต#อจนใชี3
ประโยชีน0ได3
50
เที่คุน!คุการ ที่*า
Genetic
Enginee
ring
51
Artificial recombinant DNA สุามารถี
ที่*าให3ถี#ายที่อดได3 แต# ยากมาก เพัราะ• คุ�มการถี#ายที่อดไม#ได3
• ม ป9ญหาด3าน จร!ยธุรรมจรรยา
(Ethics)
Artificial recombination เป,นประโยชีน0
ป9จจ�บ�นมาก– การแพัที่ย0– การเกษตร– สุ!�งแวดลี่3อม– เศรษฐก!จ คุวามม��นคุง (อ*านาจ)
52
• Arti fi ci al Recombi nati on ให3โที่ษได3ถี3าใชี3ไม#รอบคุอบ
• อาจกระที่บต#อ Evol uti on เร!�มปรากฎผิลี่กระที่บต#อสุ�ตว0ในธุรรมชีาต!เม4�อม
การปลี่7กพั4ชีแปลี่งพั�นธุ�0 (Transgenicplants)จ*านวนมากเพั4�อ ต3องการป2องก�นแมลี่งศ�ตร7พั4ชี แต# ที่*าลี่าย
แมลี่งอ4�นในธุรรมชีาต!โดยที่างอ3อม• สุ!�งม ชี ว!ตที่ �เก!ดจากการปร�บเปลี่ �ยนพั�นธุ�กรรม เร ยกว#า GMO= Geneti cal l y Modi fi edOrganism
53
ผิลี่!ตภู�ณฑ์0 R ecombinant DNAบางอย#าง
ในการร�กษาโรคุในคุน• -Insulin ร�กษาโรคุเบาหวาน• - Factor VIII & factor IX ร�กษาโรคุ
hemophilia • - Growth hormone โรคุแคุระแกรน เต +ยผิ!ดปกต!• -Parathyroid hormone คุวบคุ�มปร!มาณ
Calcium แลี่ะ Phosphate ในกระด7กแลี่ะเลี่4อด• -Erythropoietin ร�กษาโรคุโลี่ห!ตจาง• - Angiostatin & Endostatin ร�กษาโรคุมะเร(ง• - Hepatitis B antigen เป,นว�คุชี!นป2องก�น
Hepatitis B (ไวร�สุต�บ)•ร�กษาโรคุพั�นธุ�กรรมโดยตรง
54
ผิลี่!ต Insulin โดยเที่คุน!ด
Genetic Engineering
Recombinant DNA
55
โรคุ Adenosine Deaminase Deficient Severe
Combine Immunodeficiency
Disease (ADA SCID)
Gene
therapy
56
การใชี3เที่คุน!คุ
DNA ในการระบ�บ�คุคุลี่
57
Animal
Cloning
58
Genetic Cloning
& Animal Cloning
59
พั4ชี
GMO
60
ข3าวโพัด GMO
61
ต�วอย#างEngineered animals &
plants (GMO)
62
63
64
เม4�ออนาคุตไลี่#ลี่#าคุ�ณAs the Future Catches
You (2000) เข ยนโดย Juan Enriquez
ผิอ . โคุรงการว!ที่ยาศาสุตร0แห#งชี ว!ต ว!ที่ยาลี่�ยธุ�รก!จฮาร0วาร0ด
แปลี่เป,นไที่ยโดย ชีวน!ต ศ!วะเก4+อ แลี่ะ สุมสุก�ลี่ เผิ#าจ!นดาม�ข
65
การเปลี่ �ยน Allele frequency อย#างคุาดหมายไม#
ได3 เน4�องจากประชีากรขนาดเลี่(ก
3.
Genetic
Drift
66
Genetic drift หร4อ Sewall
Wright Effect• ประชีากรขนาดเลี่(กแลี่ะขาดการต!ดต#อ (ผิสุม ) ก�บ
กลี่�#มเด!ม ภูายหลี่�งย3ายถี!�นที่ �อย7#อาศ�ย• ภู�ยธุรรมชีาต!ที่*าให3ลี่ดขนาดประชีากรลี่ง เชี#น ภู7ม! อากาศ, โรคุระบาด หร4อถี7กลี่#ามาก• Inbreeding ผิสุมพั�นธุ�0ในกลี่�#มสุมาชี!ก• สุมาชี!กกลี่�#มน +ไม#สุ4บพั�นธุ�0มาหลี่าย
generations บางสุ#วนเจ(บปFวย แลี่ะตายไป
67
ผิลี่ของ Genetic drift
•ที่*าให3ลี่ดหร4อเพั!�ม Genetic variation ภูายในประชีากร
• เก!ด Genetic divergence ระหว#าง population
•Random fluctuation ในgene frequency ของpopulation น�+นเม4�อ เวลี่าผิ#านไป
• ที่*าให3 allele หายไปจากประชีากร
68
• ผิลี่โดยรวมจะกระที่บต#อ ลี่�กษณะ (phenotype) ที่ � gene น +น*าอย7#
•ผิลี่เสุ ยเม4�อขนาดของประชีากรใหญ#ข:+น
• ถี3าประชีากรขนาดเลี่(ก (มาก) เก!ด Genetic equilibrium โดย gene frequency ไม#เปลี่ �ยน
69
Genetic drift เก!ดจาก 2 กรณ 1 ) Founder effects
อ!ที่ธุ!พัลี่ของผิ73ก#อต�+งกลี่�#มใหม # ( ผิ73น*า genes ออกไป)
ศ:กษาจากประชีากรมน�ษย0 2) Bottlenecks
ภู�ยธุรรมชีาต!ที่*าให3ม ประชีากรจ*านวนน3อยรอดชี ว!ตแบบคุอขวด
70
ต�วอย#าง
Founder
effect
Amish ชีนกลี่�#ม น3อยใน U.S.A.
1720 ย3ายจากSwitzerland
มา30 คุนสุมาชี!ก
คุนหน:�งน*า 1 Recessi ve
al l el e ลี่�กษณะ
Dwarfism แลี่ะ Polydactylism
ต�วอย#างBottleneck
s• Elephant seals ข�+วโลี่กเหน4อ
ก#อน1900 ถี7กลี่#าเป,น อาหารจนเหลี่4
อ 30000 ต�ว- สุ7ญเสุ ย genes จ*านวน
มาก - 2 4 genes ไม#ม variation
• Cheetah
71
เสุ4อ Cheetah 10,000 ปGมาแลี่3ว
เก!ด bottleneck ป9จจ�บ�น
inbreeding, ไวต#อโรคุ,
แลี่ะ อ�ตราการสุ4บพั�นธุ�0ต*�า( ม โอกาสุสุ7ญพั�นธุ�0 - endangered species)
72
4. Gene
Flow การเปลี่ �ยน allele frequencies
เน4�องจาก การเคุลี่4�อนย3าย เข3า- ออก ของ สุมาชี!ก
73
Gene
flow เป,นการไหลี่ของ gene โดยที่าง
กายภูาพั : I mmigration - เพั!�ม alleles ใหม# - เปลี่ �ยน allele frequency
เด!ม : E migration - เอา alleles ออก - ลี่ด allele frequency เด!ม
74
gene flow ระหว#าง population ข:+นก�บ จ*านวน
ของ migrating individuals : ease of movement : harshness of
environment: interbreeding ก�บ
population ใหม#
75
• Gene flow ม อ!ที่ธุ!พัลี่สุ*าคุ�ญ 3 อย#าง 1. ชี#วยกระจาย alleles ที่ �ด กว#าให3ที่��วถี:งใน
species 2. ชี#วยร�กษา Organisms ที่�+งหมดให3คุงไว3ในพั4+นที่ �
กว3างใหญ# ให3คุงไว3เป,น S pecies เด ยวก�นป2องก�น /
เปลี่ �ยน Allele frequency ระหว#างของ Species
เด ยวก�นไม#ม Species ใหม# 3. migration ของกลี่�#มขนาดเลี่(ก ที่*าให3เก!ด
Isolation แลี่ะ E volution ได3ในที่ �สุ�ด
76
Gene flow ต�วอย#าง Gene
flow–Gene flow ของ
ประชีากร ต3น Oak
–Migration ของ แมลี่งศ�ตร7พั4ชี ที่ �ม
allele ด4+อต#อยาฆ#า–Migration ของ
gene Cystic fibrosis ใน U.S.A.
นกเก(บ เมลี่(ด
Oak จาก ถี!�นไกลี่ๆ
กลี่�บร�ง ที่*าให3
pattern การกระ
จายของOak
เปลี่ �ยนไป
77
5. Natural
Selection
สุ!�งม ชี ว!ตถี7กเลี่4อกโดย Environmental pressures หร4อ
โดยโอกาสุที่ �จะได3เป,น พั#อ- แม# ของร�#นต#อไป
78
Natural selection• เป,นแรงหลี่�ก ต#อ
– phenotype variation– gene frequency
• ข:+นก�บ relative fitness ของ genotypes/gene f requency ใน
population Fitness = คุวามสุามารถีในการ สุ4บที่อดของ genotype
• ที่*าให3เก!ดการเปลี่ �ยน allele frequency มากกว#า
ที่�กเง4�อนไขใน microevolution
79
• R RRRRRR R RRR RR ก�บ Alfred Russel Wallace
ร#วมก�นต�+ง Concept of Natural Selection ใน
กลี่างศตวรรษที่ �19• Darwin เป,นบ!ดาแห#
ง Evolutionary Theory
80
Patterns of
Natural Selection 1. Stabilizing Selection
เลี่4อก R RRR common forms
2 . Directional Selection เลี่4อก extreme forms
3. Disruptive Selection เลี่4อก extreme forms
แลี่ะ intermediate forms
81
1. Stabi l i zi ng sel ecti on
เลี่4อก most common characteristics
ซ:�งเป,น optimal adaptati on
เม4�อ extreme ตาย/ ลี่3มเหลี่ว - human baby birth wei ghts 3.2 Kg - คุวามสุ7งเฉลี่ �ยของมน�ษย0 - living fossils
horseshoe crab แมงดาที่ะเลี่ nautilus เปHาฮ4+อ ginko scorpion
82
2 . Directionalselection
- เลี่4อก extreme phenot ype เม4�อ extreme อ4�นตาย/ ลี่3ม
เหลี่ว peppered moth human brain size human body
hair cheetah resistance insects ต#อ pesticides resistance microbe ต#อ antibiotics
83
3. Disruptive selection
- เลี่4อก extreme phenotypes
เม4�อ intermediate ตาย/ลี่3มเหลี่ว
เก!ดจาก diverse / cyclic change
ของ habitat หร4อ mutation => เก!ด dimorphism (2
forms ของ trait) polymorphism ( หลี่าย
forms) female swallowtail butterfly
เลี่ ยนแบบ species อ4�น
84
Special cases
of selection
• Artificial selection
• RRRRRR sel ecti on
RRRRRRRR RRRRR RRRRRRR Fluctuation in population size
85
Artificial Selection Selection
เพั4�อปร�บปร�งพั�นธุ�0• เลี่4อก characters ที่ �ต3องการจากแต#ลี่ะร�#น• ลี่7กที่ �ไม# chara cters ที่ �ต3องการถี7กคุ�ดที่!+ง ที่*าให3
ไม#ม โอกาสุสุ4บพั�นธุ�0• ได3 สุายพั�นธุ�0 ( variety) ที่ �ต#างจาก originalbreeders
• - stock => large scale changes => new species
– Dogbreeds บรรพับ�ร�ษคุ4อ wol f
86
Di versi ty ของDomestic Dogs
87
Sexual selection
• บาง Genotypes เลี่4อกที่ �จะ mate ก�บgenotype
ที่ �เฉพัาะเจาะจง– Physical characters– Behavioral characters
--> เปลี่ �ยน genotype frequency
--> ไม#เปลี่ �ยน gene frequency
88
• Sexual selection พับ common ใน สุ�ตว0
– reproductive success ของfemale ข:+นก�บ
จ*านวนไข# ใน lifetime– reproductive success ของmale ข:+นก�บ
insemination• - Elephant seal male ใหญ#กว#า สุ เข3มกว#า• Wood duck - male สุวยกว#า• Peacock - male ขนหางสุวยฉ7ดฉาดกว#า
89
Sexual selection ม 2
แบบ1. P ositive assorted mating : similar phenotype mating
humans mating อย#างinbreeding - self fertilization ในพั4ชี 2. Negati ve assortedmati ng
: dissimilar phenotype mati ng
humans breeding อย#างoutbreeding - cross fertilization ในพั4ชีแลี่ะสุ�ตว0
90
การสุมด�ลี่หร4อคุงที่ �ของ 2 alleles หร4อ มากกว#า สุ*าหร�บ character
เด ยวก�น จากร�#นหน:�งไปอ กร�#นหน:�ง
Balanced Polymorphis
m
91
• Genetic balance ชีอบ Heterozygotes(Aa) – Alleles ที่�+งสุองคุ4อ A แลี่ะ a คุงอย7#ใน population แม3ในภูาวะที่ �
Homozygotes ที่�+ง สุองแบบ (AA แลี่ะ aa) ถี7กที่*าลี่ายหายไป– ไม#ให3 allele ใด allele หน:�ง ม
frequency สุ7ง– น��นคุ4อ เก!ดสุมด�ลี่ระหว#าง alleles A แลี่ะ a
• ศ:กษา wild population แลี่ะ humanpopulation
Balanced Polymorphism
92
สุาเหต�ของ Balanced
polymorphism1. Environment conditions ชีอบheterozygotes (Aa) มากกว#าhomozygotes (AA / aa)– หน:�ง ใน สุอง alleles ของ heterozygote อาจชี#วย
ให3 individual ผิ#านสุภูาวะแวดลี่3อมต#างๆ ไปได3ด3วยด –Environmental pressure อาจชีอบcombination ระหว#าง• 1normal allele แลี่ะ•1 mutated allele
93
2. Heterozygous ที่*าให3 homozygous ที่ �เก!ดใหม#
ตายก#อนคุลี่อด จ:งเหลี่4อแต# heterozygous เชี#น– กลี่�#มเลี่4อด Rh factor
• หญ!ง homozygous recessive (Rh-) แต#งงานก�บ
ชีาย heterozygous (Rh+)- ลี่7กคุนแรกม ชี ว!ดรอดปกคุ! แต# แม#สุร3างภู7ม!ต#อต3าน Rh+
- แม#ต�+งคุรรภู0ลี่7กคุนต#อมา ภู7ม!ต#อต3าน Rh+ ที่*าให3เด(ก ตายก#อนเก!ด
94
• Overdominance : Heterozygous ม Fitness สุ7ง กว#า เชี#น
โรคุโลี่ห!ตจาง ( sickle cell anemia) ในคุนที่ �ม genotype
แบบ heterozygous หร4อ คุนที่ �เป,นพัาหะของ character น +
• Mutation-Selection balance : rate ของการเก!ด หร4อน*า
allele ใหม#เข3าประชีากร เที่#าก�บ rate ของการก*าจ�ดออก• Mutation-Drift balance : Mutation จะเต!ม allele
ที่ �เสุ ย ไปโดย genetic drift
Balancing Selection : การ
เลี่4อกเพั4�อให3สุมด�ลี่
95
Fluctuation in
population size
คุวามไม#สุม*�าเสุมอของขนาดประชีากร
96
Population size• โอกาสุ fluctuation เก!ดจากขนาดประชีากรขนาด
เลี่(ก• ที่*าให3ม การเบ �ยงเบนออกจาก standard probability ที่ �
คุาดคุะเน โดยการศ:กษาสุถี!ต!ประชีากร เร ยกว#า Demography
• เปลี่ �ยน allele frequency เน4�องจาก gene flow
–birth, dead, immigration, emigration
97
1. Climatic factor ม ผิลี่ต#อ genetic variability ของpopulation Genetic recombination ที่ �เหมาะสุมการกระจายด กว#า
2. Biotic factor คุวามสุ�มพั�นธุ0ในเชี!งอาหารแลี่ะการขยายพั�นธุ�0
- สุ�ตว0ก!นพั4ชี (herbivores) ก�บ plants- สุ�ตว0ก!นสุ�ตว0 (carnivores) ก�บ
preys- plants ก�บ insects- bacteria ก�บ earth’s
atmosphere แลี่ะ soil
Selective factors ที่�� limit การกระจายของประชากร
98
3. RRRRRRR RRRRRR คุวามสุ�มพั�นธุ0ของ nutrients ก�บ พั4ชี
- ด!นอ�ดมสุมบ7รณ0 - fertile soil- ด!นอ�ดมสุมบ7รณ0 - infertile soil- ปFาผิลี่�ดใบ - deciduous trees- ปFาไม#ผิลี่�ดใบ - evergreen trees
99
สุร�ป Genetics &
Evolution•พั�นธุ�กรรม•สุ!�งที่ �ถี#ายที่อด/สุ4บที่อดสุายพั�นธุ�0สุ!�งม
ชี ว!ด•สุ!�งที่ �ที่*าให3สุ!�งม ชี ว!ตด*ารงชี พั•ม ปฏิ!สุ�มพั�นธุ0ก�บสุ!�งแวดลี่3อม•ม คุวามหลี่ากหลี่าย•เปลี่ �ยนแปลี่งไห3เก!ดสุ!�งม ชี ว!ตใหม#ได3• ด�ดแปลี่งได3โดยมน�ษย0 ให3เก!ดผิลี่กระ
ที่บสุ!�งแวดลี่3อมแลี่ะเศรษฐก!จระด�บนานาชีาต!
100