Leerdoelen Evolutie en biodiversiteit
Hoofdstuk 21: How evolution works
De basisprincipes van de evolutietheorie uitleggen en toepassen.
Evolutie is een proces dat resulteert in een verandering in genetische samenstelling van een
populatie in de tijd. Als proces kan evolutie worden bestudeerd bij soorten in een
ecologische context als:
Individuele organismen in een populatie van een soort fenotypische verschillen in
een kenmerk vertonen,
Deze verschillen een genetische basis hebben,
Deze kenmerken verschillen in fitness veroorzaken
Als aan deze voorwaarden is voldaan, dan zal als gevolg van natuurlijke selectie de
genetische samenstelling van die populatie in volgende generaties anders zijn.
De belangrijkste bewijzen voor evolutie beschrijven.
De belangrijkste bewijzen voor evolutie zijn:
Fossielen
Homologie overeenkomsten tussen karakteristieken door gedeelde voorouders
Biogeografie (Onder andere Continental Drift) (bestudeerd de verspreidingspatronen
van organismen)
Directe observaties van evolutionarie veranderingen
Nieuwe soortvorming
Zo kan er gekeken worden naar analogische overeenkomsten tussen soorten. Maar ook
genetisch materiaal kan sterk overeenkomen tussen soorten. Ook kan er gekeken worden
naar fenotype. Sommige soorten kunnen enorm op elkaar lijken en misschien wel verwant
zijn aan elkaar. Maar je kan ook evolutie direct waarnemen door te kijken naar artificiële
selectie.
Begrijpen dat evolutie het centrale samenbindend concept is in de biologische disciplines
Nothing makes sense in biology except in the light of evolution – Dobzhansky (1973)
Evolutie is belangrijk in disciplines zoals genetica, ontwikkelingsbiologie, ecologie en nog veel
meer. Het helpt ons ook om onder andere ziektes en hun evolutie te begrijpen. Er is geen
enkele “waarom?” vraag in de biologie die kan worden beantwoord zonder evolutie erbij te
betrekken.
De concepten homologie en convergente evolutie uitleggen
Homologie: overeenkomsten tussen karakteristieken door gedeelde voorouders. (Door dit te
observeren tussen soorten kan er geconcludeerd worden dat die aan elkaar verwant zijn. Dit
hoeft niet per se zo te zijn)
Convergentie: de evolutie van dezelfde functie bij verschillende, niet-verwante
taxonomische groepen. Als twee soorten beiden soortgelijke eigenschappen evolueren,
omdat ze in hetzelfde gebied leven en niet verwant zijn aan elkaar. Er is dus selectiedruk op
dezelfde eigenschappen, dus in de loop van tijd evolueren ze dezelfde eigenschappen.
(Analogie)
1
,Het concept artificiële selectie uitleggen en enkele evolutionaire veranderingen
beschrijven die tijdens domesticatie (veredelen) door de mens hebben plaatsgevonden
(bv. van gewassen (maïs) en van huisdieren (hond)).
Artificiële selectie: Het mechanisme waarmee bepaalde eigenschappen of een combinatie
van eigenschappen bewust worden geselecteerd bij het fokken van dieren of veredeling en
teelt van planten. Vervolgens blijven ze door selecteren tot de nakomelingen een bepaald
gewenst fenotype hebben, dit heet domesticatie. Veel generaties later kan de soort zo ver
gedomesticeerd zijn dat het niet meer op z’n oudersoort lijkt of die herkent als z’n eigen.
Gedomesticeerde organismen zijn vaak slecht aangepast aan het leven in het wild, maar ze
hebben evolutionair gezien wel een hogere fitness. Ze produceren namelijk veel
nakomelingen.
Voorbeeld honden: door artificiële selectie zijn er wel honderden hondenrassen die allemaal
als voorouder de Canis Lupus Lupus hebben. Honden vertonen meer morfologische
verschillen (bouw en vorm) dan elk ander zoogdier.
Voorbeeld mais: wilde maïs heeft meerdere stengels en verstopte korrels, gecultiveerde
mais heeft enkele stengel en draagt korrels naakt op het oppervlak van de aar.
Het concept ‘selectie’ uitleggen op het niveau van genen, individuen en groepen.
In een omgeving voert bepaalde selectiedruk uit op de organismen die daar leven. De
organismen met de hoogste fitness, hebben vaak de meest gunstige genen, en zullen deze
ook het meest doorgeven. In de loop van tijd zal een groep organismen van dezelfde soort
van samenstelling veranderen en van fenotype veranderen.
Natuurlijke selectie treedt op als aan de volgende voorwaarden voldaan is:
Variatie
Overproductie
Competitie
Selectie
Overerving
Als aan deze voorwaarde is voldaan, dan zal in de volgende generatie de genetische
samenstelling van de populatie veranderd zijn. Variatie in genen zorgen ervoor dat
individuen verschillen vertonen in eigenschappen. Door deze verschillen hebben sommige
individuen een hogere overlevingskans. De individuen met een een betere adaptie hebben
een hogere fitness (krijgen meer nakomelingen) dan andere individuen in een populatie.
Het concept (absolute en relatieve) fitness uitleggen en berekenen uit gegeven data.
Absolute fitness is je succes uitgedrukt in aantal nakomelingen. Hoe meer, hoe fitter je bent.
Relatieve fitness is de fitness die jij indirect krijgt, door een ander te helpen die van hem te
verhogen, waarmee die van jou in de toekomst ook hoger wordt.
Fitnesscomponenten: overlevingskans en aantal nakomelingen
Viability: overleving van jong individu tot volwassen
fecundity: aantal geproduceerde nakomelingen
De absolute fitness = viability × fecunditeit.
2
,Toelichten hoe het proces van evolutie leidt tot diversiteit en aanpassing.
Uitleggen hoe variatie en natuurlijke selectie ten grondslag liggen aan evolutionaire
veranderingen, en aan de hand van voorbeelden toelichten dat dit voortdurend proces
ook in ons dagelijks leven een rol speelt.
In een populatie is variatie. Zonder variatie zou natuurlijke selectie of geen effect hebben, of
alle individuen in een populatie afmaken. Die variatie in een bepaald kenmerk geeft
sommige individuen een voordeel in overleven of voortplanten en anderen niet. Doordat
natuurlijke selectie druk uitoefent op een populatie, zullen de individuen met de gunstige
variatie (het beste aangepast dus) overleven of beter voortplanten. Uiteindelijk zullen er
steeds meer individuen in een populatie deze gunstige eigenschap bezitten en zo past een
populatie zich langzaamaan.
De evolutionaire principes begrijpen die het ontstaan van antibiotica-resistentie verklaren.
Wanneer een bepaald antibiotica worden gebruikt op een bacteriële infectie, kan hier
resistentie voor opgebouwd worden. Dit komt omdat (puur door toeval) een aantal
bacteriën een mutatie in hun genoom hebben, dat resulteert in immuniteit voor de
antibiotica. Vervolgens wordt er een enorme selectiedruk uitgeoefend door de antibiotica op
de bacteriën. De immune bacteriën blijven over en die hebben nu vrij spel om zich voort te
planten. In een korte tijd is de hele populatie bacteriën die daaruit voortkomt resistent tegen
de antibiotica
3
,Leerdoelen seksuele selectie (H23)
Seksuele selectie
Voorwaarde seksuele selectie:
Individuele variatie
Genetisch bepaald
Beste eigenschappen leiden tot meer nakomelingen
Seksuele selectie leidt tot dimorfisme (verschil in uiterlijk tussen mannentjes en vrouwtjes bij
dezelfde diersoort), voorbeeld:
Mannen kleurrijker
Mannen hebben ornamenten (versierings element)
Mannen hebben wapens
Mannen zijn groot
Assymmetrie in seksuele productie
Verschillende strategieën voor mannen en vrouwen.
Female choice: vrouwen zijn kieskeurig. Ze willen de beste man hebben, omdat vrouwen
meer investeren in de gameten en in hun nageslacht.
Intraseksuele selectie
Voorbeelden van intraseksuele selectie:
Vechten met anderen van hetzelfde geslacht (zorgt voor selectie op grootte en
wapens)
Imponeren van rivalen van hetzelfde geslacht (uiterlijke kenmerken)
o Selectie op felle kleuren en lichaamsversiering
Spermacompetitie: selectie tijdens of na de paring
o Meer/sneller sperma, chemische samenstelling anders (vernietigen ander
sperma, blokkeren toekomstig sperma) en sperma op gunstige plek krijgen
Interseksuele selectie
Bij interseksuele selectie gaat het erom dat jij zo aantrekkelijk mogelijk bent voor het andere
geslacht. Kenmerken van kwaliteit waar vrouwen op letten:
Uiterlijke kenmerken (grootte, wapens, felle kleuren en lichaamsversiering)
Gedrag (balts, zang)
Groot territorium, dominant
Symmetrisch uiterlijk
Good genes hypothese: uitbundigheid ornament is een eerlijk signaal voor kwaliteit
• Long call of zang kost veel energie
• Voor dominantie/ good territorium veel kracht en energie nodig
• Voor felle kleur is gezondheid nodig
>> door een uitbundig mannetje te kiezen, worden sterke genen doorgegeven aan het
nageslacht
4
,Sexy son hypothese: correlatie tussen vrouwelijke voorkeur en mannelijke extreme
eigenschap
• Dochters erven voorkeur
• Zonen erven ‘extreme eigenschap, die andere vrouwtjes aantrekkelijk vinden > meer
nakomelingen
• Per generatie wordt eigenschap extremer
• Ornament zegt bij sexy son niks over kwaliteit mannetje
• Fitness vrouwtje wordt wel verhoogd doordat ze aantrekkelijke zonen heeft
(Sensory bias zorgt ervoor dat de vrouwtjes hem aantrekkelijk vinden > hij valt op)
(Imprinting: vrouwtje kiest mannetje zoals haar vader)
Handicap hypothese: een ornament is een handicap, maar ondanks dat leeft het mannetje
dus hij moet wel heel goed zijn
Paringssystemen
Monogaam: 1 mannetje, 1 vrouwtje (vooral bij vogels) bij ecologische omstandigheden hoe
zwaarder het milieu hoe meer kans op monogamie > zorg van de man nodig)
Polygaam:
Polygynie: 1 mannetje, meerdere vrouwtjes (vooral bij zoogdieren) (vrouw doet
broedzorg, man zorgt voor zoveel mogelijk nakomelingen)
Polyandrie: 1 vrouwtje, meerdere mannetjes (man doet vaak broedzorg, vrouw
probeert zoveel mogelijk nakomelingen te krijgen > zorgt voor spermacompetitie)
Promiscue: meerdere mannetjes, meerdere vrouwtjes
Sex role reversal
Mannen zijn de beperkende factor, hierdoor ontstaat competitie tussen de vrouwen. De
vrouwtjes zijn dan groter, gekleurd en hebben ornamenten. Dit leidt ook tot polyandrie
(vrouwtje paart met meerdere mannen > spermacompetitie) en mannelijke broedzorg
(vrouw geeft eitje af aan de man).
Soortvorming via seksuele selectie
Seksuele selectie door vrouwelijke voorkeur op mannelijke kleurpatronen kan belangrijk zijn
voor soortvorming. Kleur en de corresponderende vrouwelijke voorkeur moeten gekoppeld
raken, waardoor restrictie in genen uitwisseling tussen subpopulaties kan ontstaan.
Als er in een bepaalde soort de voorkeur van vrouwtjes gaat verschillen, bijvoorbeeld het
ene vrouwtje kiest voor blauw maar de ander liever rood, dan zal er uiteindelijk bijna geen
genetische uitwisseling meer plaatsvinden tussen deze fenotypes. Als dit lang genoeg
doorgaat zullen de twee kleuren (en de vrouwtjes die die voorkeur hebben) elkaar niet meer
als soort herkennen.
5
, Leerdoelen socialiteit en kin-selectie (H52)
Voor- en nadelen van socialiteit
Voordelen socialiteit (B):
• Verwarringseffect: Aantal succesvolle aanvallen neemt af door een grotere groep >
biedt bescherming
• Verdunningseffect: hoe meer dieren in een groep zitten hoe kleiner de kans dat het
gepakt wordt
• Prooien vangen: hoe groter de jaag groep, hoe meer ze vangen per individu (dmv
samenwerking)
Sneller voedsel vinden
Seksuele partner vinden
Nadelen socialiteit (C):
Parasieten/ziektes
Beter zichtbaar voor predatoren
Concurrentie voor voedsel
Inteelt
Extra pair populations
Vormen van samenwerking (kin altruïsme, reciprocal altruïsme)
Altruïsme: gedrag dat ten koste gaat van de individuele fitness, maar resulteert in toename
van de fitness van andere individuen in de groep
Kin altruïsme: A helpt, ten koste van eigen nakomelingen (=C), verwante (=r) B, waardoor via
genen van extra nakomelingen door B (=B), A fitness verhoogt
Ook altruïsme bij niet-verwanten:
Reciprook (=wederkerig) altruïsme: A helpt B nu, B helpt A later
Voorwaarde voor reciprook altruïsme:
Meerdere ontmoetingen
Goed geheugen
Gelijkwaardige situatie (C voor A ≤ B door B)
Kin selectie, Hamilton’s rule, inclusive fitness, verwantschapsgraden
Kin selectie: een vorm van selectie waarbij geselecteerd wordt op altruïstisch gedrag naar
verwanten (being the best helper)
Hamiltion's rule: rB > C
R = relatedness (proportion of shared genes) (verwantschapsgraad)
B = benefit tot recipient (how many more offspring produced
C = cost to altruist
Inclusive fitness: directe + indirecte fitness (nakomelingen van jezelf + r x extra
nakomelingen van verwante die je helpt)
Verwantschapsgraad: een maatstaf voor de mate van bloedverwantschap of
aanverwantschap tussen personen.
Conflicten door kin selectie
Siblicide: vermoorden van broer/zus om je eigen overleving te helpen, bijvoorbeeld wanneer
er niet genoeg voedsel is voor jullie beide
6
