Biológiai Mintázatok Eredete. Molnár István

Átírás

1 Biológiai Mintázatok Eredete Molnár István

2 Random Organizmusok

3 Az Előadás Vázlata Az Evolúcióbiológia 1 Tájképe 2009-ben Az Evo-Devo (Evolúciós Fejlődésbiológia Lényege) Mintázatok Természete Mintázatok Változatossága Mintázatok Dinamikája

4 Az Evolúció Tájképe 2009-ben

5 Jablonka Lamb (2005) Tézise The evolution mountain: Moving up the mountain, there are new types of inheritance systems underlying new types of organisms.

6 A Jablonka Magyarázat Szerkezete Evolúció = öröklődési változás, ami új szervezetekhez vezet De az evolváló rendszereknek 3 fő tulajdonsága van, az öröklődés, a változatosság és a szaporodás Ez a magyarázat csak egy evolúciós tulajdonságra redukálja az evolúciós változást a háromból: az öröklődés megváltozására Érdékes és fontos a másik két evolúciós aspektus,a szaporodás és a változatosság is Most legfőbb törekvésünk a változatok eredetének megértése lesz.

7 Egy Soksejtű Élőlény 4 Fő Attribútuma Növekedés Testméret Sejt differenciáció differenciált sejtek Mintázatképződés a sejtdifferenciáció térbeli szerveződése Morfogenezis: a mintázatok testalakba rendeződése Ma: Mintázatképződésre fókuszálunk

8 Egy Evolúciós Szemlélet Összefoglalása Az élővilág történetében megváltozott az élőlények térbeli szerveződése, amit mintázatok hálózata alkot. Ezeknek a változásoknak öröklődési rendszerek, fizikai kémiai és embrionális mechanizmusok, valamint és ökológiai tényezők együttes átalakulása az oka. A mintázatok változtak az evolúció fő lépéseiben. A mintázat evolúció hajtóereje közvetlen és végső, evolúciós okokon (mutáción, szelekción, véletlenszerű genetikai folyamatokon és rekombináción ) nyugszik. A mintázatok az organizáció egyik fő építőkövei. A mintázatok a variáció fő alkotórészei.ezért a minták és a formák az élővilág sója és legkáprázatosabb show-ja.

9

10 Mintázatok Törzsfája

11 Törzsfák (53)

12

13

14

15

16

17 Phylogenetic Forest

18 Adaptív Radiációk Törzsfája:Folytonosság Robbanásokban/Átmenetekben?

19 A Fő Mintázatképződési Problémák Egy szervezet N számú komponensből/sejtből áll A komponensek/sejtek P számú típusba tartoznak Pl., egy emberben 411 sejtféle van,145 neuron Az egyes sejtekből mennyi van? Ezek hol vannak a térben? Ezek elrendeződése hogy evolvált?

20 Az Evo Devo: Mintázatképződési Mi az evo devo? Tudomány Kétirányú oksági kapcsolatokat állapít meg egyedfejlődés és evolúció közt Fő kutatási irányzatok (30) Evolúció Egyedfejlődés Soksejtűség Egyedfejlődés Evolúció Variáció generálás, kényszerek, preferált minták keletkezése

21 Az Evo Devo Beágyazódása az Evolúciós Szintézisbe

22 Fő Evo Devo Kutatási Irányzatok Transzformációk Allometria Heterokrónia Indukció Homeózis Jelátvitel Testmodellek (30) Modulok, toolkitek, koopciók,génreguláció,switch Genotípus fenotípus kapcsolat feltárás, GRN

23 Hogy Épül Fel az Evo Devo? Kutatási programok köré szerveződik Összehasonlító, fejlődés genetikai, elméleti A kutatási programok pedig híres modellek,képek, diagrammok, módszerek és metaforák köré csoportosulnak

24 Híres Biológia Történeti Képek, Diagrammok és Metaforák Von Baer:embriológiai szabályok Haeckel: eltérő fajok hasoló gerinces embriói Weismann:csíra szóma kapcsolat DArcyThompson: transzformációs diagram DArcyThompson műmedúzák Woodger: transzformációs diagram DeBeer:ontogenezis filogenezis kapcsolat Spemann:indukciós vázlat Wright adaptív tájkép Waddington:epigenetikai tájkép Alberch ontogenetikai trajektória Oster, Wilson: kompozitok szociobiológiában Wolpert: pozícionális információ és a francia zászló Hox komplex Tool kit, Carroll

25 Mi a Különféle Ábrázolásokban a Közös? Középpontjukban a mintázat és formák dinamikája áll Leírhatók egy közös nyelv alapján, ez az evo devo mintázatképződési nyelve lehet, kiterjesztésekkel

26

27

28 Transzformációk :DArcy Thompson Halak Halakba Transzformálása

29 Rákok Rákokba Transzformálása

30

31 A Transzformációk Ontogenetikai Megközelítése zigóta

32 adult P3 P2 P1 zigóta

33 Az Egyedfejlődés Evolúciójának Lényege : Genotípus Fenotípus Leképezések és Evolúciójuk

34 Az Evo Devo 2 Fő Kérdése Egyedfejlődési Kérdés: Öröklődési Rendszer Egyedfejlődés Mintázat (Változatosság) Evolúciós Kérdés: H D V ( Mintázat)

35 Az Egyedfejlődési Pályák Természete

36 Az Egyedfejlődési Pályák Szerkezete

37 Ontogenetikai Trajektóriák és Transzformációik

38 A Genotípus Fenotípus Kapcsolat Egy Modellje

39 Genotípus-Fenotípus Leképezések: Hidak Gének, Egyedfejlődés és Evolúció Között

40 Mi az Evo-Devos Gondolkodási Stílusok Lényege? A soksejtűek egyedfejlődésében alakulnak ki a kifejlett szervezetek A soksejtűek egyedfejlődési pályái az evolúcióban megváltoznak Ezekből a pályamódosításokból áll épül fel a soksejtűek evolúciója Pályamódosítások: allometriávál, heterokróniáva, homeózissal, indukcióval történnek leggyakrabban

41 Az Evolúció Története= a Mintázatok és a Hozzájuk Vezető Folyamatok Mintázat Mintázat variáció Mintázat dinamika Története

42 A Mintázat Fogalma A mintázat rendezett inhomogentiás A mintázat a sejtdifferenciáció térbeli szerveződése A mintázat szó a francia patron és a latin patronus szavakból ered, és modellt vagy templátot = mintát jelent, ami alakok szabályosan ismétlődő szekvenciája

43 Mintaelem Kapcsolók: Frontok és Pulzusok Mi köt és tart össze egy mintázatot? A frontok és pulzusok, milyen bennük állandóság és evolúcióképesség?

44 Mintázatok Elválasztása Nem Mintázatoktól (pl pont esetén)

45 Mintázatok Variációja

46 Égi minták: Galaxis

47 M74 Spirális Galaxis

48 Földi Mintázatok: Homokdűnék, Talajerózió, Felhők, Medrek, Villámok

49 Nemlineáris Kémiai Dinamikai Minták

50 Fizikai Minták:Hópelyhek Eredete

51 Biológiai Mintázatok Prototípusa

52 Niche Konstukció Mintázatokban Minták:Belsők + Külsők

53 Niche Konstrukció Gyurgyalag Telepekben

54 Biológiai Mintázatok Eredete

55 A Mintázat Eredet Kombinatorikái Ős x utód Digitális x analóg: 1D DNS 3Dszervezet S,P, X sejtállapot, helyzet, más determináns Nagyszámú ágensxmintakombinációkxszelekció Sémák variálása és újra kombinálása

56 A Kültakaró Parádéja

57 Állatorvosi Madár, Kültakaró és Bőrszerv Evolúció Prototipikus Mintázata

58 Bőrszervek Elágazó EgyedfejlődésiProgramja

59 Bőrszervek Elágazó EgydfejlődésiProgramja, Ki-és Betűrődés

60

61 Evo Devo Tér?

62 Új Mintázatépződési Mechanizmus Új Mintázat?

63 Ősök és Leszármazottaik Közti Átmenetek Mintázatképződésben Ősi A Leszármazott D Ősi A A A D konzerválás újdonság generálás Leszármazott D A atavizmus D D minta fenntartás

64 Analóg-Digitális Átmenetek Mintázatépződésben Analóg Digitális Analóg A A A D Digitális D A (JMS) D D

65 Mintázatok Dinamikája

66

67 Mintázatképződési Szentháromság

68 Mintázatképződési Modellek Alapelve Mintázatképződési változók rátája = Lokáls dinamika + térbeli kölcsönhatások

69 Mintázatképződési Modellek Szerkezete

70