Úloha parazitismu v evoluci

Úloha parazitismu v evoluci

Poněkud zaujatý pohled na historii evoluce na Zemi

Obsah

• Hypercykly a vznik buňky• Vznik sexuality• Udržování sexuality v přírodě• Vznik druhovosti a její důsledky• Vznik nových genů a nové organizace genomu• Vznik eukaryotické buňky• Holobionti• Ztráta osrstění u člověka• Vznik pruhů u zeber

Obsah


Hypercykl

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

translace

translace

translace

translace

translace

translace

enzym 1

enzym 2

enzym 3

enzym 6

enzym 4

enzym 5

1

2

34

5

6

Parazitické hypercykly

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

translace

translace

translace

translace

translace

translace

enzym 1

enzym 2

enzym 3

enzym 6

enzym 4

enzym 5

1

2

34

5

6

NA

NA

NA

NA

translace

translace

enzym 9

enzym 7

10

7

8

9enzym 8

Kompartmentizace

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

translace

translace

translace

translace

translace

translace

enzym 1

enzym 2

enzym 3

enzym 6

enzym 4

enzym 5

1

2

34

5

6

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

translace

translace

translace

translace

translace

translace

enzym 1

enzym 2

enzym 3

enzym 6

enzym 4

enzym 5

1

2

34

5

6

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

translace

translace

translace

translace

translace

translace

enzym 1

enzym 2

enzym 3

enzym 6

enzym 4

enzym 5

1

2

34

5

6

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

translace

translace

translace

translace

translace

translace

enzym 1

enzym 2

enzym 3

enzym 6

enzym 4

enzym 5

1

2

34

5

6

Obsah


Sex – produkt evoluce parazita

• Konjugativní plasmidy a transposomy u bakterií• Párování homologických chromosomů (homing

intronů)• Mating typy hub a prvoků

– Geny pro mating typy jsou idiomorfní– Příbuznost m.t. genů nesouhlasí s příbuzností druhů– Kodominance a obsazování stejného lokusu– Výhoda vzácné alely a polymorfismus m.t. genů– M.t. geny u hub někdy mobilní v rámci genomu

Sex – produkt evoluce parazita II

• Crossing over – zbavení se špatných sousedů

• Indukce sexu v nepříznivých podmínkách – možná úprk transposomu před mutacemi které sám způsobil

• Hlenka Physarum polycephalum a mitochondriální plasmid indukující fůze

• Mezidruhový přenos transposomů P element přenesený z Drosophila willistoni na D. melanogaster – patrně prostřednictvím

roztoče Proctolaelaps regalis

Physarum polycephalum

Obsah


Nevýhody sexuality

• Dvojnásobná cena sexu (meiozy)

• Dvojnásobná cena samců

• Časová a energetická náročnost meiozy

• Riziko infekce a predace

• Limitní velikost populace

Výhody sexuality

• Odstraňování mutací na úrovni populace (stačilo by méně sexu)

• Odstraňování mutací na úrovni jedince

• Evoluční past

• Paraziti a negativní dědivost zdatnosti

Doklady pro hypotézu Červené královny

• Ubývání partenogenetických plžů v přítomnosti motolic (Bulinus truncatus nebo Potamopyrgus a Microphallus)

% sexuálních jedinců% sexuálních jedincůPraz

itár

ní z

átěž

Model Skutečnost

Bulinus a Microphallus


• Ubývání partenogenetických plžů v přítomnosti motolic (Bulinus truncatus a Microphallus)

• Anthoxantum a prevalence virů (10% rostlin infikováno, asexuální častěji)

• MHC polymorfismus u slepce a roztoči• Parazitovanost sexuálních a asexuálních linií

ryb (triploidní Carassius auratus větší parazitovanost motolicí Metaginimus)

Zlatý karas a Metagonimus




• MHC polymorfismus u slepce a roztoči• Parazitovanost sexuálních a asexuálních linií

ryb (triploidní Carassius auratus větší parazitovanost motolicí Metaginimus)

• Mraveniště s mnoha královnami, čmeláci




• MHC polymorfismus u slepce a roztoči• Parazitovanost sexuálních a asexuálních linií ryb

(triploidní Carassius auratus větší parazitovanost motolicí Metaginimus)

• Mraveniště s mnoha královnami, čmeláci• Korelace mezi rekombinačním indexem a délkou

života savce (nikoli počtem potomků)

Obsah


Druhovost

• Velmi zvláštní, možná i relativně mladý fenomen (Paleoproterozoic + Mesoproterozoic x Neoproterozoic)

• Druhovost a možnost (nebo nutnost) vzniku specializice

Role parazitů při vzniku druhovosti

• Paraziti –> sexualita –> genetická homeostáze –> druhovost

• Paraziti –> imunita –> diferenciace peptidických slovníků –> druhovost

Obsah


Genomoví paraziti a struktura genomu

• Transposomy a frekvence mutací (79% mutací v 10 lokusech – inserce)

• Charakter mutací – transposomy si přednostně sedají do regulačních oblastí (dokonalejší regulace, vznik mnohobuněčnosti)

• Vznik nových genů horizontálním přenosem• Transposomy jsou vázány na sexualitu, jsou

mobilní v pohlavní linii (nebo mikronukleu)• Domestikace transposomů - telomery

Obsah


Endosymbiotická teorie vzniku organel

• Mitochondrie – alfa proteobakterium, plastid – sinice, bičík – spirocheta.

• Existence primárně amitochondriálních eukaryot

• Vznik organel sekundární endosymbiozou

Vznik eukaryotické buňky

• Margulisová – seriál endosymbiotic theory 1981primitivní eukaryot + eubakterie

• Gupta – i jádro chimerického původu archeon + gramnegativní eubakterie

Sekundární endosymbiosa

Martin-Müllerova hypotéza, krok 1

Organické látky

glukosa

pyruvátO2 O2

ATP

CH4CO2

ATP

H2 H2

H2

H2

H2

OAc

H2

CO2

glukosa

ATP

H20

Eubakterie -heterotrof Archeon -methanogen


Organické látky

glukosa

pyruvátO2 O2

ATP

CH4CO2

ATP

H2

CO2

glukosa

ATP

H20


OAc


Organické látky

glukosa

pyruvátO2 O2

ATP

CH4CO2

ATP

H2

CO2

glukosa

ATP

H20


OAc


Organické látky

pyruvátO2 O2

H2CO2

ATP

CO2

glukosa

ATP

H20

Eukaryot

OAc

pyruvát

nebo

ATP

Obsah


Vznik druhu fůzí dvou organismů

• Vznik holobionta v důsledku symbiosy • Lišejníky, přežvýkavci• Hmyz – mycetocyty a bakteriocyty• Mykorhiza,

– Endomykorhiza – několik typů, 2/3 druhů rostlin asociovaných s některým ze 150 druhů Zygomycet z řádu Glomales (fosfor)

– Ektomykorhiza – Basidiomycety a Ascomycety, nejméně 7 tisíc druhů (dusík)

• Suchozemské rostliny jako lišejníky naruby (Atsatt) – invazivní intracelulární vrcholový růst – pylová láčka

Obsah


Ztráta osrstění jako obrana proti ektoparazitům

• Bellt 19. Století, nevysvětlil proč jen u člověka

• Rantala 1999 – jen člověk má ze 198 opic trvalé tábořiště a také blechy

• Vyvráceno – blechy získal od psa

• Jiné hypotézy – pohlavní výběr, vodní život, neotenie, ochlazování

Obsah


Pruhy jako obrana proti mouše tse-tse

• Neodpovídá představě klasické mimeze• Mouchy tse-tse vyhledávají barevně

homogenní plochy

Vznik pruhů u zeber

• Důkaz – nejkontrastnější pruhy mají zebry v oblastech s mouchou tse-tse

• V samém centru areálu rozšíření mouchy tse-tse mají pruhy i jiné druhy zvířat

Shrnutí

• Fenomen parazitismu patrně sehrál velmi zásadní úlohu v evoluci života na Zemi

• Parazitismus provází život od samých počátků• Je otázkou, zda by se bez parazitismu život dostal

za stádium chemických hypercyklů• Není pravděpodobné, že by se bez účasti parazitů

vyvinula eukaryotická buňka nebo mnohobuněčné organismy

Documents

Úloha parazitismu v evoluci