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