Ewolucjonizm

obowiązkowe

w sali

Przedmiot "Ewolucjonizm" przeznaczony jest dla studentów kierunku Bioinformatyka i Biologia Systemów i obejmuje zarówno część wykładową, jak i laboratoryjną. Program wykładów zawiera rys historii życia na Ziemi oraz omówienie podstawowych mechanizmów ewolucji. Laboratoria poświęcone są przede wszystkim informatycznym metodom rekonstrukcji filogenezy oraz analizom ewolucyjnym z wykorzystaniem oprogramowania w wolnym dostępie.

Wykłady:

1. Ewolucja jako fakt historyczny i jako teoria. Źródła wiedzy o ewolucji. Historia myśli ewolucyjnej. Karol Darwin i teoria doboru naturalnego. Ilustracyjne przenośnie: przeżywanie najstosowniejszego (dostosowanie), replikatory i ich wehikuły, samolubny gen.

2. Odtwarzanie drzew filogenetycznych na podstawie danych morfologicznych i molekularnych. Metody największej parsymonii, największej wiarygodności i bayesowskie. Problemy z niespójnością (strefa Felsensteina/Farrisa).

3. Drzewa genów i drzewa gatunków, transfer horyzontalny i niepełne sortowanie linii genealogicznych. Szacowanie wewnętrznego wsparcia drzewa.

4. Tempo i wzorce ewolucji. Gradualizm i punktualizm. Powstawanie nowości ewolucyjnych i wzrost złożoności biologicznej.

5. Historia życia na Ziemi. Powstanie życia. Główne etapy rozwoju życia w morzach i na lądzie.

6. Geografia życia. Dyspersja i wikariancja. Filogeografia i biogeografia historyczna. Ewolucja różnorodności biologicznej.

7. Zmienność genetyczna i fenetyczna. Elementy genetyki populacyjnej (prawo Hardy-Weinberga, sprzężenie, dryf genetyczny). Ewolucja neutralna.

8. Dobór naturalny i adaptacje. Dostosowanie.

9. Płeć i dobór płciowy. Ewolucja w populacji płciowej i bezpłciowej, ewolucyjne koszty płci.

10. Konflikt i współpraca. Dobór krewniaczy oraz ewolucja altruizmu i zachowań społecznych. Teoria gier w analizie strategii ewolucyjnych.

11. Gatunek i specjacja. Problemy z definicją, specjacja allopatryczna i sympatryczna. Bariery reprodukcyjne (pre- i postzygotyczne.

12. Ewolucyjny wyścig zbrojeń - ewolucja międzygatunkowych zależności antagonistycznych.

13. Ewolucja genów i genomów.

14. Ewolucja człowieka.

15. Ewolucja w odbiorze społecznym. Kreacjonizm, “teoria inteligentnego projektu”.

Laboratotrium

1. Analiza sekwencji z Genbanku (BLAST, Dotplot): wyszukiwanie BLAST i interpretacja wyników; potencjalne błędy w sekwencjach zdeponowanych w bazach danych (odwrócone sekwencje, chimery); rozróżnianie sekwencji orto- i paralogicznych na podstawie drzew, wykrywanie ortologów w obrębie genomów, bazy danych ortologów.

2. Przygotowanie przyrównań do analiz filogenetycznych (Clustal, Mesquite, Trimal, Bmge): przyrównania sekwencji nukleotydowych i białkowych; analiza przydatności 3. pozycji w kodonie do analiz filogenetycznych; ocena wiarygodności uszeregowań i ustalanie zakresów dla analizy.

3. Analizy filogenetyczne: metoda największej parsymonii (MEGA); wybór modelu substytucji w analizach filogenetycznych (JModeltest, IQtree); metody odległościowe (MEGA); metoda największej wiarygodności (MEGA, PHYML, RAxML, IQtree, FastTree); analiza bayesowska (MrBayes).

4. Oceny mocy drzewa i wewnętrznego wsparcia gałęzi: bootstrap, jack-knifing, różne metody szacowania wiarygodności gałęzi, prawdopodobieństwo a posteriori; testowanie topologii drzew (IQtree, Mesquite).

5. Filogenomika i ewolucja genomu: wykrywanie dużych rearanżacji genomu, porównywanie genomów (syntenia), analiza ekspansji rodzin białek, nabywania i utraty genów; horyzontalny transfer genów.

6. Wykrywanie ewolucji adaptacyjnej w danych molekularnych (PAML, w szczególności codeml).

7. Datowanie filogenezy metodami bayesowskimi – punkty kalibracyjne jako założenia a priori.

8. Szacowanie stanów ancestralnych cech morfologicznych – metoda największej parsymonii i największej wiarygodności; modele ewolucji dla cech ciągłych i kategorycznych; problem arbitralnego kodowania i ważenia cech.

9. Biogeografia historyczna – rekonstrukcja rozmieszczenia i dyspersji taksonów w czasie i przestrzeni. Porównanie modeli dziedziczenia areałów przez potomne linie filogenetyczne podczas specjacji (DIVA, DEC, DEC + J).

10. Filogenetyczne metody porównawcze – wykrywanie koewolucji cech.

1. Futuyma D., Ewolucja, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, 2005

2. Hall B., Łatwe drzewa filogenetyczne, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, 2008

3. Avise J.C., Markery molekularne, historia naturalna i ewolucja, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2008

WIEDZA:

- Rozumie wzajemne pokrewieństwa wszystkich żywych organizmów. Zna metodologię pozwalającą na ustalenie relacji pokrewieństwa między genami i organizmami (K_W11)

- Zna dzieje życia na Ziemi oraz opisuje mechanizmy ewolucji z uwzględnieniem ich podstaw molekularnych (K_W12)

- Rozumie znaczenie biogeografii i filogenezy w rozumieniu struktury i różnorodności świata żywego (K_W18)

UMIEJĘTNOŚCI:

- Umie analizować otrzymane wyniki i dyskutować je w oparciu o dostępną literaturę (K_U04)

- Potrafi przedstawić otrzymane wyniki w formie pracy pisemnej lub prezentacji multimedialnej (K_U08)

KOMPETENCJE SPOŁECZNE:

- Odczuwa potrzebę stałego dokształcania się i aktualizowania wiedzy dotyczącej nauk matematyczno-przyrodniczych (K_K04)

Zaliczenie części laboratoryjnej odbywa się na podstawie wykonanego projektu, obejmującego wybrane analizy ewolucyjne (np. analizy sekwencji i filogenetyczne). Wykład kończy się egzaminem składającym się z zadań zamkniętych wielokrotnego wyboru. Ocena końcowa jest średnią ocen z laboratorium i z wykładu - obie jednak muszą być pozytywne. Osoby, które zaliczą laboratorium na ocenę co najmniej 4,0, mogą podchodzić do egzaminu w terminie zerowym. W takim wypadku egzamin jest ustny i składa się z pięciu pytań otwartych. Egzamin w II terminie jest także ustny.