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Posts Tagged ‘evolution’

ResearchbloggingPhilipp sagt:
Nach Bastis exzellenten Artikeln über Open Access bring ich wieder was über ein Paper.
Veröffentlicht diese Woche in PLoS Biology geht es in „How to Make Evolution-Proof Insecticides for Malaria Control“ eigentlich um viel mehr als den Kampf gegen Malaria; der gleiche Vorschlag gilt für alle Krankheiten, die sich erst im höheren Alter ihres Überträgers übertragen lassen.

Kleine Vorgeschichte: Malaria ist ein Krankheitsbild, das durch den einzelligen Erreger Plasmodium ausgelöst wird. Übertragen wird dieser Erreger durch die Weibchen des Moskitos (Anopheles).

Die meisten Insektenpestizide töten ihre Ziele auf der Stelle. Dies hat auf den ersten Blick natürlich Vorteile für den Menschen, sind doch fast keine Krankmacher mehr zur Stelle. Auf den zweiten Blick offenbart sich jedoch das grundlegende Dilemma solcher Haudraufmethoden: Nur ein überlebender Moskito muss zufällig ein bisschen resistent sein, damit sich eine grundlegende Resistenz in der Population ausbreiten kann. Mit ein wenig Glück bekommt auch er nicht die volle Dosis ab.
Unser Moskito mit ein bisschen Resistenz findet nach dem Pestizideinsatz logischerweise schön viel Platz zum Ausbreiten vor, und hat er ein Weibchen, so haben deren Nachkommen eine überproportional hohe Wahrscheinlichkeit zu überleben, da ihnen kein Artgenosse so schnell das Essen streitig macht.
So haben wir also eine erste Generation (in Fachsprache F1-Generation) mit dem bisschen Resistenz unseres ersten Moskitos. Wird jetzt wieder gesprüht, könnten schon mehr überleben, und das Spielchen geht von vorne los. So werden die Moskitos langsam, aber sicher resistenter gegen das eingesetzte Gift.
Gleiches gilt natürlich überall dort, wo solche Methoden eingesetzt werden, also auch bei der Erregererkämpfung in der Medizin. Man sollte sich also nicht bei jedem Nasenjucken mit Antibiotika zubomben, sonst haben wir bald noch mehr multiresistente Keime.

Die Forscher stellen in ihrem Artikel eine elegante Methode vor, um der Malaria vielleicht Herr zu werden; da sich die Krankheit erst im späteren Leben der Moskitos auf den Menschen übertragen lässt, schlagen sie vor, nur noch Pestizide zu verwenden, die Moskitos im höheren Alter töten. Bis die Malaria-Erreger nach einer Infektion des Moskitos am Stechapparat ankommen, wo sie auf den Menschen übertragen werden, kann der weibliche Moskito ungefähr 2-6 Runden Eier legen, das sind so 10-14 Tage.
So sollte weniger Selektionsdruck auf die Moskitos ausgeübt werden; sie haben ja genug Zeit, sich fortzupflanzen. Gleichzeitig bleiben die Menschen von der Malaria verschont. (So lautet jedenfalls der Plan)

Ich glaube aber nicht das sich Plasmodium solche Methoden auf Dauer „gefallen lässt“; logischerweise hätten Plasmodium-Parasiten einen gewissen Selektionsdruck, schneller beim Stechapparat anzukommen. Die Forscher argumentieren dagegen, dass Plasmodium eine schnellere Generationszeit aber mit einer niedrigeren Infektionsrate bezahlen müsste – was dann wiederum zum Vorteil für den Menschen wäre. Ich bin da allerdings skeptischer.
Die Wege der Evolution sind verschlungen und oftmals schlecht vorhersagbar. Vielleicht muss Plasmodium sich gar nicht schneller beeilen, sondern nur andere Wege beschreiten – wie auch immer diese aussehen mögen. Wie das wiederum Auswirkungen auf den Menschen hat, kann man nicht sagen.

Besser als alles mit dem Holzhammer vollzugasen ist die Methode allerdings auf jeden Fall!

Read, A., Lynch, P., & Thomas, M. (2009). How to Make Evolution-Proof Insecticides for Malaria Control PLoS Biology, 7 (4) DOI: 10.1371/journal.pbio.1000058

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Ein Shirt das jeder Evolutionsbiologe der Star Wars-Fan ist in seinem Schrank haben sollte.

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Der singende Professor

Bastian sagt:

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ResearchbloggingBastian sagt:

Das der Mensch in großem Umfang in seine Umwelt eingreift und ganz neutral gesprochen diese verändert dürfte seit der ausgebrochenen Klimapanik nichts neues mehr sein. Doch wie verändern diese selbst herbeigeführten Veränderungen die Tiere und deren Ökosysteme? Auch auf evolutionärer Ebene müssen sich diese anpassen, an veränderte und geschrumpfte Lebensräume, Umweltverschmutzung und auch an die Jagd durch den Menschen.

Ein Team um den kanadischen Forscher Chris Darimont hat versucht mit einer Meta-Studie herauszufinden wie schnell die menschliche Selektion durch Jagd auf Tiere wirkt. Denn der Mensch unterscheidet sich in seinem Jagdverhalten von fast allen anderen Tieren: Die meisten Tiere erbeuten bei der Jagd junge/kranke/alte Tiere, doch bei dem Menschen sieht das anders aus.

Wir konzentrieren uns auf große, gesunde Tiere die den meisten Gewinn abwerfen. Möglich wird das dadurch das es für uns kein großes Problem mehr ist genau diese Tiere zu erbeuten. So fischen wir, bedingt durch die Größe der Maschen in den Netzen nur Tiere mit einer minimalen Größe ab.

Dadurch entsteht ein Selektionsvorteil für kleine Fische und es wird ein Vorteil möglichst schnell seine Nachkommen zu zeugen, denn wenn man größer wird kann es schon zu spät sein.

Doch kommen wir nun zu den Zahlen der Studie: Die Forscher vergleichen die Evolutionsraten in 40 Beispielen in denen die Tiere aktiv vom Menschen bejagt wurden mit denen aus 20 Beispielen in denen gar kein menschlicher Einfluss vorhanden waren und mit 25 Beispielen in denen sich der menschliche Einfluss auf indirekte Veränderungen der Umwelt – wie Verschmutzung – beschränkten.

In 95% der Fälle wurden bei den vom Menschen gejagten Tieren eine morphologische Veränderung, wie schrumpfende Körpergröße, gefunden wobei die Veränderung im Mittel gute 18% betrugen.
Doch auch die Entwicklung der Tiere wurde beeinflusst, wie z.B. früheres zeugen der Nachkommen: Ganze 97% der betrachteten Tiere zeigten diese Änderungen um im Schnitt fast 25%.

Das hört sich schon beeindruckend an, doch um vergleichbarere Werte zu bekommen wurden die Einzelwerte umgerechnet in die schöne Einheit “Darwin”, eine Einheit die J.B.S. Haldane 1949 einführte. Dabei entspricht 1 Darwin einer Veränderung eines Merkmals um den Faktor e innerhalb von einer Million Jahren.

Und nun kann man sich mal anschauen um wieviel Prozent die menschliche Selektion durch Jagd schneller verläuft als die natürliche Selektion: Um mehr als 300%! Und selbst im Vergleich von beeinflusster Selektion durch Jagd und beinflusster Selektion durch andere menschliche Faktoren liegt die Jagd immer noch mit 50% vorne.

Was dies für die Ökosysteme bedeutet kann man bislang vermutlich nur grob raten.

C. T. Darimont, S. M. Carlson, M. T. Kinnison, P. C. Paquet, T. E. Reimchen, C. C. Wilmers (2009). Human predators outpace other agents of trait change in the wild Proceedings of the National Academy of Sciences, 106 (3), 952-954 DOI: 10.1073/pnas.0809235106

R Law (2000). Fishing, selection, and phenotypic evolution ICES Journal of Marine Science, 57 (3), 659-668 DOI: 10.1006/jmsc.2000.0731

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ResearchbloggingPhilipp sagt:
Denn sie sind cool.
Vor diesem Paper dachte ich, Blattläuse wären nur die Milchkühe von Ameisen – jetzt seh ich das aber ganz anders. Zum Beispiel wusste ich gar nicht, dass es staatenbildende Blattläuse gibt – wie z.B. Tuberaphis styraci (die so heißen, weil sie auf dem Baum Styrax obassia leben).
Blattläuse pflanzen sich über Parthogenese fort, das heißt es gibt nur „Mütter“, die unbefruchtete Eier legen, aus denen dann Klone der Mutter schlüpfen, die dann auswachsen und sich wiederum klonen.
Bei Tuberaphis dagegen bleiben manche Jungtiere in ihrer Entwicklung stehen – diese werden zu Soldaten, die die anderen, für die Reproduktion wichtigen Jungtiere beschützen; und dass, obwohl sie ja die gleichen Gene wie die Arbeiter haben!

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Soldaten in Action (Quelle)

Genetischer Hintergrund dieser Entwicklung ist eine spezifische Protease, Cathepsin B, welche von den Soldaten bei einem Angriff in Fressfeinde injiziert wird und diese von innen verdaut (ähnlich läufts bei Spinnen auch – allerdings ernähren sich die Soldaten nicht von der fertig verdauten Masse).
In der genetischen Entwicklung von Soldaten wird das Gen, welches für die Protease kodiert bis zu 2000 mal höher angeschaltet als bei normalen Arbeitern. Die Arbeiter benötigen dieses Enzym nicht für ihre Nahrung, da Pflanzensaft wenig bis gar keine Proteine enthält, sondern eher verschiedene Zucker wie Glucose.

In der Veröffentlichung wird der evolutionäre Hintergrund dieser Entwicklung beleuchtet, Tuberaphis wird mit anderen sozial-ausgerichteten Blattlaus-Gattungen wie Astegopteryx und Cerataphis verglichen und mögliche grundlegende Mechanismen werden aufgezeigt.
Astegopteryx sowie Cerataphis haben das Gen nämlich auch – bei ihnen gibt es jedoch keine erhöhte Genexpression, was die Forscher darauf schließen lässt, dass sich der Mechanismus erst entwickelt hat, als die Gattung Tuberaphis entstand.
Als grundlegendes Modell für die Evolution nennen sie Ohnos Modell der Genduplikation:
Auf bestimmten Genen liegen bestimmte Selektionsdrücke – es hat für mich wesentlich fatalere Folgen, wenn mein Hämoglobin für den Sauerstofftransport nicht mehr funktioniert, als wenn ich Verdauungsproteine für Milchzucker nicht mehr herstellen kann (letzeres stellt sogar einen gewissen Vorteil dar, sorgt es doch in gewissen Männerrunden immer für Erheiterung).
Kommt es jetzt im Laufe der Evolution zu einer Genduplikation, d.h. ich habe nach einem Ereignis zwei identische Kopien des gleichen Genes, so kann eine Kopie fröhlich und schnell vor sich hin mutieren – die andere Ausgabe wird sich ja um die lebenswichtige Funktion kümmern. Unsere mutierende Kopie kann so wesentliche neue Funktionen erhalten, wie es wahrscheinlich bei unserer Protease passiert ist – wo kommt die Protease allerdings her?
Die Forscher argumentieren, dass sie schon uralt sein muss (wohl 80-150 Millionen Jahre), da sie in allen möglichen, auch weiter entfernten nicht-sozial lebenden Gattungen wie Tuberaphis citricida vorkommt (dort allerdings ausgeschaltet), und dass die stark erhöhte Genexpression anscheinend schon vor dem Einsatz als Waffe vorkam. Warum können sie allerdings noch nicht sagen.

Zusammenfassend sieht man hier den genetischen Hintergrund der Evolution von manchen sozialen System – ähnliche Mechanismen wurden z.B. für die Entstehung von Gelée royale bei Honigbienen (hier, ist kostenlos) oder der Entwicklung von Antifungiziden für Pilzkolonien in Termitenstaaten (hier, auch kostenlos) entdeckt.

P.S.: Schön, so kleine Details aus dem Forscheralltag: „Attacks by soldiers of these social aphids to human skin cause unpleasant itch (T. Fukatsu, personal observations)“

M. Kutsukake, N. Nikoh, H. Shibao, C. Rispe, J.-C. Simon, T. Fukatsu (2008). Evolution of Soldier-Specific Venomous Protease in Social Aphids Molecular Biology and Evolution, 25 (12), 2627-2641 DOI: 10.1093/molbev/msn203

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Bastian sagt:

Ich finde ja, dass Fledermäuse total spannende Tiere mit ganz einzigartigen Fähigkeiten sind, deshalb würde ich auch gerne diese Videos von Scientific American hier einfügen, was wohl prinzipiell auch geht, doch leider versteh ich nicht wieso der Embedding-Code hier genau gar nichts anzeigt. Schade.

Aber es geht ja auch so, Dr. Simmons erklärt einige der spannenden Fähigkeiten wie die Echoortung, klärt ein paar Urban Legends über die Tiere auf und zeigt anhand von coolen Fossilien die Evolution der Tiere.
Und wer noch mehr über die Ursprünge der Fledermäuse erfahren will kann das in diesem passenden Text tun.

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Bastian sagt:

Nachdem wir uns den neuen Medien, in Form von Podcasts, schon gewidmet haben wollen wir uns nun mal mit dem klassischen Medium der Wissenschaft auseinandersetzen, dem Buch. Doch nicht immer muss es ein, oft schlecht geschriebenes und noch schlechter übersetztes Lehrbuch sein, denn Wissenschaft kann auch spannend geschrieben sein. Beispiele dafür wollen wir in dieser Serie mal aufzeigen.

  • Charles DarwinOn The Origin Of Species By Means Of Natural Selection
    Zum Anfang ein Klassiker, mit dem Darwin die Welt verändern sollte und die moderne Evolutionsbiologie begründete. Auch wenn er selber davon wohl weniger überzeugt war. Das dürfte auch wohl erklären warum er sein Buch mit jeder neuen Auflage weiter verstümmelte.
    Daher gilt die erste Auflage heute auch als die wichtigste. Nicht nur als historisches Dokument, denn seine Beobachtungen sind zu einem guten Teil auch heute noch treffend. Doch wenn man sich an der englischen Original-Ausgabe versucht muss man schon etwas Zeit mitbringen, denn wirklich einfach zu lesen ist sie nicht. Nicht nur das der Stil von Darwin nicht unbedingt der Beste ist, auch die Sprache hat sich in 150 Jahren gewandelt.
    Trotzdem ein „must-read“ wie ich finde, zumindest für jeden der sich auch nur ein bisschen weiter mit der Evolution auseinandersetzen möchte. Und es muss ja vielleicht auch nicht im englischen sein.
  • Charles DarwinThe Descent Of Man
    Und noch ein Werk von Darwin. Hatte er sich in „The Origin Of Species“ noch geschickt über alle Bemerkungen um die Abstammung des Menschens gedrückt, wohlwissend um das Sprengpotential das seine Theorie hat, geht er hier gezielt darauf ein. Ich hab es nicht komplett gelesen, sondern diese Version mit jeder Menge Anmerkungen von Carl Zimmer (den wir später nochmal kennenlernen) die das ganze deutlich auflockern. Den Darwins Text ist recht schleppend zu lesen. Dazu kommt die Tatsache, dass das Menschenbild vor 150 Jahren, genau wie die Sprache, ein komplett anderes war. Und das ist mit unserem heutigen nicht wirklich in Einklang zu bringen, doch Carl Zimmer macht einen guten Job wenn er in seinen Interludes genau darauf eingeht um Darwins Text ins rechte Licht zu rücken. Trotzdem ist das Buch mehr für Hardcore-Fans geeignet.
  • Michael HarlonPer Anhalter durch die Galaxis – Im Licht der Wissenschaft
    Der Babelfisch, der Unwahrscheinlichkeitsantrieb, Teleportation, und gibt es eigentlich Außerirdische und/oder Gott? Mit diesen Fragen und anderen Themen des Anhalters beschäftigt sich das Buch von Harlon in einer recht unterhaltsamen Art und Weise. Tiefe Einblicke in wissenschaftliche Zusammenhänge darf man von dem Buch natürlich nicht erwarten, dafür jede Menge Spaß mit und über Wissenschaft. Außerdem sind nicht alle Wissenschaftsinteressierten gleichzeitig auch Fans von Douglas Adams? Na also!
  • Richard DawkinsThe Selfish Gene
    Der gute Mann, bekannt durch seine geistreichen Pöbeleien gegen Gott und South Park, hat auch als Biologe so manche Veröffentlichung gehabt. Sein erstes Buch beschäftigt sich mit der Frage was die Einheit der Selektion in der Evolution ist. Ist es die Art – auch heute hört man noch oft „zum Wohle der Art“ -, der Organismus oder geht es noch kleiner?
    Dawkins entscheidet sich für letzteres, er vertritt die Ansicht dass das Gen die Einheit der Selektion ist. Das Gen konkurriert mit anderen Genen und auch mit seinen Allelen während der Organismus nur ein Vehikel für die Vermehrung der Gene ist.
    Kein dummer Ansatz den er da vertritt, dazu macht er es einem auch wirklich einfach seiner These zu folgen, denn das Buch ist wirklich ausgezeichnet geschrieben, mit jeder Menge schöner Beispiele. Mir hat es auf jedenfall sehr viel Spaß gemacht es zu verschlingen.
  • Richard DawkinsThe Extended Phenotype
    Hier führt er seine Argumentation des Selfish Genes fort und geht auf Kritik ein. Leider so ganz anders geschrieben als „The Selfish Gene„, nämlich sehr trocken. Na gut, fairerweise muss ich sagen, dass er im Vorwort auch selbst darauf eingeht und sagt, dass er „The Selfish Gene“ auch für interessierte Laien geschrieben hat, während er sich mit diesem Buch mehr an das Fachpublikum wendet. Trotzdem kein Grund auf einmal so leidenschaftslos zu werden finde ich.
    Trotzdem ist es kein schlechtes Buch, denn die Argumentation bleibt spannend und wer sich mit seiner These weiter beschäftigen will sollte es lesen. Nur eben nichts was man so verschlingen kann.
  • Richard DawkinsThe Blind Watchmaker
    Und nochmal der Dawkins, weniger rein wissenschaftlich als sein Versuch allgemein für die Evolution einzutreten. Warum die Uhrmacher-Analogie kein Gottesbeweis oder auch nur ein Beweis dafür ist, dass wir alle designt wurden. Und warum Evolution eben nicht rein auf (Un-)Wahrscheinlichkeiten basiert. Diesmal wieder super geschrieben und sehr lesenswert. Vor allem die vielen, tollen Beispiele finde ich prima. Diesmal wieder eine Empfehlung ruhig für jeden.
  • Carl ZimmerMicrocosm
    Zimmer ist Wissenschaftsautor, unter anderem für die NY Times, doch er schreibt auch fantastische Bücher, über seine Anmerkungen zu Darwins Descent Of Man hatte ich mich ja schon ausgelassen. In Microcosm geht es um eine Kleinigkeit, E. coli um genau zu sein. Zimmer beschäftigt sich mit jeder Menge Eigenschaften von E. coli (Gentransfer, Krankheitserregende Varianten, etc.) und mit jeder Menge Experimenten die an E. coli durchgeführt wurden.
    Wie das Langzeit-Evolutionsexperiment in dem E. coli auf einmal neue Stoffe verarbeiten konnte. Oder bunt leuchtende E. colis. Oder auch die E. colis die lichtempfindlich sind und so als Film-Medium missbraucht werden können.
    Nicht allzu lang, dazu sehr kurzweilig und unterhaltsam geschrieben. Absolut empfehlenswert, sogar wenn man Mikrobiologie sonst langweilig findet.

Eine kleine Anmerkung noch: Außer dem Anhalter-Buch, habe ich alle im englischen Original gelesen, kann also zur Qualität der Übersetzungen die es gibt nichts sagen.

Linus schlägt vor:

  • William H. CropperGreat Physicists: The Life and Times of Leading Physicists from Galileo to Hawking
  • Kurzbiografien der bekanntesten Physiker der Geschichte. Außer den interessanten Persönlichkeiten bietet dieses Buch auch Einsicht in den oft langwierigen Weg großer wissenschaftlicher Errungenschaften. Gut zu lesen, sogar die kurzen Erklärungen der Physik, welche die Physiker berühmt gemacht hat, sind auch für den nicht-Physiker verständlich (sagt der Physiker 😛 ). Also durchaus empfehlenswert für alle von euch, die sich für Physik und/oder Geschichte der Wissenschaft interessieren, auch wenn ihr Physik schon seit der Schule nicht mehr angefasst habt.

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