ชีววิทยาสำหรบั ครู 2 (Biology for Teacher II) บทท่ี 1 ววิ ฒั นาการ (Evolution) อ.ดร.อเุ ทน จนั ละบุตร มหาวิทยาลยั ราชภัฏหมูบ9 :านจอมบงึ 1
เนอ้ื หาของบทเรยี น 1.1 ความหมายของวิวัฒนาการ 1.2 แนวคิดทางววิ ฒั นาการ 1.3 กลไกการเกดิ วิวฒั นาการ 1.4 พนั ธุศาสตร์ประชากร 1.5 การคัดเลือกโดยธรรมชาติ 2
1.1 ความหมายของววิ ฒั นาการ 3
วิวฒั นาการ คอื อะไร ? Theodosius Dobzhansky (What is Evolution ?) • วิวัฒนาการ : กลไกสำคัญของการศกึ ษา ทางด้านวทิ ยาศาสตร์ชวี ภาพ • Theodosius Dobzhansky : นักวทิ ยาศาสตรผ์ ู้ มีชื่อเสยี งและมีบทบาทสำคญั ต่อการพัฒนาทฤษฎีของ ววิ ัฒนาการยคุ ใหม่ (neo-Darwinism) “Nothing in biology make sense except in the light of evolution” “ไม่มีอะไรในชีววทิ ยาที1จะสมเหตุสมผลเลยหากไม่ไดอ้ ธิบาย โดยหลกั การทางววิ ฒั นาการ” 4
วิวฒั นาการ คอื อะไร ? (What is Evolution ?) • Evolution : มีรากศพั ท์มาจากภาษา Latin “evolvere” คลีอ่ อก กางออก 5
วิวัฒนาการ คืออะไร ? (What is Evolution ?) การเปลย่ี นแปลงของ สง่ิ มีชีวติ ตามกาลเวลา 6
วิวัฒนาการตามคำจำกดั ความของ Charles Darwin “Descent with modification” “ลกู หลานกับการปรับปรงุ เปล่ยี นแปลง” • การปรับปรงุ เปลยี่ นแปลงของลูกหลานทสี่ ืบเชื้อสายมาจากบรรพ บุรษุ เดียวกนั ที่เรยี กว่า “บรรพบรุ ุษร่วม (Common ancestor)” 7
ตัวอยา่ ง การเปล่ยี นแปลงทางววิ ฒั นาการ 8
Industrial Revolution 9
ผเี สื&อกลางคืน Biston betularia Melanic form Pepper form Pepper form Melanic form ก่อนยุคปฏวิ ัติอุตสาหกรรม หลงั ยคุ ปฏิวัติอุตสาหกรรม 10
กอ่ นยคุ ปฏิวตั ิ อตุ สาหกรรม หลังยคุ ปฏิวัติ อุตสาหกรรม 11
12
1.2 แนวคิดทางววิ ฒั นาการ (Concepts of Evolution) 13
แนวคดิ เกี่ยวกับววิ ัฒนาการ • สมยั กรีกโบราณ : แนวคดิ ของนักปราชญส์ ่วนใหญ่เช่อื ว่า ส่ิงมชี วี ติ ถูกสร้างมาอยา่ งสมบรู ณ์แบบ Aristotle Plato 14
แนวคิดเกี่ยวกับวิวัฒนาการ • Jean Baptiste Lamarck • ส่งิ มีชีวิตสามารถปรับตวั ให้ เหมาะสมกบั สง่ิ แวดลอ้ ม • ลักษณะท่ีปรบั ตัวสามารถถา่ ย ทอดไปยังลกู หลานได้ (Inheritance of acquired characters) 15
แนวคิดเก่ียวกบั วิวัฒนาการ • การปรับตัวตามแนวคิดของลามาร3คเกดิ จาก “พลงั ภายใน” (Internal force) • การปรับตัวของสงิ่ มีชวี ติ เกดิ ขน้ึ อยOางไมOมที ีส่ ้นิ สุดตามการ เปล่ียนแปลงของสิ่งแวดลอS ม • สิ่งมชี วี ติ ไมOมีการสูญพันธ3ุและการเกดิ สปซX ีส3ใหมO 16
Lamarck theory of use and disuse 17
Lamarck Darwin ที่มา: Mark Ridle1y8 (2004)
แนวคิดเกย่ี วกับววิ ัฒนาการ • Charles Darwin (1809 – 1882) • ววิ ัฒนาการ = Descent with modification • ววิ ัฒนาการ เกดิ จากการคัดเลือกโดย ธรรมชาติ • การเปล่ียนแปลงของส่ิงมชี วี ติ เกิดจาก การปรับตวั ท่เี ปOนผลจากการคดั เลือก โดยธรรมชาติ 19
แนวคดิ เก่ยี วกบั วิวฒั นาการ • ดาร์วนิ เดนิ ทางสำรวจในฐานะนักธรรมชาตวิ ทิ ยากบั เรือ H.M.S. Beagle 20
21
หมู่เกาะกาลาปากอส 22
ความผนั แปร (Variation) ของปากนกฟิ นช์ • ขนาดของปากผันแปรตามชนดิ ของอาหารทก4ี นิ กนิ กระบองเพชร : กนิ แมลง : กนิ เมล็ดพชื : ปากยาว คม ชว่ ยฉกี และกนิ ปากแหลม แคบ ชว่ ยจกิ ปากใหญ่ ชว่ ยกะเทาะเมล็ด ดอกกระบองเพชรได ้ แมลงได ้ พชื บนพนืB ดนิ 23
แนวคิดเกี่ยวกับววิ ฒั นาการ • ศึกษาแนวคิดของลามาร2คแตไ4 ม4สามารถหาเหตุผลที่ เหมาะสมเพ่อื อธิบายกลไกการปรับตวั ไดG • ศกึ ษาบทความ “Essay on Population” ของ Malthus • ทรพั ยากรเพ่มิ ชาG กว4าประชากรทำใหGเกดิ การแกง4 แยง4 ทรพั ยากร 24
แนวคิดเกย่ี วกับวิวฒั นาการ • ดาร8วนิ ไดร= ับจดหมายจาก Alfred Wallace นักธรรมชาตวิ ิทยา ทีศ่ ึกษาสิ่งมชี ีวิตในเขตุมลายูว[าไดแ= นวคดิ เดียวกับดาร8วิน • ดาร8วินตพี มิ พผ8 ลงาน “On the Origin of Species by Means of Natural selection” ในวนั ที่ 24 เดอื นพฤศจกิ ายน ปr ค.ศ. 1859 • เกดิ กระแสวพิ ากษ8วิจารณ8อย[างกวา= งขวางเพราะผลงานของ ดาร8วนิ ขัดแย=งกับหลกั ศาสนา 25
A. R. Wallace 26
ก1.3 ลไกการเกิดววิ ฒั นาการ The mechanisms of evolution 27
Darwin theory of Evolution สิ#งมีชีวิตให้กาํ เนิดลกู มากกว่าท#ีทรพั ยากรจะรองรบั ได้ Struggle for existing ลกั ษณะท#ีดีกว่ามีโอกาสในการอย่รู อดและสืบพนั ธไ์ุ ด้มากกว่า และเพ#ิมจาํ นวนขึนK ในประชากร 28
การเปลี(ยนแปลงของส(ิงแวดล้อม การปรบั ตวั ของส.ิงมีชีวิต เม(ือเวลาผา่ นไปสิ(งมีชีวิตวิวฒั นาการ กลายเป็นสปี ซีสใ์ หม่ 29
วิวัฒนาการ เกิดข้ึนไดอ้ ยา่ งไร ? เกิดข้นึ ได* 2 ระดับ......... • การเกิดววิ ฒั นาการภายใน species เรียกวOา จุลวิวัฒนาการ (microevolution) • เกิดข้นึ ในระดับสงั คมสิ่งมีชวี ิต ซึง่ มกี ารเปลี่ยนแปลง องคป3 ระกอบทางพนั ธุกรรม และความหลากหลายของสงิ่ มีชวี ติ เรยี กวOา วิวฒั นาการมหภาค (macroevolution) 30
วิวฒั นาการ เกดิ ข้ึนได้อยา่ งไร ? • วิวฒั นาการในระดบั ประชากร (microevolution) เกิดขน้ึ โดยการ เปลี่ยนแปลงความถข่ี องอลั ลลี ในประชากร 31
Changing in the genetic composition and diversity (การเปล่ียนแปลงองคBประกอบทางพนั ธุกรรมและความหลากหลาย) Speciation Extinction การเกดิ สปช2 ีส5ใหม9 การสญู พนั ธ5ุ Macroevolution 32
Microevolution • การเปลย่ี นแปลงวิวัฒนาการเกดิ ขึน้ ในระดับพันธุกรรม • การตรวจสอบการเปล่ียนแปลงวิวัฒนาการสามารถกระทำไดS โดยการตรวจสอบการเปล่ียนแปลงของพันธกุ รรมของ ประชากร • การตรวจสอบโดยใชS “พนั ธุศาสตรป3 ระชากร” (population genetics) 33
1.4 พันธศุ าสตรป์ ระชากร 34
พันธศุ าสตรป์ ระชากร การศึกษาองคป์ ระกอบ และการเปลีย่ นแปลงของลกั ษณะทางพันธุกรรมของกลมุ่ สงิ่ มชี ีวิตแตล่ ะรนุ่ (generation) ซ่ึงการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นกลไกสาํ คญั ของการ เกิดวิวฒั นาการ 35
ความถอ่ี ัลลลี และความถีจ่ โี นไทป์ภายในประชากร • ประชากร : กลุ่มสิ่งมชี วี ิตชนิดเดยี วกัน อาศัยอยใู่ นบริเวณเดยี วกัน เวลาเดยี วกนั • ส่งิ มชี ีวิตชนิดเดียวกนั จะมีลักษณะทางพนั ธุกรรม หรือ ยนี ในประชากรรวมกัน ทงั้ หมดเรียกวา่ “ยีนพลู ” 36
Genotype frequency in a population F ������������������������ = ������������������������ ������������������ ������������������������ 37
Genotype frequency in a population • กำหนดใหปS ระชากรมสี มาชิก = N • จAำ2Aน2วน=สNม2า2ชโกิ ดจยโี นNไท=ป(gNA111A+1 =N1N2 1+1, AN12A22) = N12 และ • ความถ่ีจโี นไทปg A1A1 (P) = N11 / N A1A2 (Q) = N12 / N A2A2 (R) = N22 / N 38
Allele frequency in a population • กําหนดให้ p เป็นความถี2อลั ลลี ของ A1 และ q เป็น ความถ2ีอลั ลลี ของ A2 p = N11 + 1/ 2N12 q = N 22 + 1/ 2N12 N N • โดย p + q = 1 39
Ex.การศึกษา enzyme electrophoresis ในกบชนิดหน.ึงพบวา่ มีอลั ลีล 2 อลั ลีล คือ F และ S มี genotypes 3 รูปแบบ คือ FF, FS และ SS FF FS SS 40 35 25 • ความถี'ของจีโนไทป์ • FF = 40/100 = 0.40 • FS = 35/100 = 0.35 • SS = 25/100 = 0.25 40
Allele frequency in a population •ความถ'ีอลั ลลี F (p) = (40+(1/2)(35))/100 = 0.575 S (q) = (25 +(1/2)(35))/100 = 0.425 p + q = 1 = 0.575 + 0.425 41
Hardy-Weinberg principle ในประชากรท+ีการผสมพนั ธ์เุ ป็นไปแบบสมุ่ ความถ+ีของจีโนไทป์ AA, Aa และ aa คือ p2, 2pq และ q2 ตามลําดบั เมื+อ p = ความถ+ีของอลั ลลี A q = ความถี+ของอลั ลลี a และ p + q = 1 p2 + 2pq + q2 = 1 “ถ้าปราศจากแรงกดของการวิวฒั นาการความถี7ของ อลั ลลี ในประชากรจะคงท7ีในทกุ ชวั7 รุ่น” 42
ขอ้ ตกลงเบอ้ื งตน้ ของกฎของฮารด์ ี - ไวน์เบริ ก์ • การผสมพนั ธ์เุ ป็นแบบส่มุ • ประชากรมีขนาดใหญ่ • ไมม่ กี ารอพยพระหวา่ งประชากร • มวิ เทชันมผี ลนอ้ ยมากต่อความถอี่ ัลลลี • ยีนทที่ ำการศกึ ษาไมอ่ ยภู่ ายใตก้ ารคดั เลอื กโดย ธรรมชาติ 43
สมดลุ ของ Hardy-Weiberg • ในประชากรใด ๆ ผลรวมความถ่ีของยีนหน่ึงๆ ท้งั หมดต้องมีคา่ เทา่ กับ 1 • ความถ่สี มั พทั ธข์ องยนี ใดยนี หนึ่งของประชากร จะมีค่าคงทีเ่ สมอไมว่ ่าจะ ผา่ นไปกช่ี ั่วรุน่ ก็ตาม • ประชากรท่อี ยูใ่ นสมดลุ จะต้อง... • สมาชกิ ทุกตัวมีโอกาสผสมพันธกุ์ นั อย่างเทา่ เทียม • ประชากรตอ้ งมขี นาดใหญ่มาก • ปราศจากแรงกดทางวิวัฒนาการ (evolutionary forces) 1. Genetic drift 2. Gene flow 3. Natural selection 4. Mutation 44
สมดุลของ Hardy-Weiberg • ในประชากรใด ๆ ผลรวมความถ่ีของยนี หน่ึงๆ ท้ังหมดตอ้ งมีคา่ เท่ากับ 1 กําหนดให้ ยนี ลักษณะหน่ึงถูกควบคุมดว้ ย อลั ลลี A และ อลั ลีล a พิสจู น์ ลกั ษณะหน่ึงมอี ัลลลี A และ อัลลีล a จะไดว้ า่ ������ + ������ = 1 แต่ จโี นไทปเ์ กดิ จากยีน 2 ยีนมารวมกนั ตอ้ งยกกําลัง 2 เข้าท้งั หมด ������ + ������ ! = (1)! 45
การววิ ฒั นาการระดับประชากร (Microevolution) • Evolutionary forces: ปัจจัยที่ทําให้เกดิ การเปลย่ี นแปลง วิวฒั นาการ 1. Genetic drift 2. Gene flow 3. Natural selection 4. Mutation 46
Hardy – Weinberg ratio • Genotype frequency (expected) • AA: Aa : aa = p2 + 2pq + q2 = 1 •p+q=1 p แม่ q p p2 pq q2 พอ่ q qp 47
การทดสอบสมดุลของฮาร์ดี - ไวน์เบิร์ก c• - t2est (Chi-square test) test for the goodness of fit. • เป็นการทดสอบทางสถิตเิ พื5อตรวจสอบวา่ คา่ ท5ีได้จากการสาํ รวจ (Observed) สอดคล้องกบั คา่ ทางทฤษฎี (Expected) หรือไม่ • การอยใู่ นสมดลุ ของฮาร์ดี – ไวน์เบริ ์กอาจแสดงวา่ ประชากรไม่ เกิดการเปลย5ี นแปลงวิวฒั นาการ (ภายใต้เงื5อนไขท5ีทําการศกึ ษา) • การเบี5ยงเบนจากสมดลุ ของฮาร์ดี-ไวน์เบริ ์กอาจบง่ ชีวV า่ ประชากร อยภู่ ายใต้แรงกดของการววิ ฒั นาการ 48
การทดสอบสมดุลของฮาร์ดี - ไวน์เบิรก์ • ทดสอบโดยใช้ Chi-square test x2 = (O - E)2 E O =observed number E = expected number 49
Chi-square test c2 =å (O - E)2 E • O = Observed value = คา่ ที2ได้จากการสาํ รวจ • E = Expected value = p2(N), 2pq(N), q2(N) สาํ หรับ genotypes: AA, Aa และ aa ตามลาํ ดบั 50
Search
