INLEIDING
WAT BESTUDEERD DE BIOLOGIE?
Definitie: is de wetenschap die het leven bestudeert in al zijn vormen, processen en niveaus van
organisatie.
Organisatieniveaus: Molecule Cel Weefsel Orgaan Organisme Populaties
Ecosystemen Biosfeer
Biomedische aspect: biologische principes die het menselijk lichaam, gezondheid en ziekte
verklaren.
Gemeenschappelijke oorsprong van leven: enorme diversiteit aan organismen allemaal
fundamentele overeenkomsten
Oudste fossielen tonen dat leven al >3,5 miljard jaar bestaat
WAT IS LEVEN?
Levende systemen bestaan uit een combinatie van kenmerken:
- Specifieke chemische samenstelling, gebaseerd op koolstofverbindingen
- Cellulaire organisatie: alle bekende organismen bestaan uit 1 of meer cellen
- Actief metabolisme: stoffen uit omgeving omzetten in energie en biologische bouwstenen
- Het vermogen om energie te benutten, voor biologisch werk
- Aanwezigheid van een vrijwel universele genetische code
- Replicatie en overdracht van genetische informatie
- Homeostase: regulatie van de interne omgeving
- Bestaan in populatie die kunnen evolueren onder invloed van natuurlijke selectie
Toont aan dat leven geen statisch object is MAAR een dynamisch en zelf organiserend proces
CENTRALE THEMA’S IN BIOLOGIE
1. STRUCTUUR EN FUNCTIE: “VORM BEPAALD STRUCTUUR”
Structuur en functie zijn onlosmakelijk verbonden met elkaar = resultaat van langdurige
evolutionaire processen. Beter functioneren = selectief voordeel = in evolutie blijven
Voorbeelden:
Moleculair niveau Cellulair niveau
3D-structuur van biomoleculen bepaald Mitochondriën hebben een sterk geplooid
biologische activiteit binnenmembraan, voor oppervlakte vergroting
Enzymen zijn eiwitten met specifieke vouwing dat De biconcave vorm van rode bloedcellen zorgt
zorgt voor actief centrum voor substraten voor flexibiliteit en optimale gasuitwisseling
Structuur van DNA Lange, vertakte uitlopers van neuronen maken
snelle signaaloverdracht mogelijk
2. INFORMATIE (BIOLOGISCHE INFORMATIE)
Leven onderscheid zich van niet-levend door het vermogen om informatie op te slaan, door te
geven en te benutten
Genetische informatie:
- Vorm: als nucleïnezuren, voornamelijk DNA + via RNA tot expressie gebracht in eiwitten
- Bevat instructies voor de opbouw, het functioneren en ontwikkeling van een organisme
- Via complementaire basenparing kan die info worden gerepliceerd en doorgegeven tussen
generaties
- Het kan ook variatie toe laten (vb.: mutaties, recombinatie en genregulatie) = grondstof voor
evolutie
- Stabiel en dynamisch:
o Stabiel: om van generatie tot generatie door te geven
o Dynamisch: om aanpassing en regulatie mogelijk te maken
Informatieoverdracht: informatie wordt continu verwerkt en uitgewisseld via signaaltransductie
,Signaaltransductie = cellen die communiceren met elkaar via chemische signalen (vb.: hormonen,
neurotransmitters en groeifactoren). Die signalen worden gedetecteerd door receptoren en vertaald
in specifieke cellulaire reacties
3. ENERGIE EN MATERIE
Open systemen: voortdurende uitwisseling met omgeving + kan enkel bestaan door opnemen,
omzetten en afgeven van energie en materie = continue energietoevoer = noodzakelijk
Energie:
- Noodzakelijk voor alle vormen van biologisch werk
- Manier waarop is verschillend: fotosynthese (planten, algen & cyanobacteriën), chemische
energie in organische moleculen (dieren, schimmels en meeste bacteriën)
- Stroomt door ecosystemen en gaat als warmte verloren
Kringloop van materie:
- Koolstof, stikstof, fosfor & zwavel zijn bouwstenen van biomoleculen
- Wordt behouden en hergebruikt
4. REGULATIE EN HOMEOSTATE
Regulatie = het actief handhaven van een relatief stabiele interne omgeving (= homeostase)
= reactie op voortdurende veranderingen extern als intern
Homeostase:
- Rust op regelmechanismen die afwijkingen van een waarde detecteren en corrigeren
Via negatieve feedbacklussen
Vb.: regulatie van lichaamstemperatuur bij zoogdieren (zweten en vasodilatatie (= verbreden
bloedvaten))
Andere voorbeelden:
- Concentratie van ionen, metabolieten en signaalmoleculen
- Genexpressie wordt gereguleerd zodat eiwitten enkel worden aangemaakt wanneer en waar
nodig
- Ontwikkelingsprocessen, wondgenezing en immuunreacties
Verstoringen: basis van veel ziekten (vb.: diabetes, kanker, auto-immuunziektes en hormonale
aandoeningen)
5. EVOLUTIE: ALLES EVOLUEERT, TRAAG OF SNEL
Alle kenmerken van levende organismen = resultaat van evolutionaire processen
3 pijlers: erfelijke variatie – reproductie – differentieel overlevings- en voortplantingssucces
- Natuurlijke selectie: kenmerken die voortplantingssucces verhogen nemen toe in frequentie
binnen populatie
- Genetische drift, mutatie en genstroom: dragen toe aan verandering en diversiteit
Gemeenschappelijke afstamming: alle organismen zijn onderling verwant aan elkaar verklaring
voor universele code, gedeelde processen en structurele overeenkomsten
BELANG VAN BIOLOGIE & BINNEN BIOMEDISCHE WETENSCHAPPEN
Toepassingen:
- Geneeskunde: vaccins, antibiotica, transplantaties, moleculaire therapieën, immunotherapie en
gentherapie
- Ecologie: klimaatverandering, biodiversiteitsverlies en milieuvervuiling
- Biomedische wetenschappen: anatomie, fysiologie, pathologie, histologie, biochemie, genetica,
immunologie & farmacologie
,EVOLUTIE
VROEGE IDEEEN OVER HET ONSTAAN VAN LEVEN
Oude Egypte Leven = goddelijke schepping uit de oerchaos, aangeduid als de Nun
Griekse natuurfilosofie Proto-evolutionair concept (Alexander van Milete) = leven ontstond
uit water en modder – mens stamde af van visachtige organismen
Klassieke oudheid Aristoteles – scala naturae: hiërarchische ordeningsprincipe
rangschikte alle vormen van bestaan van levenloze materie tot de mens
– soorten werden beschouwd als onveranderlijk.
Was dominant verklaringsmodel + verenigbaar met christelijke
scheppingsleer
18de eeuw Organismen werden afzonderlijk, doelgericht en in hun huidige vorm
geschapen.
Carolus Linnaeus – classificatiesysteem, gebaseerd op morfologische
overeenkomsten
Gradualisme (18e eeuw) James Hutton: aarde is gevormd door langzame continue processen
zoals erosie, sedimentatie en vulkanisme. “Geen spoor is van een begin
en geen uitzicht is van op een einde” – benadrukt hoe oud en dynamisch
hij dacht dat de aarde was
= breuk met religieus geïnspireerde verklaringen
Lamarckisme (19e Jean-Baptiste Lamarck in Philosophie zoologique: transformatie-
eeuw) theorie = soorten veranderen geleidelijk door aanpassing aan hun
omgeving + verworven eigenschappen worden doorgegeven aan
nakomelingen soorten veranderen geleidelijk door de tijd en evolutie
is doelgericht (achteraf gezien niet juist)
Paleontologie (19e George Cuvier (tegenstander Lamarckisme): soorten konden uitsterven,
eeuw) toonde dit aan m.b.v. fossielen te bestuderen.
Corrélation des parties: een organisme vormt een functioneel geheel, hij
maakte het mogelijk dieren te reconstrueren uit fragmentarische
fossielen
Cuvier was anti Catastrofisme (= opeenvolgende natuurrampen
zouden soorten hebben uitgeroeid)
4 hoofdgroepen: gewervelden, weekdieren, geleedpotigen & straaldieren
Ontstaan Charles Darwin ging aan boord aan de HMS Beagle als
evolutietheorie (19e natuuronderzoeker voor 5 jaar (1831). Hij verzamelde fossielen, planten,
eeuw) dieren & geologische gegevens. Kreeg interesse in de geografische
verspreiding van soorten (vb. observaties op de Galapagoseilanden, op
vinken… waren belangrijk)
Hij deed pogingen om zaken te verklaren en dit leed tot het concept
van natuurlijke selectie
Origin of species (23 jaar later): werk van Darwin gebaseerd op:
- Individuen binnen eenzelfde populatie onderling variëren in hun
kenmerken, een deel van die variatie zou erfelijk zijn en kan
worden doorgegeven via generaties
- Organismen brengen meer nakomelingen voort dan de
beschikbare middelen toelaten om te overleven, met een invloed
van Thomas Malthus
- Natuurlijke selectie: organismen die beter zijn aangepast aan
hun omgeving een grotere kans hebben om te overleven en zich
voort te planten
Survival of the fittest
, SELECTIEMECHANISMEN
Evolutie = aangedreven door veranderingen in frequentie van erfelijke kenmerken binnen populaties
Belangrijk mechanisme hiervan = selectie = sommige individuen kunnen meer nakomelingen
voortbrenken dan andere
Selectiemechanis Definitie Voorbeeld
me
Directionele 1 extreme waarde van een kenmerk Visserij: door veel visvangst worden
selectie wordt bevoordeeld, terwijl andere vooral de grootste en oudste vissen uit
varianten minder succesvol zijn. een populatie verwijderd. Creëert druk
Verandering klimaat, waarbij vissen die sneller geslachtsrijp
voedselbeschikbaarheid of nieuwe worden en kleiner blijven een beter
predatoren & ziekteverwekkers voordeel hebben.
= micro-evolutie
Stabiliserende Individuen met een intermediaire Geboortegewicht bij mensen: baby’s die
selectie waarde van een kenmerk te weinig wegen hebben een kans op
bevoordeeld terwijl extreme waarden sterfte, baby’s die te veel wegen hebben
een nadeel ondervinden een kans op complicaties tijdens
draagt bij aan behoud van goede bevalling. Gemiddeld gewicht biedt geen
functionerende aanpassingen + nadelen. Hierdoor blijft het gemiddelde
verklaard weinig variërende geboortegewicht relatief stabiel
kenmerken
Disruptieve Extreme varianten van een kenmerk Darwinvinken: in bepaalde omgevingen
selectie worden bevoordeeld hebben vinken met een zeer grote
Verhoogt variatie in populatie krachtige snavel een voordeel bij het
Belangrijk bij soortvorming kraken van harde zaden, kleine snavels
zijn dan handig voor insecten.
Middelgrote snavels is voor geen 1 van
beide efficiënt
Seksuele Kenmerken worden bevoordeeld Maken dieren (pauwenstaart, felle
selectie omdat ze paringssucces opleveren kleuren, grote geweien) opvallender
1. Intraseksuele selectie: voor predatoren en kosten veel energie.
competitie tussen individuen Ze blijven bestaan als signaal van
van hetzelfde geslacht kwaliteit. Als ze met dat kenmerk
2. Interseksuele selectie: kunnen overleven dan is het vrouwtje
voorkeur van het ene geslacht “aangetrokken” = handicap-
voor bepaalde kenmerken bij hypothese
het ander geslacht
Kunstmatige Hierbij selecteert de mens doelbewust Domesticatie van de hond
selectie individuen met gewenste
eigenschappen
sneller dan natuurlijke selectie
GENETISCHE DRIFT EN SOORTVORMING
Genetische drift = verwijst naar toevallige veranderingen in allelfrequentie binnen een populatie, het
heeft vooral invloed op kleine populaties waar toeval een grote rol speelt
kan leiden tot: vermindering genetische variatie, soortvorming
Vorm Definitie Voorbeeld
Bottleneck- Wanneer een populatie plots sterk in - Noordelijke zeeolifant: door
effect omvang afneemt als gevolg van een intensieve jacht uitgeroeid,
externe gebeurtenis (natuurramp, populatie daalde en na terug
ziekte, klimaat…). groeien vertonen ze een lage
Klein aantal individuen overleeft – genetische variatie
overlevenden zijn vaak niet - Menselijke populaties na
representatief met de oorspronkelijke epidemieën: zoals de pest
de genetische diversiteit zal zorgen dat veel mensen sterven
beperkt blijven + maakt de populaties en genetische varianten
kwetsbaarder verdwijnen.
Founder-effect Wanneer een kleine groep individuen Amish-populatie in Pennsylvania:
zich afscheidt van een grotere gemeenschap gesticht met een klein
populatie en een nieuwe populatie aantal migranten, door een beperkte
sticht in een nieuw gebied. De genenstroom is een recessief allel veel