Hoofdstuk 2: inleiding tot
evolutiebiologie
2.1. Inleiding
Enorme diversiteit aan organismen op aarde:
Prokaryoten
- Archaea
- Bacteria
Eencellige
- Protista
Eukaryoten
- Planten
- Fungi
- Dieren
Er zijn momenteel ca 1.5 miljoen soorten planten en dieren beschreven, naar schatting 5 tot zelfs 50
miljoen soorten.
Momenteel zitten we in een grote biodiversiteitscrisis, met een golf van uitsterven van soorten
→ Oorzaak: menselijke activiteiten
→ Gevolg: kan welvaart en ontwikkeling van menselijke maatschappij bedreigen, reduceert
kansen voor innovatie en ontwikkeling → medische stoffen zijn vaak afgeleid van planten en
fungi of door natuurlijke afweersystemen geïnspireerd. Ecosystemen leveren ook veel
producten en andere diensten, bv bestuiving en waterkwaliteit
→ 20% van de vogel- en zoogdiersoorten bedreigd
→ 1/3 van de amfibieënsoorten met uitsterven bedreigd
Invertebraten: De ongewervelde organismen
2.2. Evolutie
Evolutie is een bijzonder belangrijk concept in de biologie
Evolutie ligt aan de basis van de diversiteit van levensvormen en de verschillende organismen.
Evolutie is een moeilijk begrip
Oorspronkelijk werd evolutie gedefinieerd als: ‘afkomst met modificatie’, om aan te geven dat:
- Organismen gemeenschappelijke grootouders hebben
- Populaties doorheen de tijd kunnen veranderen
Definitie niet precies, we kunnen pas van evolutie spreken wanneer de variatie overerfbaar is
Evolutie: wanneer de waargenomen veranderingen een genetische basis hebben. Deze genetische
basis is gelegen in de genen, en door mutatie varianten kenmerken kunnen ontstaan die resulteren in
overerfbare variatie.
, Organismen hebben gemeenschappelijke voorouders en diversiteit ontstaat door genetische
veranderingen die vervolgens worden gecontinueerd in afzonderlijke afstammingslijnen. Die
genetische verschillen blijven behouden en nemen gradueel toe door selectie of door
toevalsfactoren.
Evolutie = verandering in allelfrequenties doorheen de tijd.
Verschil tussen micro- en macro-evolutie
Micro-evolutie: evolutionaire veranderingen binnen en tussen populaties van één soort.
Macro-evolutie: verwijst naar soortvorming en de evolutiedynamiek op hoger taxonomisch
niveaus.
Evolutieprocessen grotendeels analoog, maar macro-evolutie is een onomkeerbaar proces →
tussen soorten geen genetische uitwisseling meer mogelijk
2.3. Het ontstaan van het leven op de grote evolutionaire
transities
Om tot het leven te komen zoals wij het hier op aarde kennen zijn een aantal stappen doorlopen
2.3.1. Het ontstaan van organische moleculen (chemische evolutie)
Geen gesteenten die ons info geven over de eerste 700 miljoen jaar van de geschiedenis van de
aarde. (Periode van samenklonteren van onze planeet en de oudste ons bekende gesteente de Isua-
formatie)
Wel al leven op aarde (in de Isua-formatie zijn organische stoffen aangetroffen die een gevolg
zijn van fotosynthese)
Leven is ontstaan uit niet-organische verbindingen en basiselementen, die onder specifieke condities
van hoge energie organische verbindingen vormden en uiteindelijk cellen.
Organische verbindingen: verbindingen die koolstof (C), waterstof (H) en zuurstof (O) bevatten
Aarde is een gunstige plek voor het ontstaan van leven:
Aarde bevatte redelijk veel waterstof, zuurstof, koolstof, fosfor, stikstof, zwavel en calcium →
Deze elementen zijn nodig om complexere organische moleculen te vormen.
Er ontstonden zeeën waarin deze elementen door elkaar heen zweefden, zodat chemische
reacties konden uitstaan.
Temperatuur niet te hoog of te laag
De vroegste atmosfeer was te heet voor elementen om op zichzelf te kunnen ontstaan
Die elementen verbonden zich tot methaangas, ammoniak, waterdamp, waterstofsulfide…
Sprake van ‘beperkte atmosfeer’: nog geen vrije zuurstof om een ozonloog te vormen en zo de
aarde te beschermen tegen de schadelijke UV-stralen.
, Hypothese van Oparin (1924)
Organische verbindingen konden spontaan gevormd worden doordat de UV stralen en de elektrische
ontladingen door de felle onweren de nodige energie daartoe leverden → aminozuren en
bouwstenen van DNA en RNA zijn spontaan ontstaan.
Miller experiment
Deze hypothese werd getoetst in een experiment
Omgeving van de primitieve aarde nabootsen
Apparaat waarin gassen circuleerden
- Methaangas, ammoniak, waterdamp en waterstof
Bootst met elektrische ontlading de impact van UV en onweer na
Na 1 week: kleurloze oplossing was rood geworden en allerlei moleculen gevormd zoals:
mierenzuur, azijnzuur, propionzuur, melkzuur, glycolzuur, en niet minder dan 25 verschillende
aminozuren.
Bewezen dat de chemische stoffen die essentieel zijn voor het leven in de oeratmosfeer zijn
opgebouwd door energie van de zon, elektrische ontlading, chemische reacties en eventueel
warmte dat vrijkomt bij vulkanische activiteit. Oparin’s hypothese bevestigd.
Verder onderzoek toonde aan dat sommige amin→ozuren spontaan verbindingen aangaan met
waterstofcyanide (= bijproduct uitbarsting vulkaan) → vorming purines en pyrimidines.
Niet perse bewezen dat het allemaal echt zo is gebeurd, maar het kan wel.
Vervolg
Na vorming van deze verbindingen → aarde koelde af
Waterdamp condenseerde → ontstaan enorme oceanen, zeeën en meren
Vorming “organische soep” of “oersoep” met verschillende soorten moleculen
Plaatselijk zodanig hoge concentraties → reacties mogelijk → ontstaan ingewikkeldere
moleculen
Ontstaan voor het leven onmisbare organische moleculen (proteïnen, nucleïnezuren,
fosfaatverbindingen…)
= “abiotische evolutie” (ook wel prebiotische of chemische evolutie genoemd)
Aminozuren zouden zijn gepolymeriseerd tot polypeptiden en eiwitten
Hoe: kleine plasjes langs de kustzones waar water verdampte → hoge
aminozuurconcentraties bleven over → hoge temperaturen → bevordering polymerisatie
Eens voldoende organische complexe moleculen waren gevormd, kwam stap 2
evolutiebiologie
2.1. Inleiding
Enorme diversiteit aan organismen op aarde:
Prokaryoten
- Archaea
- Bacteria
Eencellige
- Protista
Eukaryoten
- Planten
- Fungi
- Dieren
Er zijn momenteel ca 1.5 miljoen soorten planten en dieren beschreven, naar schatting 5 tot zelfs 50
miljoen soorten.
Momenteel zitten we in een grote biodiversiteitscrisis, met een golf van uitsterven van soorten
→ Oorzaak: menselijke activiteiten
→ Gevolg: kan welvaart en ontwikkeling van menselijke maatschappij bedreigen, reduceert
kansen voor innovatie en ontwikkeling → medische stoffen zijn vaak afgeleid van planten en
fungi of door natuurlijke afweersystemen geïnspireerd. Ecosystemen leveren ook veel
producten en andere diensten, bv bestuiving en waterkwaliteit
→ 20% van de vogel- en zoogdiersoorten bedreigd
→ 1/3 van de amfibieënsoorten met uitsterven bedreigd
Invertebraten: De ongewervelde organismen
2.2. Evolutie
Evolutie is een bijzonder belangrijk concept in de biologie
Evolutie ligt aan de basis van de diversiteit van levensvormen en de verschillende organismen.
Evolutie is een moeilijk begrip
Oorspronkelijk werd evolutie gedefinieerd als: ‘afkomst met modificatie’, om aan te geven dat:
- Organismen gemeenschappelijke grootouders hebben
- Populaties doorheen de tijd kunnen veranderen
Definitie niet precies, we kunnen pas van evolutie spreken wanneer de variatie overerfbaar is
Evolutie: wanneer de waargenomen veranderingen een genetische basis hebben. Deze genetische
basis is gelegen in de genen, en door mutatie varianten kenmerken kunnen ontstaan die resulteren in
overerfbare variatie.
, Organismen hebben gemeenschappelijke voorouders en diversiteit ontstaat door genetische
veranderingen die vervolgens worden gecontinueerd in afzonderlijke afstammingslijnen. Die
genetische verschillen blijven behouden en nemen gradueel toe door selectie of door
toevalsfactoren.
Evolutie = verandering in allelfrequenties doorheen de tijd.
Verschil tussen micro- en macro-evolutie
Micro-evolutie: evolutionaire veranderingen binnen en tussen populaties van één soort.
Macro-evolutie: verwijst naar soortvorming en de evolutiedynamiek op hoger taxonomisch
niveaus.
Evolutieprocessen grotendeels analoog, maar macro-evolutie is een onomkeerbaar proces →
tussen soorten geen genetische uitwisseling meer mogelijk
2.3. Het ontstaan van het leven op de grote evolutionaire
transities
Om tot het leven te komen zoals wij het hier op aarde kennen zijn een aantal stappen doorlopen
2.3.1. Het ontstaan van organische moleculen (chemische evolutie)
Geen gesteenten die ons info geven over de eerste 700 miljoen jaar van de geschiedenis van de
aarde. (Periode van samenklonteren van onze planeet en de oudste ons bekende gesteente de Isua-
formatie)
Wel al leven op aarde (in de Isua-formatie zijn organische stoffen aangetroffen die een gevolg
zijn van fotosynthese)
Leven is ontstaan uit niet-organische verbindingen en basiselementen, die onder specifieke condities
van hoge energie organische verbindingen vormden en uiteindelijk cellen.
Organische verbindingen: verbindingen die koolstof (C), waterstof (H) en zuurstof (O) bevatten
Aarde is een gunstige plek voor het ontstaan van leven:
Aarde bevatte redelijk veel waterstof, zuurstof, koolstof, fosfor, stikstof, zwavel en calcium →
Deze elementen zijn nodig om complexere organische moleculen te vormen.
Er ontstonden zeeën waarin deze elementen door elkaar heen zweefden, zodat chemische
reacties konden uitstaan.
Temperatuur niet te hoog of te laag
De vroegste atmosfeer was te heet voor elementen om op zichzelf te kunnen ontstaan
Die elementen verbonden zich tot methaangas, ammoniak, waterdamp, waterstofsulfide…
Sprake van ‘beperkte atmosfeer’: nog geen vrije zuurstof om een ozonloog te vormen en zo de
aarde te beschermen tegen de schadelijke UV-stralen.
, Hypothese van Oparin (1924)
Organische verbindingen konden spontaan gevormd worden doordat de UV stralen en de elektrische
ontladingen door de felle onweren de nodige energie daartoe leverden → aminozuren en
bouwstenen van DNA en RNA zijn spontaan ontstaan.
Miller experiment
Deze hypothese werd getoetst in een experiment
Omgeving van de primitieve aarde nabootsen
Apparaat waarin gassen circuleerden
- Methaangas, ammoniak, waterdamp en waterstof
Bootst met elektrische ontlading de impact van UV en onweer na
Na 1 week: kleurloze oplossing was rood geworden en allerlei moleculen gevormd zoals:
mierenzuur, azijnzuur, propionzuur, melkzuur, glycolzuur, en niet minder dan 25 verschillende
aminozuren.
Bewezen dat de chemische stoffen die essentieel zijn voor het leven in de oeratmosfeer zijn
opgebouwd door energie van de zon, elektrische ontlading, chemische reacties en eventueel
warmte dat vrijkomt bij vulkanische activiteit. Oparin’s hypothese bevestigd.
Verder onderzoek toonde aan dat sommige amin→ozuren spontaan verbindingen aangaan met
waterstofcyanide (= bijproduct uitbarsting vulkaan) → vorming purines en pyrimidines.
Niet perse bewezen dat het allemaal echt zo is gebeurd, maar het kan wel.
Vervolg
Na vorming van deze verbindingen → aarde koelde af
Waterdamp condenseerde → ontstaan enorme oceanen, zeeën en meren
Vorming “organische soep” of “oersoep” met verschillende soorten moleculen
Plaatselijk zodanig hoge concentraties → reacties mogelijk → ontstaan ingewikkeldere
moleculen
Ontstaan voor het leven onmisbare organische moleculen (proteïnen, nucleïnezuren,
fosfaatverbindingen…)
= “abiotische evolutie” (ook wel prebiotische of chemische evolutie genoemd)
Aminozuren zouden zijn gepolymeriseerd tot polypeptiden en eiwitten
Hoe: kleine plasjes langs de kustzones waar water verdampte → hoge
aminozuurconcentraties bleven over → hoge temperaturen → bevordering polymerisatie
Eens voldoende organische complexe moleculen waren gevormd, kwam stap 2
