Ασκήσεις Φυλογενετικών Δένδρων

  

Φυλογενετικό δένδρο είναι μία επιστημονική υπόθεση στη μελέτη της εξελικτικής ιστορίας των ειδών. Ένα φυλογενετικό δένδρο παρουσιάζει την εξελικτική σχέση μεταξύ των οργανισμών που μελετούνται. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί προήλθαν από έναν κοινό πρόγονο και επομένως όλοι σχετίζονται μέσα από το φυλογενετικό δένδρο της ζωής. Έτσι κάθε φυλογενετικό δένδρο χρησιμοποιείται για να αποικονίσει την εξελικτική ιστορία των οργανισμών.

Σε ένα φυλογενετικό δένδρο κάθε σημείο διακλάδωσης (βρόγχος) παρουσιάζει ένα σημείο στο οποίο συνέβει διαχωρισμός στη σειρά της εξελικτικής διαδοχής στο παρελθόν (στην περίπτωση των ειδών ο διαχωρισμός ενός είδους σε δύο διαφορετικά). Η χρονική στιγμή του διαχωρισμού προσδιορίζεται από τη θέση της διακλάδωσης πάνω στον άξονα του χρόνου (όταν αυτός υπάρχει) ή όταν δεν υπάρχει υπολογίζεται σε σχέση με τη ρίζα του δένδρου (απώτερος κοινός πρόγονος όλων των οργανισμών που μελετώνται) και της κορυφής του δένδρου (σύγχρονα είδη).

Η αλληλουχία των κλάδων ενός φυλογενετικού δένδρου αναπαριστά χρονολογική σειρά γεγονότων διαχωρισμού. Έτσι, ο τελευταίος κοινός πρόγονος του ανθρώπου και της γάτας, υπήρξε σε παρελθοντικό χρόνο, σε σχέση με τον τελευταίο κοινό πρόγονο της γάτας και του λύγκα. Ο άνθρωπος και η γάτα ανήκουν στην ίδια κλάση (θηλαστικά) αλλά σε διαφορετική τάξη, ενώ ο λύγκας και η γάτα ανήκουν στο ίδιο γένος (Felis) αλλά είναι διαφορετικό είδος. Συνεπώς η γάτα και ο λύγκας έχουν πολλά περισσότερα κοινά από ότι ο άνθρωπος και η γάτα.

Μην ξεχνάτε για τις ταξινομικές βαθμίδες ότι:

ΦΥΛΟ > ΚΛΑΣΗ > ΤΑΞΗ > ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ > ΓΕΝΟΣ > ΕΙΔΟΣ

Δηλαδή το φύλο είναι ένα υπερσύνολο αποτελούμενο από πολλές κλάσεις, η κάθε κλάση είναι ένα υπερσύνολο τάξεων, η κάθε τάξη ένα υπερσύνολο οικογενειών, η κάθε οικογένεια ένα υπερσύνολο από γένη και το κάθε γένος ένα υπερσύνολο από είδη.

 

Ασκήσεις που αφορούν το μηχανισμό δράσης της φυσικής επιλογής

σε πληθυσμούς ενός είδους οργανισμών

Τα άτομα επιλέγονται, οι πληθυσμοί εξελίσσονται!

Τα άτομα ενός πληθυσμού κάποιου είδους οργανισμών που διαβιούν σε ένα ορισμένο περιβάλλον, στο οποίο, επικρατούν συγκεκριμένες συνθήκες, εμφανίζουν ποικιλότητα στα χαρακτηριστικά τους. Τα άτομα αυτά, που φέρουν εκείνα τα χαρακτηριστικά, που τους επιτρέπουν να επιβιώνουν και να αναπαραχθούν καλύτερα από τα υπόλοιπα άτομα του πληθυσμού είναι τα καλύτερα προσαρμοσμένα στο δεδομένο περιβάλλον, και συνεπώς επιτυγχάνουν να διαιωνίσουν σε μεγαλύτερο πλήθος απογόνων τα χαρακτη-ριστικά τους αυτά σε σχέση με τα υπόλοιπα άτομα του πληθυσμού, που επειδή δεν φέρουν τα κατάλληλα χαρακτηριστικά για το δεδομένο περιβάλλον, πεθαίνουν πριν φτάσουν σε αναπαραγωγική ηλικία ή δεν αφήνουν πολλούς απογόνους, με αποτέλεσμα εφόσον οι συνθήκες του περιβάλλοντος δεν μεταβάλλονται, σε βάθος χρόνου, το πλήθος των ατόμων του είδους που φέρουν τα πιο κατάλληλα για το συγκεκριμένο περιβάλλον χαρακτηριστικά, να είναι περισσότερα ή και να έχουν επικρατήσει πλήρως των ατόμων του είδους που δεν φέρουν αυτά τα χαρακτηριστικά, τα τελευταία είτε έχουν περιορισμένο πλήθος είτε έχουν εξαφανιστεί.

Ωστόσο, στην περίπτωση που οι συνθήκες του συγκεκριμένου περιβάλλοντος αλλάξουν και εφόσον κάποιο από τα χαρακτηριστικά δεν έχει πλήρως εκλείψει από τον πληθυσμό είναι δυνατόν η σύνθεση του πληθυσμού να αλλάξει, διότι σε αυτή την αλλαγή του περιβάλλοντος αποκτούν πλεονέκτημα προσαρμογής (επιβίωση και αναπαραγωγή) άτομα του πληθυσμού που φέρουν κάποια χαρακτηριστικά, διαφορετικά από τα άτομα που εμφανίζουν καλύτερη προσαρμογή στο προηγούμενων συνθηκών περιβάλλον.

Για παράδειγμα, στην περίπτωση του βιομηχανικού μελανισμού, πριν την βιομηχανική επανάσταση πολυπληθέστερες ήταν οι ανοικτόχρωμες πεταλούδες Β. betulania, καθώς ήταν και οι πιο δυσδιάκριτες, από τις μαύρες πεταλούδες για τους θηρευτές τους. Μετά την βιομηχανική επανάσταση όμως, το ποσοστό των μαύρων πεταλούδων αυξήθηκε, αφού αυτές είχαν περισσότερες πιθανότητες να επιβιώσουν στους μαυρισμένους από τη ρύπανση κορμούς των δένδρων, της συγκεκριμένης βιομηχανικής περιοχής της Αγγλίας, όπου οι πεταλούδες αυτές διαβιούσαν.

ΣΥΝΟΠΤΙΚΑ:

• Η φυσική επιλογή είναι η διαφορετική επιτυχία για την αναπαραγωγή.

Το κάθε άτομο διαθέτει διαφορετική ικανότητα επιβίωσης και αναπαραγωγής.

• Η φυσική επιλογή, συμβαίνει μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ του περιβάλλοντος και της γενετικής ποικιλομορφίας των ατόμων ενός πληθυσμού.
• Το προϊόν της φυσικής επιλογής, είναι η προσαρμογή των πληθυσμών των οργανισμών στο περιβάλλον τους.

Μην ξεχνάτε:

• Ο πληθυσμός είναι η μικρότερη μονάδα που μπορεί να εξελιχθεί. Τα άτομα δεν εξελίσσονται.
• Η φυσική επιλογή αφορά μόνο κληρονομούμενα χαρακτηριστικά και τα αποτελέσματά της φαίνονται μετά από πολλές γενεές.
• Η φυσική επιλογή είναι χρονικά και τοπικά προσδιορισμένη. Οι περιβαλλοντικοί παράγοντες διαφέρουν από τόπο σε τόπο και διαφέρουν στον ίδιο τόπο από χρονική στιγμή σε χρονική στιγμή. Ένα χαρακτηριστικό μπορεί να είναι κατάλληλο (χρήσιμο) σε ορισμένες συνθήκες και εντελώς άχρηστο (ουδέτερο) ή και επιβλαβές σε διαφορετικές συνθήκες.

ΚΑΜΠΥΛΗ ΠΡΩΤΟΓΕΝΟΥΣ ΑΝΟΣΟΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ (ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ)

 

• Η παραγωγή των αντισωμάτων ξεκινάει μερικές ημέρες μετά τη μόλυνση του οργανισμού από το αντιγόνο (συνήθως 3-4 ημέρες).

• Η παραγωγή των αντισωμάτων είναι περιορισμένη (δηλαδή εμφανίζει χαμηλή, μέγιστη τιμή, η οποία όμως είναι πάντα μεγαλύτερη από την αντίστοιχη μέγιστη τιμή των αντιγόνων, διαφορετικά ο οργανισμός θα αδυνατούσε να αντιμετωπίσει το αντιγόνο).

• Η παραγωγή των αντισωμάτων ξεκινάει από μηδενική τιμή, δηλαδή δεν προϋπάρχουν σε μετρήσιμη ποσότητα αντισώματα στον  οργανισμό.

• Εάν δίνονται και οι δύο καμπύλες αντιγόνων και αντισωμάτων, τότε η καμπύλη των αντιγόνων προηγείται της καμπύλης των αντισωμάτων και το μέγιστο της καμπύλης των αντισωμάτων συμπίπτει με το μηδενισμό του πλήθους των αντιγόνων.

ΚΑΜΠΥΛΗ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΟΥΣ ΑΝΟΣΟΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ (ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ)

 

• Η παραγωγή των αντισωμάτων ξεκινάει με τη στιγμή της μόλυνσης του ατόμου με το αντιγόνο.
• Η αύξηση του πλήθους των αντισωμάτων στον οργανισμό επιτυγχάνεται ταχύτατα και το μέγιστο της συγκέντρωσής τους είναι πολύ μεγάλη τιμή (πάντοτε μεγαλύτερη από την αντίστοιχη της πρωτογενούς ανοσοβιολογικής απόκρισης).
• Συνήθως η παραγωγή των αντισωμάτων δεν ξεκινάει από μηδενική τιμή αλλά από μία ελάχιστη τιμή συγκέντρωσης καθώς προϋπάρχουν αντισώματα κατά του αντιγόνου αυτού στον οργανισμό από την πρώτη επαφή του οργανισμού με το αντιγόνο. Όσο πιο κοντινά είναι τα χρονικά διαστήματα που μεσολαβούν μεταξύ των εκθέσεων του οργανισμού στο ίδιο αντιγόνο, σε τόσο μεγαλύτερη συγκέντρωση αναμένονται τα αντισώματα που υπάρχουν ήδη στον οργανισμό.
• Εάν δίνονται και οι δύο καμπύλες αντιγόνων και αντισωμάτων, τότε η καμπύλη των αντιγόνων ξεκινάει να αυξάνεται από μηδενική τιμή, την ίδια χρονική στιγμή με την αύξηση της καμπύλης των αντισωμάτων η οποία όμως συνήθως δεν ξεκινάει από μηδενική τιμή. Η καμπύλη των αντιγόνων εμφανίζει πολύ μικρό ρυθμό αύξησης και πολύ μικρή μέγιστη τιμή, ενώ μηδενίζεται σε σύντομο χρονικό διάστημα.
• Εάν δίνονται και οι δύο καμπύλες πρωτογενούς και δευτερογενούς ανοσοβιολογικής απόκρισης για το ίδιο αντιγόνο, τότε η καμπύλη της πρωτογενούς ανοσοβιολογικής απόκρισης προηγείται χρονικά της αντίστοιχης καμπύλης της δευτερογενούς ανοσοβιολογικής απόκρισης.

 

Εμβόλιο (τεχνητή ενεργητική ανοσία): Ηθελημένη χορήγηση (μόλυνση) αντιγόνων (νεκρών ή εξασθενημένων μικροοργανισμών ή τμημάτων τους) που στοχεύει στην ενεργοποίηση του ανοσοβιολογικού συστήματος του ατόμου που εμβολιάζεται και στην πρόκληση πρωτογενούς ανοσοβιολογικής απόκρισης απέναντι στο συγκεκριμένο αντιγόνο. Το άτομο που εμβολιάζεται συνήθως δεν εμφανίζει συμπτώματα και δε νοσεί, αποκτά όμως ανοσία απέναντι στο συγκεκριμένο αντιγόνο, οπότε σε μία επόμενη μόλυνση του ατόμου από το ίδιο αντιγόνο, το άτομο θα εμφανίσει δευτερογενή ανοσοβιολογική απόκριση, αφού θα διαθέτει λεμφοκύτταρα μνήμης που δημιουργήθηκαν μετά τον εμβολιασμό του με το συγκεκριμένο αντιγόνο. Η δράση του εμβολίου καθυστερεί (3-4 ημέρες) αλλά είναι μακροχρόνια.

 

Ορός αντισωμάτων (τεχνητή παθητική ανοσία): Αμέσως μετά τη μόλυνση του ατόμου από κάποιο αντιγόνο, για το οποίο διατίθεται ορός αντισωμάτων, το άτομο που μολύνθηκε υποβάλλεται σε χορήγηση αυτού του ορού ο οποίος περιέχει ένα εξαιρετικά μεγάλο πλήθος αντισωμάτων κατά του συγκεκριμένου αντιγόνου που το μόλυνε. Τα αντισώματα αυτά έχουν παραχθεί σε κάποιον άλλο οργανισμό ή in vitro και όχι από οργανισμό του ατόμου που μολύνθηκε. Έτσι ο ορός έχει τα εξής αποτελέσματα:

α. το άτομο πιθανότατα δεν εμφανίζει συμπτώματα και δεν νοσεί, όμως

β. ο οργανισμός του δεν προλαβαίνει να αντιδράσει καθώς το εξαιρετικά μεγάλο πλήθος των εξωγενώς χορηγούμενων αντισωμάτων, δεσμεύουν άμεσα όλα τα αντιγόνα και τα εξολοθρεύουν, οπότε η μόλυνση δεν γίνεται αντιληπτή από τον οργανισμό, ο οποίος όμως έτσι δεν δημιουργεί κύτταρα μνήμης εφόσον δεν αντιδρά ούτε με πρωτογενή ανοσοβιολογική απόκριση. Αν το ίδιο άτομο μολυνθεί σε μεταγενέστερο χρόνο από το ίδιος είδος αντιγόνου και δεν του χορηγηθεί εγκαίρως ορός αντισωμάτων, το άτομο θα εμφανίσει πρωτογενή ανοσοβιολογική απόκριση έναντι του συγκεκριμένου αντιγόνου και είναι πιθανό να νοσήσει. Η δράση λοιπόν του ορού αντισωμάτων είναι άμεση, αλλά παροδική.

 

ή

 

• Η ύπαρξη ιντερφερόνων σε ένα διάγραμμα υποδηλώνει τη μόλυνση από ιό. Οι ιντερφερόνες είναι μηχανισμός μη-ειδικής άμυνας και παράγονται νωρίτερα από τα αντισώματα στην πρώτη επαφή του οργανισμού με το αντιγόνο.

  

• Η αύξηση της συγκέντρωσης των Τ-κυτταροτοξικών λεμφοκυττάρων σε ένα διάγραμμα υποδηλώνει τη μόλυνση από ιό. Τα κυτταροτοξικά Τ-λεμφοκύτταρα ανήκουν στην ειδική άμυνα του οργανισμού και προκαλούν μαζί με τα βοηθητικά-Τ-λεμφοκύτταρα την κυτταρική ανοσία. Τα κατάλληλα κυτταροτοξικά-Τ-λεμφοκύτταρα ενεργοποιούνται από τα κατάλληλα βοηθητικά-Τ-λεμφοκύτταρα όταν το αντιγόνο είναι ιός, καρκινικό κύτταρο ή κύτταρα μοσχεύματος. Σε κάθε περίπτωση τα κυτταροτοξικά Τ-λεμφοκύτταρα επιτίθονται και καταστρέφουν κύτταρα. Καταστρέφουν τα κύτταρα του οργανισμού που είναι μολυσμένα από τον ιό που τα προσβάλε, δηλαδή δρουν εκεί που δεν μπορούν να δράσουν τα αντισώματα (τα αντισώματα δεν μπορούν να δράσουν ενδοκυτταρικά παρά μόνο εξωκυτταρικά) και με αυτόν τον τρόπο καταστρέφουν τα «εργοστάσια» παραγωγής νέων ιών στον μολυσμένο οργανισμό, καταστρέφουν τα καρκινικά κύτταρα και τα κύτταρα του μοσχεύματος, εφόσον αυτά διαφέρουν ως προς τα αντιγόνα ιστοσυμβατότητας από εκείνα του οργανισμού δέκτη.