Selvstudie 2. Mikrobiel evolution og genomdynamikker Flashcards
Hvad er LUCA og hvad er en mulig forklaring på det cellulære livs opståen?
LUCA (Last Universal Common Ancestor) er den sidste fælles forfader for alt liv på Jorden.
En plausibel forklaring på cellulært livs oprindelse inkluderer:
● Prebiotisk kemi: Dannelse af organiske molekyler fra uorganiske stoffer.
● RNA-verdenen: RNA som den første form for genetisk materiale og katalysator.
● Hydrotermiske systemer: Stabile miljøer med kemisk energi.
● Dannelse af de første celler: Udvikling af lipidmembraner og dannelse af cellulære rum.
● Horisontal genoverførsel (HGT): Hurtig udvikling gennem genoverførsel mellem tidlige livsformer.
Hvorfor betød cyanobakteriens opståen så meget for livet på jordens evolution?
De var de første organismer til at udføre oxygene fotosyntese, hvorved de producerede oxygen (O2) som et biprodukt. Denne proces medførte en række betydningsfulde ændringer: Atmosfærisk iltning,
Bandede jernformationer, Aerob respiration, Ozonlagets dannelse og Udvikling af komplekst liv.
Samlet set var cyanobakteriernes fotosyntese afgørende for at skabe de forhold, der tillod udviklingen af den biologiske diversitet og de komplekse livsformer, vi ser i dag.
Hvad er tre-domæne konceptet for livets træ, og hvordan blev det skabt?
Tre-domæne-konceptet klassificerer livet i Bacteria, Archaea og Eukarya, og livets træ er konstrueret ved hjælp af analyser af rRNA-sekvenser for at afspejle de evolutionære relationer.
Hvad er den endosymbiotiske teori for dannelsen af mitokondrier og kloroplaster, og hvilke beviser underbygger teorien?
Mitokondrier menes at være opstået ved, at en tidlig eukaryot celle optog en bakterie, der var i stand til aerob respiration. Kloroplaster menes at være opstået ved, at en eukaryot celle, der allerede havde mitokondrier, optog en cyanobakterie.
Sammenfattende, understøttes endosymbioseteorien af flere molekylære og strukturelle ligheder mellem mitokondrier/kloroplaster og bakterier, hvilket tyder på en fælles evolutionær oprindelse gennem endosymbiose. Fx eget cirkulært DNA, egne ribosomer, dobbeltmembran,
16S rRNA-sekvenser og det eukaryote nucleus indeholder gener, der stammer fra bakterier.
Alle virus beskytter deres nukleinsyrer med en kapsid-skal bestående af protein, opstil en hypotese for at forklare evolutionen af kapsid-proteiner.
Vira kan have udviklet sig mange gange uafhængigt fra mobile genetiske elementer, såsom genoverførselsagenter.
En anden hypotese er, at vira kan stamme fra en tidlig RNA-verden, hvor visse RNA-molekyler udviklede evnen til at replikere og indkapsle sig selv med proteiner, der potentielt stammer fra værtsorganismer.
Hvad er tilpasning (fitness), og til hvilken grad afhænger tilpasningen af miljøet organismer lever i?
Fitness er en organismes evne til at producere afkom og bidrage til den genetiske sammensætning af fremtidige generationer. Det er altså et udtryk for, hvor godt en organisme er tilpasset til at overleve og reproducere sig i sit miljø.
En organismes fitness er stærkt afhængig af de miljømæssige betingelser, da fitness er et mål for en organismes reproduktive succes i et specifikt miljø, hvor selektion, mutation og genetisk drift alle spiller en rolle.
Sker pigment mutaioner i Rhodobacter lige ofte i lys og mørke, og kan man forvente at citrat-forbrugende mutanter af LTEE stadig var opstået hvis ikke citrat havde været til stede i vækstmediet?
Rhodobacter pigmentmutationer forekommer med samme frekvens i lys og mørke, men de giver en selektiv fordel i mørke, og i LTEE opstod citratbrugende mutanter tilfældigt, men selektion for denne fænotype opstod kun fordi citrat var tilstede i mediet.
Hvordan kan deletioner øge tilpasning, og hvordan kan duplikationer danne grundlag for udviklingen af nye genfunktioner?
Deletioner kan øge fitness ved at reducere omkostningerne ved unødvendige gener, især i samfund hvor et andet medlem af samfundet kan syntetisere et essentielt stof, og duplikationer muliggør udviklingen af nye genfunktioner, fordi de redundante genkopier er fri til at mutere, uden at det påvirker den oprindelige genfunktion.
Hvordan kan sammenlignende (comparative) genomics bidrage til at identificere horisontal genoverførsel?
Komparativ genomik kan identificere horisontal genoverførsel ved at se på sekvenssammensætning (GC-indhold og codon bias), fylogenetiske træer for gener, tilstedeværelse af mobile elementer og forskellige former for rekombination
Hvordan kan der være omfattende variationer mellem mikrobielle genomer i forskellige grene af den samme mikrobielle art?
Variationen i mikrobielle genomer mellem stammer af samme art kan tilskrives en kombination af horisontal genoverførsel, gentab, og tilstedeværelsen af variable genomiske øer. Dette resulterer i at core genomet kun repræsenterer de fælles gener indenfor en art, mens pan genomet repræsenterer diversiteten af alle gener, der findes i de forskellige stammer af arten.
Hvordan kan horisontal genoverførsel (HGT) lede til fylogenetisk uoverensstemmelse og hvordan kan den undgåes?
HGT kan føre til fylogenetisk inkongruens, fordi generne får en anden evolutionær historie end resten af genomet, hvilket kan resultere i fylogenetiske træer der ikke afspejler organismens faktiske evolutionære historie. Dette problem kan delvist overkommes ved at analysere flere gener, med fokus på SSU rRNA gener, og ved at skelne mellem genets fylogeni og organismens fylogeni.
Er det muligt at give et formelt navn til en mikroorganisme der endnu ikke har været kultiveret i isolation, og hvordan vil man forsøge at beskrive og navngive en sådan art?
Man kan ikke formelt navngive en mikroorganisme uden en dyrket kultur, men man kan bruge “Candidatus” som en midlertidig betegnelse og beskrive organismen ved hjælp af molekylære, genomiske og fænotypiske data. Derudover skal man deponere (indlevere til opbevaring) den i to internationale kultursamlinger før en ny art kan accepteres.
Hvornår og hvordan blev Jorden dannet og hvordan har det påvirket mikrobiel udvikling?
Jorden blev dannet for omkring 4,6 milliarder år siden. Den tidlige atmosfære var anoxisk, og de første mikroorganismer var sandsynligvis kemoautotrofe. Fotosyntese udviklede sig senere og ændrede atmosfæren ved at tilføre ilt.
Hvad er endosymbiose teorien?
Endosymbiose teorien forklarer, hvordan eukaryote celler udviklede sig ved, at en urkaryotisk celle optog en bakteriecelle som udviklede sig til mitokondrier og senere udviklede cyanobakterier sig til kloroplaster.
Hvad er horisontal genoverførsel (HGT), og hvordan påvirker det mikrobiel evolution?
Horisontal genoverførsel er overførsel af genetisk materiale mellem mikroorganismer, ikke fra forældre til afkom. Det muliggør hurtig spredning af nye egenskaber som antibiotikaresistens, hvilket kan fremskynde evolutionen.
