UNIVERSITETET I OSLO

Transkript

1 Side 1 UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: BIO2120 Eksamensdag: 10. juni 2014 Tid for eksamen: (3 timer) Oppgavesettet er på 4 sider Vedlegg: Tillatte hjelpemidler: ingen Kalkulator Hver av de 4 oppgavene teller likt ved sensur. Oppgave 1. Du har genotypet 118 hannspurver fra Bellinzona i Sveits. Populasjonen befinner seg i hybridsonen mellom gråspurv og romerspurv. Nord for Bellinzona finner du kun gråspurv, og sør kun romerspurv. Du har også genotypet en populasjon hver av foreldreartene (gråspurv N = 97, romerspurv N = 112). Du genotyper genet MC1R som du mistenker påvirker fargen på hodet. Gråspurv er fiksert for allel 1 (alle har genotypen A 1 A 1 ) og romerspurv for allel 2 (A 2 A 2 ). Du finner følgende fordeling av genotyper i Bellinzona: A 1 A 1 : 36 A 1 A 2 : 7 A 2 A 2 : 75 På et annet gen, involvert i fettmetabolisme, hvor de to artene også er fikserte for ulike alleler (B 1 B 1 og B 2 B 2 hos henholdsvis gråspurv og romerspurv) finner du følgene genotypefordeling i Bellinzona:

2 A 1 A 1 : 10 A 1 A 2 : 50 A 2 A 2 : 58 Regn ut F IS for de to genene i Bellinzona og F ST mellom Bellinzonapopulasjonen og hver av populasjonene av foreldreartene (grå- og romerspurv). Hvordan tolker du resultatene evolusjonært? Oppgave 2. Definer begrepene slektskapseleksjon og inclusive fitness. Forklar hvordan disse begrepene kan benyttes til å forstå at altruisme kan finnes, og beskriv og forklar Hamiltons regel. Hos enkelte fuglearter vil ungene hjelpe mor (og eventuelt også far) med stell og mating av neste kull med unger. Under hvilke forhold kan slik atferd evolvere?

3 Oppgave 3. Strepsiptera, også kjent som viftevinger, er en gruppe insekter som parasitterer andre insekter. Disse insektene har tradisjonelt vært antatt beslektet med biller (Coleoptera) selv om denne plasseringen er støttet av lite evidens. Molekylære fylogenetiske analyser basert på 18S ribosomalt DNA (data fra Carmean og Crespi, 1995) resulterer i to ulike tre-topologier avhengig av hvilket optimaliseringskriterium som brukes. Et av de mest-parsimone trær er vist i figur 1, og maximum likelihood-treet er vist i figur 2. A. Hvilket kriterium blir brukt for å velge den mest sannsynlige hypotese for evolusjonært slektskap i en parsimoni (kladistisk) analyse? B. Hva er den viktigste forskjellen mellom en parsimoni-analyse og en maksimum likelihoodanalyse? C. Forklar forskjellen mellom monofyletiske, parafyletiske og polyfyletiske grupper. D. Er henholdsvis Coleoptera (biller) og Diptera (tovinger) monofyletiske grupper i de to fylogenetiske trærne i figur 1 og figur 2? E. Forklar begrepet søstergruppe. F. Hvilken insektsgruppe er søstergruppe til Diptera i henholdsvis figur 1 og figur 2. G. Har du noen forslag til hvorfor de to trærne er forskjellige med hensyn til slektskapet mellom disse insektsgruppene, og hvordan ville du gå videre for å finne ut hvilken hypotese som best beskriver de reelle forholdene?

4 Oppgave 4. Gi en kort diskusjon av følgende: a) Hva vil skje med et kvantitativt trekk om det kun er påvirket av mutasjoner og genetisk drift? Hva er effekten av populasjonsstørrelsen? Hva er effekten av mutasjonsraten? Diskuter kort om fravær av seleksjon kan forklare evolusjonær stasis i lys av dette. b) Livshistorietrekk har ofte høy evolverbarhet (mye additiv genetisk varians), men lav arvelighet. Forklar hvordan dette er mulig. Livshistorietrekk har vanligvis også høyere mutasjonsvarianser enn morfologiske trekk. Hvorfor? c) Hva er en genetisk kovarians? Hva er forholdet mellom genetiske kovarianser og pleiotropi? Hvordan påvirker genetiske kovarianser evolusjonen? d) Gi ett eksempel på et menneskelig trekk som kan være paedomorfisk i forhold til en sjimpanselignende stamfar, og ett eksempel som kan passe med rekapitulasjon. Begrunn svaret. e) Forklar kort hvorfor evolusjonsbiologer ikke forventer at romvesen vil ha noen likheter med et menneske.

5 Side 1 UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: BIO2120 Eksamensdag: 10. juni 2014 Tid for eksamen: (3 timer) Oppgåvesettet er på 4 sider Vedlegg: Lovlege hjelpemiddel: ingen kalkulator Kvar av dei 10 oppgåvene tel likt ved sensur. Oppgåve 1. Du har genotypa 118 hanar av sporv frå Bellinzona i Sveits. Populasjonen ligg i hybridsonen mellom gråsporv og romersporv. Nord for Bellinzona finn du berre gråsporv, og sør berre romersporv. Du har og genotypa ein populasjon kvar av foreldreartene (gråsporv N = 97, romersporv N = 112). Du genotypar genet MC1R som du mistenker påverkar fargen på hovudet. Gråsporv er fiksert for allel 1 (alle har genotypen A 1 A 1 ) og romersporv for allel 2 (A 2 A 2 ). Du finn denne fordelinga av genotypar i Bellinzona: A 1 A 1 : 36 A 1 A 2 : 7 A 2 A 2 : 75 På eit anna gen, involvert i fettmetabolisme, der dei to artene og er fikserte for ulike allel (B 1 B 1 hos gråsporv og B 2 B 2 hos romerspurv) finn du denne genotypefordelinga i Bellinzona:

6 A 1 A 1 : 10 A 1 A 2 : 50 A 2 A 2 : 58 Regn ut F IS for dei to genane i Bellinzona og F ST mellom Bellinzonapopulasjonen og kvar av populasjonane av foreldreartene (grå- og romersporv). Korleis tolkar du resultata evolusjonært? Oppgåve 2. Definer omgrepa slektskapseleksjon og inclusive fitness. Forklar korleis disse omgrepa kan nyttast til å forstå at altruisme kan finnast, og beskriv og forklar Hamiltons regel. Hos enkelte fuglearter vil ungane hjelpe mor (og nokre gonger også far) med stell og mating av det neste kullet med ungar. Under kva for høve kan slik åtferd evolvere?

7 Oppgåve 3. Strepsiptera, også kjend som viftevenger, er ei gruppe insekt som parasitterer andre insekt. Desse insekta har ein tradisjonelt meint at er i slekt med biller (Coleoptera), sjølv om denne plasseringa er støtta av lite evidens. Molekylære fylogenetiske analyser på grunnlag av 18S ribosomalt DNA (data frå Carmean og Crespi, 1995) resulterer i to ulike tre-topologiar, styrt av kva slags optimaliseringskriterium som blir brukt. Eit av dei meist-parsimone trea er vist i figur 1, og maximum likelihood-treet er vist i figur 2. A. Kva kriterium blir brukt for å velje den mest sannsynlege hypotesen for evolusjonært slektskap i ei parsimoni (kladistisk) analyse? B. Kva er den viktigaste skilnaden mellom en parsimoni-analyse og en maksimum likelihoodanalyse? C. Forklar skilnaden mellom monofyletiske, parafyletiske og polyfyletiske grupper. D. Er Coleoptera (biller) og Diptera (tovenger), kvar for seg, monofyletiske grupper i dei to fylogenetiske trea i figur 1 og figur 2? E. Forklar omgrepet søstergruppe. F. Kva slags insektsgruppe er søstergruppe til Diptera i figur 1 og i figur 2, respektive. G. Har du nokre framlegg til kvifor dei to trea er ulike med omsyn til slektskapen mellom desse insektsgruppene, og korleis ville du gå vidare for å finne ut kva slags hypotese som best gjer greie for dei reelle omstenda?

8 Oppgave 4. Diskuter kort punkta under : a) Kva vil skje med eit kvantitativt trekk om det berre er påverka av mutasjonar og genetisk drift? Kva er effekten av populasjonsstørrelsen? Kva er effekten av mutasjonsraten? Diskuter kort om fråvær av seleksjon kan forklare evolusjonær stasis i ljos av dette. b) Livshistorietrekk har ofte høg evolverleik (evolverbarhet, mykje additiv genetisk varians), men låg arvelegheit. Forklar korleis dette er mogleg. Livshistorietrekk har oftast og høgare mutasjonsvariansar enn morfologiske trekk. Kvifor? c) Kva er ein genetisk kovarians? Kva er forholdet mellom genetiske kovariansar og pleiotropi? Korleis påverkar genetiske kovariansar evolusjonen? d) Gi eitt døme på eit trekk hjå menneskje som kan være paedomorfisk i forhold til ein sjimpanseliknande stamfar, og eitt eksempel som kan passe med rekapitulasjon. Grunngje svaret. e) Forklar kort kvifor evolusjonsbiologer ikkje forventar at romvesen vil ha nokon likskaper med eit menneskje.

9 Page 1 UNIVERSITY OF OSLO Faculty of Mathematics and Natural Sciences Exam in: BIO2120 Day of exam: June 10, Exam hours: (3 Hours) This examination paper consists of 4 pages. Appendices: None Permitted materials: Calculator Every task is weighted with the same amount of points. Question 1. You have genotyped 118 male sparrows from Bellinzona in Switzerland. The population is from the hybrid zone between house sparrows and Italian sparrows. North from Bellinzona only house sparrows reside, and to the south only Italian sparrows. You have also genotype done population from each of the parent species (house sparrow N = 97, Italian sparrow N = 112). You genotype the gene MC1R, which you suspect affects head colours that differs between the parent species, and in which hybrids are intermediate. House sparrows are fixed for allele 1 (all have the genotype A 1 A 1 ) og Italian sparrows for allele 2 (A 2 A 2 ). These are the genotypes you obtain in Bellinzona: A 1 A 1 : 36 A 1 A 2 : 7 A 2 A 2 : 75 At another gen, involved in fat metabolism, the two species are also fixed for different alleles (B 1 B 1 and B 2 B 2 in house and Italian sparrows respectively.

10 A 1 A 1 : 10 A 1 A 2 : 50 A 2 A 2 : 58 Calculate F IS for the two genes in Bellinzona and F ST between the Bellinzona population and each of the parent species populations (house and Italian sparrow). Give an evolutionary interpretation of the results? Question 2. Define the concepts kin selection and inclusive fitness. Explain how these concepts can be used to explain the existence of altruism, and describe and explain Hamilton s rule. In a number of bird species the juveniles will stay at the nest to help raise the next clutch of chicks. Under what kind of conditions can such behavior evolve?

11 Question 3. Strepsiptera, sometimes known as twisted-wing parasites, is a group of insects that parasite other insects. These insects have traditionally been considered related to beetles (Coleoptera), although that placement is supported by little evidence. Molecular phylogenetic analyses based on 18S ribosomal DNA (data from Carmean and Crespi, 1995) result in two different tree topologies depending on the optimality criterion used. One of the mostparsimonious trees is shown in figure 1, and the maximum likelihood tree is shown in figure 2. A. Which criterion is used for selecting the most probable hypothesis of evolutionary relationship in a parsimony (cladistic) analysis? B. What is the most important difference between a parsimony analysis and a maximum likelihood analysis? C. Explain the difference between monophyletic, paraphyletic and polyphyletic groups. D. Are Coleoptera (beetles) and Diptera (true flies), respectively, monophyletic groups in the phylogenetic trees in figure 1 and figure 2? E. explain the sister group concept. F. Which insect group is sister group to Diptera in figure 1 and figure 2, respectively? G. Do you have any suggestion why the two trees are different with regard to the relationship between these insect groups, and how would you proceed to find out which hypothesis best explain the real situation?

12 Question 4. Give a short discussion of the following: a) What would happen to a quantitative trait if it was influenced only by mutation and genetic drift? Does the size of the population matter? Does the mutation rate matter? In light of this, discuss whether absence of selection can explain evolutionary stasis? Why or why not? b) Life-history traits often have high evolvability (lots of additive variance), but low heritability. Explain how this is possible. Life-history traits usually also have higher input of mutational variance than morphological traits. Why is this? c) What is a genetic covariance? What is the relationship between genetic covariances and pleiotropy? How do genetic covariances affect evolution? d) Give one example of a human trait that could be paedomorphic relative to a chimpanzee-like ancestor, and one example that may fit with recapitulation. Justify your answer. e) Explain briefly why evolutionary biologists do not think extraterrestrials will look anything like human beings.