TBE: Theory-Based Ecology könyv

A MaFiHe 2017-ben és 2018-ban videófelvételt készítet az előadások nagy részéről. Ezek a  FizWeb-en megtalálhatóak Caesar-os (IIG-s) belépés után. A 2018-as óravázlathoz egyenként belinkeltem a megfelelő előadás-videót – a 2018-asat, ha volt, és a 2017-eset akkor, ha nem volt.

II. 27.

Bevezető óra. Az evolúcióbiológia világnézet-független természettudomány. Mutatóban beszéltem az evolúcióelmélet történetéről, és evolúciós törzsfáról. Megbeszéltük a különbséget homológia (közös származás) és analógia (azonos feladathoz való alkalmazkodás) között. Megbeszéltük, hogy az emlősök, madarak, a szárazföldi négylábúak vagy a gerincesek csoportját definiálhatjuk egy közös őssel. Az ilyen csoportot nevezzük kládnak. A halak viszont nem egy ilyen csoport, mert a halak közös őse őse az emlősöknek és a madaraknak is. Két példát mondtam matematikai jellegű evolúcióelméleti problémára

(1) Miért kb. 50-50%-a két nem gyakorisága egy populáécióban, ha a reprodukcióhoz kevesebb hím is elég lenne. Azért, mert akkor egy hímnek átlagosan több utódja van, tehát érdemesebb hím utódokat létrehozni. (Ronald Fischer gondolatmenete.) Ez a példa egyúttal példa arra is, hogy a gének szintjén folyó szelekció nem feltétlenül előnyös a faj számára. https://en.wikipedia.org/wiki/Fisher%27s_principle

(2) Koaleszcencia: egy állandó létszámú populációban előbb-utóbb mindenki azonos leszármazásúvá válik, azaz mindenkinek ugyanaz az egyed lesz az őse. (Nézhetjük ezt aszexuális leszármazással, vagy a szexuális esetben akár anyai, akár apai ágon.) A koaleszcencia várható ideje nagyjából annyi generáció, amennyi a populáció egyedszáma. TBE: TBox 11.4, 243. oldal

III. 6.

Példák az evolúciós történetből. Prezentáció: pdf

III. 13.

Replikátorok versengése: a gyorsabban növekvő (nagyobb fitnesszű) győz.. Exponenciális növekedés és a növekedés korlátja. A visszacsatolás nélküli és a visszacsatolt rendszer (TBE könyv 1.6 ábra a 15. oldalon). Tilman-féle R* szabály: egyetlen forrásért való versengést az nyeri, aki a legalacsonyabb forrásszinten tudja fenntartani a populációját (TBE 7.5-6 ábra, 126-7. oldal).

Elemi szelekciós elmélet: replikátorok közötti természetes szelekció matematikai leírása. Jegyzet: pdf.

III. 20.

Diploid populáció populációgenetikája: egy lokusz, két allél túlélési szelekció. Heterozigóta fölény a két allél együttéléséhez, heterozigóta hátrány pedig a ritka allél kihalásához vezet. A jegyzet ugyanaz, mint fent: pdf

A kanonikus példa heterozigóte előnyre a sarlóssejtes vérszegénység:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sickle_cell_disease

Az órán a Barton et al.: Evolution c. könyv 391. oldalán látható táblázatát mutattam meg a szóban forgó allélok populációs elterjedéséről és a fitnesz mértékekről.

III. 27.

(1) A korábban megbeszélt szelekciós elmélet az ökológiai visszacsatolások figyelembevétele nélküli, azaz a visszacsatoló/szabályzó változók állandóan tartott értéke melletti elmélet. A visszacsatolást figyelembe véve a szabályozó változók száma szabja meg, hogy maximum hány versengő változat élhet tartósan együtt. Amennyiben egy ilyen változó van, úgy kompetitív (versengési) kizárás történik: az változat nyer, amely e változó legkedvezőtlenebb értéke mellett képes fennmaradni. (TBE könyv 7.1 és 9.2.1 alfejezetek).

(2) Amennyiben az ökológiai visszacsatolást egy lineáris létszám (denzitás) függéssel modellezzük, akkor egyetlen populáció esetén a logisztikus növekedési egyenletet (TBE (6.4-6) egyenletek), több esetén pedig Lotka-Volterra egyenleteket (TBE TBox 9.1) kapjuk. Az utóbbi alapvető tanulságaként két változat együttéléséhez az szükséges, hogy a populációk közötti versengés legyen gyengébb mint az egyes populációkon belüli.

IV. 3.

Az előadó betegsége miatt elmaradt.

IV. 17.

• Rövid bevezetés járványmodellezésbe. A járványterjedést a reprodukciós szám, annak lefutása szabja meg. Elmodtam a legegyszerűbb járványmodellt az SIR modellt. A prezentáció, amit vetítettem: pdf. (Biológus órára készült, tartalmaz egy bevezetést is exponenciális növekedésbe és populáció-regulációba.) Hangsúlyoztam, hogy amíg a SIR modellben a népesség fokozatos védetté válása miatt múlik el a járvány, addig – amíg nem volt oltás – a Covid-járványhullámok a lezárási intézkedésektől értek véget, és a lezárások feloldása után újra jelentkeztek. A bonyolultabb járványmodellekről egy jó összefoglaló a Wikipédián: https://en.wikipedia.org/wiki/Compartmental_models_in_epidemiology
• A kompartment-modellek tetszőleges populációnövekedésre alkalmazható általánosítása a strukturált populáció elmélete. Strukturált a populáció, ha az egyének nem egyformák, hanem demográfiai paramétereik függenek az egyedek korától, egészségi állapotától, környezetük minőségétől, stb. Ebben az esetben a populáció állapotát egy vektor írja le, és egy mátrixal való szorzás fejleszti. A legegyszerűbb bevezetés a strukturált populációk elméletébe a TBE könyv 4. fejezete, és külön a korcsoport struktúráról a TBox 8.2. Alapállítások: a mátrix vezető sajátértéke adja meg a populáció hosszútávú növekedési rátáját, az ehhez tartozó jobboldali sajátvektor a populáció egyensúlyi eloszlását, a baloldali pedig a reproduktív értékeket. (A reproduktív értékről később lesz szó órán.)
• Az óra nagyobb részében a neutrális evolúció elméletéről, illetve a génterjedés sztochasztikus leírásáról volt szó. A prezentáció, amit vetítettem: pdf. A szöveges jegyzet: pdf.