上海交通大学通识核心课 教授李大伟电邮daweili(@sjtu.edu.cn 电话：34204744 助教陈昊 电话：34205436 基因与人 生命的基因中心法则 8.Genes And the Origin of Cooperation 基因与合作的起源
2022-3-11 1 1 上海交通大学通识核心课 教授 李大伟 电邮 daweili@sjtu.edu.cn 电话：34204744 助教 陈 昊 电话：34205436
Cooperation:Another Pillar of Human Evolution? SBACE SCIENCE MEDICINE ANTIFICIAL INTELL GENCE Mountain-Climbing Vaccine Clues fram Seeing the Future with MARS ROVER HIV SURVIVORS MACHINE LEARNING SCIENTIFIC The Evolution Cooperation Competition is not the only force that shaped life on earth SPECIAL REPORT Physles Revlews by Nobel Laureates
Cooperation or Defect:Prisoner's Dilemma 基因间的博弈：合作还是对抗？ The Similarity and Differences Between Game Theory and Evolution BASICS 生命进化中的博弈 Natural Defection Agame theory paradox calledthe Prisoners Dilemma illustrates why the existence of cooperation in nature is unexpected.Two 总原则： people face jail sentenoes for conspiring to commit a crime Their sentences depend on whether they elect tocooperate and remain silent or defect and confess to the crime [see payaff table 有利自身生存 below].Because neither knows what the other will do,the rational choice-the one that always offers the better payoff-is to defect. INDIVIDUAL2 COOPERATE DEFECT (remain silent) (oo mfess 特点： TYnaIAIONI 1.稳定性与多样性共存 2 years in jall 4 years in jail 2 years in jail 1 year in jail 2.可遗传性 3.可扩增性 13B0 1yearin jail 3 years in jail years in jail 3 years injai
基因间的博弈：合作还是对抗？ Cooperation or Defect: Prisoner’s Dilemma The Similarity and Differences Between Game Theory and Evolution 生命进化中的博弈 总原则： 有利自身生存 特点·： 1. 稳定性与多样性共存 2. 可遗传性 3. 可扩增性
基因与合作的起源 红利来源于特化与高效 合作范围的进化 1、基因→基因组： 不同基因间的合作使细胞在生存中胜出 2、单细胞→多细胞生物： 相同基因不同细胞间的合作使个体在繁衍中胜出 3、小范围合作→大范围合作： 相似基因不同个体的合作使物种在竞争中胜出 4、全球合作： 2022-3-11 同一物种更大范围的合作使社会在发展中胜出 4
2022-3-11 1 4 上海交通大学通识核心课 教授 李大伟 电邮 daweili@sjtu.edu.cn 电话：34204744 助教 朱 奇 电邮 zq0525@126.co 电话：34205436 1、基因基因组： 不同基因间的合作使细胞在生存中胜出 2、单细胞多细胞生物： 相同基因不同细胞间的合作使个体在繁衍中胜出 3、小范围合作大范围合作： 相似基因不同个体的合作使物种在竞争中胜出 4、全球合作： 同一物种更大范围的合作使社会在发展中胜出
不同基因间的合作使细胞在生存中胜出 1、部分基因转移重组，2、需要特定机制：细胞、噬菌体、病毒等 叶绿体依靠海兔细胞中转入的海藻基因生存 Elysia chlorotica
Elysia chlorotica 叶绿体依靠海兔细胞中转入的海藻基因生存 1、部分基因转移重组 ，2、需要特定机制：细胞、噬菌体、病毒等
原癌基因和致癌基因：宿主基因为病毒服务 >1970最早发现的致癌基因Src存在于鸡 的肉瘤病毒中 >1976发现人有类似Src的基因，称原癌 基因。 >突变后能促进肿瘤形成的基因又称原癌 基因 Y419 Y530 人Src原癌基因 Unique SH3 SH2 Tyr kinase(SH1) R Human Src(536 amino acids) Myr SH4 ↓↓ Y416 鸡肉瘤病毒致癌Src基因 Unique SH3 SH2 Tyr kinase(SHI) Viral Src(526 amino acids)
Ø1970最早发现的致癌基因 Src 存在于鸡 的肉瘤病毒中 ， Ø1976 发现人有类似Src的基因， 称原癌 基因。 Ø突变后能促进肿瘤形成的基因又称原癌 基因 人 Src原癌基因 鸡肉瘤病毒致癌 Src基因
基因重组：基因间合作的组合优化途径 基因重组是生物体生存、进化、发展的基本机制 细胞分裂，子染色体基因正在分离 子染色体间的基因天然交换重组
细胞分裂，子染色体基因正在分离 子染色体间的基因天然交换重组 基因重组是生物体生存、进化、发展的基本机制
相同基因不同细胞间的合作使个体在繁衍中胜出 单细胞绿藻-衣藻 向光运动的绿藻：感光的眼点+反应的鞭毛 能量：叶绿体 浮在水中的绿藻 Cup-shaped 鞭毛 chloroplast 反应 2 Flagella 收缩泡 Contractile vacuole Eyespot感光：眼点 +3500万年 多细胞-团藻 2亿年前 60 多细胞生物的 高效运行 ©Bernd Kaufmann
单细胞绿藻-衣藻 多细胞-团藻 浮在水中的绿藻 +3500万年 2亿年前 向光运动的绿藻：感光的眼点+反应的鞭毛 感光：眼点 能量：叶绿体 鞭毛 收缩泡 反应 多细胞生物的 高效运行
神经元是多细胞动物高效感知的必然选择 提高感知到运动反应的效率动物神经产生的必要性 (a) (b) 衣藻 large 团藻 steering cells with eyespot eyespot small non-steering cells with small or no eyespot 24m chloroplast 100m (c) (d) steering cilia swimming cilia pigment cell photoreceptor cell cilia 100um 加 50m pigmented ring 海绵幼虫 环节动物幼虫 Figure 1.Comparison of the efficiency of sensory-to-motor transformation in (a)Chlanydomonas,(b)lolox,(c)a sponge larva, and(d)an annelid larva.The parts of the organism involved in sensing and responding to the light stimulus are coloured red
衣藻 团藻 海绵幼虫 环节动物幼虫 提高感知到运动反应的效率-动物神经产生的必要性
细胞特化形成高效信息感知 神经元的产生：神经网络的早期进化一感知与反应 神经元进化在远距离信号传递中的作用：对环境信号的高效感受与反应 感受细胞 反应细胞 感受反应细胞 反应细胞 增强反应细胞 感受细胞 无反应细胞 8888的 Origin and early evolution of neural circuits for the control of ciliary locomotion Gaspar Jekely Proc.R.Soc.B 2011 278,914-922 first published online 1 December 2010
《Origin and early evolution of neural circuits for the control of ciliary locomotion》 Gáspár Jékely Proc. R. Soc. B 2011 278, 914-922 first published online 1 December 2010 细胞特化形成高效信息感知 神经元的产生：神经网络的早期进化 –感知与反应 感受细胞 反应细胞 反应细胞 感受/反应细胞 感受细胞 增强反应细胞 无反应细胞 神经元进化在远距离信号传递中的作用：对环境信号的高效感受与反应