Předmět poskytuje přehled evoluční biologie se zaměřením na její porozumění z hlediska biochemie a molekulární genetiky. Kurz je rozdělen do třech bloků osvětlujících molekulární podstatu (i) chemické evoluce, (ii) biologické evoluce a (iii) propojení buněčné biologie a vývojové genetiky s evolučními procesy, metody jejich studia.

The course will provide an overview of evolutionary biology with emphasis on biochemical and molecular genetic principles. The course is divided into three modules focusing on (i) biochemical evolution, (ii) biological evolution, and (iii) interconnection between cell biology, developmental genetics and evolutionary process including the methodological approaches.

Z: Dan Graur: Molecular and Genome Evolution, Oxford University Press, 2016, ISBN: 9781605354699

Z: John Maynard Smith: Evolutionary Genetics, Oxford University Press 1998, ISBN: ‎ 0198502311

D: Zubay Geoffrey: Origins of Life - On Earth and in the Cosmos, Academic Press; 2nd edition (January 18, 2000), ISBN: ‎ 9780127819105

D: Richard Dawkins: Slepý hodinář, Paseka, 2002, ISBN: 80-7185-445-X

D: Richard Dawkins: The blind watchmaker, e.g. Penguin Books, 2006, ISBN-10: ‎ 0141982454

D: Jaroslav Flegr: 2007: Úvod do evoluční biologie. Academia, Praha. ISBN: 80-200-1539-6

Z: Dan Graur: Molecular and Genome Evolution, Oxford University Press, 2016, ISBN: 9781605354699

Z: John Maynard Smith: Evolutionary Genetics, Oxford University Press 1998, ISBN: ‎ 0198502311

D: Zubay Geoffrey: Origins of Life - On Earth and in the Cosmos, Academic Press; 2nd edition (January 18, 2000), ISBN: ‎ 9780127819105

D: Richard Dawkins: Slepý hodinář, Paseka, 2002, ISBN: 80-7185-445-X

D: Richard Dawkins: The blind watchmaker, e.g. Penguin Books, 2006, ISBN-10: ‎ 0141982454

D: Jaroslav Flegr: 2007: Úvod do evoluční biologie. Academia, Praha. ISBN: 80-200-1539-6

Předmět je zakončen ústní zkouškou, do které se započítává i práce během semestru:

1) Během semestru dostanou studenti k vypracování prezentaci na různá témata (výběr z 12) související s probíranou látkou. Prezentace bude vypracována v týmu studentů (2-4 studenti, dle obsazenosti předmětu). Na konci semestru (mezi 12.-14. týdnem) budou studenti prezentovat svůj projekt v 8-10 minutové prezentaci. Cílem je získat zkušenosti s týmovou prací, projektovým řízením, prezentováním svých výsledků. Prezentace bude tvořit 25% výsledné známky.

2) V každé přednášce během prvních 12 týdnů semestru bude uvedena krátká úloha vyžadující jednoduchou rešerši, základní analýzu dat a kreativní myšlení. Každý student si z 12 možných úloh vybere dle zájmu 2 úlohy, z nichž každou vypracuje na 1-2 strany A4 a zašle vyučujícímu. Cílem je získat zkušenosti s rešeršemi na různorodá témata, jejich syntézu, analýzu dat a zpracování do koherentního výstupu. Vypracované úlohy budou tvořit 50% výsledné známky.

3) Závěrečná ústí zkouška bude probíhat formou kolokvia (2-3 studenti), ve kterém budou diskutovány vypracované materiály (bod 2) širším kontextu předmětu tak, aby byly ověřeny znalosti předmětu. Ústní zkouška je povinná a tvoří 25% výsledné známky.

The course ends with an oral exam.

During the course, students will get their independent project on various topics that should be elaborated in a group of students (2-4 in each group). The students will have to wrap-up the project in a short 10 min presentation that will be presented in the class in one of the terminal lectures. Goals - literature search, teamwork, project management, presentation skills. The presentation is going to be evaluated and compose 25% of the final exam mark.

In addition, in every lecture within the first 12 weeks of the course, a small task requiring simple literature search, basic data analysis and creative thinking, is going to be assigned. The students should select 3 topics of interest and elaborate them in a 1-2 A4 page long essay to be sent to the teacher. Goals - literature search, independent thinking, practicing basic bioinformatic/data analysis skills. These elaborated tasks will compose 50% of the final exam mark.

The final oral exam will be in the form of colloquium (2-3 students) in which the previously elaborated materials provided by the students beforehand are going to be discussed in a broader context to assess students knowledge of the subject. The oral exam comprises 25% of the final mark.

1) Úvod do evolučních teorií (Darwin, Lamarck, Hamilton, Dawkins atd) + Vznik života 1: Od Velkého třesku k vhodným podmínkám na Zemi, vznik prvků, geologie + atmosféra

2) Vznik života 2: Od podmínek na Zemi ke vzniku nukleových kyselin a genetického kódu, RNA svět, white/black smokers, jílová teorie atd, astrobiologie

3) Vznik života 3: pokročilé molekulární procesy - transcripce/translace, vznik eukaryotické buňky a jejich organel. Evoluce metabolismu + důsledky v geologii/atmosféře

4) Biologická evoluce - základní pojmy: život, vlastnosti života, komplexita, uspořádanost, podmínky evoluce biologický druh, biologická zdatnost, variace a selekce, konvergentní a paralelní evoluce, kladogramy

5) Přirozený výběr: přírodní + pohlavní, přírodní výběr, k- a r-strategie, individuální a skupinová selekce, frekvenční selekce, výhody a nevýhody pohlavního rozmnožování, důsledky pohlavního výběru

6) Mutace: pozitivní, neutrální, negatiní, frekvence mutací, vznik mutací, molekulární hodiny

7) Populačni genetika a evoluce: genetický drift a draft, genový tok, mutační tah, molekulární tah, meiotický tah, zamrzlá evoluce.

8) Vznik a zánik druhů (speciace a extinkce): alopatrická a sympatrická speciace, bariéry, nepohlavní vs pohlavní speciace, příčiny vymírání, epochy

9) Evoluce genů a genomů, metodika jejich studia: organizace genů a genomů, duplikace, přeskládání, polyploidizace, bioinformatika, kladistické metody, fylogenetické stromy

10) Mikrobialni evoluce: - zvláštnosti, horizontální transfer, viry, konsorcia, eko-evo

11) Evo-devo a modelové organismy: potřeba modelových organismů, kritéria výběru, propojení evoluční a vývojové (developmental) biologie, fylotypické stádium, hour-glass model, gene-regulatory networks a evoluční novinky - case study: placenta.

12) Evoluce buněčných typů, konzervace regulačních kaskád, terminal selector genes, case study - evoluce nervového systému a oka

13) Evoluční mechanismy během vývoje organismů – evolutionary principles acting during immune and neural system development, cancer evolution

14) Aplikace evolučních mechanismů – in vitro evoluce: aptamery, fágový display, directed evolution of proteins, využití syntetických genových tahů

1) Introduction to evolutionary thinking (Darwin, Lamarck, Hamilton, Dawkins etc) + Origin of Life 1: From the Big Bang to suitable conditions on the Earth, important aspects of chemical elements, geology and atmosphere for the origin of life

2) Origin of Life 2: From suitable geological conditions to the nucleic acids, RNA world, genetic code, white-black smokers, clay hypothesis, astrobiology

3) Origin of Life 3: Origin of transcription/translation, origin of eukaryotic cells and its organelles, evolution of metabolism and its consequences for geology/atmosphere

4) Biological evolution – fundamentals: general properties of life, complexity, evolvability, biological species, fitness, variation and selection, convergent and parallel evolution, cladograms

5) Natural selection – k- and r- strategy, individual and group selection, frequency-dependent selection, sexual selection – advantages and disadvantages, consequences

6) Mutation – positive, neutral, negative, origin of mutations, mutational frequency, molecular clock

7) Population genetics and evolution - genetic drift and draft, gene flow, molecular drive, meiotic drive, reparation drive, mutational bias

8) Speciation and extinction: allopatric and sympatric, punctuated equilibrium, sexual vs asexual speciation, reasons for extinction, geological epochs

9) Evolution of genes and genomes, and how to study them: gene and genome organization, duplication and rearrangements, polyploidy, bioinformatics approaches to phylogeny

10) Microbial evolution: features of bacterial and archaeal evolutionary genetics, viruses, viroids, horizontal transfer, microbial consortia

11) Evolutionary developmental biology (evo-devo): model organisms and their selection, phylotypic stages, hour-glass model, gene regulatory networks, example – evolution of the placenta.

12) Cell type evolution: conservation of regulatory and signalling cascades, developmental and terminal selector genes, example – the evolution of neuronal cells and the eye

13) Pseudo-evolutionary principles during development: selection during immune and neural system development, cancer evolution

14) Application of evolutionary mechanisms: in vitro evolution, aptamers, phage display, directed evolution of proteins, use of synthetic gene drives in biotechnology.