Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Transkript

1 Investice do rozvoje vzdělávání Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Investice do rozvoje vzdělávání Biologická klasifikace živočichů (BIKZ) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

3 Investice do rozvoje vzdělávání 1. Úvod do biologické klasifikace živočichů Radim Simerský Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

4 Investice do rozvoje vzdělávání Co je to živočich; Klasifikace živočichů; Fylogenetika; Fenetika vs. kladistika; Fylogenetické znaky; Taxon; Morfologická vs. molekulární systematika Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

5 Co je živočich?

6 Co je živočich? Tradiční ídefinice: i Heterotrofní organismus Buňky bez plastidů a buněčné stěny Většinou schopen aktivního pohybu Problém: Definici odpovídá značně nesourodá skupina organismů I fylogeneticky velmi blízké organismy dohodou řazeny mezi živočichy/rostliny. Př. krásnoočka (Euglenoidea) Většina jednobuněčných živočichů je skupině Animalia fylogeneticky y velmi vzdálená

7 Co je živočich? Od ostatních t organismů ů se liší na buněčné éi molekulární lá íúrovni V současnosti jsou jako živočichové označovány mnohobuněčné eukaryontní organismy skupiny Opisthokonta, říše Metazoa Bikonta Amoebozoa - měňavkovci Fungi - houby Unikonta Opisthokonta Choanoflagellata - trubénky Metazoa - živočichové

8 Co je živočich? Opisthokonta: t Mají jen jeden tlačný bičík s typickou strukturou Mitochondrie s plochými kristami Jsou schopny syntetizovat bílkovinu kolagen a používat glykogen jako zásobní látku

9 Co je živočich? Buňky živočichů (Metazoa) t )jsou vzájemně ě propojené, předávají ř si živiny i a informace - tvoří specializované soubory buněk - tkáně, orgány Jsou výjimečné množstvím typů diferenciovaných buněk, počtem zúčastněných genů a jejich vzájemných interakcí Vznik haploidních buněk meióza, se u živočichů uplatňuje pouze při vzniku gamet

10 Eukaryota Archaeplastida (zelené rostliny, ruduchy) Chromalveolata (rozsivky, oomycety, chaluhy, nálevníci, výtrusovci ) Bikonta Excavata (trypanozomy, krásnoočka) Rhizaria (dírkonošci, mřížovci) Amoebozoa - měňavkovci Fungi - houby Unikonta Opisthokonta Choanoflagellata - trubénky Metazoa - živočichové

11 Proč je studovat? Obrovská variabilita Rostliny cca druhů X živočichové miliony druhů Rozmanitost tělních plánů a způsobů života Původ člověka Výběr vhodných modelových organismů Užitek

12 Klasifikace živočichů = Dělení (a sdružování) živočichů do skupin na základě společných č ýhznaků Taxon skupina organismů sdílejících charakteristické znaky První systémy y klasifikace byly yy umělé na základě vnější podobnosti Aristoteles ( př.n.l.) Snaha o utřídění okolního světa představa nadřazeného rodu (lat. genus), jehož jednotlivé druhy (species) se navzájem liší Živočichové s krví X bez krve, živorodí X vejcorodí.. Základ binomické nomenklatury

13 Klasifikace živočichů Carl Linné ( ) 1778) Systema Naturae (1.vyd. 1735) Přírodu rozdělil na minerály y( (Regnum lapideum), rostliny (Regnum vegetabile) a živočichy (Regnum animale) Zavedení binominální nomenklatury každý organismus je jednoznačně popsán dvouslovným latinským jménem, které vyjadřuje jeho příbuznost s ostatními organismy Rod druh Ursus maritimus medvěd lední Ursus arctos medvěd hnědý

14 Klasifikace živočichů Carl Linné Klasifikace organismů v pěti úrovních: říše, třída, řád, rod a druh Zařazení velryb a netopýrů mezi savce Člověk poprvé zařazen do stejné skupiny spolu s primáty (Antropomorpha)

15 Klasifikace živočichů Linného motivací nebylo uspořádání organismů ů podle příbuzenských vztahů, ale jejich utřídění do systému přehledného pro člověka nominalistické pojetí systematiky Podle Linného pouze rod a druh jsou přirozené skupiny (tzn. stvořeny bohem), ostatní (říše, třída, řád) jsou uměle vykonstruovány Bůh stvořil, Linné roztřídil

16 Klasifikace živočichů Přirozený systém založen na příbuzenských vztazích mezi organismy Charles Darwin ( ) On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (1859) The Descent of Man and Selection in Relation to Sex (1871) Evoluční teorie o vzniku a vývoji druhů na základě přirozeného výběru Common ancestor teorie společného původu organismů -> strom života

17 Fylogenetika Neodarwinismus i moderní evoluční č syntéza Spojení darwinismu s moderními poznatky genetiky, molekulární biologie a cytologie Fylogeneze e Historický vývoj druhů organismů ze společného univerzálního předka během evoluce Anageneze přizpůsobování se organismů prostředí, v němž žijí Kladogeneze štěpení evolučních linií, vznik nových druhů

18 Fylogenetika Fl Fylogenetika (Gr. phyle/phylon (φυλή/φῦλον), "tribe, race," and genetikos (γενετικός), "relative to birth Biologický obor zkoumající vývojové vztahy mezi organismy Na základě vývojových ý vztahů člení organismy do přirozených skupin realistické pojetí systematiky Konstrukce tzv. fylogenetických stromů

19 Fenetika Fenetika (Gr. phainein, φαίνω, to display; to show) Numerická taxonomie, 50. léta Snaha klasifikovat organismy na základě tzv. všeobecné podobnosti Hodnocení rozsáhlých souborů znaků -> shluková analýza -> rozčlenění organismů v klasifikačním systému Významný nástroj pro srovnávací biologii Problém!!! členění většinou na základě morfologických, či jiných snadno pozorovatelných znaků bez ohledu na skutečné fylogenetické vztahy mezi organismy Př. vačice rejsek delfín

20 Kladistika Kladistika (Gr. klados, κλάδος, "branch") Fylogenetická taxonomie, 50. léta Hierarchické uspořádání organismů do taxonů na základě společných vývojových znaků Homologické znaky byly zděděny od společného předka Hledání evolučních novinek Kladogram rodokmen organismů konstruovaný na základě fylogenetických vztahů Amoebozoa - měňavkovci Fungi - houby Unikonta Opisthokonta Choanoflagellata - trubénky Metazoa - živočichové

21 Homologie X Analogie Znaky homologické shodné znaky různých ů ýhdruhů zděděných ýhpo společném předkovi Znaky analogické podobné znaky vzniklé nezávislým vývojem, např. jako adaptace na stejné ekologické podmínky (homoplazie)

22 Primitivní X Odvozené Znaky pleziomorfní -původní, ů primitivní iti Př. u strunatců se během ontogeneze vždy projevuje dvoustranná souměrnost Bilateralia Znaky apomorfní odvozené Z fylogentického hlediska jsou zásadní sdílené apomorfní znaky synapomorfie Prostřednictvím synapomorfií můžeme definovat taxony Př. u strunatců vnitřní kostra, jejímž základem je struna hřbetní

23 Taxon a Taxon Taxony Monofyletické obsahují společného předka a všechny jeho potomky Polyfyletické yy zahrnují skupiny vzniklé z různých předků Parafyletické neobsahují všechny skupiny vzniklé ze společného předka Kladogram by měl být sestaven výhradně z monofyletických taxonů!!!

24 Morfologická systematika Znaky morfologické Základem při klasifikaci živočichů Od anatomie po ultrastrukturu jednotlivých buněk Př. umístění nervové soustavy, struna hřbetní, stavba mitochondrií, struktura bičíku

25 Molekulární systematika Znaky molekulární lá molekulární lá systematika tik Obrovské množství znaků nukleotidové sekvence genů a mezigenových úseků DNA, sekvence aminokyselin v bílkovinách Ideální znak Gen dostatečně dlouhý dostatek informací Přítomen u všech zkoumaných organismů U všech plní ± stejnou funkci vždy podléhá stejným evolučním tlakům Vyvíjí se vhodnou rychlostí pro zkoumání dané evoluční události Př. jaderné geny pro ribozomální RNA malé podjednotky 18S rrna a velké podjednotky 28S rrna

26 Molekulární systematika Čtení í kompletních genomů ů umožňuje využití nových fylogenetických znaků Změny pořadí genů na chromozomech, duplikace, inverze a fúze genů Př. Eukaryota rozdělena na bikonta a unikonta nejen na základě morfologické odlišnosti, ale také na základě odlišné fúze některých genů Využití analýz mitochondriálního genomu Mitochondriální Eva

27 Molekulární systematika Hox geny Podílí se na regulaci ontogeneze poziční orientace buněk předozadní uspořádání těla Na chromozomu umístěny v pořadí, které odpovídá pořadí tělních zón, které tyto geny ovlivňují tzv. zootyp

28 Molekulární systematika Hox geny Umožňují určit homologii tělních oblastí i u fylogeneticky vzdálených živočichů Během fylogeneze došlo k významnému komplikování stavby chromozomového komplexu zjemňování pozičních adres Duplikace při vzniku obratlovců, další u čelistnatců

29 Molekulární systematika Molekulární lá hodiny Pokud molekulární evoluce genu probíhá známou a ± konstantní rychlostí, můžeme datovat jednotlivé evoluční události Problém značné rozdíly v tempu hromadění evolučních změn Nutno sledovat několik různých genů Nutná vzájemná kalibrace molekulárních a paleontologických údajů -př. divergence kytovců nebo vyšších primátů

30 Biologická klasifikace živočichů Analýza kombinovaných ýhmolekulárních lklá íha morfologických fl ikýhdt dat Vývoj tělních plánů, ekologických i sociálních vztahů a chování Dlouhá cesta od houbovce k člověku Starobylost a stabilita života

31 Eukaryota Archaeplastida (zelené rostliny, ruduchy) Chromalveolata (rozsivky, oomycety, chaluhy, nálevníci, výtrusovci ) Bikonta Excavata (trypanozomy, krásnoočka) Rhizaria (dírkonošci, mřížovci) Amoebozoa - měňavkovci Fungi - houby Unikonta Opisthokonta Choanoflagellata - trubénky Metazoa - živočichové