Diverzita organismů. Monera Protista. Plantae Fungi. Animalia. Biologie I. Říše: současný stav ve světle evoluce.

Transkript

1 Biologie I Diverzita organismů Říše: Monera Protista Plantae Fungi Animalia současný stav ve světle evoluce Campbell, Reece: Biology 6 th edition Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

2 MONERA Bacteria a Archaea Základní charakteristiky jednobuněčná volná morfologicky jednoduchá různorodý metabolismus (od auto-, heterotrofy /auxotrofy/) samostatně žijící nebo symbionti (od mutualismu po parasitismus) rozmožování: všichni dělením (max. parasexuální cyklus) McKane & Kandel, Microbiology, 2 nd ed, McGraw-Hill, 1996 Prvotní klasifikace podle fenotypových znaků PRO: schéma umožňující mikroorganismus klasifikovat (je třeba jej nějak pojmenovat) ALE: i) je tak možno charakterizovat pouze čisté kultury ii) toto schéma není založené na evoluční příbuznosti Bergey klasifikovat lze pouze bakterie, které lze získat v čisté kultuře

3 MONERA Nekultivovatelné mikroorganismy pro které neznáme kultivační podmínky, nebo nás ani nenapadlo je kultivovat Ostře sledovány od 2. poloviny 80tých let 20. století rozdíly mezi mikroskopickým počítáním a stanovení c.f.u. ve vzorcích mikroflóry půdy a vody netušená diverzita mikrobiálních komunit případ H. pylori Odhaduje se, že podíl kultivovatelných mikroorganismů představuje v půdě 1% ve vodách méně než 0,1 (až 10-6 ) Limitované poznatky o mikrobiální diverzitě (genetické i fyziologické)

4 MONERA Z ekologického hlediska je planetou mikroorganismů (zásadní význam mikroorganismů v geochemických cyklech) Pg dusíku: Pg fosforu: 9-14 pod povrchem >10 více než buněk a biomasy než na povrchu uhlík v prokaryotech představuje % uhlíku v rostlinách prokaryota obsahují 10 více N a P než rostliny gastrointestinální trakt člověka: mikroorganismů, druhů. Data: Whittman a kol. PNAS 95: , 1998

5 Analýza sekvencí 16S rrna (dnes > sekvencí v databázích; Ribosomal Dtb Project: Bacteria 2004 MONERA Data: Norman Pace Podle Handelsman, Microbiol Mol Biol Rev 68: , 2004

6 Metagenomika = genomika populací bez nutnosti kultivace MONERA Technologie: molekulové klonování vysokokapacitní sekvenace DNA Norman Pace Univ. Colorado metabolické dráhy (nové biomolekuly) Složení konzorcií metagenom / metabolický potenciál/ ekologie Pochopení symbios / komunikace / kompetice Zajímavá překvapení Adaptováno z Handelsman, Microbiol Mol Biol Rev 68: , 2004

7 4 říše domény Eukarya Říše Organizace Výživa Reprezentativní zástupci trepka krásnoočko hlenky řasy chondrata 12. přednáška plísně kvasinky houby choroše mechy kapradiny borovice byliny korály žížala ptáci hlodavci chondrata 12. přednáška Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

8 PROTISTA Základní charakteristiky Jednobuněčná volná Tvořící kolonie (např. Volvox) Mnohojaderná [ megabuňka ] (např. Caulerpa) Mnohohobuněčná (např. Ulva) Autotrofní, heterotrofní nebo kombinace (mixotrofní) Samostatně žijící nebo Symbionti (od mutualismu po parasitismus) Rozmožování: všichni dělením, většina i pohlavním způsobem Podobná rostlinám -fotosyntetizující autotrofové -nemají skutečné kořeny, stonky a listy Podobná houbám -heterotrofové / saprofyti -nemají buněčnou stěnu

9 Základní charakteristiky PROTISTA Podobná živočichům (protozoa) -většina jednobuněční heterotrofové (někdy i fotosyntetizující) -schopní pohybu a lovu potravy -řasinky (cilie) -bičíky (flagely) -pseudopodia / undulující membrána -bez motility a zmatek Pseudopodia (panožky): např. měňavci (Rhizopoda) rod Amoeba Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

10 Protista nejsou úplně oprávněnou Říší (Protista je příliš parafyletická) souhrnný název pro soubor velmi pestrých eukaryotických říší (až 20ti) velmi malá skutečná fylogenetická příbuznost PROTISTA Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

11 Diplomonadida + Parabasalea anaerobní heterotrofové, bez mitochondrií pohyb bičíky PROTISTA Diplomonády Giardia lamblia -střevní parazit Bičenkovci (Parabasalea) Trichomonas vaginalis -symbiont -undulující membrána (usnadňuje pohyb mukózním prostředím) Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

12 Euglenozoa fotosyntetizující i heterotrofní aerobní (alespoň 1 mitochondrie) pohyb bičíky Euglenoida -auto, hetero, mixotrofní Euglena gracilis- fotosyntetizující striktní autotrof Bičivky (Kinetoplastida) rod Trypanozoma -heterotrofní -parazit PROTISTA Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

13 Alveolata aerobní, fotosyntetizující i heterotrofní PROTISTA Obrněnky (Dinoflagelata) -většina autotrofní (fytoplankton) -i heterotrofní (Pfiestria piscicida) -jen někteří tvoří kolonie -některé druhy vnitřní celulosové destičky -barevné plastidy (xanthofyly) -pohyb bičíky Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc. Výtrusovci (Apikomplexa) -bez orgánu pohybu -paraziti -střídání pohlavního a nepohlavního cyklu Plasmodium: komár: 2 gamety zygota sporozoidy člověk merozoity (pomnožení) gametocyty gamety komár

14 Alveolata PROTISTA Nálevníci (Ciliophora) -aerobní -pohyb řasinkami ( obrvení ) s různým umístněním -makronukleus (50 a více kopií celého genomu - geny pro provozní funkce) při vegetativním rozmnožování se dělí amitoticky -mikronukleus ne všichni (diploidní, až 80 kopií) -pohlavní rozmnožování spájením (netvoří se gamety, ale jen haploidní mikronuklei) Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

15 Alveolata PROTISTA (i) Životní cyklus Paramecium caudatum (trepka velká) Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

16 romscience.com Stramenopila různorodá aerobní skupina heterotrofní skupiny fotosyntetizující řasy opatřeny bičíky Různobrvky -fotosyntetizující PROTISTA Vodní plísně (Oomycota) -heterotrofní (sapro- občas paraziti) -celulosová stěna -jednobuněčné / vícejaderné hyfy Rozsivky (Diatoma) -silikonová buněčná stěna Diatoma Zlativky (Chrysophyta) -i mixotrofní skupiny -karoteny + xantofyly Hnědé řasy a chaluhy (Phaeophyta) -mnohobuněčné fotosyntetizující -thalus: rhizoid, kauloid, fyloidy (evoluční analogie kořene, stonku a listu) -stěna celulóza nebo agarosa -pozn. u některých rodozměna (ale sama řasa je jen sporofyt) Navicula Fucus

17 Obal plastidů řas je tvořen třemi a více membránami sekundární / terciární endosymbióza PROTISTA Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

18 Rhodophyta (ruduchy) fotosyntetizující řasy PROTISTA většina mnohobuněčná, ale menší než Phaeophyta bez orgánů pohybu hnědé zabarvení pigmentem fykoerytinem (příbuzný pigmentu sinic) chloroplast primární endosymbiózou Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

19 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Chlorophyta fotosyntetizující blízcí příbuzní rostlin jednobuněčné bičíkaté, koloniální, mnohobuněčné bez bičíků PROTISTA rhizoid kauloid fyloidy

20 Mycetazoa PROTISTA saprofyti (trofický návyk je jen evoluční analogií hub) Vlastní hlenky -mnohojaderné (2n) vegetativní plazmodium (mitozy bez cytokineze) (i) Životní cyklus -příjem potravy fagocytózou pseudopodii -hladovění vstup do pohlavní fáze gamety ve sporangiu (plodnice) Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

21 Mycetazoa PROTISTA Diktiostelidy (Dictiostelida) -jednojaderné (1n) vegetativní buňky Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc -v době hojnosti shlukování buněk v mnohobuněčný organismus -a pohlavní rozmn. -plodnice s odolnými sporami

22 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc PLANTAE Základní charakteristiky mnohobuněční autotrofové diverzifikace v důsledku terestiální adaptace Život na souši spousta světla pro fotosyntézu vyšší konc. CO 2 ve vzduchu než ve vodě lepší difúze CO 2 ze vzduchu než z vody Nebezpečí vysychání Potřeba uvážlivého vodního režimu (transport vody do nadzemní části, zabránění extenzivním ztrátám vody vyšší vodní rostliny návrat ze suchozemského prostředí

23 Mechorosty Výtrusnaté Smenné Cévnaté Významné události ve vývoji rostlin PLANTAE Parožnatky (Charophytaceae, nižší rostliny, vodní prostředí) vyšší rostliny: Mechorosty (první suchozemské rostliny) Kapraďorosty (první cévnaté rostliny) Nahosemenné (Gymnospermae - první tvořící semena) Krytosemenné (Angiospermae - kvetoucí) Sppolečný předek Rodozměna a ochrana embrya zelená řasa/ společný předek Apikální meristémy (růst do délky po celý život) Mechanismy pro vodní transport (cévnaté rostliny) Magefyly (velké listy) Květy, endosperm, plody semena Mikrofyly (malé listy) Miliony let Kvetoucí Nahosem. Kapraďorosty Plavuně Mechy Hlevíky Játrovky Parožnatky současnost Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

24 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc PLANTAE Parožnatky Jsou více rostliny než řasy: molekulární znaky (rrna) příbuznost chloroplastů (chdna) homologie buněčné stěny... její výstavby homologie cytokineze (fragmoplast) homologie spermatických buněk rozety multijednotkových celulosa synthas - fibrily jsou haploidní = 1n jen zygota je 2n, ale okamžitá meioza 1n Chara Coleochaete

25 Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc. Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc vyšší rostliny: Rodozměna střídání 2n (sporofyt) a 1n (gametofyt) buňky 2n produkují spory 1n buňky 1n produkují gamety více v 11. přednášce Hypotéza vzniku rodozměny S vývojem roste poměr hmoty sporofyt / gametofyt PLANTAE více spor více gamet větší šance na rozmnožení v suchozemském prostředí spory výtrusy semeno semeno G a m e t o f y t (n) kořeny kořeny rhizoidy kořeny rhizoidy Mechorost Kapraďorost Nahosemenné Krytosemenné S p o r o f y t (2n)

26 PLANTAE Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Mechorosty [většina] postrádají vodivá pletiva nemají pravé kořeny, stonky a listy převažující gametofyt - 1 nebo málo vrstev buněk snadný přístup k vodě a minerálům ( plazí se po zemi ) Oddělení játrovky (Hepatophyta) hlevíky (Anthocerophyla) mechy (Bryophyta) Struktura funkce a rozmnožování rostlin: přednášky 10 a 11

27 PLANTAE Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Kapraďorosty - cévnaté rostliny, neplazí se po zemi pravé kořeny jako extenze bazální části a lignifikované cévními svazky pravé listy (většina) Oddělení Lycophyta - plavuně. mikrofyly jednožilné (vznik z výrůstků stonku) Pterophyta - kapradiny... - přesličky.. } megafyly bohatě větvený cévní - prutovky nepravé listy, systém (zesílená asimilační ale původně asi kapacita) Hypotéza evoluce listů: vodivá pletiva mikrofyly megafyly

28 Kapraďorosty PLANTAE plavuně přesličky prutovky Lycophyta Pterophyta Pterophyta strobilus výtrusné klasy (strobili) sporangium sporofyl listy (mikrofyly) větve průduch větve uzlina sporangium šupinaté listy (nepravé) cévní svazek listy (makrofyly) stonek lodyha stonek oddenek kořeny kořeny oddenek nejčastěji v tropech nejčastěji v bažinách Austrálie jako epifyti Polynésie molekulárně příbuzné kapradinám Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

29 Kapraďorosty PLANTAE kapradiny Pterophyta Životní cyklus sori spory na plodném listu (i) 7. Sporofyt vyvíjí oddenek s kořínky. Z oddenku vyrůstají nadzemní listy. Sporofyt 1. Sporofyt je dominantní forma Osmunda cinnamomea vějiřovitý list nedělený vějiřovitý list dělený lístek osa stipe vějiřovitý list dělený 6. Zygota se začíná vyvíjet v archegoniu a první list se tvoří nad a kořínky se vyvíjí pod prokelem, začíná být viditelný sporofyt 5. Oplodnění nastává ve vlhkém prostředí umožňujícím spermiím s bičíkem pohyb z antheridia k vajíčku. Mladý sporofyt na gametofytu Mitoza zygota Oplodnění Antheridium Stočený list Oddenek Kořeny vajíčko Prokel (prothallus) spermie Archegonium Mitoza Gametofyt diploid (2n) haploid (n) Ostěra (sorus) Sporangium rhizoidy MEIOSIS Meioza Spory Klíčící spora Dryopterus líst sporangium 2. Sporangia: lokalizována na spodní straně listu v sori 3. Spory: produkovány meiozou, zralé spory uvolněny 4. Gametofyt: spory klíčí a tvoří prokel s rhizoidy. Archegonia a antheridia lokalizují na opačných koncích. Campyloneurum scolopendrium Adiantum pedatum Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

30 Nahosemenné rostliny semena se vyvíjí volně na povrchu specializovaných listů (sporofylů) Oddělení jinany (Ginkgophyta) cykasy (Cycadophyta) lianovce (Gnetophyta) jehličnany (Coniferophyta) PLANTAE jinan - jediný druh - Gingko biloba semeno vajíčko cykasy podobné palmám sporofyly v šiškách samčí a samičí rostliny Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

31 Nahosemenné rostliny PLANTAE plantsystematic.org 1969 by Dennis Stevenson liánovce morfologicky poměrně různorodé rody i) Wewitschia pouště JZ Afriky ii) Gnetum tropické stromy a liány iii) Ephedra (chvojník) suché oblasti Welwitschia strobili listy (samčí) listy Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc. Ephedra mikrosporangia (samčí)

32 PLANTAE PLANTAE jehličnany borovice jedle smrk modřín tis jalovec cedr cypřiš sekvoj Životní cyklus (k doplnění po 11. přednášce) (i) Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

33 viz 11. přednáška Krytosemenné rostliny PLANTAE dotažení rodozměny samčí a samičí gametofyty uzavřeny Možný vznik pestíků ze sporofylu (prašník/pylové zrno a pestík/zárodečný vak) Charakteristické znaky květ plod (endosperm) prašník (anthera) Nitka (filamentum) tyčinky Blizna Čnělka Semeník pestík (stigma) (stylus) (ovarium) vajíčko Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc korunní lístek (petalum) Květní lůžko (torus) Kališní lístek (sepalum) Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

34 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc 2 třídy Monocotyledones (jednoděložné) Eudicotyledones (pravé dvojděložné) Jiné krytosemenné (2 cotyledony, ale starší) Vodní lilie (Amborella) (v 10. a 11. přednášce) PLANTAE Nyphaea

35 (i) Životní cyklus krytosemenné rostliny (k doplnění po 11. přednášce) PLANTAE Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

36 FUNGI Základní charakteristiky absorbující heterotrofové uvolňují hydrolytické enzymy (exoenzymy, extracelulární enzymy) hyfa Souvisí se životním stylem saprofyti paraziti symbioti adsorpce jen kvasinky jsou jednojaderné organismy ostatní mnohojaderné buňky, mnohobuněční rozmnožování sporami -Nepohlavní (nejčastější) -Pohlavní (většinou za nevýhodných podmínek/nedostatek živin) Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed , McGraw-Hill Comp. Inc.

37 Vegetativní struktury -Hyfy jsou základ -Tvoří mycelium FUNGI Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

38 FUNGI Mykorhiza = mutualistické soužití mezi Houbou (příjem vody a anorganických nutrientů i pro rostlinu, ochrana rostliny proti toxicitě prostředí a patogenům) Rostlinou (zdroj živin cukrů, organického N pro houbu) Arbuskulární mykorhiza (hyfy penetrují do kortikálních buněk / kolonizace- arbuskuly/) Ektomykorhiza (hyfy penetrují do mezibuněčných prostorů) Erikoidní mykorhiza (hyfy penetrují a kolonizují rhizodermální buňky vlasových kořínků) Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Russula ochroleuca na kořenech buku (ektomykorhiza, foto Jan Borovička)

39 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Lišejníky = mutualistické soužití mezi Houbou (strukturní složka kotvící řasy nebo sinice) Řasami nebo sinicemi (zdroj živin pro houbu) FUNGI Houby pohlavní rozmnožování Řasy, sinice nepohlavní Rozmnožování lišejníku vegetativní fragmentací (soredia) sporokarp houby řasy/sinice soredia Hyfy/mycelium

40 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Evoluční historie hub Houby neopouští stanoviště ale nejsou rostliny jsou blízké živočichům: Známo 100 tis. druhů Odhad 1,5 mil. druhů FUNGI

41 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc FUNGI Fylogeneze hub diverzita hub Fungi imperfecti - Deuteromycetes

42 FUNGI Chytridiomycety (Chytridiomycota) nejprimitivnější houby coenocytické hyfy vodní prostředí saprofyti a paraziti spory opatřeny bičíkem - zoospory (dříve řazeny k prvokům) Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc

43 Zygomycety (Zygomycota) coenocytické hyfy většinou suchozemské saprofyti mykorhizní mutualisti (arbuskulární) vegetativní endospory ve sporangiu pohlavní spory v zygosporangiu např. Rhizopus FUNGI Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc sporangium Sporangiofor rhizoid

44 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Zygomycety (Zygomycota) (i) Životní cyklus zygomycety na případu Rhizopus FUNGI

45 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc FUNGI Vřeckovýtrusné houby (Ascomycota) jednobuněčné (kvasinky) mnohobuněčné - septované hyfy i plodnice (sporokarp) vodní i suchozemské druhy saprofyti a paraziti (patogeny rostlin) mykorhizní mutualisti, symbioti řas = lišejníky vegetativní exospory (konidie) pohlavní spory ve vřecku (asku, plodnice = askokarp)

46 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Vřeckovýtrusné houby (Ascomycota) (i) Životní cyklus askomycet FUNGI

47 Stopkovýtrusné houby (Basidiomycota) FUNGI septované hyfy, plodnice (sporokarp) suchozemské saprofyti (lignolytické) mykorhizní mutualisti (ektomykorhiza) vegetativní exospory (konidie) pohlavní spory volné (plodnice = bazidiokarp) hřiby, holubinky, mochomůrky, chroše, hadovky, píchavky, sněť a rez houbová

48 Campbell a kol. Biologie Computer Press, Pearson Education, Inc Stopkovýtrusné houby (Basidiomycota) (i) Životní cyklus bazidiomycet FUNGI

49 ANIMALIA...v přednášce 12: Animalia a tkáně