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

http://biomikro.vscht.cz/

Biologie I

Diverzita organismů Říše:

► Monera

►„Protista“

► Plantae

► Fungi

► Animalia současný stav ve světle evoluce

Campbell, Reece: Biology 6th edition © Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

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, 2nd 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

1923 - klasifikovat lze pouze bakterie, které lze získat v čisté kultuře

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 ►případ

diverzita mikrobiálních komunit

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)

MONERA

Z ekologického hlediska je planetou mikroorganismů (zásadní význam mikroorganismů v geochemických cyklech)

Pg dusíku: 85-130 Pg fosforu: 9-14

povrchem >10 × více než buněk a biomasy než na povrchu ► uhlík v prokaryotech představuje 60 – 100 % uhlíku v rostlinách ► prokaryota obsahují 10 × více N a P než rostliny ► pod

► gastrointestinální

trakt člověka: 1014 mikroorganismů, 500 – 1000 druhů. Data: Whittman a kol. PNAS 95:6478-6583, 1998

MONERA

►Analýza

sekvencí 16S rRNA (dnes >500 000 sekvencí v databázích; Ribosomal Dtb Project: www.cme.msu.edu/RDP)

Bacteria 2004

Data: Norman Pace

Podle Handelsman, Microbiol Mol Biol Rev 68:669-685, 2004

Metagenomika = genomika populací bez nutnosti kultivace

MONERA

Technologie: ►molekulové klonování ►vysokokapacitní sekvenace DNA Norman Pace Univ. Colorado

●Složení konzorcií metagenom / metabolický potenciál/ ekologie

●metabolické dráhy (nové biomolekuly)

●Pochopení symbios / komunikace / kompetice ●Zajímavá překvapení Adaptováno z Handelsman, Microbiol Mol Biol Rev 68:669-685, 2004

4 říše domény Eukarya Říše Organizace

Výživa

Reprezentativní zástupci

trepka

mechy

chondrata 12. přednáška

korály

kvasinky

kapradiny

žížala

hlenky

řasy

‘houby’

choroše

borovice

byliny

ptáci

hlodavci

chondrata 12. přednáška

Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed. 1998-2010, © McGraw-Hill Comp. Inc.

plísně

krásnoočko

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

PROTISTA

Základní charakteristiky

►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. 2007. © Computer Press, © Pearson Education, Inc

PROTISTA

►Protista

nejsou úplně oprávněnou Říší (Protista je „příliš“ parafyletická)

►souhrnný ►velmi

název pro soubor velmi pestrých eukaryotických říší (až 20ti)

malá skutečná fylogenetická příbuznost


PROTISTA

Diplomonadida + Parabasalea ►anaerobní

heterotrofové, bez mitochondrií ►pohyb bičíky

Diplomonády Giardia lamblia -střevní parazit

Bičenkovci (Parabasalea) Trichomonas vaginalis -symbiont -undulující membrána (usnadňuje pohyb mukózním prostředím)


Euglenozoa ►fotosyntetizující

i heterotrofní ►aerobní (alespoň 1 mitochondrie) ►pohyb bičíky

PROTISTA

Bičivky (Kinetoplastida) rod Trypanozoma -heterotrofní -parazit

Euglenoida -auto, hetero, mixotrofní Euglena gracilis- fotosyntetizující striktní autotrof


PROTISTA

Alveolata ►aerobní,

fotosyntetizující i heterotrofní

Obrněnky (Dinoflagelata)


-většina autotrofní (fytoplankton) -i heterotrofní (Pfiestria piscicida) -jen někteří tvoří kolonie -některé druhy vnitřní celulosové destičky -barevné plastidy (xanthofyly) -pohyb bičíky

Výtrusovci (Apikomplexa) -bez orgánu pohybu -paraziti -střídání pohlavního a nepohlavního cyklu Plasmodium: komár: 2 gamety → zygota → sporozoidy → člověk → merozoity (pomnožení) → gametocyty → gamety → komár

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)


Alveolata

(i)

PROTISTA

Životní cyklus Paramecium caudatum (trepka velká)


PROTISTA

Stramenopila aerobní skupina ►heterotrofní skupiny ►fotosyntetizující řasy ►opatřeny bičíky

Vodní plísně (Oomycota) -heterotrofní (sapro- občas paraziti) -celulosová stěna -jednobuněčné / vícejaderné hyfy

Různobrvky -fotosyntetizující

Diatoma

Rozsivky (Diatoma) -silikonová buněčná stěna

http://www.viewsf romscience.com

►různorodá

-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

http://www.botany.hawaii.edu

Zlativky (Chrysophyta)

PROTISTA

Obal plastidů řas je tvořen třemi a více membránami… … sekundární / terciární endosymbióza


PROTISTA

Rhodophyta (ruduchy) ►fotosyntetizující

řasy ►většina mnohobuněčná, ale menší než Phaeophyta ►bez orgánů pohybu ►hnědé zabarvení pigmentem fykoerytinem (příbuzný pigmentu sinic) ►chloroplast primární endosymbiózou


PROTISTA

Chlorophyta blízcí příbuzní rostlin ►jednobuněčné bičíkaté, koloniální, mnohobuněčné bez bičíků


►fotosyntetizující

rhizoid kauloid fyloidy

PROTISTA

Mycetazoa ►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)


Mycetazoa

Diktiostelidy (Dictiostelida) -jednojaderné (1n) vegetativní buňky -v době hojnosti shlukování buněk v „mnohobuněčný organismus“… -a pohlavní rozmn.

-plodnice s odolnými sporami

PROTISTA Campbell a kol. Biologie. 2007. © Computer Press, © Pearson Education, Inc

PLANTAE Základní charakteristiky autotrofové ►diverzifikace v důsledku terestiální adaptace Život na souši ■ spousta světla pro fotosyntézu ■ vyšší konc. CO2 ve vzduchu než ve vodě ■ lepší difúze CO2 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


►mnohobuněční

PLANTAE

Významné události ve vývoji rostlin Parožnatky (Charophytaceae, nižší rostliny, vodní prostředí) vyšší rostliny: • Mechorosty (první suchozemské rostliny) • Kapraďorosty (první cévnaté rostliny) • Nahosemenné (Gymnospermae - první tvořící semena) • Krytosemenné (Angiospermae - kvetoucí)

Kapraďorosty

Mikrofyly (malé listy)

Rodozměna a ochrana embrya

Mechorosty

Plavuně Mechy Hlevíky zelená řasa/

Játrovky

společný předek Parožnatky 550

500

450

400 350 Miliony let

300

250

současnost

Cévnaté

Apikální meristémy (růst do délky po celý život)

Nahosem.


Mechanismy pro vodní transport (cévnaté rostliny)

Kvetoucí

Magefyly (velké listy)

Výtrusnaté

semena

Smenné

Květy, endosperm, plody

Sppolečný předek

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

vyšší rostliny:

PLANTAE

Hypotéza vzniku rodozměny


Rodozměna střídání 2n (sporofyt) a 1n (gametofyt) ■ buňky 2n produkují spory 1n ■ buňky 1n produkují gamety ■

více v 11. přednášce

→více spor → více gamet – větší šance na rozmnožení v suchozemském prostředí

spory

G a m e t o f y t

semeno

semeno

výtrusy

kořeny kořeny rhizoidy

(n)

kořeny

rhizoidy

Mechorost

Kapraďorost

Nahosemenné

Krytosemenné

S p o r o f y t (2n)


S vývojem roste poměr hmoty sporofyt / gametofyt

PLANTAE

Mechorosty 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“) ►[většina]

Oddělení

játrovky (Hepatophyta) hlevíky (Anthocerophyla) mechy (Bryophyta)

Struktura funkce a rozmnožování rostlin: přednášky 10 a 11 Campbell a kol. Biologie. 2007. © Computer Press, © Pearson Education, Inc

PLANTAE

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)

vodivá pletiva

mikrofyly

megafyly


Hypotéza evoluce listů:

Kapraďorosty

PLANTAE

plavuně

přesličky

prutovky

Lycophyta

Pterophyta

Pterophyta

strobilus výtrusné klasy (strobili) listy (mikrofyly)

sporangium sporofyl

průduch

větve sporangium

větve uzlina cévní svazek

šupinaté listy (nepravé) stonek

listy (makrofyly) lodyha kořeny

stonek oddenek

oddenek

kořeny

nejčastěji v tropech jako epifyti Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed. 1998-2010, © McGraw-Hill Comp. Inc.

nejčastěji v bažinách

Austrálie Polynésie „molekulárně“ příbuzné kapradinám

Kapraďorosty

PLANTAE

kapradiny sori

Pterophyta

Životní cyklus

(i)

spory na plodném listu

7. Sporofyt vyvíjí oddenek s kořínky. Z oddenku vyrůstají nadzemní listy.

1. Sporofyt je dominantní forma Sporofyt

Dryopterus

stipe

Osmunda cinnamomea

líst sporangium Oddenek Kořeny

Ostěra (sorus) 2. Sporangia: lokalizována na spodní straně listu v sori

Sporangium

vějiřovitý list dělený

vějiřovitý list nedělený

osa lístek

Campyloneurum scolopendrium

6. Zygota se začíná vyvíjet v archegoniu a první list se tvoří nad a koMladý sporofyt Stočený řínky se vyvíjí na gametofytu list pod prokelem, Mitoza začíná být viditelný sporofyt

Adiantum pedatum

vějiřovitý list dělený

zygota Oplodnění

diploid (2n) MEIOSIS

Meioza

haploid (n)

5. Oplodnění nastává ve vlhvajíčko kém prostředí Prokel (prothallus) umožňujícím spermie Archegonium spermiím s biMitoza číkem pohyb z antheridia k vajíčku. Antheridium Gametofyt

Spory

3. Spory: produkovány meiozou, zralé spory uvolněny

Klíčící spora

rhizoidy

4. Gametofyt: spory klíčí a tvoří prokel s rhizoidy. Archegonia a antheridia lokalizují na opačných koncích.


Nahosemenné rostliny ►semena

se vyvíjí volně na povrchu specializovaných listů (sporofylů)

Oddělení jinany (Ginkgophyta) cykasy (Cycadophyta) lianovce (Gnetophyta) jehličnany (Coniferophyta)

cykasy – podobné palmám sporofyly v šiškách

PLANTAE

jinan - jediný druh - Gingko biloba semeno vajíčko

samčí a samičí rostliny Campbell a kol. Biologie. 2007. © Computer Press, © Pearson Education, Inc

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 strobili

Welwitschia

(samčí)

listy

listy


Ephedra

mikrosporangia (samčí)

PLANTAE PLANTAE

jehličnany

Životní cyklus (k doplnění po 11. přednášce)

borovice jedle smrk modřín tis jalovec cedr cypřiš sekvoj

(i) Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed. 1998-2010, © McGraw-Hill Comp. Inc.

PLANTAE

viz 11. přednáška

Krytosemenné rostliny ►dotažení

rodozměny ►samčí a samičí gametofyty uzavřeny…………Možný vznik pestíků ze sporofylu (prašník/pylové zrno a pestík/zárodečný vak) ►Charakteristické

znaky – květ – plod (endosperm) pestík

tyčinky prašník (anthera) Nitka (filamentum)

Blizna

(stigma)

Čnělka

(stylus)

Semeník

(ovarium)

vajíčko korunní lístek (petalum)


Květní lůžko (torus)

Kališní lístek (sepalum) Raven et. al. Biology. 6th-9th Ed. 1998-2010, © McGraw-Hill Comp. Inc.

PLANTAE

2 třídy Monocotyledones

„Jiné“ krytosemenné

(jednoděložné)

(2 cotyledony, ale starší)

Eudicotyledones

(v 10. a 11. přednášce)

Vodní lilie (Amborella)

Nyphaea


(pravé dvojděložné)

PLANTAE

(i) Životní cyklus krytosemenné rostliny

(k doplnění po 11. přednášce)


FUNGI Základní charakteristiky ►absorbující

heterotrofové ►uvolňují hydrolytické enzymy (exoenzymy, extracelulární enzymy)

hyfa

Souvisí se životním stylem ►saprofyti ►paraziti ►symbioti ►jen

kvasinky jsou jednojaderné organismy ►ostatní mnohojaderné buňky, mnohobuněční ►rozmnožování

sporami -Nepohlavní (nejčastější) -Pohlavní (většinou za nevýhodných podmínek/nedostatek živin)


adsorpce

FUNGI

Vegetativní struktury

-Hyfy jsou základ -Tvoří mycelium


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)


Russula ochroleuca na kořenech buku (ektomykorhiza, foto Jan Borovička)

FUNGI

Lišejníky = mutualistické soužití mezi Houbou (strukturní složka kotvící řasy nebo sinice) Řasami nebo sinicemi (zdroj živin pro houbu) Houby – pohlavní rozmnožování Řasy, sinice – nepohlavní „Rozmnožování“ lišejníku – vegetativní fragmentací (soredia) řasy/sinice

soredia

Hyfy/mycelium


sporokarp houby

FUNGI

Evoluční historie hub

neopouští stanoviště… ►…ale nejsou rostliny… ►…jsou blízké živočichům:

Známo 100 tis. druhů Odhad 1,5 mil. druhů


►Houby


FUNGI

Fylogeneze hub – diverzita hub

Fungi imperfecti - Deuteromycetes

FUNGI

Chytridiomycety (Chytridiomycota) ►„nejprimitivnější“

houby ►coenocytické hyfy ►vodní prostředí ►saprofyti a paraziti ►spory opatřeny bičíkem - zoospory (dříve řazeny k prvokům)


FUNGI

Zygomycety (Zygomycota) ►coenocytické

hyfy ►většinou suchozemské ►saprofyti ►mykorhizní mutualisti (arbuskulární) ►vegetativní endospory ve sporangiu ►pohlavní spory v zygosporangiu


např. Rhizopus sporangium Sporangiofor

rhizoid

Zygomycety (Zygomycota)

Životní cyklus zygomycety na případu Rhizopus


(i)

FUNGI

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)


(i)


Vřeckovýtrusné houby (Ascomycota) FUNGI

Životní cyklus askomycet

Stopkovýtrusné houby (Basidiomycota) ►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…

FUNGI

(i)


Stopkovýtrusné houby (Basidiomycota) FUNGI

Životní cyklus bazidiomycet

ANIMALIA ...v přednášce 12: Animalia a tkáně

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

Recommend Documents