Vizsga: írásbeli teszt + rövid kifejtő kérdések, illetve definíciók Írásbeli vizsga alapján megajánlott jegy. Aki nem éri el az elégséges szintet szóban nem javíthat, utóvizsgáznia kell. Jegybeírás: csak személyesen. Az írásbeli alapján megajánlott jegyet javítani, de rontani is lehet!
AZ ÉLET KIALAKULÁSA A FÖLDÖN A Naprendszer bolygóinak kialakulása: 4.6 milliárd évvel ezelőttre tehető Ősatmoszféra: reduktív jellegű Hidrogént és a neont a Nap elszippantotta a Napközeli bolygóktól Az Ősatmoszféra fő komponensei: H2; Ne,; H2O; CH4; CO2; NH3; H2S, illetve ezek bomlástermékei: O2; N2; C és Ősóceánok kialakulása: 4 milliárd évvel ezelőtt csökkent a hőmérsékletÎ az atmoszférából kicsapódott a víz Î csökkent a légkör CO2 koncentrációja a beoldódás és a CO32-csapadékok kiválása réven H2O fotodisszociációja Î O2 képződés (de nem jelentős mennyiségben!) H2 koncentrációja az őslégkörben fokozatosan csökkent, kiszökött a világűrbe gáz állapotban Î csak vegyületeiben maradt fenn (H2O, CH4, NH3)
Légköri elektromos jelenségek és a Napból jövő folyamatos energiaáram és az UV sugárzás hatására szerves vegyületek keletkeztek Miller (1953) kísérlete: az őslégkörhöz hasonló körülmények között Laboratóriumban aminósavakat (alanin, glicin, glutaminsav) és egyéb egyszerű szerves vegyületeket állított elő Az ősi Földön prebiotikus körülmények között szénhidrátok, szerves savak, nukleotidok, szerves bázisok jöttek létre, melyek polimerjeinek nagy jelentősége van az élet kialakulása szempontjából A polimerek random polipeptidek, polipeptidek már enzimaktivitással rendelkeztek. A fehérje- és nukleinsav természetű anyagok vízzel és egymással is kapcsolatba léptek Îmikrogömbök alakultak ki, amit kísérleti úton, abiotikus körülmények között is létrehoztak A mikrogömbök: növekedtek és osztódtak úgy, hogy környezetükből anyagokat (proteinoidokat) vettek
MIKROGÖMBÖK
PROKARIÓTÁK PROTOCELL
A protocell természete: • információátadás képessége (genetikai kód és a transzláció kialakulása) • szelekciós mechanizmusok működése Æ evolúciós képesség Az első protocellek csak a fehérje- és nukleinsav szintézis képességével rendelkeztek, az energiát és a kiindulási vegyületeket az ősóceánból vették fel Szervesanyag-források kimerülésének kezdete Æ autotróf protocellek megjelenése 3.4 – 4 milliárd éve Az autotróf protocellek kemo- és fotoszintetizáló szervezetek voltak. Ez volt az evolúció fő vonala, amelyen kialakult a prokarióták és az eukarióták közös őse
A prokarióták szétterjedése Autotróf protocellek Æ ősprokarióta
autotróf
prokarióták
heterotróf
Első prokarióták 3,5 milliárd éve, az első eukarióták 1,3-1,7 md éve jelentek meg A közbeeső 2 – 2,5 md év alatt történt a prokarióták szétterjedése, amelyek rendelkeztek a szén és a nitrogén megkötés és az aerob anyagcsere képességével Cianobaktériumok: az első hatékony O2 termelők! 1./ Reduktív légkör kezdett átalakulni oxidatívvá Æ a légköri O2 szelekció tényező Æ az obligát anaerob szervezeteknek méreg ! 2./ Ózonpajzs létrejötte Æ a Bioszféra határainak kiterjedése Úgy az aerob, mint az anaerob prokarióták lehetne auto- és heterotrófok
A fotoszintetizáló baktériumok az O2 termelő fotoszintetizáló cianobaktériumok (=kékeszöld algák) ősei Obligát anaerob heterotrófok: mélytengeri baktériumok, Clostridium fajok Fakultatív anaerobok: ősi tejsavbaktériumok Oxigénes légkör Æ aerob prokarióták szétterjedése N2 kötő baktériumok (Azotobacter fajok) Sótűrő baktériumok (Halobacterium fajok) Szabadon élő baktériumok (Spirocheta fajok)
Az eukarióta sejt eredete 1,5 milliárd éves az eukarióták karrierje
A eukarióta sejt új tulajdonságai 1.A sejtmaghártya és a sejtosztódást bonyolító apparátus 2. Ostor megjelenése 3. Mitokondrium megjelenése Æ aerob sejtlégzés Æ az energiahasznosítás jelentős növekedése A kloroplasztis kialakulása Æ fotoszintézis képessége Sejtorganellumok kialakulása 1. Autogén – vagy endogénelméletek: sejten belüli átrendeződés 2. Szimbiontaelméletek: oka az organellumok prokarióta sajátsága (az ún. szemiautonómia) A prokarióták evolúciója során differenciálódott sejttípusok: • amőboid, fagocitózissal táplálkozó anaerob szervezetek • gyors mozgású prokarióták
• aerob légzére képes szervezetek • O2 –t termelő fotoszintetizáló prokarióták Mind a 4 típusból, sejten belüli szimbiózissal minden ma élő eukarióta sejttípus kialakulhatott! A szimbiózisok sorrendje 1. Ostor, ill. a csilló őse került be a gazdaszervezetbe 2. Aerob baktérium (a mitokondrium őse) 3. Cianobaktérium (a kloroplasztisz őse Az endoszimbiózisokkal párhuzamosan történt: • a maghártya kialakulása • a citoplazmatikus membránrendszerek kialakulása (endoplazmatikus retikulum, Golgi-hálózat)
Mitózis, meiózis és a szexualitás megjelenése Az eukarióta sejt megjelenését követően 600 millió évig csak egysejtűként éltek a Földön Az ivaros szaporodás megjelenése - kérdések: 1. Melyik szervezetnél jelent meg? Fejlettebb egysejtű eukarióta algáknál és egysejtű eukarióta állatoknál. 900 millió éves algafossziliák, amelyek már ivarosan is szaporodtak 2. Milyen előnnyel járt? Adaptív génkombinációk gyors elterjedése a populációban – új élőhelyek meghódítását segíti elő, kiterjedtebb ökológiai és földrajzi elterjedés lehetősége Az élőlények relative homogén környezetben főleg ivartalanul szaporodnak
Az eukarióta sejt kialakulása szimbiózissal
Soksejtű szervezetek Egymástól függetlenül, több csoportból jöhettek létre soksejtű szervezetek: legalább 16 eukarióta vonal létezik Autotróf vonal Æmagasabb rendű növények. Heterotróf vonal Æ gombák és többsejtű állatok Többsejtű növények kialakulása :ostoros egysejtűekből. Fontos mozzanat a polaritás kialakulása és öröklődése.Telepek, fonalak, elágazó fonalrendszerek, lemezek. A gyökér- és hajtásrendszer is polarizáció eredményeként jöhetett létre. Többsejtű állatok ősei: az ostoros egysejtűek Æ protozoakolóniák Æ szövetes állat
Az eukarióta és a prokarióta sejt jellemzői Tulajdonságok
Prokarióták
Eukarióták
nincs
van
mitotikus orsó
nincs
van
meiózis
nincs
van
kromoszómaszám
1
2 vagy több
replikáció
folyamatos
szakaszos
mitokondrium
nincs
van (nincs+)
kloroplasztisz
nincs
van (nincs++)
ostor, csilló (9+2
nincs
van (vagy nincs)
endoplazmás hálózat
nincs
van
vakuólumok
nincs
van (vagy nincs)
Golgi-apparátus
nincs
van
fagocitózis
nincs
van (vagy nincs)
sejtmagmembrán
filament szerkezet)
Geológiai adatok az élet keletkezéséről
Az élővilág klasszikus felosztása Növények és Állatok országára
Az élővilág országai Whittaker szerint
Az élővilág országai
Wilson (1992) adatai szerint a kutatók összesen 1 413 000 fajt írtak le; a fajok legtöbbje a rovarok közé tartozik eukarióta egysejtűek 30 800 algák 26 900 gombák 69 000 5%
növények 248 500 18%
rovarok 751 000 53%
baktériumok 4800
vírusok 1000
az összes egyéb állat 281 000 20%
3.8. ábra. Az eddig leírt fajok számát a piros oszlopok jelzik, a becsült fajszámokat a kék oszlopok mutatják azokra az élőlénycsoportokra, amelyek várhatóan meghaladják a 100 000-es fajszámot (Hammond 1992). rovarok növények pókszabásúak gombák puhatestűek gerincesek algák egysejtűek rákok fonalférgek baktériumok vírusok
Pontosság 950 000 300 000 250 000 750 000 100 000 1 400 000 70 000 220 000 120 000 100 000 75 000 400 000 27 000 222 000 30 000 175 000 7 500 400 000 5 000 900 000 4 800 400 000 1 000
0
Közepes Nagy Közepes
8 000 000
Közepes Közepes Nagy Csekély Csekély Közepes Kicsi Csekély Csekély
1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000 9 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
még le nem írt fajok leírt fajok
Az ökológia tudománya Ernst Haeckel (1834-1919) az ökológia megteremtője, a görög oikos (háztartás) szóból származik. Ökológia és ökonómia: ugyanaz az eredete
CH (centrális hipotézis): a természetben (1) bárhol, (2) bármikor, (3) bármilyen mennyiségben, előfordulhatnak az élőlények (fajok).
CT (centrális tézis): a CH mindhárom állítása hamis!
Az ökológia definíciója: A (szün)biológia körébe tartozó tudomány, feladata azoknak a háttérjelenségeknek és folyamatoknak a kutatása, amelyek az egyed feletti szerveződési szintek (SIO) viselkedését (pl. tér-idő eloszlását, ennek dinamikáját behatárolják. Célja: feltárni és értelmezni a SIO-kra hatást gyakorló ökológiai környezeti tényezők és a hatásokat felfogó, azokra reagáló ökológia tolerancia tényezők összekapcsoltságát (komplementaritását) Az ökológia kapcsolódhat objektumokhoz (növényökológia, állatökológia), vagy a biológiai szerveződési szintekhez (populáció~, társulás ~)
ÖKOLÓGIAI ALAPFOGALMAK 1./ Környezet - tolerancia komplementaritás • környezeti tényezők – tolerancia tényezők abiotikus
biotikus
tágtűrésű
szűktűrésű
• forrástényezők és kondicionáló tényezők víz, széndioxid, tápanyag zsákmány, búvóhely
hőmérséklet, pH, redox-potenciál
2./ Korlátozás – indikáció, indikátor szervezetek Előzmény: J. von Liebig –minimum-elv (1840) extrémum – relatív limitáció Általános indikátor elmélet, indikáció jelensége Indikátor szervezetek, példák:
Egyed feletti szerveződési szintek és főbb jellemzőik POPULÁCIÓK - definíció
• egyedszám - N • egyedsűrűség/denzitás • korcsoport-szerkezet
Populációdinamikai alapok: - születési (b) és halálozási ráta (d): r = b - d - populációk időbeli egyedszámváltozása
dN/dt = rN exponenciális növekedés
dN/dt = rN (1-N/K) logisztikus növekedés
Ökológiai stratégiák: r – K stratégizmus, r –K kontinuum
Populációk térszerkezete Horizontális térszerkezet (mintázat, pattern) DISZPERGÁLTSÁG
Diszpergáltsági típusok
Szabályos diszpergáltság: homogenitás jellemzi. Csoportos diszpergáltság: heterogenitás jellemzi. Eloszlások okai: „külső” és „belső”. Külső: a környezet tér-idő heterogenitása. Durvaszemcsés – finomszemcsés környezet Belső: genetikai okok (vegetatív szaporodás, terjedési stratégiák, klonális élőlények, magszórási stratégiák, viselkedésökológiai tulajdonságok, szociális viselkedési formák)
Populációk (fajok) közötti kölcsönhatások „BIOTIKUS” környezeti tényezők
Predáció – ragadozó-zsákmány kapcsolat [+;-] Klasszikus ragadozás Parazitizmus Herbivória Magpredáció Besorolási problémák: dög-, avar-, korhadék-, ürülékevők, mindenevők. Pl.: VARJÚ
Élőlényközösségek Definíció: térben és időben együttélő, különböző táplálkozási típusú populációk együttélése, ahol a szervesanyag felépítése, a megtermelt szervesanyag felhasználása és az elhalt szervesanyag lebontása egy körfolyamatban, a biológiai ciklusban valósul meg. Anyagforgalom és energiaáramlás Biológiai diverzitás
Közösségek szerkezetei 1./ Térszerkezet: horizontális/mintázat vertikális – szárazföldi, vízi közösségek Oka: környezeti tényezők 2./ Időszerkezet: időlépték fontossága • napi ritmus • évszakosság/aszpektualitás • szukcesszió biotikus/ökológiai
szekuláris
3./ Kapcsolatszerkezet – táplálkozási kapcsolatok Biológiai ciklus – a közösségben a szervesanyag felépítése, felhasználása és az elhalt szervesanyag lebontása egy körfolyamatban valósul meg anyagforgalom A biológiai ciklus sebessége a lebontóktól függ. Humuszképződés és humuszfelhalmozódás Táplálékláncok:
ragadozólánc/legelőlánc lebontólánc parazitalánc
Energiaáramlás
Biológiai diverzitás – élővilági sokféleség 9Alapja a bioszféra fejlődésének és stabilitásának. 9Szerepe legalább három fogalommal jellemezhető: alkalmazkodóképesség, hatékonyság, fennmaradás. 9A biológiai szerveződés összes szintjén (egyed alatti, egyedi és egyed feletti szintek) értelmezhető. 9Nemcsak az alkotó részek sokféleségét jelenti, hanem a folyamatok és a kapcsolatok változatosságát is.
A biodiverzitás formái • genetikai diverzitás – a populáció genetikai változatossága, alkalmazkodóképesség
• Fajdiverzitás – fajok sokfélesége, fajgazdagság. Hány faj él a bioszférában? • Közösségi/ökológiai diverzitás – fajgazdagságot és tömegességi viszonyokat vesz figyelembe. Mérőszámok – „a diverzitást becslő formulák diverzitása is elég nagy”! n
Faj – egyed diverzitás
H ' = − ∑ pi log pi i =1
ahol H’ a Shannon-Wiener diverzitás mérőszáma, pi az i-edik fajhoz tartozó egyedek aránya, n pedig az összes fajszám a mintában.
Egyenletesség - „monokultúrák” • Tájdiverzitás – tájelemek megoszlása
A Föld nagy diverzitású élőhelyei • Trópusi esőerdők • Korallszirtek • Szigetek (izolátumok) • Élőhelyszigetek (ökológiai izolátumok)
A Föld kis diverzitású élőhelyei • Sivatagok • Tajga • Tundra • Magashegységek
TRÓPUSI ESŐERDŐK
Hegyi esőerdő Braziliában
Atrocarpus - kenyérfa
Korallszirtek
Korallképződés öve
Tengeri sün
Sargassum
Sivatagok/félsivatagok
Saguaro kaktuszbagoly
kaktuszökörszem
Kilimanjaro
Himalájai thar
hóleopárd
Óriás panda
Catharanthus roseus
