inovace studia molekulární a buněčné...
TRANSCRIPT
-
I ti d j dělá á í
Inovace studia molekulární a buněčné biologie
Investice do rozvoje vzdělávání
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
-
I ti d j dělá á í
Biologická klasifikace živočichů(BIKZ)
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Investice do rozvoje vzdělávání
-
I ti d j dělá á í
1. Úvod do biologické klasifikace živočichů
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Investice do rozvoje vzdělávání
Radim Simerský
-
I ti d j dělá á í
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Investice do rozvoje vzdělávání
Co je to živočich; Klasifikace živočichů; Fylogenetika; Fenetika vs. kladistika; Fylogenetické znaky; Taxon; Morfologická vs. molekulární systematika
-
I ti d j dělá á í
Co je živočich?
-
I ti d j dělá á í
Tradiční definice:• 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 velmi
vzdálená
Co je živočich?
-
I ti d j dělá á í
Co je živočich?
• Od ostatních organismů se liší na buněčné i molekulární úrovni• V současnosti jsou jako živočichové označovány mnohobuněčné
eukaryontní organismy skupiny Opisthokonta, říše Metazoa
Unikonta
Opisthokonta
Amoebozoa - měňavkovci
Choanoflagellata - trubénky
Metazoa - živočichové
Fungi - houby
Bikonta
-
I ti d j dělá á í
• Opisthokonta:– Mají jen jeden tlačný bičík s typickou strukturou– Mitochondrie s plochými kristami– Jsou schopny syntetizovat bílkovinu kolagen a používat glykogen jako
zásobní látku
Co je živočich?
-
I ti d j dělá á í
• Buňky živočichů (Metazoa) jsou vzájemně propojené, předávají si živiny 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
Co je živočich?
-
I ti d j dělá á í
Eukaryota
Bikonta
Unikonta
Opisthokonta
Amoebozoa - měňavkovci
Excavata (trypanozomy, krásnoočka)
Rhizaria (dírkonošci, mřížovci)
Chromalveolata (rozsivky, oomycety, chaluhy, nálevníci, výtrusovci…)
Archaeplastida (zelené rostliny, ruduchy)
Choanoflagellata - trubénky
Metazoa - živočichové
Fungi - houby
-
I ti d j dělá á í
• Obrovská variabilita– Rostliny cca. 300000 druhů X živočichové – miliony druhů
• Rozmanitost tělních plánů a způsobů života
• Původ člověka
• Výběr vhodných modelových organismů
• „Užitek“
Proč je studovat?
-
I ti d j dělá á í
= Dělení (a sdružování) živočichů do skupin na základě společných znaků• Taxon – skupina organismů sdílejících charakteristické znaky• První systémy klasifikace byly umělé – na základě vnější podobnosti
• Aristoteles (384-322 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
Klasifikace živočichů
-
I ti d j dělá á í
• Carl Linné (1707-1778)– Systema Naturae (1.vyd. 1735)– Přírodu rozdělil na minerály (Regnum
lapideum), rostliny (Regnum vegetabile) aživočichy (Regnum animale)
– Zavedení binominální nomenklatury – každý organismus jejednoznačně popsán dvouslovným latinským jménem, kterévyjadřuje jeho příbuznost s ostatními organismy
– Rod druhUrsus maritimus – medvěd ledníUrsus arctos – medvěd hnědý
Klasifikace živočichů
-
I ti d j dělá á í
• 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)
Klasifikace živočichů
-
I ti d j dělá á í
– Linného motivací nebylo uspořádání organismů 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“
Klasifikace živočichů
-
I ti d j dělá á í
• Přirozený systém – založen na příbuzenských vztazích mezi organismy• Charles Darwin (1809-1882)
– 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
Klasifikace živočichů
-
I ti d j dělá á í
• Neodarwinismus – moderní evoluční syntéza– Spojení darwinismu s moderními poznatky genetiky, molekulární
biologie a cytologie• Fylogeneze
– 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
Fylogenetika
-
I ti d j dělá á í
• Fylogenetika (Gr. phyle/phylon (φυλή/φῦλον), "tribe, race," and genetikos (γενετικός), "relative to birth„– Biologický obor zkoumající vývojové vztahy mezi organismy– Na základě vývojových vztahů člení organismy do přirozených skupin –
realistické pojetí systematiky– Konstrukce tzv. fylogenetických stromů
Fylogenetika
-
I ti d j dělá á í
• 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
Fenetika
-
I ti d j dělá á í
• 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
Kladistika
Unikonta
Opisthokonta
Amoebozoa - měňavkovci
Choanoflagellata - trubénky
Metazoa - živočichové
Fungi - houby
-
I ti d j dělá á í
• Znaky homologické – shodné znaky různých druhů zděděných po společném předkovi
• Znaky analogické – podobné znaky vzniklé nezávislým vývojem, např. jako adaptace na stejné ekologické podmínky (homoplazie)
Homologie X Analogie
-
I ti d j dělá á í
• Znaky pleziomorfní - původní, primitivní– 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
Primitivní X Odvozené
-
I ti d j dělá á í
• Taxony– Monofyletické – obsahují společného předka a všechny jeho potomky– Polyfyletické – zahrnují skupiny vzniklé z různých předků– Parafyletické – neobsahují všechny skupiny vzniklé ze společného
předka• Kladogram by měl být sestaven výhradně z monofyletických taxonů!!!
Taxon a „Taxon“
-
I ti d j dělá á í
• Znaky morfologické– Základem při klasifikaci živočichů– Od anatomie po ultrastrukturu jednotlivých buněk– Př. umístění nervové soustavy, struna hřbetní, stavba mitochondrií,
struktura bičíku…
Morfologická systematika
-
I ti d j dělá á í
• Znaky molekulární – molekulární systematika– 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
Molekulární systematika
-
I ti d j dělá á í
• Čtení kompletních genomů 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“
Molekulární systematika
-
I ti d j dělá á í
• 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
Molekulární systematika
-
I ti d j dělá á í
• 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
Molekulární systematika
-
I ti d j dělá á í
• Molekulární 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 paleontologickýchúdajů - př. divergence kytovcůnebo vyšších primátů
Molekulární systematika
-
I ti d j dělá á í
• Analýza kombinovaných molekulárních a morfologických dat• Vývoj tělních plánů, ekologických i sociálních vztahů a chování• Dlouhá cesta od houbovce k člověku• Starobylost a stabilita života
Biologická klasifikace živočichů
-
I ti d j dělá á í
Eukaryota
Bikonta
Unikonta
Opisthokonta
Amoebozoa - měňavkovci
Excavata (trypanozomy, krásnoočka)
Rhizaria (dírkonošci, mřížovci)
Chromalveolata (rozsivky, oomycety, chaluhy, nálevníci, výtrusovci…)
Archaeplastida (zelené rostliny, ruduchy)
Choanoflagellata - trubénky
Metazoa - živočichové
Fungi - houby