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
2. Evoluční původ 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
Eukaryotická buňka; Trepka není živočich; Trubénky a mnohobuněčnost; Živočichové = Metazoa; Ontogeneze živočichů; Houbovci; Eumetazoa
I ti d j dělá á í
Eukaryotická buňka
• Vznik eukaryotické buňky = zásadní evoluční krok ve vývoji života– Totální změna uspořádání buněčných membrán – kompartmentace– Reorganizace genetického materiálu– Vznik cytoskeletu
I ti d j dělá á í
• Vznik datován přibližně před 1,6 – 2,1 miliardami let• Endosymbiotická teorie – mitochondrie a plastidy původně samostatné
organismy (proteobakterie, resp. sinice), pohlceny předkem eukaryot• Ostatní organely - jak endosymbiotické teorie, tak teorie endogenní (vznik
de novo)
Eukaryotická buňka
1 – jadérko2 – jádro3 – ribozom4 – vezikul5 – drsné endoplazmatické retikulum6 – Golgiho aparát7 – cytoskelet8 – hladké endoplazmatické retikulum9 – mitochondrie10 – vakuola11 – cytosol12 – lysozom13 – centriola
I ti d j dělá á í
• Analýza genů kódujících savčí bílkoviny:– Myš vs. člověk– Přibl. 23% společných všem organismům => nezbytné pro základní
funkce buňky– 29% spojeno se vznikem eukaryontní buňky– 27% spojeno se vznikem mnohobuněčných živočichů– 6% asociováno se vznikem strunatců– 14% se vznikem savců– 1% ???
Eukaryotická buňka
≈ ?
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
• Původ eukaryot?– Molekulární analýzy umísťují společného předka většinou uvnitř skupiny
Excavata, méně často mezi Opisthokonta a ostatní Eukaryota– Problém molekulárních hodin– Další znaky podporují umístění mezi Opisthokonta – společná fúze
genů pro karbamoylfosfátsyntetázu II, dihydroorotázu a aspartátkarbamoyltransferázu, a ostatní Eukaryota – fúze genů pro dihydrofolátreduktázu a thymidilátsyntetázu
=> Hypotéza základního štěpení Eukaryot na Bikonta a Unikonta
Eukaryota
I ti d j dělá á í
• Amoebozoa – měňavky, hlenky a „bičíkovci“
• U primitivních živočichů (houbovci, žahavci)se často během ontogeneze vyskytují měňavkovité buňky – samostatný pohyb i příjem potravy, po shluknutí schopny vytvořit nového jedince
Unikonta
Unikonta
Opisthokonta
Amoebozoa - měňavkovci
Choanoflagellata - trubénky
Metazoa - živočichové
Fungi - houby
I ti d j dělá á í
• Houby „bližší“ živočichům, než rostlinám!!!• Bazální dělení Opisthokont pravděpodobně proběhlo mezi linií směřující k
houbám a linií vedoucí k živočichům
Opisthokonta• Opisthokonta
– Jeden tlačný bičík– Mitochondrie s plochými kristami– Syntéza kolagenu a glykogenu– Specifická biosyntéza sterolů
– Odlišnosti v molekulární morfologii genů
• „Ostatní“ Eukaryota– Většinou minimálně dva bičíky– Pokud jen jeden bičík, pak tažný– Mitochondrie s trubicovitými kristami
I ti d j dělá á í
• Trubénky– nejbližší příbuzní mnohobuněčných živočichů – společně tvoří skupinu
Holozoa– Jednobuněčné nebo koloniální– Vodní – mořské i sladkovodní– Obvykle přisedlé, želatinový obal, někdy jemné křemičité nebo celulózní
schránky– Typické buňky s límečky – výběžky cytoplazmy vyztužené aktinovými
vlákny, propojené slizovitou nebo vláknitou sítí– Vlnění bičíku přivádí vodu z okolí mezi výběžky límečku – zachytávají
bakterie a detrit – pohlcovány u báze límečku
Trubénky a mnohobuněčnost
I ti d j dělá á í
• Kolonie – po obvodu límečkové buňky, vnitřní prostor vyplněn amébovými buňkami ve slizovité mimobuněčné hmotě– Buňky propojeny cytoplazmatickými můstky– Stavbou připomíná jednoduchého živočicha
– př. houbovci (Porifera)• Rozmnožování nepohlavní, dělením• „aktivnější“ způsob získávání potravy možná
jedním z prvních kroků fylogeneze trubének a živočichů
Trubénky a mnohobuněčnost
I ti d j dělá á í
• U trubének objeveno mnoho genů, které u mnohobuněčných živočichů ovlivňují adhezi buněk v tkáních, mezibuněčný transport i komunikaci
• Tyto geny nejsou u ostatních Eukaryot, ani mnohobuněčných!, přítomny• Přesto podle molekulárních analýz jde o monofyletický taxon
=> trubénka bližší živočichům než houbám, ale ne jednoduchý živočich
Trubénky a mnohobuněčnost
≠
I ti d j dělá á í
• Základní znak – mnohobuněčné tělo složené z diploidních buněk– Systém vzájemného rozpoznávání buněk– Vzájemná adheze buněk, udržování tvaru těla a orgánů– Vzájemná komunikace, specifická chemická signalizace mezi buňkami– Buňky propojeny mimobuněčnou hmotou – síť vláken kolagenu a
glykoproteinů – „extracellular matrix“
Živočichové - Metazoa
I ti d j dělá á í
• Povrchová vrstva – kontinuální vrstva buněk bez mimobuněčné hmoty, komunikuje s okolním prostředím, často ochranná kutikula
• Vnitřní tkáně – buňky v mimobuněčné hmotě – volné nebo propojené
• Tkáně – pojivové a výstelkové (epitely)
Živočichové - Metazoa
≠
I ti d j dělá á í
• Epitel– Vrstva těsně přiléhajících polarizovaných buněk přisedlých na společné
bazální lamině (kolagen)– Mezibuněčné spoje – velmi důležité pro organizaci tkání
• Těsný spoj, přepážkový spoj• Desmozom – prostor mezi cytoplazmatickými membránami
sousedících buněk propojen vláknitým materiálem, uvnitř buněk napojen na vlákna cytoskeletu
=> Skupina buněk schopná společně měnit tvar!
Živočichové - Metazoa
I ti d j dělá á í
• Vznik mnohobuněčného živočicha– Několik hypotéz– Předchůdcem pravděpodobně kolonie jednobuněčných „prvoků“,
postupně došlo ke specializaci a diferenciaci na buňky vnější vrtsvy -pohybové a buňky vnitřní - přijímající potravu
– Teorie gastreová vs. fagocytelová (vchlípení vs. migrace)
Živočichové - Metazoa
I ti d j dělá á í
• V případě pohlavního rozmnožování vznikají meiózou haploidní gamety –vajíčka a spermie
• Po oplození – velmi rychlé dělení (rýhování) diploidního zárodku– počátek diferenciace buněk – růst zárodku od počátku stimulován z
různých směrů různými molekulami• Následují procesy migrace populací buněk do specifických
oblastí embrya - gastrulace
Ontogeneze živočichů
I ti d j dělá á í
Ontogeneze živočichů
morula blastula
blastula gastrula
I ti d j dělá á í
• Gastrulace – Vznikají základy tzv. zárodečných listů
ektoderm – vnější zárodečný list
endoderm – vnitřní zárodečný list
blastocoel – primární dutina tělní
blastoporus - prvoústa
archenteron - prvostřevo
Ontogeneze živočichů
I ti d j dělá á í
• Zárodečné listy– V základním uspořádání populace buněk, ze kterých vznikají orgánové
soustavy živočicha– V závislosti na jejich uspořádání se vyvíjí základní stavební schéma
živočicha– Ektoderm – vnější zárodečný list– Endoderm – vnitřní zárodečný list– Mezoderm – populace buněk vznikající mezi ekto- a endodermem u
většiny živočichů– často vrstva buněk, může však mít i charakter amorfní tkáně s ojedinělými buňkami (žahavci)
– Spolu s mezodermem vzniká dutinanebo soustava dutin - coelom
Ontogeneze živočichů
I ti d j dělá á í
• Endoderm – trávící soustava, dýchací soustava, endokrinní žlázy a orgány (játra, slinivka), močový měchýř + část močové trubice..
• Ektoderm – nervová soustava, pokožka a její deriváty, výstelka začátku a konce zažívací trubice, čichové buňky, tyčinky a čípky, dřeň nadledvinek; u vzdušnicovců vzdušnice, rohovka a čočka oka, dentin..
• Mezoderm – kostra, svalová tkáň, vylučovací soustava, oběhová soustava, rozmnožovací soustava…
Ontogeneze živočichů
I ti d j dělá á í
• Dříve živočichové dělení na „dvojlisté“ (Diploblastica) a „trojlisté“ (Triblastica), jde však o překonanou představu
Ontogeneze živočichů
živočichové
houbovci -Porifera
žahavci - Cnidaria
vločkovci - Placozoa
žebernatky - Ctenophora
bilateria
dříve Diploblastica
dříve TriblasticaEumetazoa
I ti d j dělá á í
• Dříve „živočišné houby“• O monofylii houbovců se dnes pochybuje• Přisedlí, 99,9% mořští• Nemají pravé svaly, nervovou ani rozmnožovací soustavu, dýchají celým
povrchem těla• Dospělci velmi jednoduché stavby• Nemají trávící soustavu – potravu získávají velmi účinným systémem
filtrace vody
Houbovci - Porifera
ostie
osculum
I ti d j dělá á í
• Povrch těla i vnitřních kanálků kryt dlaždicovitými pinakocyty• Choanocyty (límečkové buňky) vystýlají komůrky uvnitř těla – strhávají
potravu, fagocytóza• Mesohyl – rosolovitá hmota zpevněná sítí kolagenních vláken (spongin)
• Tři typy uspořádání – asconní syconní leuconní
Houbovci - Porifera
pinakocyty
choanocyty
mesohyl
I ti d j dělá á í
• Pinakocyty• Choanocyty• Mesohyl• Sklerocyty – produkují anorganické jehlice vnitřního skeletu
- spikule• Spongocyty – produkují kolagenní vlákna• Porocyty – kontraktilní, uzavírají ostie• Archeocyty – kmenové buňky z nichž vznikají gamety,
spongocyty i sklerocyty; distribuují potravu ostatním buňkám• Oocyt
Houbovci - Porifera
I ti d j dělá á í
• Rozmnožování– Nepohlavní
• vnější pučení – vznikají kolonie• produkce tzv. gemulí – uvnitř těla vzniká kulovitý útvar krytý dvojitou
vrstvou sponginu – vyztužená dvojterčovitými jehlicemi – amfidisky• uvnitř gemule archeocyty – za příznivých podmínek rediferencují v
různé buněčné typy – vznik nového jedince• většinou sladkovodní houby – přežití nepříznivých podmínek
Houbovci - Porifera
I ti d j dělá á í
• Rozmnožování– Pohlavní – hermafroditi i gonochoristé
• spermie obvykle z choanocytů, vajíčka z archeocytů• Po oplození vznikají planktonní larvy (osová symetrie stejná, jako u
obdobných larev ostatních živočichů!!!)• Některé stavbou připomínají blastulu, jiné mají charakter gastruly –
jakoby ekto- a mezoderm!!!=> Výrazná jednoduchost dospělých houbovců možná sekundární
Houbovci - Porifera
I ti d j dělá á í
• 1. Houbatky (Calcispongia = Calcarea)– Skelet tvořený kompaktními
jehlicemi CaCO3
– Blastulová larva, po přisednutí„gastrulace“
– Z analýz rRNA se zdá, že houbatky jsouspíš sesterskou skupinou Metazoí
Houbovci - Porifera
živočichové
Porifera
žahavci
vločkovci
žebernatky
bilateria
Eumetazoa
Calcispongia - houbatky
Demospongia – houbovci s.s.
Hexactinellida - křemitky
Calcispongia - houbatky
I ti d j dělá á í
• 2. Křemitky (Hexactinellida)– Opěrnou soustavu tvoří křemité (SiO2) jehlice– Dospělec – pinakoderm charakter syncytia – mnohojaderný útvar
vzniknuvší sekundárním splynutím původních buněk– Mořští, často hlubinní– houba (křemitka) pletená – Euplectella aspergillum, „venušin koš“– houba domečková – Suberites domuncula
Houbovci - Porifera
I ti d j dělá á í
• 3. Houbovci s.s. (Demospongia - rohovití)– Oporou síť spongiových vláken, může být doplněna křemitou kostrou– Mořští i sladkovodní– houba mycí – Euspongia officinalis
• Středozemní moře, rohovitá, elastická kostra– houba komínová - Aplysina aerophoba
• Středozemní moře– houba rybniční – Spongilla lacustris
• Častá sladkovodní houba
Houbovci - Porifera
I ti d j dělá á í
Eumetazoa – „skuteční“ živočichové
I ti d j dělá á í
• Epitely eumetazoí diferencovány minimálně na dvě různé vrstvy –„pokožku“ (ektoderm) a „střevo“ (endoderm)
• „střevo“ – produkt gastrulace – zvětšení trávícího povrchu, přítomny žláznaté buňky bez bičíku produkující enzymy pro mimobuněčné trávení
• Nové typy buněk – smyslové, nervové a svalové– Vznik speciální chemické a elektrické komunikace mezi sousedními
epitelovými buňkami – vznik synapsí• Vznik mezerových spojů (krom vločkovců a některých žahavců) – gap
junctions – umožňujících difuzi malých molekul i přímý přenos nervových vzruchů– Velký význam pro regulaci vývojových procesů
Eumetazoa
I ti d j dělá á í
Eumetazoa
živočichové
houbovci
žahavci - Cnidaria
vločkovci - Placozoa
žebernatky - Ctenophora
Bilateria
Eumetazoa