Тема 1. Біорізноманіття
#5 Систематика – наука про різноманітність організмів
Карл Лінней цікаві факти
Карл Лінней навідріз відмовився визнавати мікроскоп. Він стверджував, що зображення, які проглядалися через мікроскоп це всього лише оптичний обман.
Він є автором єдиної в світі класифікації запахів по якісності відчуття. Карл Лінней виділив сім головних запахів.
Оригінальна шкала Цельсія передбачала температуру замерзання води за 100 градусів, а температуру кипіння – 0 градусів. Так Лінней перевернув цю шкалу. У такому вигляді їй користуються і сьогодні.
Він був придворним лікарем і одним з наймодніших лікарів столиці.
Навіщо нам біорізноманіття?
Стійкість екосистем планети Земля та людства залежить саме від кількості видів. Чим їх більше, тим вища стійкість до різних несприятливих умов.
До того ж усі живі організми в екосистемі пов’язані між собою складними харчовими зв’язками. Це означає, що в разі втрати якогось одного виду є велика ймовірність того, що якийсь інший вид візьме на себе його функції. Якщо ж видів буде не досить, не буде кому зайняти цю вільну екологічну нішу.
Наприклад, зникнення з лісу лише одного дерева тягне за собою втрату кількох сотень комах, птахів, грибів, які харчувались цим деревом або його плодами чи використовували його як прихисток.
Коли виник термін палеонтологія?
Історія виникнення терміна досить цікава. Спочатку вчений Ейхвальд запропонував в 1821 році термін для позначення науки, яка займається вивченням викопних тварин – оріктозоологія. А в 1827 році Фішер фон Вальдгейм придумав новий термін: петроматогнозія.
Сам термін палеонтологія вперше запропонував в 1825 році французький натураліст Дюкроте де Бленвіля в своїй книзі під назвою «Керівництво малакології і конхіліології». Тоді він назвав її наукою, яка вивчає тварин і геологію.
# 6 Принципи сучасної наукової класифікації організмів
Внесок Ернста Геккеля
Ернст Геккель - німецький філософ, натураліст і й еволюціоніст, був вірним послідовником постулатів Чарльза Дарвіна. Геккелю приписують викриття та поширення теорії рекапітуляції. Крім того, під впливом своїх знань філософії Ернст Геккель встановив, що всі живі істоти повинні діяти унікальним родовим шляхом. Це означає, що, за Геккелем, для кожного зразка на Землі існує неорганічне походження.
Усі ці теорії та дослідження допомогли йому передбачити в 1866 р., що відповідь на спадкові фактори знаходиться в ядрі клітин. Ернст Геккель був першим вченим, який створив родинне дерево серед різних порядків тварин.
Чим хороша дивергенція?
Найчастіше одну ділянку або певну область намагаються займати тварини, які мають схожу потребу до запасу їжі та її якості. Визначення дивергенція допускає придбання неспорідненими, різними групами, схожих ознак.
Після того як через деякий проміжок часу виснажується запас їжі, тваринам доводиться змінювати своє місце проживання. У тому випадку, коли на одній ділянці розташовуються тварини, які мають різну потребу до умов навколишнього середовища, між ними існує мінімальна конкуренція.
Чим хороша дивергенція? Це в біології процес розгалуження популяції. Наприклад, у результаті такого процесу з'явилося сім різних видів оленів. Це косуля, кабарга, марал, плямистий олень, лось, лань, північний олень.
Деякі свідчення проти теорії симбіогенезу
- ДНК мітохондрій не завжди кільцева, а часто має лінійну форму, чого ніколи не спостерігається у прокаріот. У деяких мітохондріях та хлоропластах відмічено сплайсинг.
- Мітохондрії та пластиди, виділені поза клітиною, не здатні до самостійного існування;
- Особливості механізмів елонгації, реплікації, транскрипції та ініціації у мітохондріях;
- Своєрідність механізму білоксинтезуючого апарату мітохондрій, зокрема, будова рибосом;
- Неможливість пояснення виникнення гігантських мітохондрій та існування особливої мітохондріальної системи кінетопластид.
#7 Сучасні концепції та критерії виду
Види-двійники в Україні
Для фауни хребетних тварин України оцінки криптичного різноманіття складають близько 10-20 % загального складу сучасної фауни. Найвідомішими в Україні стали дослідження поліплоїдних комплексів зелених ропух та «звичайних» полівок.
Складний комплекс видів-двійників описано для гризунів роду мишаків (Sylvaemus). Тепер види-двійники виявлені серед найрізноманітніших груп хребетних тварин, у тому числі риб, птахів, плазунів, ссавців.
В окремих випадках дослідники виявляють надзвичайно складні напіввидові комплекси, в яких види здатні до гібридизації або навіть мають гібридне походження, проте зберігають низку видоспецифічних ознак. Таке явище описано під назвою «клептон» і виявлено, зокрема, в комплексі зелених жаб (група Rana esculenta).
Вид - основна систематична одиниця.
До XVIII ст. дослідники спиралися на уявлення про вид, що було створено ще Аристотелем, який вважав види сукупністю схожих зовнішньо особин. Саме такий підхід застосовувався багатьма біологами, включаючи Карла Ліннея .
Для організмів зі статевим розмноженням межу між видами утворює репродуктивна ізоляція — нездатність двох різних видів за схрещування давати плодюче потомство.
У безстатевих організмів вид визначити складніше. Для них вид — це сукупність клонів, поєднаних спільною екологічною нішею і тому еволюціонуючих схожим чином.
Відповідно до сучасного визначення, вид — основна одиниця біологічної систематики живих організмів, група особин зі спільними морфофізіологічними, біохімічними та поведінковими ознаками, здатна до вільного схрещування, яке дає плодючих нащадків у ряду поколінь, поширена у межах певного ареалу і схожим чином змінюється під впливом факторів навколишнього середовища.
Поліморфізм
Поліморфізм – це наявність двох і більше форм особин в межах одного виду. Випадки поліморфізму спостерігаються в популяції людини, наприклад різне забарвлення волосся або очей . Класичним прикладом поліморфізму може бути наявність в популяціях сонечка Adalia bipunctata поряд з особинами червоного кольору з чорними точками особин чорних з червоними крапками. При поліморфізмі кожна форма існує в популяції в досить великому, хоча і не постійній кількості.
#8 Різноманіття вірусів та принципи їхньої класифікації...
Як 130 років тому тютюн став рушієм вірусології.
130 років тому, у лютому 1892 року, людям стало відомо про існування вірусів. Відкриття це відбулося в дещо несподіваний спосіб. Молодий ботанік Cанкт-Петербурзького університету Дмитро Івановський досліджував на півдні України хворобу тютюну і дійшов висновку, що хворобу спричиняють не бактерії, а якісь інші форми. Доповідаючи на засіданні академії наук, він зазначив, що хвороба спричинена токсичною формою, але явно не бактеріальною. Його наукову статтю невдовзі переклали німецькою мовою. Відразу підхопили цю тему медики. Ось так людина, яка досліджувала хворобу тютюну, стала батьком-засновником вірусології.
Як називаються віруси та вірусні захворювання?
На відміну від таксонів вірусів, які називає ICTV, назви вірусів вибирають експерти, які відкривають і досліджують віруси. Вони дійсні лише в тому випадку, якщо вони прийняті та використовуються відповідною спільнотою. Немає правил, які б регулювали це, але, як правило, віруси отримують свої назви від своїх господарів, місця, де вони були вперше виділені, проявів хвороб, які вони викликають, їх фенотипових характерів або комбінацій цих речей.
З іншого боку, назва не повинна включати географічні місця, імена людей, культуру, населення, промислові чи професійні посилання або терміни, які можуть викликати невиправданий страх. Якщо ці рекомендації не дотримуються, ВООЗ сама може видати тимчасову назву, яка, як правило, буде підтверджена пізніше в Міжнародній класифікації хвороб.
Сімейство з прізвищем «корона»
Чи коронавірус — це щось принципово нове для людства? Коротка відповідь — ні. Наразі їх 7. Вони відомі під назвами HCoV (англ. Human Coronavirus): HCoV-HKU1, HCoV-NL63, HCoV-OC43 та HCoV -229E. Перші свідчення, що члени родини коронавірусів здатні чинити патогенний вплив на людський організм, були опубліковані ще в 1960-ті роки, але вперше прискіпливу увагу світової спільноти до даної родини в 2002-2003 роках привернув представник SARS-CoV (англ. Severe Acute Respiratory Syndrome), який спричинив спалах атипової пневмонії в провінції Гуандун, Китай.
Удруге світ сколихнула звістка про коронавіруси у 2012 році — у Саудівській Аравії. Згодом були ще випадки. Таким чином, SARS-CoV-2, виявлений у 2019 році, є сьомим людським корона вірусом.
#9 Особливості будови та функціонування вірусів
Яким би був наш світ, якби всі віруси зникли
Переважна більшість вірусів не є патогенними для людини, багато з них відіграють важливу роль у формуванні екосистем.
Ми знаємо, що фаги або віруси, які заражають бактерії, є надзвичайно важливими. Фаги регулюють популяцію бактерій в океані. Якби ці віруси зникли, баланс порушився.
Дослідники, які вивчають комах-шкідників, також з'ясували, що віруси мають вирішальне значення і для контролю популяції видів. Якщо певний вид починає надто розмножуватися, вірус стримує цей процес. Дослідники також впевнені, що віруси є невід'ємною частиною здорового мікробіому людини і тварин. Зараження певними доброякісними вірусами допомагає позбутися деяких збудників і людям. GB-вірус С, уповільнює розвиток СНІДу у ВІЛ-позитивних людей.
Як «народжується» вірус.
Вчені вперше зняли на відео "народження" вірусу. Це вдалося фахівцям з Гарвардської школи інженерних і прикладних наук імені Джона Полсен.
Вчені вибрали для дослідження одноланцюгові РНК-віруси. Його розмір всього 30 нанометрів у діаметрі. Щоб побачити, як білки утворюють шести- або п'ятикутну структуру капсида, фахівці використовували інтерферометричну розсіювану мікроскопію. Суть методу полягає в тому, що світло, розсіяне від об'єкта, створює темну пляму в промені світла. Відео не дозволяє побачити структуру вірусу, але демонструє розмір його оболонки та її зміну з часом. Переглянути відео можете за посиланням.
З чим не варто плутати віруси і чому?
Віруси не можна плутати з бактеріями, особливо під час лікування. Наприклад, антибіотики не лікують від вірусів. Антибіотики існують для лікування від бактерій.
Віруси — це, наприклад, грип, застуда, кір, свинка, краснуха, поліомієліт. А бактеріальні хвороби — це, наприклад, туберкульоз, тиф, холера чи ангіна. Бактерії викликають інші симптоми та характер розвитку хвороби, ніж віруси. Адже це складніша форма життя.
#10 Особливості розмноження вірусів..
Звідки беруться нові віруси?
Якщо ви задавали собі ці запитання, то саме час розібратись.
Першою відповіддю є еволюція. Усі живі організми еволюціонують. У наших організмах, у наших генах постійно відбуваються мутації, при кожному поділі клітин.
Друга відповідь – збіг обставин. Більшість мутацій є шкідливими і можуть навіть призвести до загибелі клітини, або організму. Деякі мутації - нейтральні. Але інколи виникають корисні мутації, які можуть надати організму певних переваг. Звичайно, для цього потрібний вдалий збіг обставин: певна мутація у певний час. Віруси також постійно мутуют, особливо РНК-віруси. А з огляду на їхню швидку реплікацію та «зміну поколінь», вони можуть робити це надзвичайно швидко
Що таке бактеріофаг і як ним лікують?
Бактеріофаги — найчисленніша та найпоширеніша на Землі група вірусів. Проте у них є істотна відмінність, яка полягає в тому, що це віруси, які уражають лише бактерії. Потрапляючи всередину клітини живої бактерії, вони здатні її розщеплювати.
Більшість фагів характеризуються видоспецифічністю, тобто діють лише на окремі види бактерій, а деякі навіть здатні руйнувати окремі варіанти одного і того ж виду. Тому їх використовують з метою діагностики - визначають, які саме бактерії переважають в людини у слизових чи які з них спричинили захворювання, для дослідження джерела збудника.
Фаготерапія - це підхід до лікування бактеріальних інфекцій з використанням бактеріофагів. Проте, це лікування "відчаю", коли антибіотики не діють, тобто бактерії є до них стійкі.
Вчені встановили місце і час появи ВІЛ
Колектив дослідників під керівництвом Нуно Фарії з Оксфордського університету отримав ці результати, дослідивши зразок вірусу імунодефіциту людини, отриманий із зразків крові, взятих в місті Кіншаса (столиця Демократичної республіки Конго) в 1959 році. Провівши філогеографічний аналіз цього та інших зразків вірусу, дослідники встановили: Кіншаса 1920-х років є цим самим місцем. Звідси ВІЛ почав свою подорож по інших країнах і континентах. Незважаючи на те, що перший опис вірусу імунодефіциту людини з'явився в 1983 році, вченим було ясно – виник він набагато раніше.
Філогеографічний аналіз вірусу з Кіншаси півстолітньої давності, а також його порівняння з вірусами з інших країн (Республіка Конго, Камерун, Габон), дав вченим змогу зробити ряд важливих висновків.
# 11 Гіпотези походження вірусів.
Головні теорії про походження вірусів
Сьогодні існують три основні гіпотези щодо походження вірусів: регресивна, гіпотеза клітинного походження та гіпотеза коеволюції.
За регресивною гіпотезою, віруси колись були дрібними клітинами або ж бактеріями, але з часом втратили гени, які були їм не потрібні.
Гіпотеза клітинного походження свідчить, що віруси виникли з кільцевої ДНК або плазміди, яка може самовідтворюватись незалежно.
А гіпотеза коеволюції передбачає, що віруси виникли зі складних комплексів білків і нуклеїнових кислот.
Є ще одна теорія, згідно з якою віруси виникли навіть раніше, ніж клітини. Подібно
Tupanvirus, вони могли існувати як самодостатні організми і відтворювали самі себе
Еволюція вірусів
Еволюція вірусів — зміни спадкових характеристик вірусів у поколіннях, а також галузь еволюційної біології та вірусології, що їх вивчає. Віруси мають короткий період розмноження, а деякі мають підвищену частоту мутацій. Підвищена частота мутацій разом із природним відбором дають змогу вірусам швидко адаптуватись до змін у їхньому середовищі існування. При цьому, більшість вірусів створюють численне потомство, внаслідок чого будь-який мутований ген швидко передається великій кількості нащадків. Хоч ймовірність мутації та еволюції варіює залежно від типу вірусу, для вірусів характерна висока частота мутацій.
Цікаві факти про віруси
Розміри більшості вірусів коливаються від 10 до 300 нм. У середньому віруси в 50 разів менші за бактерій. Саме слово virus утворено від латинського терміна, який в перекладі означає отрута або брудна рідина.
Довгий час вчені шукали шляхи зараження пневмонією, яка спалахнула в 1992 році в Англії. Як з’ясувалося, вірус ховався всередині амеб, які оселилися в стоячих на даху будівлях градирнях, призначених для охолодження повітря.
Існують мімівіруси, які імітують будову і поведінку бактерій. Мімівірус відрізняє дуже складний і об’ємний набір ДНК. Великі віруси назвали мамавірус. Їх розмір перевищує габарити деяких бактерій. У них навіть є супроводжуючі віруси-супутники. Віруси можуть заражати і один одного – це прерогатива мамавіруса разом з супутниками.
#12 Різноманіття прокаріотів і принципи їхньої класифікації
Карл Воуз
1977 року американським мікробіологом Карлом Воузом була запропонована трьохдоменна система органічного світу, за якої клітинні форми життя об’єднуються у три домени: Археї, Бактерії та Еукаріоти.
Визначивши архей як новий домен, Воуз значно переробив таксономічне дерево живих організмів. Його система, заснована на генетичних взаєминах замість очевидної морфологічної схожості, ділила організми на 23 головні підгрупи в межах трьох доменів: Бактерії, Археї і Еукаріоти. Археї — цілком незалежна гілка, вони не належать ні до бактерій, ні до еукаріотів. Дерево життя, збудоване Воузом, показує значну різноманітність світу мікроорганізмів, які складають переважну частину біосфери за генетичними, метаболічними і екологічними ознаками.
Хто такі археї?
Археї є одноклітинними організмами, зовні схожими на бактерій, однак із доволі незвичною формою клітини, наприклад, деякі їх види мають вигляд куба, паралелепіпеда, а декотрі навіть амеби.
Вчені вважають Археїв дуже древніми організмами, однак, прямих доказів цього не існує. Низка непрямих фактів, як то особливості їх будови та метаболізму, наводять на думку, що Археї виникли приблизно у той же час, що і бактерії, можливо трошки пізніше.
Деякі вчені заявили, що знайшли сліди Археїв у дуже древніх мінералах. Їхні висновки ґрунтуються на тому, що клітинні мембрани Археїв складаються із дуже незвичних жирів. Сліди таких ліпідів знайдені у мінералах віком 2,7 та 3,8 мільярди років! Але їх приналежність саме Археям дискусійна.
Чим небезпечні ціанобактерії
Ціанобактерії — це синьо-зелені водорості. Синьо-зеленими їх називають тому, що часто на поверхні звичайних прісних або солоних вод вони формують синьо-зелену слизову плівку. Таке явище має назву «цвітіння води», і воно представляє особливу небезпеку для здоров’я людини через високотоксичний вплив під час контакту.
Перевищення критичної маси водоростей активізує процес саморозкладу. Це призводить до вилучення з води кисню, і натомість виділення метану, сірководню, аміаку, інших токсичних речовин.
У результаті цього гинуть не тільки риби. Ті синьо-зелені водорості, які не розпадаються у воді, осідають на дно і стають причиною його замулювання.
#13 Особливості функціонування прокаріотичних клітин
Поняття про хемосинтез та його значення
Хемосинтез – процес утворення органічних сполук із неорганічних завдяки енергії, яка вивільняється під час перетворення неорганічних сполук. Явище хемосинтезу відкрив у 1892 році російський мікробіолог С. М. Виноградський. Цей процес здійснюють хемоатотрофні бактерії: нітрифікуючі бактерії, залізобактерії та сіркобактерії.
Особливостями хемосинтезу, які відрізняють його від фотосинтезу, є те, що цей процес: а) здійснюється без участі світла; б) відбувається з використанням кисню, тобто це аеробний процес.
Значення хемосинтетиків є важливим у природі, оскільки вони забезпечують колообіг речовин, беруть участь в утворенні гірських порід, спричинюють корозію металів.
Трансформація і трансдукція
Трансформація може відбуватися не тільки в експериментальних умовах, але і в природі. Так, миша, заражена капсульної формою пневмокока, хворіє і гине. Введення ж шорсткою різновиди бактерій не дає такого ефекту, оскільки захисні сили організму миші пригнічують розвиток цих бактерій. Якщо, проте, ввести миші одночасно живу культуру шорсткою різновиди та вбиту культуру гладкою, то тварина гине від пневмонії, а з його трупа можна виділити живі бактерії гладкого (капсульного) типу.
Явище трансдукції служить подальшим доказом того, що саме ДНК служить тою речовиною, з якого складається ген. Трансдукція також є перенесенням ДНК від однієї бактерії до іншої, але при цьому перенесення посередником служить інфікує бактерію вірус.
Експерименти Освальда Ейвері
У 1932 році Освальд Ейвері почав концентрувати свою увагу на експеримент генетика Фредеріка Гріффіта, особливо тому, що він був тісно пов'язаний з пневмонією.
Після результатів, отриманих британцями, Евері спільно з іншими вченими зробив рішучість встановити хімічну природу цієї речовини, що дозволило здійснити перетворення, що описано професіоналами як принцип трансформації. Вважається, що після виконання декількох хімічних випробувань людина встановив, що трансформуючий принцип генерується завдяки дезоксирибонуклеїнової кислоти.
Після проведених аналізів, Евері та його команда провели публікацію з відкриттям ДНК як генетичного матеріалу, який індукує спадкові зміни у бактеріях. Це відкриття стало важливим прогресом у розвитку імунохімії.
#14 Біорізноманіття нашої планети як наслідок еволюції живої матерії
Цікаві факти про найпростіших
Найбільшими з найпростіших вважаються морські корененіжки форамініфери. Судячи зі скам’янілих останків цих тварин, їхня довжина становила в середньому 15-20 сантиметрів.
Еукаріоти заполоняють собою океан, а точніше 90% біомаси водної товщі складається саме із цих істот.
Можуть існувати в стані спокою близько 15 років.
Найдавніші живі найпростіші існують на дні Марианської западини на глибині 11 кілометрів, цей вид існує на Землі біля мільярда років.
Це найбільш численні жителі землі. Їх загальна маса — біля 550 мільярдів тонн
Еліас Магнус Фріс
Еліас Магнус Фріс (1794—1878) — шведський ботанік та міколог. Фріс працював у всіх галузях ботаніки; він вперше ввів у Швеції натуральну класифікацію рослин та вивчення морфології. Його робота «Systema orbis vege tabilis» - класична праця того часу.
По лишайниках Фріс видав:«Lichenographia Europaea reformata»; «Lichenes Suecciae eksiccati», але найцінніша - це «Systema Mycologicum» (Мікологічна система») - дата її публікації є вихідним пунктом номенклатури для більшості груп грибів
Фріс особливо відомий своїми роботами в області мікології, він є одним із засновників систематики грибів.
Відмінності між кладограмами і філогенетичними деревами
Як правило, систематики зазвичай встановлюють технічні відмінності між кладограмою і філогенетичним деревом. Необхідно уточнити, що кладограма не є строго еквівалентною філогенетичному дереву.
Гілки кладограми є формальним способом вказівки вкладеної ієрархії клад, тоді як у філогенетичному дереві гілки є уявленнями про лінії, що відбулися в минулому. Іншими словами, кладограма не передбачає еволюційної історії.
Для отримання філогенетичного дерева необхідно додати додаткову інформацію: додаткові інтерпретації, пов'язані з предками, тривалість ліній у часі та кількість еволюційних змін, що відбулися між дослідженими лініями.
Таким чином, кладограми є першими наближеннями для остаточного створення філогенетичного дерева, що вказує на можливий шаблон розгалуження.
#15 Огляд царства еукаріотичних організмів
Походження еукаріотів
Сучасні погляди на систему еукаріотичних організмів. Поміж еукаріотичних організмів за особливостями будови клітини та процесами життєдіяльності вирізняються рослинні, тваринні та грибні організми.
Одноклітинні еукаріотичні організми - цілісні біологічні системи, а тому їх розглядають як окрему групу. Вони нерідко поєднують ознаки, властиві представникам різних груп.
До тваринних відносять багатоклітинні організми з гетеротрофним живленням, клітини яких мають глікокалікс. До групи одноклітинних еукаріотів належать організми, поміж яких є і автотрофи (хламідомонада, хлорела), і гетеротрофи (інфузорії, амеби). Існують організми, спосіб живлення яких може змінюватися залежно від умов існування - міксотрофи.
Характеристики Амебозої
Амебозої (Amoebozoa) — клада евкаріотів. Налічує понад 2400 видів. Тут розміщується велика кількість організмів, з найрізноманітніших характеристик.
Це царство включає два субфіли: Lobosa і Conosa. У першій групі згруповані класи Cutosea, Discosea і Tubulínea. У другому - класифіковані класи Variosea, Archamoeba і Mycetozoa. Також у межах цього типу є вільні живі організми, симбіонти і навіть паразити деяких ссавців, включаючи людей. Багато хто може викликати такі патології, як дизентерія та гранулематозний амебний енцефаліт, серед багатьох інших.
Незважаючи на те, що багато видів, які належать до цього типу, добре вивчені і про них відомо багато аспектів, таких як амеба-протеус, є й інші, які залишаються практично невідомими..
Представники царство Архепластиди
Архепластиди (Archaeplastida) — таксон еукаріот, що включає червоні, глаукофітові, зелені водорості і наземні рослини.
Класифікація: Glaucophyta — глаукофітові водорості Rhodophyta — червоні водорості Rhodelphidia — рід Rhodelphis із двома видами, споріднений із червоними водоростями Viridiplantae — зелені рослини.
Включає одноклітинні, колоніальні і багатоклітинні форми еукаріот, які здатні до фотосинтезу. Джгутиковий апарат складається з 2 рівних передніх джгутика, рідше 4 або більше. Мітохондрії мають пластинчасті кристи. Хлоропласти прокаріотичного походження.
Використані джерела