Historia życia na ziemi. Powstanie komórek eukariotycznych

Transkrypt

1 Historia życia na ziemi Powstanie komórek eukariotycznych

2 Powstanie komórek eukariotycznych Podobieństwa i różnice ilościowe Różny stopień skomplikowania Możliwe do wytłumaczenia przez zachodzenie stopniowych zmian Różnice jakościowe Teoria chimery Endosymbioza Podstawowe różnice Jądro Organelle 2 Copyright Pearson Education, Inc. or its affiliates. All Rights Reserved.

3 Komórki prokariotyczne i eukariotyczne Cecha Eukaryota Prokaryota Jądro Jest Brak Chromosomy Liczne, rozbudowane Często jeden, liczne plazmidy Typ komórkowy Wielo- i jednokomórkowy Jednokomórkowy (wyjątek sinice) Rybosomy Duże Małe Rekombinacja genetyczna Mejoza i fuzja gamet Rzadka, jednokierunkowa Cytoszkielet Rozbudowany Szczątkowy Mikrotubule Obecne Nieobecne lub rzadkie Podział komórkowy Mitoza i podział Podział Aparat Golgiego Jest Brak Retikulum endoplazmatyczne Obecne Brak Chloroplasty i mitochondria Są Brak Lizosomy i peroksysomy Są Brak Wić Microskopowa, złożona budowa Submicroskopowa, jedna wiązka Rozmiar komórki um 1-10 um 3

4 Powstanie komórek eukariotycznych Jądro Chromosomy zawierają znacznie więcej upakowanego misternie DNA Wymaga to podziału DNA w trakcie skomplikowanego cyklu komórkowego Pochodzenie, wraz z całym systemem błon, można wytłumaczyć stopniowymi zmianami Proponowano pochodzenie endosymbiotyczne 4

5 Powstanie komórek eukariotycznych Nie ma typowej komórki eukariotycznej Wić występuje u większości eukariontów Endosymbioza tłumaczy dobrze powstanie chloroplastów i mitochondriów Niektóre inne organelle od nich pochodzą Komórka zwierzęca 5 Copyright Pearson Education, Inc. or its affiliates. All Rights Reserved.

6 Teoria endosymbiozy Konstantin Mierieżkowski 1905 Lynn Margulis 1967 Rozwinięta teoria endosymbiozy Chloroplasty, mitochondria i wici pochodzą od bakterii Podobnie jak poprzednie wersje, teoria z trudem uzyskała uznanie Najsilniejsze dowody dotyczą chloroplastów i mitochondriów Była wyznawczynią innej, kontrowersyjnej teorii Gai 6

7 Archaeplastida Rośliny zielone (zielenice i rośliny wyższe), czerwone (krasnorosty) i sine (glaukofity) Powstały w wyniku pierwotnej endosymbiozy 7 copyright DW Freshwater

8 Archaeplastida największe drzewo na świecie 8

9 Endosymbioza Silne dowody na endosymbiotyczne pochodzenie chloroplastów i mitochondriów Nieskuteczna fagocytoza Pierwotna endosymbioza chloroplastów (sinice) Glaukofity mają najmniej zredukowany genom chloroplastowy Mitochondria pochodzą od proteobakterii 9

10 Pochodzenie chloroplastów Endosymbioza pierwotna powstanie glonów zielonych i krasnorostów drugorzędowa i trzeciorzędowa mitochondrium sinica Linia zielona Linia czerwona Charles F. Delwiche (1999) American Naturalist 154:S164 S177.

11 Endosymbioza Wtórna Eugleniny Bruzdnice Złotowiciowce Brunatnice Okrzemki Kryptomonady Trzeciorzędowa Bruzdnice Patrick J. Keeling Phil. Trans. R. Soc. B (2010) 365,

12 Endosymbioza - to nie koniec Niektóre eukarionty (Archezoa) utraciły mitochondria lecz zachowały geny mitochondrialne Inne (Euglenozoa i Alweolaty) utraciły chloroplasty lecz zachowały geny chloroplastowe Geny wędrują między przedziałami komórkowymi 12 Charles F. Delwiche (1999) American Naturalist 154:S164 S177.

13 Powstanie komórek eukariotycznych Filogeneza Arystoteles pierwsze próby klasyfikacji Linneusz rośliny i zwierzęta Lamarck koncepcja drzewa rodowego Darwin pierwsze opublikowane drzewo rodowe Haeckel pierwsze drzewo życia Whittaker pięć królestw (1969) Fitch filogenetyka molekularna Woese trzy domeny Sześć supergrup Eukaryota Avise Filogeografia Venter Metagenomika filogenomika czasy współczesne, dwie domeny 13

14 Drzewo życia CharlesDarwin 1859 Origin of species 14

15 Drzewo życia 1866 Ojciec filogenetyki - Haeckel Autor terminów ekologia, filogeneza, ontogeneza Poglądy wykorzystane przez Nazistów rasizm, darwinizm społeczny Polityka to praktyczna biologia Ontogeneza to skrócona filogeneza 15

16 Ernst Haeckel utalentowany rysownik 16

17 Drzewo życia Walter Fitch 1967 Pierwsze drzewo molekularne 17 Walter M. Fitch, Emanuel Margoliash Science, 155:279 (1967)

18 Drzewo życia Carl Woese 1977 Trzy domeny Różnorodność Eukaryota wynika z różnorodności pierwotniaków Agawa Człowiek 18 Courtesy of UC Museum of Paleontology, Dwa pierwotniaki

19 Trzy królestwa Archeanów Duże podobieństwo do bakterii Euryarcheota (słonolubne i metanogenne) Crenarcheota (ciepłolubne) Korarcheota, początkowo znane tylko z sekwencji Courtesy of UC Museum of Paleontology,

20 Niewidzialne organizmy Bintrim et al. (PNAS, 94, 1997) identyfikują nową gałąź Archaea na podstawie sekwencji 16S rdna Na pewno jest wiele nieznanych gatunków a nawet całych, wielkich, nie odkrytych jeszcze gałęzi Crenarchaeota Euryarchaeota

21 Drzewo życia genu rrna Chloroplasty i mitochondria wywodzą się z bakterii Korona Eukaryota Grzyby i zwierzęta są blisko spokrewnione i tworzą Opisthokonta Dwie nowe grupy Alveolata i Stramenophila chloroplasty mitochondria Sogin and Patterson 1995, zmienione 21

22 Drzewo życia Doolittle1999 Pięć królestw i trzy domeny Archeany są najbliższymi krewnymi Eukarya Mitochondria i chloroplasty (endosymbioza) Archezoa Jeśli istniały to wymarły 22 Doolittle, Science 284, 2124 (1999)

23 Rzadkie Zdarzenia (Rare Genomic Events) Duplikacje genów i sygnaturowe indele mogą pomóc w rozwiązaniu trudnych kwestii filogenetycznych Insercja w genie EF1- a definiuje Opisthokonta Fuzja genów DHFR i TS łączy Bikonta Stechmann, Cavalier-Smith Science 297:89 (2002)

24 Drzewo życia Cavalier-Smith, 2005 Dane molekularne, ultrastrukturalne i paleontologiczne 24 Annals of Botany : Copyright restrictions may apply.

25 Eukaryota Sześć linii ewolucyjnych Amoebozoa i Opisthokonta (grzyby, zwierzęta i ich najbliżsi krewni), Bikonta Rhizaria i Excavata tworzą grupy siostrzane Postulowano wspólną grupę dla Archaeplastida Chromalveolata Korzeń być może między Bikonta i Unikonta? Wspólny przodek 25

26 Filogenomika Drzewa oparte na zestawach genów powtarzalnych we wszystkich poznanych sekwencjach pełnych genomów Ciccarelli et al (2006) Science 311, 1283

27 Drzewo życia 2012 SAR Stramenopila Alveolata Rhizaria 27 Journal of Eukaryotic Microbiology Volume 59, Issue 5, pages , 28 SEP 2012 DOI: /j x

28 Stramenopile Złotowiciowce Brunatnice Lęgniowce Okrzemki 28

29 My opistokonty Henneguya Myxozoa Choanoflagellata

30 Metagenomika Craig Venter 30

31 Dwie domeny W myśl współczesnych poglądów eukarionty mogą być zagnieżdżone w kladzie archeanów a więc stanowią z nimi jeden klad i nie są grupą dla nich siostrzaną Williams et al. Nature 504, (2013) 31

32 Parafiletyczne Archeany Williams et al. Nature 504, (2013) 32