Úvod do sinic/cyanobakterií a řas & Sinice/cyanobakterie/cyanoprokaryoty 1. přednáška z cyklu přednášek předmětu Bi9050 Systém nižších rostlin pro pokročilé Důležitá literatura a informace pro předmět Bi1090 • Kalina T. a Váňa J., 2005: Sinice, řasy, houby, mechorosty a podobné organismy v současné biologii. - Univerzita Karlova v Praze, Nakladatelství Karolinum, 583 pp. • is.muni.cz (studijní materiály) Kryptogamologie - nauka o nižších rostlinách • Kryptos + gammos + logos (řečtina) • Kryptos = skrytý, tajný, neviditelný, zakrytý • Gammos = vdaný, manželský, zasnoubený, „snubný“ • Fykologie/Algologie • Mykologie • Lichenologie • Bryologie (mechorosty historicky řazeny mezi nižší rostliny, v současné biologii patří mezi vyšší rostliny) Fykologie / algologie • Nauka o autofototrofních organismech - sinicích a řasách • Fykos + logos / algae + logos • 1753 Species Plantarum - Carl Linné • 1820 Species Algarum - Carl Adolf Agardh (1785–1859) švédský botanik • Další první významní badatelé (19. století): Dugald Carmichael (skotský botanik), Karl Wilhelm von Nägeli (švýcarský b.), Maurice Augustin Gomont (francouzský b.), Charles Flahault (francouzský b.), Édouard Bornet (francouzský b.) aj. 20. století - rozvoj fykologie • Lothar Geitler (A) • A.A. Elenkin (RUS) • T.V. Desikachary (IND) • Karol Starmach (PLN) • Bohuslav Fott (CZE) • Gábor Uherkovich (HU) • N.V. Kondratieva (UA) • Jiří Komárek (CZE) • Konstantinos Anagnostidis (GR) • Roger Y. Stanier (F) • Rosemarie Rippka (F) • František Hindák (SVK) • John B. Waterbury (USA) …. a mnoho dalších vědců Mezinárodní kód botanické nomenklatury • 15. mezinárodní botanický kongres Jokohama 1993 • Mezinárodní asociace pro rostlinnou taxonomii (IAPT, Vienna) • Principy a pravidla • Binomická nomenklatura • Nomenklatorický typ - jediný exemplář rostliny (konzervovaný!) • Sinice (Cyanophyta) a eukaryotické řasy (Rhodophyta, Chlorophyta aj.) • Sinice (Cyanobacteria) v mezinárodním bakteriologickém kódu (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology) od roku 1978 • Některé eukaryotické řasy (Dinoflagellata aj.) v mezinárodním kódu zoologické nomenklatury Taxonomie a biologický systém • Klasická taxonomie (morfologie, ultrastruktura, ontogeneze) • Numerická taxonomie (fenetika, kladistika) • Molekulární taxonomie (úseky DNA, RNA…) • Moderní taxonomie (hierarchistické systémy, syntéza různých přístupů) • Kladogram (dendrogram) • Pleziomorfní znaky • homologie, analogie • Principy parsimonie • Mono-, para- a polyfyletická skupina • Cíl: Univerzální systém organismů Cyanophyta/Cyanobacteria Prokaryotické rostliny nebo Bakterie nebo ……? Jaké jsou sinice? • Moc staré evolučně • 3,4-3,5 mld. let • 7/8 historie Země • Biolitogenní organismy • Stromatolity • Algolitické vápence • Fotosyntéza • Proměna atmosféry zásluhou fotosyntézy • Ozónová vrstva • Vysoký potenciál - různé biotopy • 40% primární produkce na Zemi (spolu s řasami) • 99% primární produkce v oceánech Stromatolity nejstarší žijící fosilie na Zemi Nejstarší fosilie na Zemi – prekambrické sinice (3,5 mld. let) Série názvů pro sinice • Cyanophyta (1849) - kyanos = modrý • Schizophyta (1907) - schizo = rozštěpit • Myxophyta (1914) - myxo = sliz, hlen • Cyanobacteria (1978) • Oxyphotobacteria (1988) • Cyanoprokaryota (1998) Etymologie slova „sinice“ • Jedinečný název převzat z polštiny do češtiny v roce 1934 a do slovenštiny 1940 • Ostatní jazyky je nazývají v překladu jako „modré nebo modro-zelené řasy“: • Blau-Algen (něm.) • Blue-green algae (angl.) • Sinozelenyie vodorosly (rus.) • Kék moszatok (maď.) • Algas verde-azules (špan.) SINICE Prokaryotické rostliny nebo bakterie? V prospěch sinic: • Fykobilizomy • Tylakoidy • Volutin • Introny v DNA a RNA • RNA sekvence • Rostlinný typ fotosyntézy • Heterocyty (N[2]-asimilace) • Akinety/Arthrocyty • Hormogonie • Malý počet ribozomů • Ekologická funkce V prospěch cyanobakterií: • Prokaryoty • Peptidoglykany • Murein • Kys. diaminopimelová • G- bakterie • Typ buněčného dělení Paradox v evoluci = „Staré a statické“ sinice vyvolaly „velký třesk“ v evoluci života na Zemi • Sinice se morfologicky nezměnily za celé své období existence na Zemi (důkaz ® prekambrické fosílie), avšak geneticky ano! • Sinice - evoluční revoluce, a to „jen“ kvůli kyslíku, který byl „odpadem“ jejich jedinečné fotosyntézy (důkaz  ozónová vrstva, ochrana před UV-zářením) • Sinice - vhodnými partnery pro různé organizmy (houby, živočichy, prvoky a rostliny), což dokazuje samotná existence chloroplastů (důkaz  endosymbióza) Endosymbiotická teorie • Dr. Lynn Mergulisová (1981) - teorie • Důkazy - chloroplastová DNA, sinice • Primární endosymbióza (Plantae) • Sekundární endosymbióza - nukleomorf (Chromista) • Terciární endosymbióza (Dinophyta) • Kleptoplastidy :-) Od sinic ke řasám Systém a taxonomie sinic • Ultrastruktura (TEM) • Uspořádaní tylakoidů • Typ stélky • Akinety • Baeocyty • Heterocyty • Hormogonie • Nekridické buňky • Větvení • Slizové obaly, pochvy • Kolonie • Ekologie • Sekvence • Gen 16S rDNA • Gen rbcL (Rubisco) • tRNA^Leu (UAA) Intron • Gen hetR Nejnovější výsledky: • Stélka - adaptace na ekologické podmínky • Ultrastruktura koresponduje s molekulárními analýzami • Hledání univerzálního biologického systému pro sinice Molekulární taxonomie analýzy SSU a LSU rRNA Přehled systému sinic • Chroococcales Kokální sinice Baeocyty Slizové obaly Pseudovlákna Pseudoparenchym Kolonie • Oscillatoriales Vláknité sinice Slizové obaly, pochvy Hormogonie Nekridické buňky Nepravé větvení Kolonie • Nostocales Vláknité sinice Heterocyty Akinety / arthrocyty Hormogonie Slizové obaly, pochvy Nekridické buňky Nepravé větvení • Stigonematales Vláknité sinice Heterocyty Akinety / arthrocyty Hormogonie Slizové obaly, pochvy Parenchym Pravé větvení Ekologie sinic Charakteristické rody sinic Chroococcales: • Aphanocapsa • Gloeocapsa • Synechococcus • Cyanobacterium • Chroococcidiopsis • Microcystis • Chroococcus • Chamaesiphon • Pleurocapsa • Merismopedia Oscillatoriales: • Leptolyngbya • Oscillatoria • Phormidium • Planktothrix • Pseudanabaena • Limnothrix • Trichodesmium • Spirulina • Arthrospira • Microcoleus Další rody sinic Nostocales: • Aphanizomenon • Cylindrospermum • Anabaena • Nostoc • Tolypothrix • Calothrix • Gloeotrichia • Rivularia • Microchaete • Scytonema • Petalonema Stigonematales: • Mastigocladus • Hapalosiphon • Stigonema • Mastigocoleus • Nostochopsis • Fischerella • Capsosira • Voukiella Chroococcales Chroococcus minor (Kützing) Nägeli Popis: Mikroskopické slizovité kolonie, nepravidelné, špinavě modrozelené až olivově zelené. Buňky v 2–4-četných seskupeních, sférické, subsférické až elipsovité, 2,5–5 μm v průměru. Slizové obaly jemné, bezbarvé. Pleurocapsa minor Hansgirg Pseudoparenchymatické sinice • Pleurocapsa minor Oscillatoriales Phormidium fonticolum Kützing ex Gomont Nostocales Nostoc microscopicum Petalonema alatum Scytonema myochrous Stigonematales Jaký je metodický přístup při zkoumaní sinic a řas? Nahlédnutí do fykologické laboratoře Může být mikrosvět sinic a řas zajímavý pro člověka? • Variabilita fenotypová i genotypová • Diverzita druhů • Adaptabilita na různé podmínky • Všudepřítomost • Dostupnost • Různé životní strategie • Biomedicínský a farmaceutický výzkum • Vodohospodářský význam • Testy toxicity • Genová banka • Modelové organismy • Bioremediace, detoxikace kontaminované půdy, vody • Záchrana lidstva – výživa • Extrémní biotopy – Antarktída, pouště, termální prameny... • Kosmický výzkum Jak člověk využíval a využívá sinice? Scytonemin – zajímavá sinicová látka Nebezpečné sinice! nebo biologické zbraně... Ale přece existují organismy, co tyto toxické sinice mají v oblibě ... Děkuji za pozornost