Urmas Kõljalg

Organismide mitmekesisus

Bakterid (Tiina Alamäe)Protistid (Kalle Olli)

Seened (Urmas Kõljalg)Taimed (Arne Sellin, Ülle Reier)

Loomad (Mati Martin)ATOL

Kolm kontrolltööd

Organismide mitmekesisus

Bakterid, protistid ja seened

Taimed

LoomadATOL

Bioloogiline mitmekesisus

Organismide mitmekesisus

Kõljalg, U. 2002. Kas bioloogiline mitmekesisus vajab biosüstemaatikat? Akadeemia 8: 1681-1689.

ATOL

Peamised küsimused millele BMvastuseid otsib on:

Kuidas BM on tekkinud?

Kus ta esineb?

Miks on BM tähtis e. vajalik?

Mida tuleks BM säilitamiseks teha?

ATOL

Ökoloogiline mitmek.

Geneetiline mitmek.

Organismide mitmek.

RiikHõimkond

BioomSelts

ÖkosüsteemSugukondPerekond

Kooslus LiikPopulatsioon Populatsioon Populatsioon

Indiviid IndiviidGeenNukleotiid

BM elemendid

* Bioloogiat võimalik jagada erinevateks distsipliinidekslähtudes organismirühmadest või käsitlusviisi järgi.

Organism: Käsitlusviis:Zooloogia (Entomoloogia) BiosüstemaatikaBotaanika (Algoloogia) EvolutsiooniõpetusMükoloogia (Lihhenoloogia) ÖkoloogiaBakterioloogia GeneetikaMikrobioloogia BiokeemiaViroloogia Molekulaarbioloogia

FüsioloogiaBioinformaatika

Biosüstemaatika

Eksamiks:

E. Parmasto. 1996. Biosüstemaatika.PDF fail aadressilhttp://www.botany.ut.ee/lectures/mukoloogia/

NB! 1-9 lk (k.a. lk 10 ülemine lõik)

http://tolweb.org/tree/

A collaborative Internet project containing information about phylogeny and biodiversity

1. Kuni 20 saj. elusloodus jaotatud kaheks - taimed ja loomad.

2. 1950-1960 jõuti arusaamisele, et olemasolevasse süsteemiei saa paigutada seeni, protiste ja baktereid.

3. 1970-tel eluslooduse viie riigi aktsepteerimine. Hakati vahettegema prokarüootidel (bakterid) ja eukarüootidel (taimed, loomad, seened ja protistid).

(NB! Mittemolekulaarsed tunnused)

1970-te lõpus tabas teadusüldsust suur üllatus - avastati täiesti uus organismide rühm, mida hakati nimetama arhedeks (Archaea).

Dr. Carl Woese (Illinoisi Ülikool) uuris molekulaarsete meetodite abil prokarüoote. Leidsid, et nn. bakterid mis eelistavad kõrget temperatuuri või toodavad metaani on molekulaarsete tunnuste põhjal väga erinevad nii nn. tavalistest bakteritest kui ka eukarüootidest.

Woese ettepanek jagada elusloodus komeks domeeniks (domain): eukarüoodid, eubakterid ja arhebakterid. Hiljem lihtsalt arhed.

Morfoloogia-anatoomia versus molekulaarsed tunnused

Bakterid

Eukarüoodid

Arhed

Bakterid (“tõelised bakterid”, mitokondrid ja kloroplastid)

Arhed (nn. arhebakterid)

Eukarüoodid (protistid, taimed, seened, loomad)

?Viirused

Fischerella (Eubacteria, Cyanobacteria)

(Eukaryotes, Coleoptera)

(Eukaryotes, Asteraceae)

Arhed

Kuumaveeallikad (Yellowstone’i Rahvuspark, USA)

Mikroskoobis bakteritega sarnased. Keeruline kulti-veerida. Biokeemiliselt ja molekulaarsete tunnuste põhjal bakteritest sama erinevad kui inimene!

Arhed

Ekstreemsetes keskkonnatingimustesOokeanide sügavates kihtides. Temperatuuril üle +100˚C. Kuumaveeallikad. Loomade (lehmad, termiidid, meres elavad liigid) seedetraktis kus toodavad metaani. Nafta maardlates. Ülisoolases vee.

Avamere planktoni koosseisus

Arhed

Pyrodictium sp. Pyrolobus sp. (+113°C) Pyrobaculum sp.

Bakterid

(Tsüanobakterid e. sinikud)

Prochloron

Spirulina

Bakterid

Bakterid (“tõelised bakterid”, mitokondrid ja kloroplastid

Arhed (nn. arhebakterid)

Eukarüoodid (protistid, taimed, seened, loomad)

Fischerella (Eubacteria, Cyanobacteria)

(Eukaryotes, Coleoptera)

(Eukaryotes, Asteraceae)

Loomad

Dinoflagellaadid, tsiliaadidStramenopiilid

PunavetikadTaimed

Seened

Teised protistid, ca 60 fülogeneesi haru

Acantharea sp.

Loomad

Meduusid, meriroosid, korallid

Käsnad

Käsn (Haliclona)Ctenophora meriroos

Seened

Taimed

Hepatica sp.

Chlamydomonas(Chlorophyceae)

Spirogyra(Zygnemetales)

Coleochaete(Coleochaetales)

Eesti Liikide Register

http://unite.ut.ee/temp/

http://www.ut.ee/natmuseum/

Biosüstemaatika on teadus elusorganismide mitmekesisusest.

Esmane ülesanne:Taksonoomilise (bio)informatsiooni süsteemi loomine. Varustab kõiki, kellel on selleks vajadus, võrdlevate andmetega elusorganismide kohta.

Süstemaatika või biosüstemaatika?

Üldises kontekstis - biosüstemaatika (keeleteadus, eluta loodus jne.)

Bioloogilises tekstis - süstemaatika.

Süstemaatika (1737) ja taksonoomia (1813)

Erinevates koolkondades erinev tähendus. Euroopas süstemaatika tähistab praktilist klassifitseerimistööd ja taksonoomia klassifitseerimise teooriat, printsiipe ja reegleid.Põhja-Ameerikas aga vastupidine traditsioon.

Tänapäeval üha enam:süstemaatika = taksonoomia

Bioinformaatika (ingl.k. bioinformatics)(ka bioloogilise mitmekesisuse informaatika – ingl.k.

biodiversity informatics)

Ülevaade biosüstemaatikaga seotud bioinformaatikast (bioloogilise mitmekesisuse informaatikast).

Peamised biosüstemaatika valdkonnad millega bioinformaatika tegeleb

- Taksonoomilised nimed ja klassifikatsioon

- Taksonite tunnused (taksonite kirjeldused, määrajad, fülogeneesi tunnused)

- Eksemplaride andmed ja liikide levik

Taksonoomilised nimed ja klassifikatsioon

Taksonoomia – õpetus organismide teaduslikust nimetamisest. Taksonoomia annab rahvusvaheliselt tunnustatud süsteemi organismirühmade nimetamiseks liigist elusorganismide riikideni välja.

Klassifikatsioonid rühmitavad väiksemad organismi rühmad suuremateks. Võimalik ka vastupidine klassifitseerimine –suuremad rühmad jagatakse väiksemateks.

Organismirühma (taksoni) eristamine ja tema nimetamineon kaks täiesti erinevat protsessi. Taksoni (liigi, perekonna, sugukonna, riigi) eristamine on teaduslik hüpotees selle taksoni reaalsusest. Hüpotees on ümberlükatav. Taksoni nimetamine lähtub kindlast reeglistikust, mis on sätestatud kolme rahvusvahelise nomenklatuuri koodeksi poolt (mikrobioloogia, botaanika ja zooloogia).

Taksoni eristamine ja tema nimetamine.

Ascaphus truei Stejneger

tüüpeksemplar

Taksoni eristamine ja tema nimetamine.

Ascaphus truei Stejneger

tüüpeksemplar

Taksoni eristamine ja tema nimetamine.

Ascaphus truei Stejneger

tüüpeksemplar: TAA172071

Ascaphus new sp.Tüüpeksemplar: GB51302

Carl Linnaeus Karl Popper

Karl Popper väitis, et teaduslik hüpotees peabolema falsifitseeritav ja et teooriat ei saa nimetadateaduslikuks kui seda eiole võimalik ümber lükata.

Nomenklatuuri ja klassifikatsiooni andmete hulk

Teaduse poolt on kirjeldatud ligi 2miljonit liiki. Iga aktsepteeritud liiginime kohta tuleb keskmiselt üks kuni kaks sünonüümi. S.t. kirjeldatud liikide arv on kindlalt alla ühe miljoni. Mingi organismide rühma teaduslike nimede nimekirja koostamine kestab tavaliselt aastaid.

Olulisemad projektid- taksonoomilised andmebaasid

GBIF

NCBI (”GenBank”), EMBL

Tree of Life

UNITE

Taksonite tunnused

Organismide tunnuste (atribuutide) uurimine, analüüsimine ja kirjeldamine on süstemaatiku üks olulisemaid töövaldkondi. Veelgi olulisem ja aeganõudvam on tunnuste varieeruvuse uurimine eksemplari, populatsiooni, liigi või ka kõrgema taksoni piires. Selle uurimistöö käigus uuritakse reeglina tuhandeid eksemplare, mille tulemusena tekivad mahukad andmebaasid.

Milleks see vajalik on?

Kõigepealt muidugi taksonite eristamiseks ja kirjeldamiseks. Korrektsed kirjeldused omakorda võimaldavad teistel teadlastel neid taksoneid edukalt määrata või määrata nende tunnuste abil taksonite vahelist sugulust.

Taksonite kirjeldused ja määrajad

Mis on molekulaar- jamorfoloogiline süstemaatika?

Kasutatavate tunnuste kaudu

Kas molekulaarsed ja morfoloogilisedtunnused on kuidagi vastuolus?

Organismi tasemel ilmselt mitte, sestfenotüüp baseerub genotüübil. Identse

genotüübi korral on organismid ka morfoloogiliselt identsed.

Vastuolud võivad tekkida kui me hakkameorganisme rühmitama.

Kui morfoloogiliste tunnuste põhjaleristatud takson(id) ei lange kokku

molekulaarsete tunnuste baasil saadudrühmadega, siis ei ole probleem mitte

molekulaarsete ja morfoloogilistetunnuste vastuolus vaid:

- valitud morfoloogilised tunnused on sobimatud

- valitud molekulaarsed tunnused on sobimatud

- antud rühmal puuduvad ühised neidiseloomustavad morfoloogilised või

molekulaarsed tunnused

- mõlemad tunnuste rühmad on valestivalitud

Molekulaarsedandmed toetavad

inimese jasimpansi sugulust.

Morfoloogilisedandmed toetasaidsimpansi ja gorilla vahelist sugulust.

Nikaido et al, 1999. Phylogenetic relationships among cetartiodactyls based on insertions of short and long interpersedelements: Hippopotamuses are the closest extant relatives of whales PNAS 96 (18), 10261-10266.

Vaalade ja jõehobu sugulus on veidi keerulisemviitab fülogeneesi puude lihtsustatud

võimalusele. Molekulaarsete andmetepõhjal on tegemist sõsarrühmadega.

juhtum, miskäsitlemise

Ligikaudu 50 miljonitaastat tagasi elanudvaala eellane. Elas

maal aga olitõenäoliselt võimelinejõgedest kalu püüdma.

Thewissen et al. 2001. Skeletons of terrestrial cetaceans and the relationship of whales to artiodactyls . Nature 413 , 277-281.

Kunstniku kujutisvarajasest vaalast

(perek. Rodhocetus), kes elas ligikaudu 47 miljonit aastat tagasi.

Gingerich et al. 2001. Origin of Whales from Early Artiodactyls: Hands and Feet of Eocene Protocetidae from Pakistan. Science 293: 2239-2242.

Oluline mitte tekitada asjatuid barjääre(kaks eri tüüpi süstemaatikat!) vaidrõhutada, et genotüüp ja fenotüüp on lahutamatud ning süstemaatikas on mõlemad väga tähtsad.

Tunnused ja nende rakendatavus

Molekulaarsetel ja mofoloogilistel tunnustelon oma eripärad, millest lähtuvalt saabteatud teaduslikke küsimusi lahendada

ainult ühte tüüpi tunnuste abil.

Isend

Populatsioon

Liik

Perekond

Sugukond

Selts

Klass

Riik

Domeen

Morfoloogilisedtunnused

sobivad sõltuvaltorganismirühmas

t liigi jakõrgemaletasemel

Molekulaarsedtunnused

sobivad kõigiltasemetel. ÕigeDNA regiooni

valik

Kuidas valida õiged tunnused erinevatetaksonite tarvis?

Molekulaarsetetunnuste alusel

saadudeukarüootide

fülogeneesi puu.

Molekulaarsetetunnuste

peamiseks eeliseksmorfoloogiliste eeson suur tunnuste

arv.

Rokas 2003 Nature 425, 798-804 (23 Oct 2003)

Pagaripärmi (Saccharomyces) 7 liiki

Rokas 2003 Nature 425, 798-804 (23 Oct 2003)

(DNA triipkoodDNA Barcoding)

Identifitseerimine

BiogeograafiaPopulatsioonigeneetika

Ökoloogia

(DNA triipkood)Identifitseerimine

GenBankEMBL

spetsialiseeritud andmepangad

(DNA triipkood)Identifitseerimine

http://unite.ut.ee/

CGGGGACATGTGCACGCTCTGTTTGCACATCCATTCACACCTGTGCACCCTCTGTAGTTCTGCAGCCTGGGGGGCTCTGGCCCCCTGCCGTGGTTCTATGTATTTACACACACACATAAGTAATGTGAATTGCAGAATTCAGTGAATCATCGAATCTTTGAACGCACCTTGCGCCCTTTGGCTATTCCGAAGGCATGCCTGTTTGAGTATCATGAACACCTCAACTCTCATGGCTTGCCATGATGAGCTTGGACTTTGGGGGTCTTGCTGGCCTGGGGTCAGCTCCTCTCAAATGAATTAGCTTGCCAGTGTTTGGTGTGGTATCATGGGTGTGATAACTATCTACGCTTGTGGTTTTCCACCAGGTAACCTTCTGCGACAAAGGTTCGCTGGGGCTCATAAATGTCTCTCCTCGGTGAGGACAGCTTTTTGAACGTTTGATCTCAAATCAGGTAGGACTACCCGCTGAACTTAAGC

DNA kiip (microarray)

DNA kiip (microarray)