Urmas Kõljalg

1. Organismide mitmekesisus Urmas Kõljalg Bakterid (Tiina Alamäe) Protistid (Kalle Olli) Seened (Urmas Kõljalg) Taimed (Arne Sellin, Ülle Reier) Loomad (Mati Martin) ATOL

2. Organismide mitmekesisus Kolm kontrolltööd Bakterid, protistid ja seened Taimed Loomad ATOL

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

4. 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

5. Ökoloogiline mitmek. Geneetiline mitmek. Organismide mitmek. Riik Hõimkond Bioom Selts Ökosüsteem Sugukond Perekond Kooslus Liik Populatsioon Populatsioon Populatsioon Indiviid Indiviid Geen Nukleotiid BM elemendid

6. * Bioloogiat võimalik jagada erinevateks distsipliinideks lähtudes organismirühmadest või käsitlusviisi järgi. Organism: Käsitlusviis: Zooloogia (Entomoloogia) Biosüstemaatika Botaanika (Algoloogia) Evolutsiooniõpetus Mükoloogia (Lihhenoloogia) Ökoloogia Bakterioloogia Geneetika Mikrobioloogia Biokeemia Viroloogia Molekulaarbioloogia Füsioloogia Bioinformaatika

7. Biosüstemaatika Eksamiks: E. Parmasto. 1996. Biosüstemaatika. PDF fail aadressil http://www.botany.ut.ee/lectures/mukoloogia/ NB! 1-9 lk (k.a. lk 10 ülemine lõik)

8. http://tolweb.org/tree/ A collaborative Internet project containing information about phylogeny and biodiversity

9. 1. Kuni 20 saj. elusloodus jaotatud kaheks - taimed ja loomad. 2. 1950-1960 jõuti arusaamisele, et olemasolevasse süsteemi ei saa paigutada seeni, protiste ja baktereid. 3. 1970-tel eluslooduse viie riigi aktsepteerimine. Hakati vahet tegema prokarüootidel (bakterid) ja eukarüootidel (taimed, loomad, seened ja protistid). (NB! Mittemolekulaarsed tunnused)

10. 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

11. Eukarüoodid Bakterid Arhed

12. Bakterid (“tõelised bakterid”, mitokondrid ja kloroplastid) Eukarüoodid (protistid, taimed, seened, loomad) Arhed (nn. arhebakterid) ?Viirused (Eukaryotes, Asteraceae) (Eukaryotes, Coleoptera) Fischerella (Eubacteria, Cyanobacteria)

13. Arhed Kuumaveeallikad (Yellowstone’i Rahvuspark, USA) Mikroskoobis bakteritega sarnased. Keeruline kulti-veerida. Biokeemiliselt ja molekulaarsete tunnuste põhjal bakteritest sama erinevad kui inimene!

14. Arhed Ekstreemsetes keskkonnatingimustes Ookeanide sügavates kihtides. Temperatuuril üle +100˚C. Kuumaveeallikad. Loomade (lehmad, termiidid, meres elavad liigid) seedetraktis kus toodavad metaani. Nafta maardlates. Ülisoolases vee. Avamere planktoni koosseisus

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

16. Prochloron Spirulina Bakterid (Tsüanobakterid e. sinikud)

17. Bakterid (“tõelised bakterid”, mitokondrid ja kloroplastid Eukarüoodid (protistid, taimed, seened, loomad) Arhed (nn. arhebakterid) Bakterid (Eukaryotes, Asteraceae) (Eukaryotes, Coleoptera) Fischerella (Eubacteria, Cyanobacteria)

18. Acantharea sp. Loomad Seened Dinoflagellaadid, tsiliaadid Stramenopiilid Punavetikad Taimed Teised protistid, ca 60 fülogeneesi haru

19. Loomad Ctenophora Käsn (Haliclona) meriroos Meduusid, meriroosid, korallid Käsnad

20. Seened

21. Coleochaete (Coleochaetales) Taimed Chlamydomonas (Chlorophyceae) Spirogyra (Zygnemetales) Hepatica sp.

23. Eesti Liikide Register http://unite.ut.ee/temp/ http://www.ut.ee/natmuseum/

24. 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.

25. 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

26. Bioinformaatika (ingl.k. bioinformatics) (ka bioloogilise mitmekesisuse informaatika – ingl.k. biodiversity informatics) Ülevaade biosüstemaatikaga seotud bioinformaatikast (bioloogilise mitmekesisuse informaatikast).

27. Peamised biosüstemaatika valdkonnad millega bioinformaatika tegeleb • - Taksonoomilised nimed ja klassifikatsioon • - Taksonite tunnused (taksonite kirjeldused, määrajad, fülogeneesi tunnused) • - Eksemplaride andmed ja liikide levik

28. 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.

29. Organismirühma (taksoni) eristamine ja tema nimetamine on 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).

30. Ascaphus truei Stejneger tüüpeksemplar Taksoni eristamine ja tema nimetamine.

31. Ascaphus truei Stejneger tüüpeksemplar Taksoni eristamine ja tema nimetamine.

32. Taksoni eristamine ja tema nimetamine. Ascaphus new sp. Tüüpeksemplar: GB51302 Ascaphus truei Stejneger tüüpeksemplar: TAA172071

33. Carl Linnaeus Karl Popper

34. Karl Popper väitis, et teaduslik hüpotees peab olema falsifitseeritav ja et teooriat ei saa nimetada teaduslikuks kui seda ei ole võimalik ümber lükata.

35. 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.

36. Olulisemad projektid- taksonoomilised andmebaasid • GBIF • NCBI (”GenBank”), EMBL • Tree of Life • UNITE

37. 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.

38. 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

39. Mis on molekulaar- ja morfoloogiline süstemaatika? Kasutatavate tunnuste kaudu

40. Kas molekulaarsed ja morfoloogilised tunnused on kuidagi vastuolus? Organismi tasemel ilmselt mitte, sest fenotüüp baseerub genotüübil. Identse genotüübi korral on organismid ka morfoloogiliselt identsed. Vastuolud võivad tekkida kui me hakkame organisme rühmitama.

41. Kui morfoloogiliste tunnuste põhjal eristatud takson(id) ei lange kokku molekulaarsete tunnuste baasil saadud rühmadega, siis ei ole probleem mitte molekulaarsete ja morfoloogiliste tunnuste vastuolus vaid:

42. valitud morfoloogilised tunnused on sobimatud • valitud molekulaarsed tunnused on sobimatud • mõlemad tunnuste rühmad on valesti valitud - antud rühmal puuduvad ühised neid iseloomustavad morfoloogilised või molekulaarsed tunnused

43. Molekulaarsed andmed toetavad inimese ja simpansi sugulust. Morfoloogilised andmed toetasaid simpansi ja gorilla vahelist sugulust.

44. Vaalade ja jõehobu sugulus on veidi keerulisem juhtum, mis viitab fülogeneesi puude lihtsustatud käsitlemise võimalusele. Molekulaarsete andmete põhjal on tegemist sõsarrühmadega. Nikaido et al, 1999. Phylogenetic relationships among cetartiodactyls based on insertions of short and long interpersed elements: Hippopotamuses are the closest extant relatives of whales PNAS 96 (18), 10261-10266.

45. Ligikaudu 50 miljonit aastat tagasi elanud vaala eellane. Elas maal aga oli tõenäoliselt võimeline jõgedest kalu püüdma. Thewissen et al. 2001. Skeletons of terrestrial cetaceans and the relationship of whales to artiodactyls . Nature 413 , 277-281. 

46. Kunstniku kujutis varajasest 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.

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

48. Tunnused ja nende rakendatavus Molekulaarsetel ja mofoloogilistel tunnustel on oma eripärad, millest lähtuvalt saab teatud teaduslikke küsimusi lahendada ainult ühte tüüpi tunnuste abil.

49. Isend Populatsioon Liik Perekond Sugukond Selts Klass Riik Domeen Molekulaarsed tunnused sobivad kõigil tasemetel. Õige DNA regiooni valik Morfoloogilised tunnused sobivad sõltuvalt organismirühmast liigi ja kõrgemale tasemel

50. Kuidas valida õiged tunnused erinevate taksonite tarvis?