PART 5 The Evolution of Diversity

1. PART 5 The Evolution of Diversity

2. CHAPTER 27Bacteria and Archaea: The Prokaryotic Domains

3. Gemensamma drag för alla cellulära organismer • den centrala dogmen • DNA  RNA  protein • semikonservativ replikation av DNA • proteinsyntes med ribosomer • plasmamembran • glykolys • ATP som energitransporterande molekyl

4. (Äldre indelning: The Five Kingdoms, fem riken) • bakterier • protister • växter • djur • svampar Nu vet man att archaebakterier och bakterier är mycket olika  ny indelning!

5. Ny indelning: Tre domäner 1. bakterier prokaryoter - 2. archaebakterier saknar kärna 3. eukaryoter Denna indelning återspeglar evolutionshistorien bättre!

6. monofyletisk grupp monofyletisk grupp parafyletisk grupp figure 26-02.jpg Figure 26.2 Eng. Clade = klad (utvecklingsgren)

7. Prokaryoter har gemensamma drag som skiljer dem från eukaryoter • Cellvägg • Saknar kärna och membranomgivna organeller (har ibland intracellulära membransystem) • Saknar cytoskelett  ingen mitos • Har cirkulära kromosomer och ofta plasmider • m.m. Därför trodde man tidigare att bakterier och archaebakterier har gemensamt ursprung

8. Archaebakterier har unika drag som skiljer dem från bakterier • bakteriers, men inte archaebakteriers cellvägg innehåller peptidoglykan • membranlipiderna hos archaebakterier är kemiskt annorlunda uppbyggda än hos bakterier och eukaryoter • m.m.

9. figure 26-22.jpg Figure 26.22 Figure 26.22

10. Esterbindning Eterbindning H O H H C O C C O C H H H

11. Archaebakterier och eukaryoter har gemensamma drag • vissa cellulära mekanismer är lika hos archaebakterier och eukaryoter, men annorlunda hos bakterier • DNA-sekvensering visar närmare släktskap med eukaryoter än med bakterier • m.m.  indelning i tre domäner

12. Bakterier och archaebakterier(prokaryoter) • De talrikaste organismerna på jorden • Lever i mängder av olika habitat • Archaebakterier lever främst i extrema habitat (sura, basiska, heta, salta, syrefattiga) • De vanligaste formerna: • cocci • baciller • spiriller • Kan bilda kolonier; multicellularitet ytterst sällsynt

15. Prokaryoter: förökning och utbyte av genetiskt material är skilda processer • haploid kromosom • Asexuell förökning: fission • Utbyte av genetisk information: konjugation, transformation, transduktion (Jfr eukaryoter: nya kombinationer av arvsanlag uppkommer tack vare diploid kromosomuppsättning och sexuell reproduktion)

18. En del prokaryoter kan röra sig • Hos eukaryoter är cellrörlighet baserad på cytoskeletala mekanismer, men prokaryoter har inget cytoskelett • vanligast: med flageller • spiroketer har fibriller • glidande, rullande (mekanismen okänd)

19. Prokaryoter har stor mångfaldighet på cellulär nivå • metabolism • anpassning till extrema habitat jfr: Hos eukaryoter finns stora variationer på strukturell nivå. • multicellularitet ger nya möjligheter • grundelementet, cellen, fungerar alltid enligt samma princip

20. Prokaryoter: metabolism Indelning på basen av syrebehov: • Obligata anaerober • Fakultativa anaerober • Obligata aerober Indelning på basen av energi- och kolkälla: • Fotoautotrofer • Fotoheterotrofer • Kemoautotrofer (kemolitotrofer) • Kemoheterotrofer

21. Anaerob vs aerob metabolism • obligata anaerober: kan endast leva i syrefria förhållanden • fakultativa anaerober: 1. kan byta mellan aerob och anaerob metabolism 2. överlever i närvaro av syre, men kan inte använda syre • obligata aerober: är beroende av syre Jfr: alla eukaryoter är obligata aerober.

22. Prokaryoter: metabolism Indelning på basen av syrebehov: • Obligata anaerober • Fakultativa anaerober • Obligata aerober Indelning på basen av energi- och kolkälla: • Fotoautotrofer • Fotoheterotrofer • Kemoautotrofer (kemolitotrofer) • Kemoheterotrofer

23. foto-  kan använda solljus som energikälla (fotosyntetisera) • kemo-  använder molekyler som energikälla (organiska eller oorganiska) • -autotrof  kan använda CO2 som kolkälla (”byggmaterial”) • -heterotrof  använder organiska föreningar syntetiserade av andra organismer som kolkälla

24. fotoautotrofer en del bakterier t.ex. cyanobakterier en del eukaryoter t.ex. de flesta växter kemoautotrofer (kemolitotrofer) en del bakterier, en del archaebakterier får energi gm att oxidera oorganiska molekyler, t.ex. H2, NH3, nitritjoner, H2S, svavel... litotrof = ”stenätare” • fotoheterotrofer en del bakterier • kemoheterotrofer de flesta bakterier och archaebakterier alla svampar, alla djur och många protister får energi gm att oxidera organiska molekyler

25. table 26-02.jpg Table 26.2 Table 26.2

27. Kvävecykeln • Kvävefixerande bakterier • Nitrifikationsbakterier • Denitrifikationsbakterier  påverkar balansen av icke-organiskt kväve i vårt ekosystem

28. Kvävefixering • alla organismer behöver kväve, men bara kvävefixerande bakterier kan omvandla kvävgas N2 till biologiskt tillgängliga former, t.ex. ammoniak NH3 • många olika bakterier, t.ex. cyanobakterier, Rhizobium i ärtväxters rotknölar

29. Nitrifikation • utförs av kemoautotrofa bakterier i jorden • Nitrosomonas, Nitrosococcus oxiderar ammonium till nitritjoner (NO2-) • Nitrobacter oxiderar nitriter till nitrater (NO3-) • Bakterierna utvinner energi ur de kemiska reaktionerna • Nitrater kan tas upp av växter eller denitrifieras av denitrifikationsbakterier

30. Denitrifikation • Främst aeroba Bacillus och Aeromonas-bakterier • reducerar nitratjoner till kvävgas och vatten Sammanfattning: kvävefixering nitrifikation kvävgas N2 ----- ammoniak NH3 ----- denitrifikation nitriter NO2-, nitrater NO3------ kvävgas

31. figure 26-10.jpg Figure 26.10 Figure 26.10

32. Prokaryoter är viktiga för livet på jorden • andra organismer är beroende av kvävefixerande och nitrifikationsbakterier • bakterier bryter ner död växt- och djurvävnad • vi lever i symbios med bakterier på och inuti kroppen m.m. • Endast en bråkdel av alla bakterier är sjukdomsframkallande (patogena)

33. Prokaryoter: fylogeni • Fylogenisk klassificering på basen av molekylära bevis, t.ex. rRNA-sekvenser • Svårt p.g.a. lateral genöverföring • Snabb evolution p.g.a. • haploid genuppsättning (en mutation räcker) • snabb förökning

34. Prokaryoter: fylogeni BAKTERIER • ett dussin grupper, här tas endast några upp ARCHAEBAKTERIER • två grupper

35. Bakterier: klassificering (1) • ett dussintal monofyletiska grupper, här tas upp några • termofiler (samlingsnamn för tre grupper) • proteobakterier • cyanobakterier = blågröna alger • spirocheter • klamydia • firmicutes

36. Termofiler • samlingsnamn för tre monofyletiska bakteriegrupper • lever i heta omgivningar • teori: de första organismerna på jorden var termofiler Proteobakterier = purpurbakterier • den största gruppen • stor diversitet inom gruppen • t.ex. Salmonella, Yersinia, Vibrio, E. coli, Rhizobium

37. Cyanobakterier =“blågröna alger” • fotosyntetiserande, producerar syrgas • thylakoidmembran • skapat syrerik atmosfär • kolonier eller enskilda celler • en del arter är kvävefixerare • kan differentiera till tre celltyper: vegetativa celler (fotosyntes), sporer (viloceller), heterocyster (kvävefixering) • en del arter förorsakar ”algblomningar” • kan producera toxiner

38. Nodularia spumigena Aphanizomenon flos-aquae Anabaena sp.

39. Spiroketer • lever i vattenomgivningar eller som parasiter • kan röra sig med axialfilament Klamydia • tillsammans med mycoplasma de minsta bakterierna • parasitiska, lever inne i andra celler • komplex livscykel

40. Firmikuter • kan bilda endosporer som överlever extrema omständigheter i omgivningen (hetta, kyla, torka) • stafylokocker finns på huden • luftvägsinfektioner, sårinfektioner, hudsjukdomar • aktinomyceter bildar filament • Mycobacterium tuberculosis • Streptomyces producerar antibiotika • Mycoplasma har ingen cellvägg

41. Archaebakterier: Klassificering • Två riken • Crenarchaeota • trivs i varma och/eller sura klimat (termofiler, acidofiler) • Euryarchaeota • metanogener producerar metan • i heta källor på havsbottnen • i tarmkanalen hos växtätare • extrema halofiler trivs i salt/basisk omgivning • extrema termofiler