2015. október 17., szombat

Az élővilág rendszere - Baktériumok és Archaeák


Baktériumok (Bacteria)

A baktériumokat régen egy bizonyos festékkel való elszíneződésük alapján Gram-pozitív és Gram-negatív csoportokba sorolták. A Gram-pozitív baktériumok legismertebb képviselői a Firmicutes és Actinobacteria csoportokba (a rendszertani csoportra a klád és a taxon kifejezést is lehetne használni, most a nyelvezet egyszerűsítése végett engedjék meg nekem a csoport kifejezés használatát) tartoznak és egyetlen membránjukon kívül vastag sejtfal veszi őket körül. A Gram-negatív baktériumok legismertebb csoportja a proteobaktréiumok, amelyek két membránnal rendelkeznek, amely között egy vékonyabb sejtfal található.
Gram-negatív és Gram-pozitív bakteriális sejt vázlatos rajza
A baktériumok rendszertana a genetikai hasonlóságon alapul, amit egyelőre igen kevés morfológiai (alaktani) és fiziológiai (élettani) hasonlóság támaszt alá. Éppen ezért igen kevés közös jellemzőről írhatunk, bár mára elindult egy folyamat, amelyben például a genomszerveződésben találnak hasonlóságokat, s ezek beépülnek a csoportok jellemzésébe.
Alapvetően két nagy csoportra oszthatóak a baktériumok. Az egyik a Gracilicutes csoport, ami a proteobaktériumokat is tartalmazza. A másik csoportnak nincs külön neve és nem teljesen biztos, hogy monofiletikusak (azaz, hogy tényleg egy leszármazási vonalhoz tartoznak). Ezen második csoporthoz tartoznak a Gram-pozitív baktériumok.
Bár a következőkben főleg a betegségeket okozó baktériumokat emelem ki, fontos tudni, hogy a baktériumok zöme nem támadja az embert, sőt igen sok hozzá tartozik az egészséges bőrhöz, bélflórához. Bennünk és rajtunk is milliószám élnek baktériumok, sőt több bakteriális sejt van bennünk, mint emberi.
A baktériumok rendszertana. Bevallottan sok kérdés van még a bakteriális rendszertanban, ez egy interpretációja az ismert adatoknak.

Terrabacteria szupertörzs

Az ismert Gram-pozitív baktériumokat is tartalmazó szupertörzs, ami nevét onnan kapta, hogy a tagjai zömében szárazföldiek. A három legismertebb csoportról írok itt csak.

Firmicutes

A Firmicutes törzs a vastag, merev sejtfaláról kapta nevét. Ide tartoznak olyan kórokozók, mint a gennykeltő Staphylococcus aureus, a tetanuszt okozó Clostridium tetani (gyorsan jegyezzük meg, hogy a tetanusz véletlen fertőzés eredménye, a baktérium magában nem akar emberben szaporodni) vagy a lépfenét okozó Bacillus anthracis. Természetesen nem csak kórokozók tartoznak ide, a bélflóránkban is igen sok baktérium található ebből a baktériumcsoportból. Említsük meg itt a reklámok által is ismertté tett Lactobacillus casei-t.

Actinobacteria

A csoport valaha a sugárgombák nevet viselte, a gombákhoz természetesen nincs közük. Legismertebb tagjai a Streptomyces nemzettségbe tartoznak, amelyek a sztreptomicin nevű antibiotikumot termelik. Az Actinomyces nemzetség tagjai főleg talajlakó, lebontó elágazó fonalakat képző baktériumok, de egyes tagjai az egészséges hüvelyflórának is a részei. A Bifidobacterium nemzetség tagjai közül sok része az egészséges bélflórának, s pozitív hatásai miatt ételekkel is magunkhoz vesszük (Bifidus essensisről hallottatok ugye? olyan baktérium természetesen (?) nincs). Ebbe a csoportba tartozik a torokgyíkot (diftériát) okozó Corynebacterium diphtheriae, a leprát okozó Mycobacterium leprae és a tuberkolózist okozó Mycobacterium tuberculosis.

Cianobaktériumok (Cianobacteria)

A cianobaktériumok nevüket kékes színükről kapták, amelyet a fotoszintetikus pigmentjeik adnak nekik. Ez a baktériumcsoport tartalmazza a legismertebb oxigént termelő fotoszintézisre képes baktériumokat. Az őseik felelősök az oxigéndús légkörünkért, ami az élet keletkezésekor még oxigént csak nyomokban tartalmazott. Egyik ősüket kebelezték be az elsődleges plasztisszal rendelkező élőlények (Archaeplastida) ősei s váltak így a plasztisszá.

Gracilicutes

Proteobacteria

Nevük Próteusz görög isten nevéből ered, aki nagyon sok alakot képes felvenni. A csoport tagjai alaktanilag igen sokfélék. A legismertebb Gram-negatív baktériumok ide tartoznak. Ide tartozik A BAKTÉRIUM az Escherichia coli (E. coli). A legelterjedtebben használt bakteriális modell szervezet, s így a legtöbbet erről a baktériumról tudunk. legtöbb leszármazási vonaluk a bélflóra részei, némelyek ételmérgezést okoznak. Olyan kellemetlen tagjai vannak a csoportnak, mint a Salmonella, Vibrio cholerae (kolera okozója), Yersinia pestis (pestis okozója) vagy a gyomorfekélyben részt vevő Helicobacter pylori.

PVC szupertörzs

Nevüket nem a poli-vinil-kloridról kapták, hanem három fő csoportjukról a Planctomycetes, Verrucomicrobia és Chlamydiae csoportokról. A legelőször leírt szupertörzs az övéké, azaz elsőként sikerült rokonság alapján bakteriális törzseket egybe vonni. Mára, mint látjuk több ilyen szupertörzset is leírtak. Egyedül a Chlamydiae csoportban találunk patogéneket, ott mindegyikük sejtekben élősködő parazita. A Chlamydia trachomatis szexuálisan terjedő betegséget okoz. A Planctomycetes csoport egyes tagjai úgy tűnik rendelkeznek belső membránrendszerrel és egy membrán veszi körbe a genetikai állományukat (a baktériumok zömétől ellentétben, ahol belső membránrendszer nem igazán van).

FCB szupertörzs

Nevüket a Fibrobacteres-Chlorobi-Bacteroidetes csoportokról kapták. A Bacteroidetes csoport tagjai megtalálhatók a szájunkban és a vastagbélben, ritkán válnak kórokozóvá. A Fibrobacteres csoport tagjai segítik a kérődzőket a cellulóz lebontásában (az állatok a növényi sejtfalat alkotó cellulózt nem képesek bontani, azt a növényevők tápcsatornájában élő baktériumok bontják) A Chlorobi csoportot magyarul zöld kénbaktériumoknak nevezzük, fotoszintézisre képesek, de oxigént nem termelnek.

Archaeák

Az Archaeák törzsfája.

Az Archaeákat kinézetre sokáig baktériumnak tekintették, bár membránjuk felépítése más. Amikor genetikai állományuk markáns eltérése kiderült, az Archaebaktérium, azaz ősbaktérium nevet kapták. Ma a kutatók többsége szerint azonban inkább fiatalabbak a baktériumoknál, mintsem ősibbek (a biológiában persze semmi nem ilyen egyszerű, s van, aki az ősiségük mellett teszi le a voksot). Hogy a baktériumokkal ne keverjük őket, a nevükből is kikerült a "-bacteria" utótag.


Általánosságban elmondhatjuk, hogy nagyon keveset tudunk az archaeákról. Nagyon nehezen tenyészthetőek, s így a legtöbb nem megfigyelhető. A DPANN szupertörzs szinte teljes egészében olyan fajokból áll, amelyeket soha senki nem látott, csak a DNS-üket sikerült kihalászni a tengerből. Ezt hívják metagenom elemzésnek. Kiszednek valahonnan vizet, talajmintát, vagy valamit amit éppen vizsgálni akarnak, s kinyerik belőle a DNS-t. Ezt felszaporítják és a nukleotid sorrendet meghatározzák (megszekvenálják). A DNS alapján akár azt is meg lehet mondani, hogy feltehetőleg milyen enzimei vannak az adott élőlénynek, s, hogy mely más élőlényekhez hasonló. Az új törzsek leírása arra enged következtetni, hogy az archaeák jelentős részét még nem ismerjük, nem is fedeztük fel.


Talán ismereteink hiánya az oka, hogy patogén Archaeát nem ismerünk, s ismerve a tudomány működését, ez egyben konzerválja tudásunk csekély voltát. Ami embert nem bánt, azt kevéssé kutatják. A betegítés hiánya azért is érdekes, mert a bélflóránkban találhatóak Archaeák, tehát élnek emberrel és állatokkal együtt ilyen élőlények.

Euryarcheota

Ide tartoznak a bélflóra metánt termelő tagjai (metanogének), egyes extrém sós környezetben élő archaeák és néhány magas hőmérsékleten élő egysejtű. Az eredetileg leírt két archaea csoport egyike.

TACK szupertörzs

Legelőször a Crenarchaeota és az Euryarchaeota törzsbe soroltak minden ismert Archaeát. Az előbbi csoportot később tovább osztották, illetve hozzá közel álló újonnan megismert csoportokból alakult a TACK szupertörzs.


Crenarchaeoták az extrém meleg vizes élőhelyeken fordulnak elő. Ez 70-113 °C-ot jelent! A savas környezetet kedvelik, s zömük képes a kén oxidációjával energiát szerezni.


A Thaumarchaeoták talaj-, hőforrás és tengerlakó, ammóniát oxidáló, autotróf élőlények. Mindegyikük képes az ammóniát nitritté oxidálni aerob (oxigénes) körülmények között. A jellemzően nagyon meleg környezetben élő Crenarchaeotákhoz képes közepesen meleg (nekünk a termálvíz vagy forró fürdőnek megfelelő hőmérsékleten) élőhelyeket kedvelik.


Az Aigarchaeota és Korarchaeota csoportok jellemzően csak metagenom alanízisból ismertek, s így szinte semmi közös jellemzőt nem mondhatunk el róluk. 

DPANN szupertörzs

Ez a szupertörzs csak metagenom elemzésekből "ismert" szervezetek alapján lett javasolva. Egyetlen tényleg ismert tagja a Nanoarchaeota törzsbe sorolt Nanoarchaeum equitans. Ez az apró sejt az Ignicoccus hospitalis nevű archaea külsejéhez tapadva tölti létét.

Az élővilág rendszere - Áttekintés
Eukarióták - Excavata és Podiates
Eukarióták - Corticates

2015. október 14., szerda

A nyelvek rendszertana

Megszakítom rendszertani sorozatomat, mert ma megjelent egy cikk, ami egyrészt érdekes (mi másért kerülne ide), másrészt köze van a rendszertanhoz, harmadrészt köze van a biológiához is. Szeretem azokat a témákat, amelyek megmutatják, hogy egyes tudományterületek egymásnak is segíthetnek, s a tudományterületeknek nem szabad a saját külön kis erődjeikbe elbújniuk. Ezekkel az átfedésekkel, egymásra gyakorolt jótékony hatással foglalkozom az integratív biológia kurzusomban is.

Szóval nyelvészkedés. Ahhoz úgyis mindenki ért, legalábbis igen gyakran szeretnek emberek rokonítani nyelveket a szavak alapján. Amúgy ezt a törekvést teljességgel megértem. Aki egy kicsit is tud valamilyen Indo-Európai nyelven, lehetőleg vagy a latin vagy a germán nyelvcsaládban, az nagyon gyorsan megtalálhatja a hasonlóságokat ezen nyelvek között egyszerűen a szavakra nézve. Persze ezek a nyelvek nem váltak régen el egymástól, s így kevés szükség van bevetni a nyelvészet minden eszközét, hogy hasonlóságaikat meglássuk. Saját nyelvünk a legközelebbi ma is létező rokonaitól (s most fogadjuk el a finn-ugor nyelvi rokonságok) is több ezer éve elvált. Nem csoda, hogy a hasonlóság észrevehetetlen (bár messziről a finn hangzása abban nagyon hasonló a magyarhoz, hogy a hangsúly mindig az első szótagon van. Találkoztam már olyan amerikaival, aki ezért finnek nézett, mondván, hogy a családommal beszélt nyelv nagyon hasonlít egy finn ismerősük által beszéltre.).

Szóval a nyelvészek azért annyira nincsenek odáig a szavak hasonlítgatásáért. Mégis a most ismertetendő cikkben pontosan ez történik. A nyelvész szerző fogott egy adatbázist, amiben igen sok nyelv (4400 nyelv van benne a ma létező körülbelül 6000-ből) 40 szava szerepel pontos fonetikus lejegyzéssel. Na ehhez viszont kellenek a nyelvészek, mert aki angolul vagy franciául tanult az tudja, hogy az írásnak és a kiejtett szavaknak nem nagyon vagy egymáshoz közük. Ebben az adatbázisban tehát az van ahogy a szavakat kiejtik.

S itt jön be a rendszertan eszköztára. Vannak karakterláncaink (szavak), amelyek között hasonlóságot kell megállapítani, majd ebből egy "törzsfát" készíteni. Erre a biológiában bevett bioinformatikai eszközök állnak rendelkezésre. Természetesen azokat a GCTU betűkből álló hosszú "szavak" hasonlóságának elemzésére fejlesztették ki, de most alkalmazzuk őket az emberi nyelv szavaira.
A csodálatos ebben az, hogy lényegében visszakapták azokat a nyelvcsaládokat, sőt nagyobb nyelv szupercsaládokat, amelyeket a nyelvészek hosszas elemzéssel megállapítottak a nyelvtan és a hangváltozások szabályai alapján. Az ilyen nyelvészeti vizsgálódás azonban csak körülbelül 10.000 évre visszamenőleg tud leszármazási vonalakat megállapítani. Az emberi nyelvek ennél régebbi elválásokkal is rendelkeznek. A mostani elemzés ebben segíthet.
Nyelvcsaládok rendszere. Csak Európában és Ázsiában beszélt nyelvekre korlátozták az elemzést, az Afrikai, Afrikai-Ázsiai és az amerikai nyelveket (pl. eszkimó) kihagyták. Mi az uráli nyelvek közé tartozunk.
Az ismert nagy nyelvcsaládokat teljesen visszaadja ez a fa (ezeket a belső elágazásokat nem mutatja az ábra). Érdekes ugye a nyelvcsaládok egymáshoz való viszonya. Vegyük a saját uráli nyelvcsaládunkat (ennek egy alhalmaza a finn-ugor nyelvcsalád)! Legközelebbi rokonunk a nivkh nyelv (nyelvcsalád). Ezt a nyelvet külső mandzsúriában Oroszország távol-keleti részén beszéli talán 4000 ember. Hmm. A Yugakhir nyelvet szintén valahol Szibéria keleti részén beszélik, mára alig 600-an. Erről a nyelvről korábban is felvetődött, hogy rokona az urálinak. Az Indo-Európai (ugye ide tartozik lényegében a többi európai nyelv) és a Chukotko-Kamchatkai közel kerültek egymáshoz. Ez utóbbi Szibéria legészak-keletibb csücskében beszélt olyan 2-5 nyelv összefoglaló neve. Összesen 2500 beszélőjük lehet. A nyelvészek az urálit is összeháziasították már a szibériai nyelvekkel. De ezekhez még mindig túl közel áll az Indo-Európai. A felső pirossal jelöl csoport viszont lényegében megegyezik az Eurázsiai nagy nyelvcsaláddal (amibe még az altáji nyelvek tartoznak a török-, mongol- és tunguszi nyelvcsaládokkal), amelynek létezéséről azért van még némi vita. Ez az elemzés némi alátámasztást ad neki.

Az elemzés a szerző által is bevallottan még nyers. A távolságmátrix számolásánál figyelembe vettek bizonyos nyelvészeti ismereteket, de a bioinformatika a változásra nézve is alkalmaz ismereteket a biológiai mutációról alkotott ismereteink alapján. Hasonlóan a hangtani változások szabályai segíthetnek tovább finomítani a módszert. De a módszer még így is meglepően jól egybecsengő eredményt adott a más - nyelvészeti - módszerekkel alkotott fákkal.

Úgy érzem a nyelvészek nekiállhatnak rendszertant/bioinformatikát tanulni. Vagy mi nyelvészetet, hogy segítsük őket.

Hivatkozott irodalom

Jäger, G. 2015. Support for linguistic macrofamilies from weighted sequence alignment. Proceedings of the National Academy of Sciences 112(41): 12752-12757

2015. október 12., hétfő

Az élővilág rendszere - áttekintés


Az állatok és a növények rendszerezésén kívül igen keveset lehet hallani az élővilág többi részének rendszeréről, sőt magáról az élővilág többi részéről. Általában el vannak intézve egy "egysejtűek" címkével és kész. Úgy gondolom mégis illik ismerni legalább nagy vonalakban az élővilág sokszínűségét.


A következőkben makrotaxonómiáról lesz ró, azaz az élővilág nagyobb léptékű rendszeréről. Mitől nagyobb léptékű ez? Az emberek általában a rendszertan azon részével találkoznak, hogy vannak a gerincesek, azon belül az emlősök, azon belül a főemlősök, s azon belül az ember. Vagy, hogy minden bogár rovar, de nem minden rovar bogár (mert a bogarak egy rend a rovarok osztályán belül). Itt viszont minket odáig érdekelnek a csoportok, míg el nem jutunk az állatokig. Ahhoz a csoporthoz, ahova minden ma élő állat tartozik a szivacsoktól, a csalánozókon, puhatestűeken és ízeltlábúakon át a gerincesekig. Úgy is megfogalmazhatom a makrotaxonómiát, hogy az állatok és növények helye az élővilágban.


Az élővilágot korábban állatokra és növényekre osztották. A gombákat helytülő, nem mozgó életformájuk következtében a növények közé sorolták. Az egysejtűek felfedezését követően részükre létrehoztak egy egysejtűek csoportot is. Később a sejtmag nélküliek a prokarióta / Monera csoportba kerültek, míg a sejtmagvas egysejtűek a protiszta csoportba. Az élőlények örökítő anyagának (genomjának) egyre szélesebb körű megismerése jelentősen felül írta ezt a felosztást. Amikor én tanultam a rendszertant a '90-es évek második felében, akkor már egyes változások sejthetőek voltak, de megleptek az új csoportok, amelyekről aztán később olvastam. Így aztán úgy döntöttem, hogy újra kell tanulnom a rendszertannak ezt a részét. Három hét intenzív olvasást követően vettem magamnak a bátorságot, hogy egy törzsfát szerkesszek. Teljes képernyőn nézve biztos, hogy olvasható is. A rengeteg latin név ne rettentsen vissza senkit, a tudományos teljesség miatt vannak ott, alább - ahol lehet - magyar nevekkel és ismert példaélőlényekkel illusztrálom az egyes csoportokat.
Az élővilág nagy léptékű rendszere ahogy azt 2015-ben látjuk. A nagyobb csoportok nevei a körön belül szerepelnek. A fontosabb "kisebb" csoportok nagyobb betűvel vannak szedve a kör szélén.
Az élőlényeket három nagy csoportba (birodalomba) osztjuk: Baktériumok, Archaeák és Eukarióták. A törzsfa közepére egy üres kört raktam. Ezzel jelzem, hogy nem kívánok kitérni arra, hogy ezen három birodalom egymáshoz hogyan viszonyul. Számunkra most itt csak az a fontos, hogy van ez a három csoport.

A baktériumok és archaeák egyszerűbb szervezetek, nincs belső membránrendszerük, nincs sejtmagjuk és kör alakú DNS-ük van. Az archaeák membránja más felépítésű, mint a baktériumok vagy az eukarióták membránja. A eukariótáknak nevükhöz - valódi sejtmagvasok - hűen van sejtmagjuk, amelyen belül nem körbe záródó ("egyenes") DNS molekulákban (kromoszómák) tárolják genetikai anyagukat. Az eukariótáknak fejlett belső membránrendszere van. Mi eukarióták vagyunk.
Az élővilág rendszere pár példaélőlénnyel. A baktériumokat a Staphylococcus aureus és az Escherichia coli képviseli képpel. A eukariótákon belüli ősi Excavata-nak nevezett csoportot a zöld szemesostoros (Euglena viridis) képvésel illusztrálom. A Corticates csoport tagjainak zömében van valamilyen sejtfala vagy más a sejtjüket burkoló köpeny. A növények (a képen egy tölgyfa látható), a mészmoszatok és a barnamoszatok ide tartoznak. A Podiates csoportba az amőbák és az állatokat és gombákat magába foglaló csoport található.

Az eukariótákat három nagy csoportra osztjuk: az ősi eukariótákra (Eozoa), valamilyen köpennyel rendelkező eukariótákra (Coricates) és az állábat növeszteni képes eukariótákra (Podiates). Az első csoportba tartozó egysejtűek a legelső leágazásai az eukarióta törzsfának. A legszélesebb konszenzus alapján az Excavata nevű csoport tartozik csak ide. A köpenyesek csoportjának őse biztosan rendelkezett valamilyen sejtfallal vagy más a sejtet kívülről burkoló képződménnyel, s mai tagjaik is zömével rendelkeznek ilyennel. A szárazföldi növények, amelyek cellulóz sejtfallal rendelkeznek, ide tartoznak. De a Corticates csoportba tartozik a legtöbb fotoszintézisre képes eukarióta. Az állábasok őse olyasmi lehetett, mint a mai amőbák: alakját képes volt változtatni, s ezzel mozogni vagy bekebelezni áldozatát. Kis fajszámú, alapi csoportján (Sulcozoa) kívül az amőbák és a hátsó ostorosok (Opisthokonta) tartoznak ide. Az igazi meglepetés, hogy ez a csoport magába foglalja az állatokat és a gombákat. Szóval a gombáknak semmi közük a növényekhez (a fotoszintézis hiánya miatt ezt azért régóta tudjuk), ellenben igen közel állnak az állatokhoz.

A következő hónapokban részletesebben bemutatom az itt említett csoportokat. Hogy emészthetőbb legyen három részre osztom a bemutatást.

Baktériumok és Archaeák
Eukarióták - Excavata és Podiates
Eukarióták - Corticates