[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]
[an error occurred while processing this directive]

Sistemātika

Sistemātika ir bioloģijas nozare, kura nodarbojas ar dažādu dzīvo organismu sakārtošanu saistītās un pakārtotās grupās, vadoties pēc to savstarpējās radniecības. Pakārtotās grupas sauc par taksoniem. Šādā sistēmā sīkākais taksons ir suga, bet lielāko sauc par valsti. Virzienā no lielākā taksona uz sīkākajiem, šāda sistēma zarojas līdzīgi kokam.

Līdz mikroorganismu atklāšanai bija viennozīmīgi skaidrs, ka visi dzīvie organismi dalās divās valstīs – augos (nespēj pārvietoties, spēj uzņemt un izmantot saules gaismas enerģiju – veikt fotosintēzi) un dzīvniekos (vairumā gadījumu spēj aktīvi pārvietoties, nespēj uzņemt saules enerģiju un veikt fotosintēzi). Šādu dzīvo organismu iedalījumu plaši sāka lietot kopš 1850 gada.

Mikroskopisko organismu atklāšana šajā sistēmā ieviesa zināmu neizpratni, kas tad kurai valstij pieder, jo vairākiem vienšūņiem atklājās gan augu gan dzīvnieku valstij raksturīgas iezīmes. Vēl jo grūtāk bija saprast, ko darīt ar sēnēm, jo tās var būt gan mikroskopiskas gan sasniegt metru simtos mērāmus apmērus, tādejādi izvirzoties par pasaules lielākajiem dzīvajiem organismiem.

Ilgu laiku par lielāko dzīvo organismu uzskatīja zilo vali, kura garums sasniedz 25 m un kura masa ir aptuveni 100 tonnas. Zilais valis droši saglabā savas līdera pozīcijas starp zīdītājiem un dzīvniekiem kopumā, taču, pētot sēņu pasauli, atklājās, ka atsevišķas sēnes var sasniegt fantastiskus izmērus. Patreiz lielākās atklātās sēnes diametrs (Zilajos kalnos austrumu Oregonā, ASV) ir aptuveni 6,5 kilometri un tās aizņemtajā platībā varētu izbūvēt vairāk kā 1 600 futbola laukumus (880 ha), sēnes masa tiek vērtēta ap 8 000 tonnām. Šīs sēnes zinātniskais nosaukums ir Armillaria ostoyae (1. att.) un tā parazitē uz mūžzaļo koku saknēm. Tiesa gan pati sēne slēpjas zem zemes, un par tās esamību liecina lielā platībā vārguļojoši koki un sēnes augļķermeņi, kuri ik pa laikam parādās virs zemes. Interesanti, ka aizdomas par šīs milzīgās sēnes esamību radās tikai 1998. gadā, kaut gan zinātnieki vērtē, ka tā sākusi augt pirms 2 000 – 2 400 gadiem.

Armillaria ostoyae augļķermeņi.

1. att. Armillaria ostoyae augļķermeņi. www.exn.ca/Stories/2000/08/08/54.asp

Viennozīmīgs nav arī jautājums par baktērijām. Tās gan visas ir mikroskopiskas, taču pēc savas uzbūves, dzīvei nepieciešamajiem apstākļiem, fizioloģijas un dzīves veida ir tik atšķirīgas (dažas baktērijas līdzīgi augiem spēj uzņemt un izmantot saules gaismas enerģiju), ka daži autori baktērijas vēlas iedalīt pat vairākās atsevišķās valstīs.

Nav īsti skaidrs, kur šajā sistēmā vieta būtu vīrusiem un vai vīrusi vispār pieskaitāmi pie dzīvajiem organismiem, jo paši par sevi, bez citu dzīvu šūnu līdzdalības, tie dzīvības procesus realizēt nespēj. Tomēr, no otras puses, tie veidoti no organiskajām vielām, kuras saistītas ar dzīvības procesu norisēm, tiem ir savs raksturīgs un reproducējams ģenētiskais materiāls.

Vēl smagāks jautājums - kur šajā sistēmā novietot prionus (agrāk tika saukti par lēnajiem vīrusiem), kuri pēdējā laikā nonākuši sabiedrības uzmanības centrā saistībā ar liellopu sūkļveida encifalopātijas (trako govju slimības) uzliesmojumiem.

Tāpēc mikroskopisko organismu atklāšana sistemātiķiem izvirzīja jautājumu – cik tad pavisam valstīs dzīvos organismus vajag iedalīt. Lai rastu atbildi uz šo jautājumu šūnu pētījumos tika un tiek izmantoti dažādi līmeņi:

  • Mikroskopiski - šūnas ārējā (morfoloģija) un iekšējā uzbūve (anatomija);
  • Dzīvības procesiem nepieciešamās ķīmiskās reakcijas (bioķīmija);
  • Iedzimtības pazīmes (ģenētika);
  • Makromolekulu uzbūve (molekulārā bioloģija).
Šie pētījumi sniedz atbildi uz jautājumu cik liela līdzība (tātad arī radniecība) ir starp dažādu organismu šūnām un ļauj visas šūnas viennozīmīgi iedalīt divās lielās grupās:

Prokarioti (procaryota- bez kodola; no grieķu vārdiem karyo – kodols un pro - pirms);

Eikarioti (eucaryota- ar kodolu; no grieķu vārdiem karyo – kodols un eu - īsts);

Abu organismu grupu šūnu salīdzinājums parādīts 1. tabulā.

1. tabula. Prokariotiskas un eikariotiskas šūnas salīdzinājums.

Pazīme Prokariotiska šūna Eikariotiska šūna
Ar membrānu norobežotas organellas Nav Ir
Citoplazmatiskā kustība Nav Ir
Šūnapvalks Parasti ir, tā sastāvā ietilpst peptīdglikāni Ja ir, tad bez peptīdglikāniem, parasti celuloze, hitīns (ļoti reti silikons)
Viciņas No vienas vai dažām fibrillām. No 20 fibrillām.
Hromosomālās (genomiskās) DNS novietojums Nukleoīdā vai nukleārajā rajonā, nav norobežots no citoplazmas Atrodas kodolā – organellā, ko apņem divkārša membrāna.
Hromosomu veids Viena cirkulāra, haploidāla hromosoma Vairākas lineāras hromosomas, haploidāls vai diploidāls komplekts
Hromosomu organizācija Histonu nav DNS saistīta ar histoniem
Citoplazmatiskā DNS Plazmīdas un episomas, atrodas tieši citoplazmā Mitohondriju un hloroplastu DNS, ar divkāršu membrānu norobežotās organellās
Gēni Nepārtraukti Veidoti no eksoniem un introniem
Membrānās steroli (pem., holesterīns) Nav Ir
Elpošanas sistēma Citoplazmatiskā membrāna vai mezosomas Mitohondriji
Elpošanas tips Dažādi Aerobs (piesaistot O2)
Ribosomas 70-S* (50S + 30S) 80-S (60S + 40S)
rRNS 16S 18S
* S – Svedberga vienības, mērvienība, ar kuru raksturo makromolekulu lielumu, nosaka ar ultracentrifugācijas palīdzību.

Pamatojoties uz šīm atšķirībām tika izteikti piedāvājumi izdalīt divas dzīvo organismu valstis prokariotus un eikariotus (Chatton, 1937), taču vairums zinātnieku uzskatīja, ka abu grupu ietvaros atšķirības starp pārstāvjiem ir tik lielas, ka nepieciešams izdalīt vairāk nekā divas valstis.

Starp zinātnieku grupām viedokļi atšķīrās un tika piedāvātas sistēmas, kurās dzīvo organismu valstu skaits svārstās no 3 līdz 8. Vislielāko popularitāti guvušo sistēmu 1969. gadā izstrādājis R. Witekers (2. att). Šajā sistēmā visi dzīvie organismi tiek iedalīti piecās valstīs:

Monera apvieno visus prokariotus, bet eikariotiskie organismi iedalīti četrās valstīs;

Protistu valstī apvienoti visi eikariotiskie vienšūņi, kuri var būt sastopami arī kolonijās;

Sēnes (rauga sēnītes, pelējuma sēnītes, makroskopiskās sēnes) - eikariotiski organismi, kuri barības vielas uzsūc no apkārtējās vides, bieži apkārtējā vidē izdala īpašus lītiskus gremošanas enzīmus (fermentus) ar kuru palīdzību tiek noārdītas apkārt esošas enerģētiski bagātas bet nešķīstošas vielas. Izdalītie nzīmi šādas vielas padara šķīstošas, un līdz ar to sēnes tās var uzsūkt. Kā piemēru var minēt koksni graujošās sēnes, kuras izdala celulāzi – enzīmu, kurš noārda celulozi. Šādas sēnes rada koksnes pūšanu. Līdzīgi augiem, sēņu šūnām ir šūnapvalki, bet to sastāvā parasti nav celulozes, bet gan glukāni, mannāni un hitīns. Sēnes veido sporas, un tām nav kustību organoīdu (flagellu). Vienšūnu sēnes sauc par rauga sēnītēm.

Augi – daudzšūnu eikariotiski organismi, to raksturīgākā pazīme – spēj izmantot gaismas enerģiju un pārvērst to ķīmiskajā enerģijā, tie attīstās no dīgļa.

Dzīvnieki – daudzšūnu eikariotiski organismi, kuri nespēj veikt fotosintēzi un enerģiju tie uzņem ar barību, kuras pārstrādei tiem attīstīti gremošanas orgāni (atšķirībā no sēnēm, dzīvniekiem barības sasmalcināšana, un ķīmiska šķelšana ar lītiskajiem enzīmiem notiek organisma iekšpusē). Vairumā gadījumu dzīvnieki spēj aktīvi pērvietoties, to šūnām nav šūnapvalku. Šij valstij aprakstīts visvairāk sugu, lielais vairums no tām ir kukaiņi.

Valstu pārstāvju salīdzinājums dots 2. tabulā. Šai sistēmai ir arī nepilnības. Viena no tām – aļģes, kuras var būt gan vienšūnu, gan daudzšūnu, iznāk sadalītas starp protistiem un augiem. Tāpēc vēlāk tika ierosināts papildus izdalīt aļģu valsti. Sistēmas papildinātajā variantā aļģes raksturo kā organismus, kuri dzīvo ūdens vidē vai stipri mitrās vietās, tiem ir hloroplasti un iespējama fotosintēze, var būt daudzšūnu vai vienšūnu. Aļģu tālākā iedalījumā liela nozīme hlorofila tipam un fotosintēzes veidam, kas bieži vien ir atšķirīgs no tipiskās augu valsts pārstāvjiem.

Dzīvo organismu iedalījums

2. att. Dzīvo organismu iedalījums 5 valstīs. Pēc Whittaker, R.H. 1969.
New concepts of kingdoms of organisms. Science 163: 150-161 materiāliem.

2. tabula. Piecu dzīvo organismu valstu salīdzinājums.

Valsts Šūnu tips Šūnu organizācija Barošanās Organismi Aptuvens sugu skaits
Prokarioti

(Monera)

Prokariotu Mazi vienšūņi Vielu absorbcija, fotosintēze,
hemosintēze
Baktērijas,
zilaļģes
15 000
Protisti (vienšūņi)

(Protista)

Eikariotu Vienšūņi, var veidot kolonijas Gremošana, fotosintēze Protozoji, 
aļģes
60 000
Sēnes

(Fungi)

Eikariotu Daudzšūnu organismi Vielu absorbcija Raugi, pelējums, makroskopiskās sēnes 100 000
Augi

(Plantae)

Eikariotu Daudzšūnu organismi Fotosintēze Augi 275 000
Dzīvnieki

(Animalia)

Eikariotu Daudzšūnu organismi Gremošana Dzīvnieki 1 500 000
Zinātnes un tehnikas attīstība 20. gs. beigās ļāva zinātniekiem noteikt un salīdzināt dažādu molekulu uzbāvi. Šiadi dati ļauj matemātiski aprēķināt evolucionāro laika distanci kāda šķir pētītos organismus. Tā 1994. gadā tika publicēts pētījums, kurā bija salīdzinātas dažādu organismu 16 S ribosomālās RNS (rRNS) nukleotīdu secības (3. att). Tika iegūts dzīvo organismu evolūcijas koks, kurš parāda, ka starp prokariotiem ir divas grupas (Eubacteria un Archaeobacteria), kuras molekulu līmenī savā starpā atšķiras daudz vairāk, nekā augi no sēnēm un dzīvniekiem (zaru garumi ir proporcionāli atšķirību lielumam). Šis atklājums liek domāt, ka nākotnē arī starp prokariotiem nāksies izdalīt vismaz divas dzīvo organismu valstis.

Dzīvo organismu radniecības koks

3. att. Dzīvo organismu radniecības koks, kurš veidots salīdzinot dažādu organismu 16 S ribosomālās RNS (rRNS) nukleotīdu secības. Zaru garums proporcionāls atšķirību lielumam. Pēc Carl R. Woese 1994. g. materiāliem Microbiological Rewievs 58. sēj. lpp. 1-9.

Eubacteria [bacteria] – vairums bieži sastopamo prokariotu, kuri nemīt ekstrēmos apstākļos , tai skaitā arī zilaļģes. Šij grupai pieder arī visas cilvēkam patogēnās baktērijas. Zilalģes ir seni organismi, kuriem bijusi liela nozīme skābekļa atmosfēras radīšanā uz Zemes. Eubaktērijas pēc to radniecības iedala 12 grupās. Eibaktēriju dzīvei optimālā temperatūra ir 28 – 37oC, taču grupā var sameklēt arī pārstāvjus, kuri dzīvo ūdens vārīšanās temperatūrai tuvos apstākļos vai pārstāvjus, kuri dzīvo par ūdens sasalšanas punktu zemākās temperatūrās.

Archaeobacteria [archaea]. ir bioķīmiski un ģenētiski nošķirtas un šī distance no eikariotiem un eibaktērijām ir līdzvērtīga un vienāda ar atšķirību apjomu starp eibaktērijām un eikariotiem, tādejādi šo baktēriju grupu novietojot tuvāk eikariotiem un kopējam mūsdienu augstāk attīstīto organismu sencim. Ar arhebaktērijām iznāk saskarties reti, jo šīm baktērijām ir tendence dzīvot ekstrēmos vides apstākļos ar lielu sāļu koncentrāciju, augstu temperatūru vai ļoti skābu vidi, dziļi okeānā vai vulkāniskajos ezeros un avotos. Arī šis fakts norāda uz to, ka arhebaktērijas palikušas vairāk uzticīgas tiem apstākļiem, kādi iespējams uz Zemes dominēja pirms vairākiem biljoniem gadu.

Daudzas no arhebaktērijām ir anairobi organismi - skābeklis tām ir indīgs un vidē ar mums pierastu skābekļa koncentrāciju tās iet bojā. Tāpat karstajos avotos mītošās arhebaktērijas „nosalst“ temperatūrā kura zemāka par 50oC. Tās var metabolizēt sērūdeņradi vai veidot metānu. Arheobaktērijas stipri atšķiras arī savā starpā, un varbūt tās nākotnē tiks sadalītas pat vairākās valstīs.

Strap arhebaktērijām var izdalīt trīs galvenās grupas:

Metānu radošās baktērijas: anairobi, enerģiju iegūst no H2 un CO2 kā rezultātā veidojas metāns (CH4) un ūdens. Zināmas 10, ģenētiski radnieciskas sugas, kaut gan dzīvo stipri atšķirīgās vidēs sākot no vulkāniskiem ezeriem un beidzot ar zīdītāju zarnu traktu.

Halofili: "sāli mīlošās" baktērijas, dzīvo vidē ar tik lielu sāļu koncentrāciju, kāda spētu nonāvēt vairumu no pārējām baktērijām. Baktērijas enerģiju iegūst no sāļiem. Kā halofīlo baktēriju dzīves vietas piemērus varētu minēt Sarkano (Nāves) jūru vai sālsezerus. Šīm arhebaktērijām šūnās atrodas rozā karotinoīdi. Ja baktēriju ir daudz, šie pigmenti ūdenim vai nosēdumiem piešķir rozīgu nokrāsu.

Termoacidofili: "karstumu un skābu vidi mīlošās" baktērijas dzīvo ļoti skābā vidē (pH mazāks par 2) ar ļoti augstu temperatūru (virs 110oC). Šīs baktērijas ir tik ļoti pielāgojušās karstumam, ka iet bojā no aukstuma, ja temperatūra pazeminās zem 50oC.

Ja atskatās dzīvības pastāvēšans pirmsākumu laikos, tad prokarioti bija pirmie Zemes apdzīvotāji. Visticamāk paši pirmie prokarioti bija līdzīgi mūsdienu arhebaktērijām. Uzskata, ka pirmie prokarioti radušies pirms 3 vai 4 biljoniem gadu. Šādu vecumu zinātnieki noteikuši senākajām fosīlajām atliekām, kuras liecina par baktēriju darbību. Zinātnieki domā, ka sēnes radušās aptuveni pirms 1 biljona gadiem.

Prokarioti ir rekordisti nelabvēlīgu vides apstākļu pārciešanā. Zinātniekiem izdevies atdzīvināt sporas no baktērijām (Bacillus permians), kuras dzīvojušas pirms 250 miljoniem gadu. Šīs baktēriju sporas tika atrastas sāls kristālu ieslēgumos. Kristāli tika izcelti no zemes dzīlēm, aptuveni 500 m dziļuma. Ģeologiem zināms, ka šīs kristālu iegulas veidojušās ezerā, kurš pastāvējis aptuveni pirms 250 miljoniem gadu. Šis atklājums zinātniekiem devis papildus stimulu cerībām atrast dzīvas būtnes uz citām Saules sistēmas planētām un norādes īpašu uzmanību pievērst pazemes sāļu iegulām. (Papildinformācijai R.H. Vreeland, W.D. Rosenzweig and D.W. Powers (2000), "Isolation Of A 250 Milion-Year-Old Bacterium From A Primary Salt Crystal," Nature 407: 897-900.)

Apskatītajās dzīvās dabas sistēmās neparādījās vīrusi. Tas ir likumsakarīgi, jo minētās sistēmas izveidotas balstoties uz šūnas pētījumiem, taču vīrusi uzskatāmi par dzīvības bezšūnu formu, kuri sevi realizē parazitējot un izmantojot citu organismu šūnas. Tāpēc vīrusus izdala atsevišķā grupā.

Kad esam iepazinuši dzīvo organismu sistēmu, varam arī labāk izprast un nodefinēt mikrobioloģijas interešu objektus – tie ir mikroorganismi, kuri nepieder augiem, dzīvniekiem un protistiem: mikroskopiskās sēnes, baktērijas un arī vīrusi. Šos organismus attiecīgi pēta mikrobioloģijas virzieni: mikoloģija (sēnes), bakteroloģija (baktērijas) un virusoloģija (vīrusi).

Mikrobioloģijā pētāmie organismi ir tik sīki, ka to novērošana nav iedomājama bez mikroskopa palīdzības.

Lapu atjaunoja Mārtiņš Pētersons
EU ESF LU LU BF Latvijas Daba 28.02.2008