SCBI 117
For pre-NR/SS students Salaya campus
หัวข้ อ Diversity of Life
8 มิ.ย. 15 มิ.ย. 2554 และ 13 ก.ค. 2554 (รวม 9 ช.ม.)
บรรยายโดย ผ.ศ.ดร. อมรา นาคสถิตย์
ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
Phone no# 02-201-5277, [email protected]
Outline SCBI 117
•โครงสร้ างและหน้ าที,
– อาณาจักรโปรติสตาและอาณาจักรเห็ดรา
– อาณาจักรพืช
– ความหลากหลายของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง
– ความหลากหลายของสัตว์มีกระดูกสันหลัง
วัตถุประสงค์ รายวิชา
• อธิบายจําแนกสิงมีชีวต
ิ ได้ อย่ างเป็ นระบบ
• อธิบายการสืบพันธุ์และการปฏิสนธิในคนและสัตว์
• อธิบายการเจริญในคนและสัตว์
• อธิบายความผิดปกติบางประการของการเจริญในคน
• อธิบายการทํางานของระบบอวัยวะต่ างๆในคนและสัตว์
• อธิบายโรคและความผิดปกติท สี าํ คัญของระบบต่ างๆ ใน
คน
• อธิบายการทดลองปฏิบัตกิ ารชีววิทยาพืน- ฐานได้
Outline SCBI 117 (ต่ อ)
•ระบบสืบพันธุ์และการปฏิสนธิ
• การเจริ ญระยะต้ นของเอ็มบริ โอ และความผิดปกติ
• การเจริ ญระยะปลายของเอ็มบริ โอและความผิดปกติ
• สอบกลางภาค
Outline SCBI 117 (ต่ อ)
• โรค และความ
ผิดปกติ:
– ระบบประสาท
– ระบบอวัยวะรับความรู้สกึ และตอบสนอง
– ระบบย่อยอาหาร
– ระบบต่อมไร้ ทอ่
– ระบบแลกเปลี,ยนแก๊ ซและของเสีย
– ระบบหมุนเวียนโลหิต
– ระบบภูมิค้ มุ กัน
เกณฑ์และเงือนไขการวัดผลและการประเมินผล
มีสดั ส่วนคะแนน ดังนี =
ภาคบรรยาย สอบกลางภาค
๔๐%
สอบปลายภาค
๔๐%
ภาคปฏิบตั กิ าร รายงานการทดลอง ๕%
การสอบปฏิบตั ิการ
๑๕%
รวม
๑๐๐%
• สอบปลายภาค
• Vira, Protista & Fungi: structure & function (3 h)
• Plant Diversity : structure and function (3 h)
• Invertebrate : structure and function (1.5h)
• Vertebrate : structure and function (1.5 h)
• Reproduction and Fertilization
• Early embryonic Development and Abnormalities
•Late embryonic Development and Abnormalities
•Mid-term Examination(2 h)
เอกสารอ้ างอิง
1. Campbell, N. A. and J. B. Reece (2005). Biology. San
Francisco, Calif. ; London, Pearson Benjamin
Cummings.
2. Campbell NA, Reece JB, Taylor MR, Simon EJ. (2006).
Biology concepts & connections. 5th ed. San Francisco
(CA) : Benjamin Cumming.
3. Mader S. S. (2006) Inquiry into life. 11th ed. Boston
(MA) : McGraw-Hill.
4. Solomon E. P., Berg L. R., Martin D.W. (2005). Biology. 7
th ed. Pacific Grove (CA) : Thompson Brooks/Cole.
5. ภาคชีววิทยา (2549), ชีววิทยา 2, เพชรรุ่งการพิมพ์, กรุงเทพมหานคร
Foundation of Life (SCBI 117) outline
–Lectures
•Diversity of Life
•Reproduction, Development,
Physiology
–Laboratories
•The Use of Microscopes
•Cell structures, Animal tissues, Cell
Division
•Behaviour
Domain Eukarya
•Protists
•Plants
Plants
•Fungi
•Animals
Diversity 1
– Introduction to Biodiversity
– Taxonomy, Systematics
– Diversity of life
•3 Domains of life (+Acytota; virus, viroid,
prion)
–Domain Eubacteria (prokaryotes)
–Domain Archaea (prokaryotes)
–Domain Eukarya (eukaryotes)
Diversity
–Biological diversity
–Biodiversity
•species diversity*
•genetic diversity
•ecological diversity
Introduction
• The origin of species
–mystery of mysteries
• Patterns of evolutionary change
–Anagenesis
–Cladogenesis
Greek, ana = new; genos = race
Greek, klados = branch
• Speciation
–origin of new species in evolution
• Modes of speciation
–Allopatric speciation
–Sympatric speciation
Greek, allos = other
syn = together
patra = homeland
Allopatric speciation Sympatric speciation
Introduction
Prezygotic Barriers
• reproductive isolation
– reduction of gene flow
• mechanisms of reproductive isolation
– prezygotic isolation
– postzygotic isolation
Temporal isolation
Behavioural isolation
Habitat isolation
pre = before
post = after
Mechanical isolation
Postzygotic Barriers
Evolution and Diversity
Reduced hybrid fertility
Hybrid breakdown
Biological Diversity
Genetic diversity
Reduced hybrid viability
Gametic isolation
Genetic variation
Mutation
Recombination
Phenotypic variation
Ecological diversity
Differential fitness
Reproductive
Isolation
Species diversity
Speciation
The Organism as a Unit of Life
The Organism as a Unit of Life
Cellular Structure (cell = unit of life)…one or many!
Cellular Structure (cell = unit of life)…one or many!
Metabolism = Homeostasis (resp, N2fix, ferment, etc.)
Metabolism = Homeostasis (resp, N2fix, ferment, etc.)
Growth = irreversible change in size
Growth = irreversible change in size
Reproduction…failure = extinction
Reproduction…failure = extinction
Acclimatization-short term responses = behavior
Acclimatization-short term responses = behavior
Adaptation-long term responses = evolution
Adaptation-long term responses = evolution
The Organisms are Diverse: Taxonomy
Domain
Homo sapiens
Bacteria
Archaea
Eukarya
Eukarya
Eukarya
Eukarya
Eubacteria
Gram +
Archaebacteria
Protista
Heterokonta
Stramenopila
Plantae
Fungi
Animalia
Phylum
Proteobacteria
Eury-archaeota
Phaeophyta
Anthophyta
Magnoliophyta
Basidiomycota
Chordata
Class
Gammaproteobacteria
--
Phaeophyceae
Dicotyledonae
Hymenomycetes
Mammalia
Order
Enterobacteriales
Halobacteriales
Fucales
Rosales
Agaricales
Primates
Family
Enterobacteriaceae
Halobacteriaceae
Fucaceae
Rosaceae
Agaricaceae
Hominidae
Genus
Escherichia
Halobacterium
Fucus
Rosa
Agaricus
Homo
Species
E. coli
H. salinarum
F. distichus
R. multiflora
A. bisporus
H. sapiens
Common
DH5α
Halophytic
archaean
Rockweed
Wild Rose
Mushroom
Human
Kingdom
Learn your own Latin binomial.
Our genus means “self” not gender preference
Our epithet: we think that we think!
Our epithet always ends in ‘s’:
One Homo sapiens is the instructor.
There are many Homo sapiens in class.
Print in italics, underscore in manuscript.
I am a Homo sapiens.
√
How many organisms are there?
How many organisms are there?
Good Question!
Many are unknown so we estimate!
Bacteria: 10,000
Archaebacteria: 1,000
Protista: 15,000
Plantae: 270,000 (mostly flowering)
Fungi: 100,000
Animalia: 1,200,000 (mostly arthropods)
What is a species?
Animal species concept…
if offspring are fertile then same species…
does not apply among species of other
kingdoms
Prokaryotes (no sex), Allopolyploidy in plants
How many kingdoms are there?
Good Question!
The relationships among known organisms are
not completely understood.
Are you a lumper or a splitter?
Newer information appears to back up the
taxonomic decisions of splitters!
Historical shifts from 2, to 3, to 4, to 5, to 6 and
now to many more in just the last 40 years!
Lumpers
Shifting Kingdoms
Splitters
2
3
5
6
8
Bacteria
Bacteria
Bacteria
Bacteria
Bacteria
Archaebacteria
Archaebacteria
Archaebacteria
Archaebacteria
Archaebacteria
Archezoans
Archezoans
Archezoans
Archezoans
Archezoans
Euglenoids
Euglenoids
Euglenoids
Euglenoids
Euglenoids
Chrysophytes
Chrysophytes
Chrysophytes
Chrysophytes
Chrysophytes
Green Algae
Green Algae
Green Algae
Green Algae
Green Algae
Brown Algae
Brown Algae
Brown Algae
Brown Algae
Brown Algae
Red algae
Red algae
Red algae
Red algae
Red algae
Slime Molds
Slime Molds
Slime Molds
Slime Molds
Slime Molds
True Fungi
True Fungi
True Fungi
True Fungi
True Fungi
Bryophytes
Bryophytes
Bryophytes
Bryophytes
Bryophytes
Tracheophytes
Tracheophytes
Tracheophytes
Tracheophytes
Tracheophytes
Protozoans
Protozoans
Protozoans
Protozoans
Protozoans
Myxozoans
Myxozoans
Myxozoans
Myxozoans
Myxozoans
Multicellular Animals
Multicellular Animals
Multicellular Animals
Multicellular Animals
Multicellular
Animals
How Many Kingdoms?
Extant
Modern Systems of Classification
8
5
3
Extinct
2
1
• five kingdoms (Whittaker 1969)
• (Kingdom Vira)
Monera
– all prokaryotes
– bacteria
Protista
– single cell eukaryotes
– three groups
• animallike - Paramecium
• plantlike - Euglena
• funguslike - slime molds (ราเมือก)
Original Cell
Fungi
– eukaryotes, have cell walls but do not contain cellulose,
heterotrophic, can have many nuclei.
– yeast, mushrooms, bread mold, smut, candida,
penicillium
Plantae
– eukaryotes, multicellular, contain cellulose, autotrophs
– grass, trees, roses
Animalia
– eukaryotes, multicellular, heterotrophs, cell membranes,
no cell walls.
– dogs, cardinals, snakes
6 Kingdoms
• Bacteria (Monera) divided into
two groups
• Eubacteria and Archaebacteria
Other classifications:
• Domain: Archaebacteria
• Domain: Bacteria
• Domain: Eukarya
Phylogenetic trees are
hypotheses about
relationships.
three kingdoms
of organisms are
related through
common
sequences of
their ribosomal
RNAs
This universal tree
illustrates the
hypothesis that all of
life is related and can
be divided into three
major clades, often
referred to as the three
domains: Archaea,
Bacteria, and
Eukaryota.
Taxonomy & Systematics
Taxonomy (อนุกรมวิธาน)
• Taxonomy (อนุกรมวิธาน)
– naming and classifying organisms
– similar and differences in characteristics
• Systematics
– analytical study of diversity and their relationship
– practice and science of classification
– unit: taxon (pl. taxa)
– structure
• linear structure (scala naturae)
• hierarchical structure
Greek
Taxis = order
Nomos = science or law
หลักการจัดจําแนกสิ งมีชีวติ
การจัดจําพวกของสิง, มีชีวิต
Classification
อนุกรมวิธาน / Taxonomy
การตัง- ชือของสิงมีชีวติ
หลักเกณฑ์
•หลักวิวฒ
ั นาการ-แสดงความสัมพันธ์ของวิวฒ
ั นาการพื =นฐานและพันธุกรรม
•ลักษณะ
•ขบวนการทางชีวเคมีและสรี รวิทยา
•การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม
•แบบแผนการเจริ ญของสิง, มีชีวิต
•พฤติกรรม
•การแพร่กระจายทางภูมิศาสตร์
•classification is dynamic and changes with new
information
•biological classification is hierarchical
Binomial Nomenclature
•Linnaeus
•Two-part format latinized name
- Genus
- Specific epithet
Panthera pardus
Scientific name of leopard
Family พืช - aceae
Anopheles (Cellia) sundaicus Redenwaldt
Anopheles (Cellia) sundaicus Redenwaldt
Hierarchical classification
Species are placed into groups
belonging to more comprehensive
groups.
Subkingdom, superphylum, cohort,
tribes, subgenus, subspecies
Family สัตว์ - idea
(Does King play chess on fine green sand?)
Characteristics of viruses
Viruses (Kingdom Vira)
A virus is a non-cellular particle made up of
genetic material and protein that can invade
living cells.
– Latin word = “poison.”
– first studied, Tobacco Mosaic disease, by
Dimitri Iwanowski in the Ukraine.
– later a Dutch scientist who first named the
particles - viruses.
– not until Wendell Stanley, an American
botanist, with electron microscope,
isolated and identified.
Adenovirus
• noncellular
• size 20 - 400 nm
• many can be purified, crystallized, stored as
chemicals
• composed of an outer capsid, protein subunits
+ an inner core of nucleic acid
• core can have several to hundreds of genes.
• some have a membrane like structure outside
the capsid called an envelope
• has a tail used for attachment.
Structure of Viruses
Influenza virus
• Viruses are classified by;
– type of nucleic acid (either DNA or RNA)
– viral shape & size
– presence of an outer envelope.
• Viroids and Prions
• Viroids are the smallest known particles that can replicate.
– consist of a short strand of RNA, no capsid
• Prions
•DNA virus
•polyhedral capsid
•fiber at corner
•RNA virus
•helical capsid
•envelope w/ spike
– abnormal forms of proteins that clump together in cells
– Ex. scrapie – degenerative disease of the brain in sheep and
humans
– Bovine spongioform encephalopathy (BSE) or :mad cow disease”
T4 Bacteriophage
Escherichia coli bacteria
E. coli is a bacterium. That is a crude cell, it is not a virus because
viruses are protein containers with DNA cores or RNA cores.
Herpes Virus
E. coli and the bacteriophage
T4 bacteriophage
life cycle of virus
• การเกาะจับกับเซลล์โฮสต์ Attachment/ adsorption หน่วย
ไวรัสเคลื,อนที,มายึดเกาะกับผิวของเซลล์โฮสต์ตรงตําแหน่งที,เหมาะสม
(receptor site)
• การเข้ าสูเ่ ซลล์โฮสต์ (Penetration/ entry) หลังจากไวรัส
เกาะติดกับเซลล์โฮสต์ไว้ แล้ ว เยื,อหุ้มเซลล์จะโอบล้ อมหน่วยไวรัสไว้
ไวรัสจึงเข้ าสูภ่ ายในเซลล์ได้ ทงอนุ
ั = ภาคคล้ าย ๆ กับกระบวนการ
phagocytosis
life cycle of virus
life cycle of virus
• การสลายแคปซิด (Uncoating) เซลล์โฮสต์จะปล่อยเอนไซม์มา
ย่อยสลายส่วนของแคปซิด กรดนิวคลิอิกของไวรัสจะแข่งขันกับ
โครโมโซมของเซลล์เพื,อควบคุมกลไกทางชีววิทยาของเซลล์
• การสังเคราะห์สว่ นประกอบของไวรัส (Sythesis) กรดนิวคลิอิกของ
ไวรัสเข้ าควบคุมกลไกของเซลล์ให้ สร้ างส่วนประกอบของไวรัสโดย
ควบคุมให้ เซลล์สร้ างเอนไซม์ชนิดต่าง ๆ ขึ =น
• ระยะเป็ นไวรัสโดยสมบูรณ์ ( Maturation) เป็ นระยะที,
ส่วนประกอบต่าง ๆ ของไวรัสที,สร้ างขึ =นจะประกอบตัวเอง (self
assembly) เป็ น nucleocapsid จํานวนมากและยังอยูภ่ ายใน
เซลล์
• ระยะปลดปล่อยออกจากเซลล์ (Release) เป็ นระยะที,เซลล์โฮสต์
แตกทําให้ ไวรัสใหม่ถกู ปล่อยออกมาจากเซลล์แล้ วเข้ าสูเ่ ซลล์ข้างเคียง
ต่อไป จากการศึกษาไวรัสชนิด RNA เช่น poliovirus
• การสร้ างส่วนประกอบของไวรัสทุกขันตอนจนถึ
=
งการประกอบตัวเอง
เป็ นไวรัสใหม่จะเกิดขึ =นในไซโตพลาสซึมของเซลล์
• ถ้ าเป็ นไวรัสชนิด DNA เช่น adenovirusจะจําลองตัวเพิ,ม
จํานวนในนิวเคลียสของเซลล์แล้ วมีการสร้ างโปรตีนขึ =นในบริเวณไซ
โทพลาสซึมโดยอาศัย mRNA ในที,สดุ โปรตีนจะถูกถ่ายทอดเข้ าไป
ในนิวเคลียสและประกอบตัวเองเป็ นไวรัสใหม่ในนิวเคลียสของเซลล์
โฮสต์ เมื,อเซลล์แตกก็จะไปเกาะจับกับเซลล์ใหม่อีก ยกตัวอย่างไวรัส
Bacteriophage
• การเพิ,มจํานวนของ Bacteriophage การเพิ,มจํานวนไวรัสใน
เซลล์แบคทีเรี ย (Bacteriophage) มีขนตอนการเพิ
ั=
,มจํานวน2
แบบดังนี =
The lytic and lysogenic cycle of phage λ, a temperate phage
Colorized transmission electron micrograph of
Avian influenza A H5N1 viruses
Vaccines
• viruses grown on chicken embryos are
attenuated vaccines
• another type of vaccine is made by heat killing
the virus
Retrovirus
• change DNA
into RNA.
• example of
a Retrovirus
is HIV
Viroids and Prions
• viroids
– small circular RNA virus
– infect plants
– code no proteins
• prions
– infectious proteins
– misfolded of brain proteins
– causes scrapie, BSE, vCJD
BSE: Bovine Spongiform Encephalitis
vCJD: new variant of Creutzfeldt-Jacob Disease
A typical retrovirus
consists of:
•an outer envelope,
derived from plasma
membrane of host
•many copies of an
envelope protein
embedded in lipid bilayer
of its envelope
•a capsid; a protein shell
containing
•two molecules of
RNA and
•molecules of
enzyme reverse
transcriptase
influenza A H1N1 viruses