บทที่ 2 อนุกรมวิธานและความหลากหลายทางชีวภาพ (part 1)

บทที่ 2 อนกุ รมวธิ าน และความหลากหลาย ทางชวี ภาพ Part 1 : Virus, Bacteria & Protista อาจารย& ดร.อเุ ทน จนั ละบุตร มหาวิทยาลัยราชภัฏหม;ูบา< นจอมบงึ 1

เน้อื หาบทเรียน Part 1… 2.1 อนุกรมวธิ าน 2.2 อาณาจกั รไวรสั (Virus kingdom) 2.3 อาณาจกั รมอเนอรา (Monera kingdom) 2.4 อาณาจักรโพรตสิ ต์ (Protista kingdom) 2

ทำไมความหลากหลายทางชีวภาพจึงมคี วามสำคญั ? 3

2.1 อนุกรมวธิ าน (Taxonomy) 4

ความหลากหลายทางชวี ภาพ (Biodiversity) • ความหลากหลายของระบบนเิ วศ (ecosystem diversity) • ความหลากหลายของชนดิ พนั ธGุ (Species diversity) • ความหลากหลายของพันธุกรรม (Genetic diversity) 5

อนุกรมวธิ าน : ศาสตรทM ใ่ี ชPศึกษาความหลากหลายทางชวี ภาพ อนกุ รมวิธาน (Taxonomy) 6 • Classification : การจดั จำแนกสงิ่ มีชีวิตออกเปน6 หมวดหมต9ู า9 งๆ การจดั หมวดหมูข9 องสิง่ มีชีวติ ออกเป6นลำดับขั้นตอน (Taxon) ตามลำดับ (Taxonomic categories) จากลำดับต่ำไปสงู หรือ สงู ไปต่ำ โดเมน (Domain) อาณาจักร (Kingdom) ชน้ั (Class) อันดบั (Order) วงศG (Family) สกุล (Genus) ชนดิ (Species)

อนกุ รมวิธาน : ศาสตรMท่ีใชPศกึ ษาความหลากหลายทางชวี ภาพ อนุกรมวิธาน (Taxonomy) • Identification : การระบุชนดิ ของส่ิงมีชวี ิต เป6นการตรวจสอบวา9 สง่ิ มีชีวิตน้ันถกู คนS พบไปแลSวหรือไม9 มีการต้ังช่อื วทิ ยาศาสตรX (scientific name) ไปแลSวหรอื ยงั การระบุชนดิ ตอS งอาศัยรูปวิธาน (dichotomous key) ในการช9วยระบุ 7

Dichotomous key 8

อนกุ รมวธิ าน : ศาสตรท์ ี่ใช้ศกึ ษาความหลากหลายทางชวี ภาพ อนกุ รมวธิ าน (Taxonomy) • Nomenclature : การกำหนดชอื่ ทางวทิ ยาศาสตรG • ระบบทวินาม กำหนดโดย Calorus Linneus Homo sapiens Name of genus Specific epitet 9

example • Plasmodium ovale (ova = ไข)่ เชอ้ื มาลาเรยี ทเี่ หมือนรปู ไข่ • Cypraea zigzag หอยเบย้ี ทมี่ ลี ายซิกแซก • Schitosoma mekhongi พยาธิใบไมใ้ นเลือดทพ่ี บในแม่นา้ํ โขง • Capillarlia philipinensis พยาธิตวั กลมท่ีพบครัง้ แรกท่ีฟลิ ปิ ปินส์ • Bacillus antracis เช้ือก่อโรคแอนแทรกซ์ 10

การจดั กลุม่ สง่ิ มีชีวติ • สง่ิ มชี ีวิตถกู จดั จําแนกออกเป็น 3 domain 5 kingdom • 3 domain q Domain Archaea : ส่ิงมชี ีวิตโปรคาริโอต แบคทีเรยี โบราณ q Domain Bacteria : กลุม่ แบคทีเรีย มคี วามหลากหลายสูงสุด q Domain Eukarya : พืช สัตว์ เห็ดรา และโพรทสิ ต์ • 5 kingdom… 11

การจดั กลุม่ สงิ่ มชี วี ติ Biosphere Not cell cell formation formation Virus Prokaryote Eukaryote Monera No tissue Tissue Autotroph Heterotroph Autotroph Heterotroph Protista Fungi Plantae Animalia12

2.2 Virus Kingdom a borrowed life 13

คณุ เคยมีอาการตอ่ ไปน้หี รอื ไม่ ? • มีไขส้ งู (high fever) • ไอ (cough) • ระคายคอ (scratchy throat) • ปวดเน้ือปวดตัว (body aches) • หมดเรยี่ วแรง (debilitating lack of energy) 14

• Virus (Latin root) : Poison • ดำรงชพี อยบgู นส่งิ มีชีวติ อ่นื • มีขนาดเลก็ ทีส่ ุด 15

ใหญแ่ ค่ไหน ? 16

Viral Kingdom สงิ่ มชี วี ติ ในอาณาจกั รน้ี ได้แก่ Virus และ Viroid โดยมคี ุณสมบัติดงั นี้ • ลกั ษณะไม่เปน็ เซลล์ ไมม่ อี อรแ์ กเนลล์ • มีเพียงสารพนั ธกุ รรม (DNA หรือ RNA) และ เปลอื กหมุ้ (capsid) • อาจมี capsule ห้มุ อีกช้ันหน่ึง • แบง่ เป็น • DNA virus เช่น herpes virus • RNA virus เช่น HIV virus • ไม่สามารถดาํ รงชพี ไดอ้ ยา่ งอิสระ เป็น parasite เสมอ • ใช้ DNA ของตัวเองไปแทรกใน host เพ่อื ให้ host มี กระบวนการ transcription และ translation • RNA virus จะเปล่ียน RNA à DNA ก่อน เรยี กว่า reverse transcription 17

Virus VS Organisms ลกั ษณะ virus Organisms (Heredity materials) DNA, RNA เปน็ สาย DNA เปน็ สายคู่ สารพนั ธุกรรม เด่ียว หรือ คู่ก็ได้ YES Plasma membrane NO สามารถเกิด No- ตอ้ งอาศยั host YES transcription ได้เอง cell เท่านน้ั Metabolism No Yes; สามารถสังเคราะห์ สารต่าง ๆ ได้ เชน่ ATP, Amino acid 18

ไวรสั ที่กอ่ โรคในมนุษย์ 19 Source : Mason and Raven (2016)

ไวรสั ที่กอ่ โรคในมนุษย์ 20

21

How Do Biologists Study Viruses? เรามีวธิ ีการศกึ ษาไวรัสอย่างไร ? 22

How Do Biologists Study Viruses? • Analyzing Morphological Traits • Analyzing the Genetic Material • Analyzing the Phases of Replicative Growth 23

Morphological Traits (รปู ร่าง) • การศึกษาส่วนใหญ่ใช้กลอ้ ง จลุ ทรรศน์อเิ ลก็ ตรอน • ยกเวน้ ไวรสั ทีม่ ีขนาดใหญ่ เช่น smallpox ศึกษาโดยใช้ กลอ้ งจุลทรรศนแ์ บบใช้แสง (light microscope) 24

Structure of Viruses • กรดนวิ คลอี ิก + โปรตนี 25

Morphological Traits (รปู ร่าง) แบ่งตามรปู รา่ ง มี 2 จาํ พวก • มี capsid ห่อหุ้มสารพนั ธุกรรม • ไมม่ ี capsid ห่อหุ้มสารพนั ธุกรรม แตม่ ี membrane envelope 26

DNA virus RNA virus 27

2.3 Kingdom Monera Master of adaptation 28

อาณาจักรมอเนอรา • สิ่งมชี วี ิตในอาณาจกั รน้เี ป็นกล่มุ ของพวกโปรคารโิ อต (prokaryote) • สิ่งมชี ีวติ ในอาณาจกั รน้ี • Bacteria • cyanobacteria (สาหรา่ ยสีเขยี วแกมนา้ํ เงิน) เกอื บท้ังหมดมี ขนาดเลก็ มาก (microscopic) • มกี ารปรบั ตัวในการนาํ พลงั งานมาใชใ้ นรปู แบบต่าง ๆ ไดม้ าก ทีส่ ุด • มีการปรบั ตัวทหี่ ลากหลาย สามารถอาศัยอยู่ไดใ้ นแถบทกุ แหง่ • น้ําพุรอ้ น : thermophile • สภาพเป็นกรดจัด : acidophile • สภาพเค็มจัด : halophile • สภาพเยน็ จดั : psychrophile • สภาพไร้ออกซเิ จน : obligate anaerobes 29

30

Thermophilic Bacteria 31

อาณาจักรมอเนอรา • ถูกจดั จําแนกไว้ 2 โดเมน 32

Structure and functional of prokaryotic cell 33

ลักษณะโครงสร้างของ Prokaryote • เปน็ สิ่งมชี ีวติ ชนิดเซลลเ์ ดยี ว บางชนดิ อย่รู ว่ มกนั เปน็ colony • ขนาด 1 – 5 ������m บางชนดิ ใหญ่ถงึ 750 ������m • มรี ูปรา่ งหลกั 3 แบบ 34

ลกั ษณะโครงสรา้ งของ Prokaryote • มผี นงั เซลล์ (cell wall) เพ่อื ปอ้ งกันเซลล์ แตกเมื่ออยู่ในภาวะ hypertonic environment • มเี ยื้อหุม้ เซลล์ (plasma membrane) • ไม่มเี ยื่อหมุ้ นวิ เคลียส (nuclear membrane) ทําใหไ้ ม่พบนิวเคลียส • ภายในเซลล์แบ่งเปน็ Cytoplasm และ Nucleoid region • ภายในเซลล์ไมพ่ บออร์แกเนลลท์ มี่ ีเยื่อหมุ้ มี ออร์แกเนลล์ชนดิ เดียวคือ ribosome (ขนาด 70s) • บางชนิดพบ flagellum (ทีไ่ ม่ได้ ประกอบดว้ ย microtubule) 35

โครงสร้างท่ีผวิ เซลล์ • Prokaryote VS Eukaryote o Eukaryote : cellulose และ chitin o Prokaryote : Peptidoglycan o Archaea : polysaccharides • อาจมี protein capsule หุ้มอยู่ภายนอกอกี ชั้นหน่งึ • หรอื endospore ซงึ่ สร้างข้ึนเมอ่ื อยใู่ นสภาพทีไ่ ม่เหมาะสมตอ่ การ อยรู่ อดและสบื พนั ธ์ุ 36

การยอ้ มสีแบบแกรม 37

การยอ้ มสีแบบแกรม ใชส้ ี 2 ชนิด o Crystal violet สมี ่วง ติด Peptidoglycan o Safranin สีแดง ติด Lipopolysaccharide 38

การยอ้ มสีแบบแกรม o ติดสีมว่ ง : gram positive bacteria o ติดสแี ดง : gram negative bacteria เมื่อผนังเซลลต์ า่ งกัน การตอบสนองตอ่ ยาตา้ นก็ตา่ งกัน !!!!! 39

40

โครงสร้างภายในและสารพนั ธุกรรม o เยือ่ หมุ้ เซลล์ : metabolic function 41

โครงสรา้ งภายในและสารพันธกุ รรม o Chromosome : non-histone protein DNA § Nucleoid region : DNA ทคี่ ลา้ ยกับเซลล์ในยคู ารโิ อต § Plasmid : DNA วงบรรจุยนี ต่าง ๆ 42

การสืบพนั ธุ์ o Binary fission 43

การสืบพนั ธุ์ o Conjugation 44

การดํารงชีพ q Autotroph สร้ างอาหารเองได้ q Heterotroph สร้างอาหารเองไมไ่ ด้ q Phototroph ใช้พลงั งานแสงเป็น อาหาร q Chemotroph ใช้สารเคมีเป็นอาหาร 45

การดาํ รงชพี บทบาทของ O2 ในเมตาบอลซิ ึมของแบคทีเรีย (The Role of Oxygen in Metabolism) qObligate aerobes ใช้ O2 สาํ หรบั การหายใจระดับเซลล์ qObligate anaerobes ไมใ่ ชอ้ อกซเิ จนในการหายใจระดบั เซลล์ กอ่ ให้เกิด fermentation • nitrate ions (NO3- ) • sulfate ions (SO42- ) qFacultative anaerobes ใชไ้ ดท้ ั้ง สอง 46

การดํารงชีพ q แบคทีเรยี บางจาํ พวกใชไ้ นโตรเจนในเมตาบอลิซึมของ เซลล์ q สามารถเปลี่ยน N2 à NH3 เรียกวา่ การตรึงไนโตรเจน (nitrogen fixation) 47

การจัดจาํ แนก Monera 48

การจัดจําแนก : แบคทีเรยี q กลุ่มใหญท่ ่สี ุดในอาณาจกั รมอเนอรา q มคี วามสําคัญตอ่ การดํารงชีพของมนษุ ย์ § ก่อโรค : เจบ็ คอ ปอดบวม § อาหาร : ชสี ปลารา้ ของหมกั ของดอง q แบง่ ออกเป็น 5 กลุ่มหลกั § Proteobacteria § Chlamydias § Spirochetes § Cyanobacteria § Gram-Positive Bacteria 49

Proteobacteria q แบง่ เปน็ 5 กลมุ่ ยอ่ ย Alpha Proteobacteria q สมาชิก : Rhizobium species, Agrobacterium q Rhizobium species มีความสัมพนั ธ์ แบบพ่งึ พา (mutualism) กับพชื ตระกลู ถั่ว q Agrobacterium ทําให้เกดิ tumor พืชบางชนดิ ใชป้ ระโยชน์สําหรับ การตัดต่อพนั ธกุ รรมพชื q สมมติฐาน : ไมโตคอนเดรียววิ ัฒนาการคร้งั แรกในแบคทเี รียกลุ่มน้ี 50