OBECNÁ MYKOLOGIE (místy se zvláštním zřetelem k makromycetům) Vymezení pojmů „houby“ a „mykologie“ • Historický výskyt a teorie o původu hub • Stavba houbové buňky (cytoplazma, organely, jádro a bun. cyklus, bun. stěna) • Výživa a obsahové látky hub • Vegetativní stélka hub (nemyceliální houby, hyfy, hyfové útvary, pletivné útvary, stélka lišejníků, růst houbové stélky) • Rozmnožování hub (vegetativní, nepohlavní, pohlavní) • Genetika hub • Plodnice hub (sporokarpy, askokarpy, bazidiokarpy, anatomie plodnic, hymenofor, hymeniální elementy) • Spory hub (typy a stavba, šíření a klíčení) mykolog MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ.1.07/2.2.00/15.0204 PF_72_100_grey_tr ubz_cz_black_transparent VYMEZENÍ POJMŮ „HOUBY“ A „MYKOLOGIE“ MYKOLOGIE = VĚDA O HOUBÁCH Jednoduchá definice nechť nám pro začátek postačí, chceme-li říci, o čem bude pojednávat text, jehož první řádky máte před sebou. Ať se to zastáncům "samostatnosti" líbí nebo ne, byla mykologie historicky součástí "klasické" botaniky (zahrnující v širokém pojetí "vše zelené anebo nepohyblivé"), s níž ji dodnes spojují mnohé aspekty, jako například metody výzkumu, taxonomická pravidla, společná stanoviště a ekologické nároky hub a rostlin... Na druhou stranu již Fries hovořil o houbách jako "třetí říši" a současné fylogenetické studie vyloučily blízkou příbuznost houbových a rostlinných organismů. K tomu se však dostaneme za chvíli... Pojďme se na úvod podívat, jaké skupiny organismů jsou předmětem zájmu mykologie – a podobně jako na příkladu široce pojímané botaniky i zde můžete vidět, že "věda o houbách" se v tradiční šíři zaobírá organismy spadajícími dnes do různých říší. Tradiční říše Fungi je nyní vřazována do superskupiny Opisthokonta (více viz "vývojové trendy" v další kapitole). Vývojově bazální jsou zoosporické houby (oddělení Chytridiomycota, Blastocladiomycota a pár dalších), za odvozené jsou pak považovány "vlastní houby" neboli dřívější Eumycota (pravděpodobně polyfyletická skupina, zahrnující několik vývojových linií spájivých hub, vřeckaté a stopkovýtrusné houby); tolik v kostce, systematická problematika nemá být a nebude náplní tohoto textu. Objektem studia mykologie jsou též lišejníky – jakkoli tím nechci popírat postavení lichenologie coby samostatné vědy o těchto autotrofních a ekologicky vyhraněných organismech, v systematice je v současné době prosazováno zařazování lišejníků do patřičných skupin hub podle jejich mykobiontů. Jistě, lišejníky patří mezi producenty, což v případě jejich vřazení do systému hub nabourává ekologickou definici hub jako třetí říše – ale nutno na tomto místě zdůraznit, že producenti, konzumenti a destruenti jsou "ekologické říše", které nelze spojovat s postavením skupin organismů v přirozeném systému. Recentně je (na základě analýz RNA a proteinů) k houbám přiřazována též skupina jednoduchých organismů s nejasnými vývojovými vztahy – mikrosporidie (Microsporidia nebo Microspora, vnitrobuněční parazité protist a živočichů, řazení dříve mezi prvoky). Kromě hub (Fungi) jsou historicky předmětem mykologických studií i další skupiny organismů s jednobuněčnými i vláknitými stélkami. Do značné míry se z pojetí hub vymykají Oomycota neboli Peronosporomycota (+ vedle stojící oddělení Hyphochytriomycota a Labyrinthulomycota), která jsou v dnes již klasickém systému Cavalier-Smithe řazena do říše Chromista, nověji do říše Chromalveolata a nyní SAR jako paralelní skupina vedle (v klasickém pojetí) řasového oddělení Chromophyta, respektive Heterokontophyta (za významný rozdíl bylo považováno, že Oomycota jsou diplobionti, zatímco jim domněle nejpříbuznější Xanthophyceae haplobionti – to je samozřejmě stále jeden ze znaků, kterým lze skupinu vymezit, avšak rozhodující pro klasifikaci jsou dnes i zde molekulární analýzy). Na příkladu uvedených oddělení lze dobře demonstrovat prolínání (respektive paralelní výskyt) autotrofie a heterotrofie => heterotrofie není znakem, kterým by bylo možno houby a podobné organismy vymezovat vůči jiným skupinám (známe ostatně heterotrofně žijící ruduchy, rozsivky, o vyšších rostlinách nemluvě; u oddělení Dinophyta a Euglenophyta heterotrofové dokonce převažují). Pravděpodobně na eukaryotické úrovni se rozvíjela autotrofie s heterotrofií současně (ani jednu nelze bezpečně označit za primární). V neposlední řadě jsou objektem zájmu mykologů i plazmodiální organismy, vykazující s houbami některé společné znaky: jsou prostorově vázány na určité místo a alespoň v určitém úseku životního cyklu mají celulózní nebo chitinózní buněčnou stěnu (u výtrusů, resp. cyst). • Acrasiomycota (Acrasida) a Myxomycota (Mycetozoa, hlenky) na rozdíl od hub nejsou rozkladači, ale konzumenti, jedná se o primitivní živočišnou výživu (fagocytóza, holozoická výživa). • Plasmodiophoromycota (Plasmodiophorea, nádorovky) – parazité, kteří přijímají i vylučují organickou hmotu celým povrchem těla (i kromě tohoto znaku jsou s hlenkami pramálo příbuzné, viz úvod ke kapitole o historickému výskytu). Systematická poznámka: Zatímco v závěru minulého století byl pro jednobuněčné a plasmodiální organismy obvyklý "sběrný koš" jménem Protozoa (nebo Protista), v novém pojetí systému organismů jsou protozoální skupiny řazeny do různých říší – jen pro "houbové" (rozuměj houbám podobné či příbuzné) organismy je jich pět: Amoebozoa (hlenky), Excavata (akrasie), Rhizaria (nádorovky) a Chromalveolata (labyrintuly), obé nyní v SAR, a nakonec i Opisthokonta (mikrosporidie). Aktuální klasifikace eukaryotických organismů. Ivan Čepička: Diverzita protist. Živa 5/2019, str. 220. https://ziva.avcr.cz/2019-5/diverzita-protist.html Přehled hlavních evolučních linií eukaryot. Neprotistní linie jsou podtrženy, superskupiny vyznačeny barevně. Uvedeny jsou i taxony nadřazené superskupinám – Diaphoretickes, Amorphea, Opimoda a Diphoda. Orig. I. Čepička. CO HOUBY SPOJUJE? Byť u takto široké skupiny je jakýkoli pokus o definici velmi problematický, pokusme se o to: Houby jsou pokročile heterotrofní skupinou eukaryotických organismů, které jsou především destruenty organické hmoty v přírodě (v krajním případě i cestou parazitismu), jejich buňky mají organely shodné s rostlinami kromě plastidů, charakteristickou buněčnou stěnu (alespoň v některém stadiu vývoje), vakuoly a produktem výživy je glykogen. Tuto charakteristiku lze doplnit přehledem nejdůležitějších znaků, typických pro houby či společných s živočichy nebo rostlinami. Znaky, které se vyskytují jen u pravých hub (rozuměj skupinu Eumycota) a ne u žádných jiných skupin organismů: • dikaryotická fáze (pouze u oddělení Ascomycota a Basidiomycota); • přehrádky vlastních hub jsou perforované (u rostlin nejsou, u oddělení Oomycota také ne; houby ze skupiny Zygomycota mají ale přehrádky rovněž plné) buď jednoduchými póry, nebo s vytvořením složitější struktury (dolipory, viz dále); mimochodem charakter přehrádek je důvodem, proč jsou dnes některými autory vydělovány rzi ze stopkovýtrusých hub (s určitou podporou "nezbytných" molekulárních analýz a v kombinaci s dalšími znaky – netvoří plodnice a tvoří samčí gamety, spermacie, podobně jako některé evolučně starší skupiny). Znaky, které spojují houby (Eumycota) s živočichy: • heterotrofní výživa; • glykogen jako produkt metabolismu a zásobní látka; • v buňkách se vyskytují lyzosomy (obvykle chybějí u rostlin); • v poslední době molekulární data (analýzy sekvencí DNA, rRNA a některých proteinů). Znaky, které naopak spojují houby (Eumycota) s rostlinami (aneb proč byly historicky "házeny do jednoho pytle"): • nepohyblivá vegetativní stélka; • organizační stupně shodné s recentními řasovými skupinami (kokální, trichální, sifonální, sifonokladální, pletivné stélky); • též shodné organizační stupně mají houby a protozoální organismy; • střídání generací je princip rostlinný i houbový – od něj už je jen krůček ke střídání jaderných fází (mono- a dikaryotické), což je sice specificita hub, ale vzniká v návaznosti na ontogenetický proces stejný jako u rostlin. KLASIFIKACE HUB Houby lze – tak jako jiné organismy – v principu klasifikovat ve dvou typech systémů: přirozených a umělých. Systémy umělé jsou z praktického hlediska i dnes používány pro heterogenní, ale jasně definované skupiny (Deuteromycota = Fungi imperfecti, Lichenes). Snaha vědy směřuje k vytvoření přirozeného systému, v maximální možné míře odpovídajícího fylogenezi. Každý systém (umělý i přirozený) je hierarchický <= to je samozřejmě dáno praktickou potřebou hodnotit organismy na jasně vymezených taxonomických úrovních (i když v přírodě žádné ostré "schody" nejsou). Historicky je klasifikace založena hlavně na fenotypu ("viditelných" znacích, počínaje makromorfologií přes stavbu reprodukčních orgánů k ultrastrukturním znakům), dnes se stále více prosazuje kladistika, numerická taxonomie (prezentující primárně rozdíly v genotypu). Každý z těchto přístupů má své plus i své mínus: • kladistika nám jasně ukáže míru podobnosti různých organismů, a to nejen ve zjevných znacích => může odhalit případ konvergence a tím i polyfyletičnost zdánlivě kompaktní skupiny => napomůže lepšímu rozřazení organismů; • na druhou stranu kladistika pouze kvantifikuje rozdíl mezi recentními organismy – z kladogramu nelze vyčíst pravděpodobné stáří taxonů, potenciální předky a vývojové vztahy, resp. vývojové řady, a obtížně nahrazuje "subjektivní" hledisko určující, které znaky mají stěžejní význam a které jsou podružné. Znaky používané pro určování a klasifikaci hub: • morfologické: makroskopické, zejména plodnice (Ascomycota, Basidiomycota), a mikroskopické – spory (tvar, povrchová struktura), konidie a jejich vznik; • výživa a fyziologie: omezená možnost využití, používá se u kvasinek; • chemické: složení buněčné stěny, proteiny, enzymy, antigeny; • molekulární: sekvence bazí DNA, rRNA, mitochodriální DNA. Jak se skládá "mozaika" zvaná fylogeneze (s příklady): • morfologie a ultrastruktura: největší význam mají znaky (a jejich prezence nebo absence), které zjevně nevznikly v průběhu fylogeneze vícekrát – např. bičík (tradičně byl tento znak používán k vymezení Chytridiomycota versus Eumycota – avšak zmýlená neplatí, skupina Eumycota shrnuje houby druhotně bezbičíkaté a k této redukci dochází v evoluci "na více frontách") nebo dolipor (Basidiomycota); • metabolismus: např. biosyntéza lysinu přes a-aminoadipovou kyselinu (Chytridiomycota a Eumycota) nebo diaminopimelovou kyselinu (Oomycota); • v současnosti nejvíce numerická analýza molekulárních dat: nejstabilnější znaky, ale omezená interpretace (v kladogramech se odráží jen rozdílnost recentních organismů, viz výše). Kolik je na světě hub? Kdo ví... V současné době je známo zhruba 155 000 druhů (což přiznejme že ve srovnání s rostlinami, neřkuli živočichy není mnoho :o), odhady realistů se však pohybují mezi 1–10 miliony druhů. Kolik nepoznaných ještě čeká mezi endofyty, v půdě, v tropických oblastech...? Druhy hub v šíři jejich variability – nahoře příklad rozmanitosti mycelia v závislosti na kmeni nebo substrátu: kolonie Scleroconidioma sphagnicola na kukuřičném (a) a sladinovém agaru (b). Dole plodnice Hypholoma fasciculare na dřevním substrátu v přirozeném prostředí, pelety v živném roztoku a mycelium na agarové půdě. převzato z http://botany.natur.cuni.cz /koukol/ekologiehub/EkoHub_1.ppt Foto Petr Juračka