ARCHAEA SRITIS: KILMĖ, SAVYBĖS, KLASIFIKACIJA, MITYBA - BIOLOGIJA - 2024

Archaea domenų arba Archaea karalystė yra vienas iš trijų sričių gyvenimo. Jį sudaro mikroskopiniai vienaląsčiai prokariotiniai organizmai, labai panašūs ir tuo pat metu daugeliu atžvilgių labai skirtingi nuo bakterijų ir eukariotų.

Šios grupės egzistavimą neilgai trukus, daugiau ar mažiau aštuntojo dešimtmečio pabaigoje, pademonstravo tyrėjų grupė, vadovaujama Carlo Woese'o, kurie manė, kad gyvenimą galima suskirstyti į eukariotus ir du prokariotinių organizmų tipus: bakterijas ir archaea, dar vadinama archebacteria.

„Morning Glory“ karštosios versmės Jeloustouno nacionaliniame parke, JAV, kurių spalvą suteikia archaea (šaltinis: „ZYjacklin“ per „Wikimedia Commons“). Woese'o ir bendradarbių tyrimai buvo pagrįsti lyginamąja filogenetine analize tarp visų ribosomų RNR sekų. gyvų būtybių, ir, nepaisant didžiulio sekų skaičiaus, kuris ir toliau pridedamas prie ribosominių RNR katalogų (duomenų bazių), išlaikoma trijų sričių samprata.

Šiems tyrimams pavyko išsiaiškinti galimybę, kad archajos yra seserinė eukariotų grupė, nepaisant jų panašumų su prokariotų kolegomis (bakterijomis), todėl jie gali parodyti „trūkstamą saitą“ tarp prokariotų ir eukariotų.

Nors mažai yra tų, kurie skiria archajos tyrimus, ir daugelis biologijos studentų šią grupę iš esmės ignoruoja, manoma, kad šie mikroorganizmai sudaro daugiau kaip 20% visų vandenynų vandenyse esančių prokariotų, tarp 1 ir 1 5% dirvožemiuose, o vyraujanti grupė jūros nuosėdose ir geoterminėse buveinėse.

Be to, archajai būdingas gyvenimas „ekstremaliomis“ sąlygomis, tokiomis kaip karštos versmės, druskos tirpalai, aplinka, kurioje yra labai aukšta temperatūra ir labai rūgštus pH, nenaudingose ​​vietose, kur deguonies koncentracija yra labai maža arba jos nėra, ir t.

Šie mikroorganizmai turi didelę ekologinę reikšmę, nes jie dalyvauja daugelyje biogeocheminių ciklų, pavyzdžiui, prisideda prie anglies, azoto ir sieros ciklo.

Evoliucinė kilmė ir filogenetiniai ryšiai

Yra trys teorijos apie galimą trijų gyvenimo sričių, kurias pasiūlė Woese'as ir kolegos, kilmę:

1. Bakterijos pirmiausia išsiskyrė ir sudarė liniją, iš kurios atsirado archaja ir eukariotai.
2. „Protoeukariotinė“ linija skyrėsi nuo visiškai prokariotinių (bakterijų ir archajų) giminės.
3. Archaea išsiskyrė iš giminės, kuri vėliau sukėlė eukariotus ir bakterijas

1989 m. Du tyrėjai, Gogartenas ir Iwabe, savarankiškai pasiūlė būdą, kaip filogenetiškai išanalizuoti visus gyvus organizmus (ko neįmanoma padaryti iš vieno geno sekos tyrimų).

Iwabe pasinaudojo genų sekų, pagamintų „ankstyvaisiais“ genų dubliavimosi atvejais, analize, „įsišaknijusi“ gyvenimo medį palygindama paralogo genų, koduojančių pailgėjimo faktorius, sekas.

Pailgėjimo faktoriai yra GTP jungiantys baltymai, dalyvaujantys transliacijoje, konkrečiai susijungiant su amioacilintomis RNR molekulėmis prie ribosomų ir peptidilą pernešančios RNR translokacijoje.

Remiantis trijų grupių sekų palyginimų rezultatais, genai, koduojantys pailgėjimo faktorius archajoje, yra panašesni į eukariotinių organizmų, o ne į bakterijų.

Gyvybės medis (Šaltinis: Failas: Sutraukto medžio etiketės supaprastintos. dubliavimosi, ypač tų, kurie koduoja ATPazės fermento V ir F tipo subvienetus, randamus atitinkamai archajoje / eukariotuose ir bakterijose.

Gogarteno gauti rezultatai, kaip pažymėti aukščiau, rodo, kad šie genai archajoje (kurie, matyt, atsirado dėl genetinių dubliavimosi įvykių) yra labiau susiję su eukariotais, o ne su jų bakterijomis.

Šiuos argumentus taip pat patvirtino daugelio metų vėliau atlikta analizė, atlikta kitų tyrėjų, kurie panaudojo sekas iš kitos dubliuotų genų šeimos - aminoacilo sintetazės perduoda RNR, stiprindamos „artumo“ tarp archajos ir eukariotų sampratą.

Vojaus medis

Voeso gyvenimo medis

Woese pasinaudojo Gogarteno ir Iwabe atliktomis analizėmis bei kitais tyrimais, susijusiais su ribosomų RNR sekomis, kad pasiūlytų jo „medžio“ „versiją“, kai paaiškėja, kad archaja ir eukariotai sudaro „seserines“ grupes, atskiras nuo bakterijos, nors ribosomų RNR sekos tarp archajos ir bakterijų yra panašesnės viena į kitą.

Bendrosios archaea srities savybės

Archaea yra žinomi dėl tam tikrų ypatumų (jų savybių), taip pat dėl ​​savybių, „kurios derinys“ kažkada buvo išskirtinės bakterijoms ar eukariotiniams organizmams, „derinių“.

- Kaip ir bakterijos, archaja yra prokariotiniai organizmai , ty genetinės medžiagos viduje nėra membranos (jie neturi branduolio) ir nėra membraninių citoplazminių organelių.

- Paprastai jie yra panašaus dydžio kaip bakterijos mikroorganizmai, jų DNR yra apvalios chromosomos ir keleto mažesnių žiedinių fragmentų, vadinamų plazmidėmis, pavidalu .

- Jie dalijasi panašiais topoizomerazės ir žirazės fermentais su bakterijomis, o tai rodo „netiesioginį“ abiejų organizmų grupių chromosominės struktūros „artumo“ įrodymą.

- Tačiau archaea genai demonstruoja puikią homologiją su daugeliu eukariotinių genų, ypač su tais, kurių atradimas pagrįstas tyrimais su antibiotikais.

- Eukariotų ir archajos replikacijos , transkripcijos ir transliacijos mechanizmai yra labai panašūs, ypač DNR polimerazės fermento atžvilgiu.

- Jų genai, koduojantys baltymus , neturi introno (bet kiti tai daro), kitaip eukariotiniai genai. Be to, archajoje yra į histoną panašių baltymų, susijusių su jų DNR, esančiais eukariotuose ir jų nėra bakterijose.

- Jie pasižymi izoprenilo eterio lipidų buvimu jų ląstelių membranose, taip pat aciliesterio lipidų ir riebalų rūgščių sintetazės nebuvimu.

- Vienas iš jo RNR polimerazės fermento subvienetų yra padalintas, o jo pasiuntinių RNR, kaip ir bakterijų, 5 'galuose nėra „gaubtų" (iš angliško dangtelio).

- Jie turi labai specifinį jautrumą antibiotikams ir turi II tipo restrikcijos fermentus, labai panašius į aprašytus bakterijoms.

- Kita svarbi savybė susijusi su tuo, kad didelėje archajos dalyje yra ląstelės sienelė , tačiau skirtingai nuo bakterijų, tai nėra sudaryta iš peptidoglikano.

Jo membraninių lipidų charakteristikos

Archajos membraniniai lipidai labai skiriasi nuo bakterijų ir eukariotinių organizmų lipidų, ir tai buvo laikoma labai svarbia skirtinga savybe.

Pagrindinis skirtumas tarp šių amfipatinių molekulių (turinčių hidrofilinį polinį ir hidrofobinį apoliarųjį) yra tas, kad ryšys tarp glicerolio dalies ir riebalų rūgščių grandinių archajos lipiduose vyksta per eterinį ryšį, tuo tarpu bakterijos ir eukariotai atitinka esterinį ryšį.

Kitas svarbus skirtumas yra tas, kad archajoje yra lipidų su riebalų rūgštimis, pasižyminčiomis labai išsišakojusiomis izoprenilo grandinėmis su metilo grupėmis, o eukariotuose ir bakterijose vyraujančios linijinės grandinės riebalų rūgštys nėra.

Eukariotų ir bakterijų lipidai yra „statomi“ ant glicerolio stuburo, į kurį riebalinių rūgščių grandinės esterinamos 1 ir 2 anglies atomus atitinkančiose vietose, tačiau archajoje glicerolio eteriuose yra rūgščių riebus 2 ir 3 padėtyse.

Kitas skirtumas, susijęs su membranos lipidais, susijęs su jų biosintetiniu keliu, nes kai kurie fermentai taip pat skiriasi archajoje.

Pavyzdžiui, kai kurios archajos rūšys turi bifunkcinį prenilo transferazės fermentą, kuris yra atsakingas už pirmtakų tiek skvaleno, tiek glicerilo-lipidų izoprenoidų sintezei teikimą. Bakterijose ir eukariotuose šias funkcijas vykdo atskiri fermentai.

Archaea klasifikacija

Remiantis mažų archajos ribosominių RNR subvienetų sekų duomenimis, ši grupė buvo suskirstyta į dvi „fylas“, kurios yra žinomos kaip „prieglobstis Crenarchaeota“ ir „prieglobstis Euryarchaeota“, kurių nariai yra aukščiau visa, archaea, užauginta in vitro.

Tačiau daugelis neseniai aprašytų archajų nebuvo auginami in vitro ir yra tik labai nutolę su sekomis, kurios buvo išskirtos iš laboratorijose prižiūrimų rūšių.

Prieglobstis „ Crenarchaeota“

Šią grupę daugiausia sudaro hipertermofilinės ir termoacidofilinės archajos rūšys, tai yra, archaea genties atstovai, gyvenantys netinkamoje aplinkoje, kurioje yra ekstremalios šiluminės ir pH sąlygos.

Jį sudaro viena taksonominė klasė, vadinama „Thermoprotei“, kurioje yra šios penkios taksonominės kategorijos: Acidilobales, Desulfurococcales, Fervidicoccales, Sulfolobales and Thermoproteales.

Kai kurių genčių, priklausančių minėtoms klasėms, pavyzdžiai gali būti Sulfolobus, Desulforococcus, Pyrodictium, Thermoproteus ir Thermofilum gentys.

Prieglobstis Euryarchaeota

Šios grupės nariai turi šiek tiek platesnį ekologinį diapazoną, nes juose galima rasti hipertermofilinių, metanogeninių, halogeninių ir net termofilinių metanogeninių rūšių, denitrifikuojančių archają, redukuojantį sieros kiekį, geležį oksiduojančius ir kai kuriuos organotrofus.

„Euriarchaeotes“ aprašytos taksonominės klasės yra aštuonios ir yra žinomos kaip Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Methanomicrobia, Archaeglobi, Halobacteria, Thermococci and Thermoplasmata.

Daugelis šiai grupei priklausančių archajų yra plačiai paplitę, randami dirvožemiuose, nuosėdose ir jūros vandenyse, taip pat aprašytose ekstremaliose aplinkose.

phylum Thaumarchaeota

Ši prieglauda buvo apibrėžta palyginti neseniai ir labai nedaug jai priklausančių rūšių buvo auginamos in vitro, taigi apie šiuos organizmus žinoma nedaug.

Visi pjovimo bruožo nariai gauna energiją iš amoniako oksidacijos ir visame pasaulyje pasiskirsto gėlo vandens telkiniuose, dirvožemyje, nuosėdose ir terminiuose vandenyse.

Phyla Korarchaeota , Aigarchaeota ir Goarchaeota

Kai kurie šio srities tyrinėtojai, remdamiesi genomo sekų analize, neseniai nustatė, kad Archaea karalystėje egzistuoja trys papildomos fylos, nors šiai filai pasiūlytos rūšys dar nebuvo išskirtos laboratorijoje.

Apskritai šios fitos nariai buvo rasti ne tik ant daugelio sausumos ir jūrų ekosistemų, bet ir karštų šaltinių bei giliavandenių hidroterminių sistemų.

Mityba

Dauguma archajos rūšių, kuriose yra chemotrofinių organizmų, tai yra, jos sugeba naudoti labai sumažintus neorganinius junginius, kad gautų energiją, reikalingą „judinti“ savo medžiagų apykaitos mechanizmus, ypač tuos, kurie susiję su kvėpavimu.

Neorganinių molekulių, kurias jos naudoja kaip substratus energijai gaminti, „specifiškumas“ priklauso nuo aplinkos, kurioje vystosi kiekviena konkreti rūšis.

Kitos archajos, taip pat augalai, dumbliai, bryofitai ir melsvadumbliai gali fotosintezuoti, tai yra, jie naudoja ir saulės šviesos spindulių šviesos energiją paverčia tinkama chemine energija.

Įrodyta, kad kai kurios archajos gyvena kai kurių atrajotojų skrandyje (prieskrandyje) (tarp jų yra karvės, avys, ožkos ir kt.), Todėl šie gyvūnai yra klasifikuojami kaip „tarpusavio archaja“, nes jie vartoja dalis ląstelienos, kurią šie gyvūnai praryja, ir bendradarbiauja virškinant kai kuriuos jo komponentus.

Dauginimas

Kaip ir bakterijos, archaja yra vienaląsčiai organizmai, kurių reprodukcija yra išskirtinai aseksuali. Pagrindiniai in vitro palaikomų rūšių aprašyti mechanizmai yra šie:

- Dvejetainis dalijimasis, kai kiekviena arka yra „padalinta“ per pusę, kad būtų sukurtos dvi vienodos ląstelės

- Jaunimas arba „suskaidymas“, kai ląstelės išskiria „fragmentus“ ar „dalis“, kurios gali sudaryti naujas, genetiškai tapačias ląsteles.

Buveinė

Archaea daugiausia buvo susijusi su „ekstremalia“ aplinka, tai yra, tomis natūraliomis vietomis, kurios nustato rimtus apribojimus normaliam gyvų būtybių vystymuisi, ypač atsižvelgiant į temperatūrą, pH, druskingumą, anaerobiozę (deguonies nebuvimą) ir kt. ; todėl jų tyrimas yra nepaprastai įdomus, nes jie turi unikalių adaptacijų.

Tačiau naujausi molekulinės analizės metodai nekultivuojamoms mikroorganizmų rūšims identifikuoti (išskirti ir laikomi in vitro laboratorijoje) leido aptikti archają tokiose kasdieninėse aplinkose kaip dirvožemis, kai kurių gyvūnų prieskrandis, vandenynų vandenys ir ežerai, be kita ko.

Tačiau dauguma archajų, kurios buvo identifikuotos gamtoje, yra klasifikuojamos pagal jų užimamą buveinę, literatūroje yra žinomos sąvokos „hipertermofilai“, „acidofilai“ ir „ekstremalūs termoacidofilai“, „ekstremalūs halogenitai“. ir „metanogenai“.

Hipertermofilinės archajos užimama aplinka yra tokia, kuriai būdinga labai aukšta pastovi temperatūra (gerokai aukštesnė už „normalią“ temperatūrą, kurią veikia dauguma gyvų būtybių).

Kita vertus, aplinka, kurioje gyvena ekstremalūs acidofilai, yra labai žema, o pH taip pat gali būti išskiriama aukšta temperatūra (ekstremalūs termoacidofilai), tuo tarpu ekstremalių halogenofilų aplinka yra tokia, kurioje labai didelė druskų koncentracija. .

Metanogeninės archajos gyvena be deguonies ar anaerobiozės aplinkoje, kur jos metabolizme gali naudoti kitas molekules kaip elektronų akceptorius ir yra pajėgios gaminti metaną kaip metabolinį „atliekų“ produktą.

Archaea rūšių pavyzdžiai

Yra daugybė žinomų archajų rūšių, tačiau tik kelios iš jų čia bus minimos.

Ignicoccus hospitalis ir Nanoarchaeum arkliniai

I. hospitalis priklauso vėžių genčiai, vadinamai Ignicoccus, ir yra chemolitoautotrofinis organizmas, kuris naudoja molekulinį vandenilį kaip elektronų donorą sieros redukcijai. Šios rūšies genomas yra mažiausias iš visų iki šiol in vitro aprašytų archajų.

I. hospitalis elgiasi kaip kitos rūšies „parazitas“ arba „simbiontas“: „Nanoarchaeum equitans“. Pastarasis nebuvo auginamas in vitro, o jo genomas yra mažiausias iš visų aprašytų nekultūringų archajų.

Jis daugiausia gyvena jūrinėje aplinkoje ir neturi genų, skirtų lipidų, aminorūgščių, nukleotidų ar kofaktorių biosintezei, todėl eksperimentiniai duomenys rodo, kad šias molekules jis gauna dėl sąveikos su I. hospitalis.

Acidilobus saccharovorans

Tai yra termoacidofilinių anaerobinių archajų rūšis, tai yra, ji gyvena skurdžioje aplinkoje arba visiškai neturi deguonies, yra aukšta temperatūra ir ypač žemas pH. Pirmą kartą jis buvo aptiktas antžeminiuose karšto šaltinio kūnuose Kamčiatkoje.

Staphylothermus hellenicus

Ši archaja priklauso Crenarqueotos kraštui, būtent Desulfurokokų kategorijai. Tai hipertermofilinė heterotrofinė archaja (ji gyvena labai karštoje aplinkoje) ir jai reikalinga siera.

Nuorodos

1. Belfort, M., & Weiner, A. (1997). Kitas tiltas tarp karalysčių: tRNR, besisukanti archajoje ir eukariotuose. Cell, 89 (7), 1003–1006.
2. Berg, IA, Kockelkorn, D., Ramos-Vera, WH, Say, RF, Zarzycki, J., Hügler, M.,… & Fuchs, G. (2010). Autotrofinė anglies fiksacija archajoje. Gamtos apžvalgos, mikrobiologija, 8 (6), 447.
3. Brown, JR ir Doolittle, WF (1997). Archaea ir prokariotų perėjimas prie eukariotų. Mikrobiolis. Mol. Biol., Red., 61 (4), 456-502.
4. Chabanas, B., Ng, SY ir Jarrell, KF (2006). Archeologinės buveinės - nuo kraštutinės iki paprastosios. Kanados mikrobiologijos žurnalas, 52 (2), 73–116.
5. Gambacorta, A., Trincone, A., Nicolaus, B., Lama, L., & De Rosa, M. (1993). Unikalios Archaea lipidų savybės. Sisteminė ir taikomoji mikrobiologija, 16 (4), 518-527.
6. Junglas, B., Briegel, A., Burghardt, T., Walther, P., Wirth, R., Huber, H., & Rachel, R. (2008). Ignicoccus hospitalis ir Nanoarchaeum equitans: ultrastruktūra, ląstelių-ląstelių sąveika ir 3D rekonstravimas iš nuosekliai užšaldytų ląstelių sekcijų ir elektronų krotomografijos būdu. Mikrobiologijos archyvai, 190 (3), 395–408.
7. Klenk, HP ir Göker, M. (2010). Ar pakeliui į Archaea ir bakterijų klasifikaciją pagal genomą? Sisteminė ir taikoma mikrobiologija, 33 (4), 175–182.
8. Offre, P., Spang, A., ir Schleper, C. (2013). Archaea biogeocheminiuose cikluose. Metinė mikrobiologijos apžvalga, 67, 437-457.
9. Winker, S., ir Woese, CR (1991). Domenų Archaea, bakterijų ir Eucarya apibrėžimas mažų subvienetų ribosomų RNR charakteristikomis. Sisteminė ir taikomoji mikrobiologija, 14 (4), 305–310.
10. Wu, D., Hugenholtz, P., Mavromatis, K., Pukall, R., Dalin, E., Ivanova, NN,… & Hooper, SD (2009). Filogenijos pagrįsta genomo enciklopedija „Bakterijos ir Archaea“. „Nature“, 462 (7276), 1056.