ARCHAEA DOMAIN: PINAGMULAN, KATANGIAN, PAG-UURI, NUTRISYON - BIOLOGY - 2024

Ang domain ng archaea o kaharian ng archaea ay kumakatawan sa isa sa tatlong mga domain ng buhay. Binubuo ito ng mga mikroskopiko na unicellular prokaryotic organism na magkatulad at sa parehong oras na kakaiba sa mga bakterya at eukaryotes sa maraming aspeto.

Ang pagkakaroon ng pangkat na ito ay ipinakita ng isang maikling panahon na nakalipas, higit pa o mas kaunti sa huling bahagi ng 1970s, sa pamamagitan ng isang pangkat ng mga mananaliksik na pinangunahan ni Carl Woese, na itinuturing na ang buhay ay maaaring nahahati sa mga eukaryotes at dalawang uri ng prokaryotic organismo: bakterya at archaea, na tinatawag ding archaebacteria.

Ang "Morning Glory" na mga mainit na bukal sa Yellowstone National Park, USA, na ang kulay ay ibinigay ng archaea (Pinagmulan: ZYjacklin sa pamamagitan ng Wikimedia Commons) Ang mga pag-aaral ni Woese at mga tagasuporta ay batay sa paghahambing ng phylogenetic na pag-aaral sa pagitan ng mga ribosomal na RNA na pagkakasunud-sunod ng lahat ng mga buhay na nilalang, at ang paniwala ng tatlong mga domain ay pinananatili, sa kabila ng napakalawak na dami ng mga pagkakasunud-sunod na patuloy na idinagdag sa mga ribosomal RNA katalogo (database).

Ang mga pag-aaral na ito ay nagtagumpay upang makita ang posibilidad na ang archaea ay isang pangkat ng kapatid sa eukaryotes, sa kabila ng kanilang pagkakapareho sa kanilang mga prokaryotic counterparts (bakterya), kaya maaari nilang kumatawan sa "nawawalang link" sa pagitan ng prokaryotes at eukaryotes.

Bagaman kakaunti ang mga taong nakatuon sa pag-aaral ng archaea at ang pangkat na ito ay medyo hindi pinansin ng maraming mga mag-aaral ng biology, pinaniniwalaan na ang mga microorganism na ito ay kumakatawan sa higit sa 20% ng lahat ng mga prokaryote na mayroon sa mga karagatan ng dagat, sa pagitan ng 1 at 1 5% sa mga lupa, at ang pinaka-nangingibabaw na grupo sa mga sediment ng dagat at mga geothermal habitat.

Bilang karagdagan, ang archaea ay nailalarawan sa pamamagitan ng pamumuhay sa mga "matinding" mga kondisyon tulad ng mga mainit na bukal, salines, mga kapaligiran na may napakataas na temperatura at napaka acidic pH, hindi kapanatagan lugar na kung saan ang konsentrasyon ng oxygen ay napakababa o null, atbp.

Ang mga microorganism na ito ay may kahalagahan sa ekolohiya habang nakikilahok sila sa maraming mga biogeochemical cycle, na nag-aambag sa carbon, nitrogen at asupre, halimbawa.

Ebolusyonaryong pinagmulan at ugnayang phylogenetic

Mayroong tatlong mga teorya tungkol sa posibleng pinagmulan ng tatlong mga domain ng buhay na iminungkahi ng Woese at mga kasamahan:

1. Una nang naka-divert ang mga bakterya, na bumubuo ng isang linya na gumawa ng archaea at eukaryotes.
2. Ang isang "proto-eukaryotic" na linya ay nai-save mula sa isang ganap na prokaryotic na linya (na ng bakterya at archaea)
3. Ang Archaea ay lumipat mula sa isang taludtod na kalaunan ay nagbigay ng eukaryotes at bakterya

Noong 1989, dalawang mananaliksik, Gogarten at Iwabe, nakapag-iisa iminungkahi ng isang paraan upang pag-aralan ang lahat ng mga nabubuhay na organismo phylogenetically (na imposible na gawin mula sa pag-aaral ng pagkakasunod-sunod ng gene).

Ginamit ni Iwabe ang pagsusuri ng mga pagkakasunud-sunod ng mga gen na ginawa sa "maagang" mga kaganapan ng pagkopya ng gene, "pag-rooting" ng puno ng buhay mula sa paghahambing ng pagkakasunud-sunod ng mga gen ng paralogue na nagsasagawa ng mga kadahilanan ng pagpahaba.

Ang mga kadahilanan ng pagbubulag ay ang mga protina na nagbubuklod ng GTP na lumahok sa pagsasalin, partikular sa pagbubuklod ng mga amyoacylated transfer RNA molecules sa ribosom at sa pagsasalin ng peptidyl transfer RNA.

Ayon sa mga resulta ng mga paghahambing sa pagitan ng mga pagkakasunud-sunod ng tatlong mga pangkat, ang mga gen na code para sa mga kadahilanan ng pagpahaba sa archaea ay mas katulad sa mga eukaryotic organismo kaysa sa mga bakterya.

Ang punongkahoy ng buhay (Pinagmulan: File: Mga nabagsak na mga label ng puno na pinasimple.png Ang orihinal na uploader ay TimVickers sa English Wikipedia.Pagpapahayag sa galician ni Elisardojm sa pamamagitan ng Wikimedia Commons) Gogarten, sa kabilang banda, inihambing ang mga pagkakasunud-sunod ng iba pang mga gene na ginawa ng mga kaganapan ng duplication, partikular sa mga code na iyon para sa V-type at F-type na mga subunits ng ATPase enzyme na matatagpuan sa archaea / eukaryotes at bacteria, ayon sa pagkakabanggit.

Ang mga resulta na nakuha ni Gogarten, tulad ng mga nabanggit sa itaas, ay nagpapakita na ang mga gen na ito sa archaea (na maaaring lumitaw mula sa mga kaganapan sa pagkopya ng genetic) ay mas malapit na nauugnay sa mga eukaryotes kaysa sa kanilang mga katapat na bakterya.

Ang mga argumento na ito ay suportado din ng pagsusuri na isinagawa ng iba pang mga mananaliksik maraming taon na ang lumipas, na gumagamit ng mga pagkakasunud-sunod mula sa ibang pamilya ng mga dobleng gen, na ng mga synthetases ng aminoacyl ay naglilipat ng mga RNA, pinapalakas ang paglilihi ng "lapit" sa pagitan ng archaea at eukaryotes.

Puno ng Woese

Puno ng Buhay ng Woese

Ginamit ng Woese ang mga pagsusuri na isinagawa ng Gogarten at Iwabe at iba pang mga pag-aaral na may kaugnayan sa mga pagkakasunud-sunod ng ribosomal RNA upang imungkahi ang kanyang "bersyon" ng punongkahoy ng buhay, kung saan ito ay naging maliwanag na ang archaea at eukaryotes ay bumubuo ng mga "kapatid na babae" na mga grupo, na hiwalay mula sa ang bakterya kahit na ang mga ribosomal RNA na pagkakasunud-sunod sa pagitan ng archaea at bacteria ay mas katulad sa bawat isa.

Pangkalahatang katangian ng domain ng archaea

Ang Archaea ay kilala para sa ilang mga partikular na katangian (kanilang sariling) at din para sa pagpapakita ng "mga kumbinasyon" ng mga katangian na dating naisip na maging eksklusibo sa mga bakterya o eukaryotic organismo.

- Tulad ng bakterya, ang archaea ay mga prokaryotic na organismo , iyon ay, sa loob ng genetic material ay hindi nakapaloob sa isang lamad (wala silang isang nucleus) at walang mga membranous cytoplasmic organelles.

- Karaniwan silang mga microorganism na magkatulad na laki sa bakterya, ang kanilang DNA ay nasa anyo ng isang pabilog na kromosom at ilang mas maliit na mga pira-pirasong fragment na kilala bilang plasmids .

- Ibinahagi nila ang pagkakaroon ng mga katulad na topoisomerase at gyrase enzymes na may bakterya, na kumakatawan sa "hindi tuwirang" ebidensya ng "lapit" sa mga tuntunin ng chromosomal na istraktura ng parehong mga grupo ng mga organismo.

- Gayunpaman, ang mga archaea genes ay nagpapakita ng mahusay na homology na may maraming mga eukaryotic gen, lalo na sa mga na ang natuklasan ay nagmula sa mga pag-aaral na may mga antibiotics.

- Ang makinarya para sa pagtitiklop , transkripsyon at pagsasalin ng eukaryotes at archaea ay halos kapareho, lalo na tungkol sa DNA polymerase enzyme.

- Ang kanilang mga genes coding para sa mga protina ay walang mga intron (ngunit ang iba ay), kung hindi man ang eukaryotic genes. Bukod dito, ang archaea ay may mga protina na katulad ng mga protina na nauugnay sa kanilang DNA, na naroroon sa mga eukaryotes at wala sa bakterya.

- Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isoprenyl eter-lipids sa kanilang mga lamad ng cell, pati na rin sa kawalan ng acyl-ester lipids at isang fatty acid synthetase.

- Ang isa sa mga subunits ng RNA polymerase enzyme ay nahahati at ang messenger RNA nito, tulad ng sa bakterya, ay walang "hoods" (mula sa English cap) sa kanilang 5 'dulo.

- Mayroon silang isang napaka tiyak na saklaw ng pagiging sensitibo sa mga antibiotics at may mga uri ng paghihigpit sa type II na katulad ng mga na inilarawan para sa bakterya.

- Ang isa pang mahalagang katangian ay may kinalaman sa katotohanan na ang isang malaking bahagi ng archaea ay may isang pader ng cell , ngunit hindi tulad ng bakterya, hindi ito binubuo ng peptidoglycan.

Mga katangian ng mga lamad ng lamad nito

Ang mga lamad ng mga lamad ng archaea ay naiiba na malaki mula sa mga natagpuan sa mga bakterya at eukaryotic na organismo, at ito ay itinuturing na isang napakahalagang kaugalian na katangian.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ng amphipathic molecules (na may isang hydrophilic polar end at isang hydrophobic apolar one) ay ang bono sa pagitan ng glycerol na bahagi at ang fatty acid chain sa lipids ng archaea ay sa pamamagitan ng isang eter bond, habang sa ang bakterya at eukaryotes ay tumutugma sa isang ester na bono.

Ang isa pang mahalagang pagkakaiba ay ang archaea ay may mga lipid na may mga fatty acid na nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng lubos na branched isoprenyl chain na may mga grupo ng methyl, habang ang mga eukaryotes at bakterya ay nakararami na hindi nabuong mga fatty fatty fatty chain.

Ang mga lipid ng eukaryotes at bakterya ay "binuo" sa isang glycerol backbone na kung saan ang mga fatty chain chain ay esterified sa mga posisyon na naaayon sa carbon atoms 1 at 2, ngunit sa archaea glycerol eter ay naglalaman ng mga acid mataba sa mga posisyon 2 at 3.

Ang isa pang pagkakaiba na may kinalaman sa lamad ng mga lipid ay may kinalaman sa kanilang biosynthetic pathway, dahil ang ilang mga enzim ay magkakaiba din sa archaea.

Halimbawa, ang ilang mga species ng archaea ay may isang bifunctional prenyl transferase enzyme, na responsable para sa pagbibigay ng mga precursors kapwa para sa synthesis ng squalene at para sa synthesis ng glyceryl-lipid isoprenoids. Sa bakterya at eukaryotes ang mga pag-andar na ito ay isinasagawa ng hiwalay na mga enzyme.

Pag-uuri ng archaea

Ayon sa datos ng mga pagkakasunud-sunod ng mga maliliit na subunits ng ribosomal RNA ng archaea, ang pangkat na ito ay nahahati sa dalawang "phyla", na kilala bilang phylum Crenarchaeota at phylum Euryarchaeota, na ang mga miyembro ay, sa itaas lahat, archaea lumago sa vitro.

Gayunpaman, marami sa mga kamakailan lamang na inilarawan na archaea ay hindi nakaugaw sa vitro at malayong nauugnay lamang sa mga pagkakasunud-sunod na naihiwalay mula sa mga species na pinananatili sa mga laboratoryo.

Phylum Crenarchaeota

Ang pangkat na ito ay pangunahing nabuo sa pamamagitan ng mga species ng hyperthermophilic at thermoacidophilic archaea, iyon ay, ang mga genus ng archaea na naninirahan sa mga hindi nakakaalam na mga kapaligiran na may matinding mga kondisyon ng thermal at pH.

Ito ay binubuo ng isang klase ng taxonomic, na kilala bilang Thermoprotei, sa loob nito ay ang sumusunod na limang mga order ng taxonomic: Acidilobales, Desulfurococcales, Fervidicoccales, Sulfolobales at Thermoproteales.

Ang mga halimbawa ng ilan sa genera na kabilang sa mga nasabing klase ay maaaring ang genera Sulfolobus, Desulforococcus, Pyrodictium, Thermoproteus at Thermofilum.

Phylum Euryarchaeota

Ang mga miyembro ng pangkat na ito ay may isang bahagyang mas malawak na saklaw ng ekolohikal, na natagpuan sa loob nito ang ilang hyperthermophilic, methanogenic, halophilic at kahit thermophilic methanogenic species, denitrifying archaea, pagbabawas ng asupre, iron oxidizing at ilang mga organotrophs.

Ang mga klase ng taxonomic na inilarawan para sa Euriarcheotes ay walong at kilala bilang Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Methanomicrobia, Archaeglobi, Halobacteria, Thermococci at Thermoplasmata.

Marami sa mga archaea na kabilang sa pangkat na ito ay malawak na ipinamamahagi, na matatagpuan sa mga soils, sediment at mga tubig sa dagat, pati na rin sa matinding mga kapaligiran na inilarawan.

Phylum Thaumarchaeota

Ang phylum na ito ay tinukoy nang medyo kamakailan at kakaunti sa mga species na kabilang dito ay nilinang sa vitro, kaya kakaunti ang nalalaman tungkol sa mga organismo na ito.

Ang lahat ng mga kasapi ng gilid ng paggupit ay nakakuha ng kanilang enerhiya mula sa oksihenasyon ng ammonia at ipinamamahagi sa buong mundo sa mga sariwang katawan ng tubig, lupa, sediment at thermal na tubig.

Phyla Korarchaeota , Aigarchaeota at Goarchaeota

Ang ilang mga mananaliksik na bihasa sa sining, batay sa pagsusuri ng mga pagkakasunud-sunod ng genomic, ay natukoy kamakailan ang pagkakaroon ng tatlong karagdagang phyla sa kaharian ng Archaea, kahit na ang mga species na iminungkahi para sa mga phyla ay hindi pa nakahiwalay sa isang laboratoryo.

Sa pangkalahatan, ang mga miyembro ng phyla na ito ay natagpuan sa ilalim ng maraming mga terestrial at marine ecosystem, ngunit din sa mga mainit na bukal at malalim na mga sistema ng hydrothermal ng dagat.

Nutrisyon

Karamihan sa mga species ng archaea na may mga chemotrophic na organismo, iyon ay, may kakayahang gumamit ng lubos na nabawasan na mga organikong compound upang makuha ang enerhiya na kailangan nilang "ilipat" ang kanilang metabolic machine, lalo na ang may kinalaman sa paghinga.

Ang "pagtutukoy" para sa mga diorganikong molekula na ginagamit nila bilang mga substrate upang makagawa ng enerhiya ay nakasalalay sa kapaligiran kung saan ang bawat partikular na species ay bubuo.

Ang iba pang mga archaea, pati na rin ang mga halaman, algae, bryophyte at cyanobacteria, ay may kakayahang potosintesis, iyon ay, ginagamit nila at pinapalitan ang ilaw ng enerhiya ng mga sinag ng araw upang magamit na enerhiya na kemikal.

Ang ilang mga archaea ay ipinakita upang tumira sa tiyan (rumen) ng ilang mga hayop na ruminantiko (kasama na ang mga baka, tupa, kambing, atbp.), Kung bakit ang mga ito ay inuri bilang "mutualistic archaea", dahil kumonsumo sila bahagi ng hibla na pinapansin ng mga hayop na ito at nakikipagtulungan sa panunaw ng ilan sa mga sangkap nito.

Pagpaparami

Tulad ng bakterya, ang archaea ay mga organismo na single-celled na ang pagpaparami ay eksklusibo na walang karanasan. Ang pangunahing mekanismo na inilarawan mula sa mga species na pinananatili sa vitro ay:

- Binary fission, kung saan ang bawat arko ay "split" sa kalahati upang lumikha ng dalawang magkaparehong mga cell

- Budding o "fragmentation", kung saan ang mga cell ay naghuhulog ng "mga fragment" o "mga bahagi" ng kanilang sarili na may kakayahang bumubuo ng mga bago, genetically magkaparehong mga cell.

Habitat

Ang Archaea ay higit sa lahat na nauugnay sa "matinding" mga kapaligiran, iyon ay, ang mga likas na lugar na nagpapataw ng mga malubhang paghihigpit para sa normal na pag-unlad ng mga nabubuhay na nilalang, lalo na sa mga tuntunin ng temperatura, pH, kaasinan, anaerobiosis (kawalan ng oxygen), atbp. ; na ang dahilan kung bakit ang kanilang pag-aaral ay lubhang kawili-wili, dahil mayroon silang natatanging pagbagay.

Gayunpaman, ang pinakabagong mga diskarte sa pagsusuri ng molekular para sa pagkilala sa mga di-kultura na species ng microorganism (nakahiwalay at pinananatiling vitro sa isang laboratoryo) na posible upang makita ang pagkakaroon ng archaea sa mga pang-araw-araw na kapaligiran tulad ng lupa, rumen ng ilang mga hayop, karagatan at lawa, bukod sa iba pa.

Gayunpaman, ang karamihan sa mga archaea na nakilala sa kalikasan ay inuri ayon sa tirahan na kanilang nasasakop, ang mga salitang "hyperthermophiles", "acidophiles" at "matinding thermoacidophiles", "matinding halophiles" ay pamilyar sa panitikan. at "methanogens".

Ang mga kapaligiran na inookupahan ng hyperthermophilic archaea ay ang mga nailalarawan sa pamamagitan ng napakataas na pare-pareho na temperatura (na rin sa itaas ng "normal" na temperatura kung saan nasasakop ang karamihan sa mga nabubuhay na nilalang).

Ang mga kapaligiran na kung saan nakatira ang matinding acidophile, sa kabilang banda, ay ang mga kung saan ang pH ay napakababa at ang mga ito ay maaari ring makilala sa pamamagitan ng mataas na temperatura (matinding thermoacidophils), samantala ang mga kapaligiran ng matinding halophile ay ang mga kung saan ang konsentrasyon ng mga asin ay napakataas. .

Nabubuhay ang Methanogenic archaea sa kawalan ng oxygen o anaerobiosis, sa mga kapaligiran kung saan maaari silang gumamit ng iba pang mga molekula bilang mga tumatanggap ng elektron sa kanilang metabolismo at may kakayahang gumawa ng mitean bilang isang metabolic "basura" na produkto.

Mga halimbawa ng mga species ng archaea

Maraming mga kilalang species ng archaea, ngunit kakaunti lamang ang mababanggit dito.

Ang mga ospital ng Ignicoccus at mga pantay na Nanoarchaeum

I. Ang ospital ay kabilang sa genus ng crenarqueotes na kilala bilang Ignicoccus at isang chemolytoautotrophic organism na gumagamit ng molekular na hydrogen bilang isang donor na elektron para sa pagbawas ng asupre. Ang species na ito ay may pinakamaliit na genome ng lahat ng archaea na inilarawan sa vitro hanggang ngayon.

I. Ang mga ospital ay kumikilos tulad ng isang "parasito" o "symbiont" ng ibang species: Nanoarchaeum equitans. Ang huli ay hindi nai-kulturang vitro at ang genome nito ay ang pinakamaliit sa lahat ng walang pinag-aralan na archaea na inilarawan.

Nakatira ito lalo na sa mga kapaligiran sa dagat at walang mga gene para sa lipid, amino acid, nucleotide o cofactor biosynthesis, kaya ang ebidensya sa eksperimentong nagmumungkahi na nakukuha nito ang mga molekulang ito salamat sa pakikisalamuha nito sa I. ospitalis.

Acidilobus saccharovorans

Ito ay isang species ng thermoacidophilic anaerobic archaea, iyon ay, naninirahan ito sa mahirap na kapaligiran o ganap na walang oxygen, na may mataas na temperatura at sobrang mababang pH. Una itong natagpuan sa mga terrestrial na hot body ng tagsibol sa Kamchatka.

Staphylothermus hellenicus

Ang arko na ito ay kabilang sa gilid ng Crenarqueotas, partikular sa pagkakasunud-sunod ng Desulfurococcales. Ito ay isang hyperthermophilic heterotrophic archaea (nakatira ito sa sobrang init na kapaligiran) at nangangailangan ng asupre para sa enerhiya.

Mga Sanggunian

1. Belfort, M., & Weiner, A. (1997). Ang isa pang tulay sa pagitan ng mga kaharian: ang pag-splang ng tRNA sa archaea at eukaryotes. Cell, 89 (7), 1003-1006.
2. Berg, IA, Kockelkorn, D., Ramos-Vera, WH, Sabihin, RF, Zarzycki, J., Hügler, M., … & Fuchs, G. (2010). Autotrophic carbon fixation sa archaea. Mga Review ng Kalikasan Mikrobiolohiya, 8 (6), 447.
3. Kayumanggi, JR, at Doolittle, WF (1997). Archaea at ang prokaryote-to-eukaryote transition. Microbiol. Mol. Biol. Pahayag, 61 (4), 456-502.
4. Chaban, B., Ng, SY, & Jarrell, KF (2006). Ang mga arkeyo sa arkeyo-mula sa matinding hanggang sa ordinaryong. Journal ng microbiology ng Canada, 52 (2), 73-116.
5. Gambacorta, A., Trincone, A., Nicolaus, B., Lama, L., & De Rosa, M. (1993). Mga natatanging tampok ng mga lipid ng Archaea. Systematic and Applied Microbiology, 16 (4), 518-527.
6. Junglas, B., Briegel, A., Burghardt, T., Walther, P., Wirth, R., Huber, H., & Rachel, R. (2008). Ang Ignicoccus hospitalis at Nanoarchaeum equitans: ultrastructure, pakikipag-ugnay sa cell-cell, at pagbabagong-tatag sa 3D mula sa mga serye na seksyon ng mga cell na freeze-substituted at sa pamamagitan ng electron cryotomography. Mga archive ng microbiology, 190 (3), 395–408.
7. Klenk, HP, & Göker, M. (2010). Pumunta sa ruta sa isang pag-uuri na batay sa genome ng Archaea at Bacteria? Ang sistematiko at inilapat na microbiology, 33 (4), 175-182.
8. Offre, P., Spang, A., & Schleper, C. (2013). Archaea sa mga biogeochemical cycle. Taunang Review ng Mikrobiolohiya, 67, 437-457.
9. Winker, S., & Woese, CR (1991). Isang kahulugan ng mga domain Archaea, Bakterya at Eucarya sa mga tuntunin ng mga maliit na subunit ribosomal RNA na mga katangian. Systematic and Applied Microbiology, 14 (4), 305-310.
10. Wu, D., Hugenholtz, P., Mavromatis, K., Pukall, R., Dalin, E., Ivanova, NN, … & Hooper, SD (2009). Ang isang phylogeny-driven genomic encyclopedia ng Bacteria at Archaea. Kalikasan, 462 (7276), 1056.