Archaea



Toate cunoștințele pe care oamenii le-au acumulat de-a lungul secolelor despre Archaea sunt acum disponibile pe internet, iar noi le-am compilat și le-am aranjat pentru dumneavoastră în cel mai accesibil mod posibil. Dorim să puteți accesa rapid și eficient tot ceea ce doriți să știți despre Archaea, ca experiența dumneavoastră să fie plăcută și să simțiți că ați găsit cu adevărat informațiile pe care le căutați despre Archaea.

Pentru a ne atinge scopurile ne-am străduit nu numai să obținem cele mai actualizate, ușor de înțeles și veridice informații despre Archaea, dar am avut grijă ca designul, lizibilitatea, viteza de încărcare și ușurința de utilizare a paginii să fie cât mai plăcute, astfel încât să vă puteți concentra asupra esențialului, cunoscând toate datele și informațiile disponibile despre Archaea, fără să vă faceți griji pentru nimic altceva, noi ne-am ocupat deja de asta pentru dumneavoastră. Sperăm că ne-am atins scopul și că ați găsit informațiile pe care le căutați despre Archaea. Așadar, vă urăm bun venit și vă încurajăm să vă bucurați în continuare de experiența de utilizare a scientiaro.com .

Archaea
Interval temporal: 3,50 Ga
Halobacteria.jpg
Halobacterium sp. tulpina NRC-1,
fiecare celul de aproximativ 5  m lungime
Clasificare tiinific e
Domeniu: Archaea
Woese , Kandler & Wheelis , 1990
Regate i filate
Sinonime
  • Archaebacteria Woese & Fox, 1977
  • Mendosicutes Gibbons & Murray, 1978
  • Metabacteria Hori i Osawa 1979

Archaea ( / r k I / ( asculta ) Despre acest sunet ar- KEE - ; singular archaeon / r k I n / ) constituie un domeniu de organisme unicelulare . Aceste microorganisme nu au nuclee celulare i, prin urmare, sunt procariote . Archaea a fost iniial clasificat ca bacterie , primind numele de archaebacteria (în regatul Archaebacteria ), dar acest termen a czut din uz.

Celulele arhaeale au proprieti unice care le separ de celelalte dou domenii , Bacteria i Eukaryota . Archaea este împrit în mai multe filuri recunoscute . Clasificarea este dificil, deoarece majoritatea nu au fost izolate într-un laborator i au fost detectate doar de secvenele lor genetice din probele de mediu.

Archaea i bacteriile sunt în general similare ca dimensiune i form, dei câteva archaea au forme foarte diferite, cum ar fi celulele plate i ptrate ale Haloquadratum walsbyi . În ciuda acestei similitudini morfologice cu bacteriile, archaea posed gene i mai multe ci metabolice care sunt mai strâns legate de cele ale eucariotelor, în special pentru enzimele implicate în transcriere i traducere . Alte aspecte ale biochimiei arheologice sunt unice, cum ar fi dependena lor de lipide eterice din membranele celulare , inclusiv arheoli . Archaea folosete surse de energie mai diverse decât eucariotele, variind de la compui organici precum zaharurile, pân la amoniac , ioni metalici sau chiar hidrogen gazos . Sare tolerant Haloarchaea utilizare lumina solar ca surs de energie, precum i alte specii de Archaea carbon fix , dar spre deosebire de plante i cianobacterii , specii nu cunoscute de Archaea ambele aspecte . Archaea se reproduce asexual prin fisiune binar , fragmentare sau înmugurire ; spre deosebire de bacterii, nicio specie cunoscut de Archaea nu formeaz endospori . Primele arhee observate au fost extremofile , care triau în medii extreme precum izvoarele termale i lacurile srate fr alte organisme. Instrumentele îmbuntite de detectare molecular au condus la descoperirea archaea în aproape fiecare habitat , inclusiv în sol, oceane i mlatini . Archaea este deosebit de numeroas în oceane, iar archaea din plancton poate fi unul dintre cele mai abundente grupuri de organisme de pe planet.

Archaea este o parte important a vieii Pmântului . Acestea fac parte din microbiota tuturor organismelor. În microbiomul uman , acestea sunt importante în intestin , gur i pe piele. Diversitatea lor morfologic, metabolic i geografic le permite s joace mai multe roluri ecologice: fixarea carbonului; ciclul azotului ; cifra de afaceri a compusului organic; i meninerea comunitilor simbiotice i sintrofice microbiene , de exemplu.

Nu se cunosc exemple clare de ageni patogeni arhaici sau parazii . În schimb, acestea sunt adesea mutualiste sau comensale , cum ar fi metanogenii (tulpini productoare de metan) care locuiesc în tractul gastro-intestinal la oameni i rumegtoare , unde numrul lor mare faciliteaz digestia . Metanogenii sunt utilizai i în producia de biogaz i în tratarea apelor uzate , iar biotehnologia exploateaz enzime din arheele extremofile care pot suporta temperaturi ridicate i solveni organici .

Clasificare

Conceptul timpuriu

În cea mai mare parte a secolului XX, procariotele au fost privite ca un singur grup de organisme i clasificate pe baza biochimiei , morfologiei i metabolismului lor . Microbiologii au încercat s clasifice microorganismele pe baza structurilor pereilor lor celulari , a formelor lor i a substanelor pe care le consum. În 1965, Emile Zuckerkandl i Linus Pauling au propus în schimb utilizarea secvenelor genelor în diferite procariote pentru a afla cum sunt legate între ele. Aceast abordare filogenetic este principala metod utilizat astzi.

Archaea - la acea vreme erau cunoscui doar metanogenii - au fost clasificate pentru prima dat separat de bacterii în 1977 de Carl Woese i George E. Fox pe baza genelor lor de ARN ribozomal (rRNA). Ei au numit aceste grupuri Urkingdoms of Archaebacteria and Eubacteria, dei ali cercettori le-au tratat ca regate sau subregate. Woese i Fox au dat primele dovezi pentru Archaebacteria ca o linie de descenden separat: 1. lipsa peptidoglicanului în pereii celulari, 2. dou coenzime neobinuite, 3. rezultatele secvenierii genei ARN ribozomal 16S . Pentru a sublinia aceast diferen, Woese, Otto Kandler i Mark Wheelis au propus ulterior reclasificarea organismelor în trei domenii naturale cunoscute sub numele de sistemul cu trei domenii : Eukarya , Bacteria i Archaea, în ceea ce este acum cunoscut sub numele de Revoluia Woesian .

Cuvântul archaea provine din greaca veche , care înseamn lucruri antice, deoarece primii reprezentani ai domeniului Archaea erau metanogeni i s-a presupus c metabolismul lor reflecta atmosfera primitiv a Pmântului i antichitatea organismelor, dar pe msur ce au fost studiate noi habitate, au fost descoperite mai multe organisme. Microbii halofili i hipertermofili extremi au fost, de asemenea, inclui în Archaea. Pentru o lung perioad de timp, archaea a fost vzut ca extremofile care exist doar în habitate extreme, cum ar fi izvoarele termale i lacurile srate , dar pân la sfâritul secolului al XX-lea, archaea a fost identificat i în medii non-extreme. Astzi, se tie c sunt un grup mare i divers de organisme distribuite abundent în întreaga natur. Aceast nou apreciere a importanei i a omniprezenei archaea a venit din utilizarea reaciei în lan a polimerazei (PCR) pentru a detecta procariotele din probe de mediu (cum ar fi apa sau solul) prin multiplicarea genelor ribozomale. Acest lucru permite detectarea i identificarea organismelor care nu au fost cultivate în laborator.

Clasificare

ARMAN sunt un grup de Archaea descoperite recent in drenaj acide de min .

Clasificarea archaea, i a procariotelor în general, este un câmp în micare rapid i controversat. Sistemele actuale de clasificare îi propun s organizeze archaea în grupuri de organisme care împrtesc trsturi structurale i strmoi comuni. Aceste clasificri se bazeaz în mare msur pe utilizarea secvenei genelor de ARN ribozomal pentru a releva relaiile dintre organisme ( filogenetica molecular ). Majoritatea speciilor cultivabile i bine investigate de arhaea sunt membri ai a dou filuri principale , Euryarchaeota i Crenarchaeota . Au fost create provizoriu alte grupuri, cum ar fi specia specific Nanoarchaeum equitans , care a fost descoperit în 2003 i a primit propriul su filum , Nanoarchaeota . De asemenea, a fost propus un nou filum Korarchaeota . Conine un grup mic de specii termofile neobinuite, care împrtete trsturile ambelor filuri principale, dar este cel mai strâns legat de Crenarchaeota. Alte specii de arhaea detectate recent sunt înrudite doar la distan cu oricare dintre aceste grupuri, cum ar fi nanoorganismele acidofile ale minelor Archaeal Richmond (ARMAN, cuprinzând Micrarchaeota i Parvarchaeota), care au fost descoperite în 2006 i sunt unele dintre cele mai mici organisme cunoscute.

O superphylum - TACK - care include Thaumarchaeota , Aigarchaeota , Crenarchaeota i Korarchaeota a fost propus în 2011 pentru a fi legate de originea eucariotelor. În 2017, noul descoperit i nou-numit Asphard Superphylum a fost propus s fie mai strâns legat de eucariotul original i de un grup suror cu TACK.

În 2013 superphylum DPANN sa propus grupul Nanoarchaeota , Nanohaloarchaeota , archaeal Richmond mina nanoorganisms acidofile (ARMAN, cuprinzând Micrarchaeota i Parvarchaeota) i alte Archaea similare. Acest superfil arhaeal cuprinde cel puin 10 linii diferite i include organisme cu dimensiuni extrem de mici ale celulelor i genomului i capaciti metabolice limitate. Prin urmare, muli membri ai DPANN pot depinde în mod obligatoriu de interaciunile simbiotice cu alte organisme i pot include chiar i parazii noi. Cu toate acestea, în alte analize filogenetice s-a constatat c DPANN nu formeaz un grup monofiletic i c este cauzat de atracia ramurilor lungi (LBA), sugerând c toate aceste linii aparin Euryarchaeota.

Cladogram

Potrivit lui Tom A. Williams i colab. (2017) i Castelle & Banfield (2018) (DPANN):

Tom A. Williams i colab. (2017) i Castelle & Banfield (2018) Annotree i GTDB lanseaz 05-RS95 (17 iulie 2020).
Archaea
DPANN

Altiarchaeales

Diaferotrite

Micrarchaeota

Aenigmarchaeota

Nanohaloarchaeota

Nanoarchaeota

Pavarchaeota

Mamarchaeota

Woesarchaeota

Pacearchaeota

Euryarchaeota

Termococi

Pirococi

Metanococi

Metanobacterii

Metanopiri

Archaeoglobi

Metanocelale

Methanosarcinales

Metanomicrobiale

Halobacterii

Thermoplasmatales

Metanomassiliicoccales

Aciduliprofundum boonei

Termoplasma volcan

Proteoarchaeota
TACK

Korarchaeota

Crenarchaeota

Aigarchaeota

Geoarchaeota

Thaumarchaeota

Bathyarchaeota

Eukaryomorpha
Asgard

Odinarchaeota

Thorarchaeota

Lokiarchaeota

Helarchaeota

Heimdallarchaeota

( + Proteobacterii )

Eukaryota

Archaea
DPANN
Altarchaeota

Altarchaeia

Diaferotrite
Iainarchaeaota

Iainarchaeia

Micrarchaeota

Micrarchaeia

Undinarchaeota

Undinarchaeia

Aenigmatarchaeota

Aenigmatarchaeia

Huberarchaeaota

Huberarchaeia

Nanohaloarchaeota

Nanosalinia

Nanoarchaeota

Nanoarchaeia

Euryarchaeida
Hydrothermarchaeota

Hydrothermarchaeia

Hadarchaeota

Hadarchaeia

Metanobacteriota

Termococi

Metanopiri

Metanococi

Metanobacterii

Thermoplasmatota

Termoplasme

" Halobacteriota "

Metanonatronarchaeia

Arheoglobia

Metanoliparia

Syntropharchaeia

Metanocelie

Methanosarcinia

Metanomicrobia

Halobacterii

Proteoarchaeota
Filarchaeota
Thermoproteota

Korarchaeia

Bathyarchaeia

Nitrososphaeria

Metanometilicia

Termoproteie

Asgardaeota

" Lokiarchaeia "

Thorarchaeia

Heimdallarchaeia

Conceptul de specie

Clasificarea archaea în specii este, de asemenea, controversat. Biologia definete o specie ca un grup de organisme înrudite. Criteriul familiar exclusiv de reproducere (organisme care se pot reproduce între ele, dar nu cu altele ) nu este de nici un ajutor, deoarece archaea se reproduce doar asexual.

Archaea prezint niveluri ridicate de transfer orizontal de gene între linii. Unii cercettori sugereaz c indivizii pot fi grupai în populaii asemntoare speciilor, având în vedere genomi foarte asemntori i un transfer de gene rare la / din celule cu genomi mai puin înrudii, ca în genul Ferroplasma . Pe de alt parte, studiile efectuate în Halorubrum au descoperit un transfer genetic semnificativ ctre / de la populaii mai puin legate, limitând aplicabilitatea criteriului. Unii cercettori se întreab dac astfel de denumiri de specii au semnificaie practic.

Cunotinele actuale privind diversitatea genetic sunt fragmentare i numrul total de specii arhaeale nu poate fi estimat cu nicio acuratee. Estimrile numrului de filuri variaz de la 18 la 23, dintre care doar 8 au reprezentani care au fost cultivai i studiai direct. Multe dintre aceste grupuri ipotezate sunt cunoscute dintr-o singur secven de ARNr, indicând faptul c diversitatea dintre aceste organisme rmâne obscur. Bacteriile includ, de asemenea, muli microbi neculturi cu implicaii similare pentru caracterizare.

Origine i evoluie

Vârsta Pmântului este de aproximativ 4.54 miliarde ani. Dovezile tiinifice sugereaz c viaa a început pe Pmânt cu cel puin 3,5  miliarde de ani în urm . Cele mai vechi dovezi ale vieii pe Pmânt sunt grafitul gsit a fi biogen în roci metasedimentare vechi de 3,7 miliarde de ani descoperite în Groenlanda de Vest i fosile de covor microbian gsite în gresie veche de 3,48 miliarde de ani descoperit în Australia de Vest . În 2015, posibile rmie de materie biotic au fost gsite în roci vechi de 4,1 miliarde de ani din Australia de Vest.

Dei fosilele probabile de celule procariote dateaz de acum aproape 3,5  miliarde de ani , majoritatea procariotelor nu au morfologii distincte, iar formele fosile nu pot fi folosite pentru a le identifica ca arhaea. În schimb, fosilele chimice ale lipidelor unice sunt mai informative, deoarece astfel de compui nu apar în alte organisme. Unele publicaii sugereaz c rmiele lipidice arhaeale sau eucariote sunt prezente în isturi datând de acum 2,7 miliarde de ani, dei astfel de date au fost puse la îndoial. Aceste lipide au fost detectate i în roci chiar mai vechi din vestul Groenlandei . Cele mai vechi astfel de urme provin din districtul Isua , care include cele mai vechi sedimente cunoscute ale Pmântului, formate acum 3,8 miliarde de ani. Linia arhaeal poate fi cea mai veche care exist pe Pmânt.

Woese a susinut c bacteriile, arheile i eucariotele reprezint linii separate de descenden care s-au îndeprtat devreme de o colonie ancestral de organisme. O posibilitate este c acest lucru a avut loc înainte de evoluia celulelor , când lipsa unei membrane celulare tipice a permis transferul nerestricionat de gene laterale i c strmoii comuni ai celor trei domenii au aprut prin fixarea unor subgrupuri specifice de gene. Este posibil ca ultimul strmo comun al bacteriilor i archaea s fie un termofil , ceea ce ridic posibilitatea ca temperaturile mai sczute s fie medii extreme pentru archaea, iar organismele care triesc în medii mai reci au aprut abia mai târziu. Deoarece archaea i bacteriile nu sunt mai mult legate între ele decât sunt de eucariote, termenul procariot poate sugera o fals similitudine între ele. Cu toate acestea, asemnrile structurale i funcionale dintre descendene apar adesea din cauza trsturilor ancestrale comune sau a convergenei evolutive . Aceste similitudini sunt cunoscute ca un grad , iar procariotele sunt cel mai bine considerate ca un grad de via, caracterizat prin caracteristici precum absena organelor legate de membran.

Comparaie cu alte domenii

Tabelul urmtor compar câteva caracteristici majore ale celor trei domenii, pentru a ilustra asemnrile i diferenele acestora.

Proprietate Archaea Bacterii Eukarya
Membrana celulara Lipide legate de eter Lipide legate de esteri Lipide legate de esteri
Perete celular Pseudopeptidoglican , glicoprotein sau stratul S. Peptidoglican , strat S, sau nici un perete celular Diverse structuri
Structura genei Cromozomi circulari , traducere i transcriere similare cu Eukarya Cromozomi circulari, traducere i transcriere unice Cromozomi multipli, liniari, dar traducerea i transcripia sunt similare cu Archaea
Structura intern a celulei Nu exist organite legate de membran () Sau nucleu Nu exist organite sau nuclee legate de membran Organele i nucleul legate de membran
Metabolism Diverse, inclusiv diazotrofia , cu metanogenez unic Archaea Diverse, inclusiv fotosinteza , respiraia aerob i anaerob , fermentaia , diazotrofia i autotrofia Fotosinteza, respiraia celular i fermentaia; fr diazotrofie
Reproducere Reproducere asexual , transfer orizontal de gene Reproducere asexual, transfer orizontal de gene Reproducerea sexual i asexuat
Iniierea sintezei proteinelor Metionin Formilmetionina Metionin
ARN polimeraza Muli unu Muli
EF-2 / EF-G Sensibil la toxina difteric Rezistent la toxina difteric Sensibil la toxina difteric

Archaea a fost împrit ca un al treilea domeniu din cauza diferenelor mari în structura lor de ARN ribozomal. Molecula particular 16S ARNr este cheia produciei de proteine în toate organismele. Deoarece aceast funcie este atât de central în via, este puin probabil ca organismele cu mutaii ale ARNr-ului lor 16S s supravieuiasc, ducând la o stabilitate mare (dar nu absolut) în structura acestei polinucleotide de-a lungul generaiilor. ARNr 16S este suficient de mare pentru a arta variaii specifice organismului, dar înc suficient de mic pentru a fi comparat rapid. În 1977, Carl Woese, un microbiolog care studiaz secvenele genetice ale organismelor, a dezvoltat o nou metod de comparaie care presupunea divizarea ARN-ului în fragmente care ar putea fi sortate i comparate cu alte fragmente din alte organisme. Cu cât modelele dintre specii sunt mai similare, cu atât sunt mai strâns legate între ele.

Woese a folosit noua sa metod de comparaie a ARNr pentru a clasifica i contrasta diferite organisme. El a comparat o varietate de specii i s-a întâmplat cu un grup de metanogeni cu ARNr foarte diferit de orice procariote sau eucariote cunoscute. Aceti metanogeni erau mult mai asemntori unii cu alii decât cu alte organisme, determinându-i pe Woese s propun noul domeniu al Archaea. Experimentele sale au artat c archaea era genetic mai asemntoare cu eucariotele decât procariotele, chiar dac erau mai asemntoare cu procariotele în structur. Acest lucru a condus la concluzia c Archaea i Eukarya au împrtit un strmo comun mai recent decât Eukarya i bacteriile. Dezvoltarea nucleului a avut loc dup desprirea dintre bacterii i acest strmo comun.

O proprietate unic pentru archaea este utilizarea abundent a lipidelor legate de eter în membranele lor celulare. Legturile eterice sunt mai stabile din punct de vedere chimic decât legturile esterice gsite în bacterii i eucarya, care pot fi un factor care contribuie la capacitatea multor arhee de a supravieui în medii extreme care pun stres puternic pe membranele celulare, cum ar fi cldura i salinitatea extreme . Analiza comparativ a genomurilor arhaeale a identificat, de asemenea, mai muli indels de semntur molecular conservat i proteine de semntur prezente în mod unic fie în toate archaea, fie în diferite grupuri principale din cadrul archaea. O alt caracteristic unic a arheilor, care nu se gsete în alte organisme, este metanogeneza (producia metabolic de metan). Arheele metanogene joac un rol esenial în ecosistemele cu organisme care obin energie din oxidarea metanului, dintre care multe sunt bacterii, deoarece acestea sunt adesea o surs major de metan în astfel de medii i pot juca un rol ca productori primari. Metanogenii joac, de asemenea, un rol critic în ciclul carbonului, descompunând carbonul organic în metan, care este, de asemenea, un gaz de ser major.

Relaia cu bacteriile

Euryarchaeota Nanoarchaeota Crenarchaeota Protozoa Algae Plant Slime molds Animal Fungus Gram-positive bacteria Chlamydiae Chloroflexi Actinobacteria Planctomycetes Spirochaetes Fusobacteria Cyanobacteria Thermophiles Acidobacteria Proteobacteria
Arborele filogenetic care arat relaia dintre Archaea i alte domenii ale vieii. Eucariotele sunt colorate în rou, verde archaea i albastru bacterii . Adaptat de la Ciccarelli i colab. (2006)

Relaiile dintre cele trei domenii sunt de o importan central pentru înelegerea originii vieii. Majoritatea cilor metabolice , care fac obiectul majoritii genelor unui organism, sunt comune între Archaea i Bacteria, în timp ce majoritatea genelor implicate în expresia genomului sunt comune între Archaea i Eukarya. În cadrul procariotelor, structura celulelor arhaeale este cea mai asemntoare cu cea a bacteriilor gram-pozitive , în mare msur deoarece ambele au un singur strat strat lipidic i conin de obicei un sacculus gros (exoschelet) cu compoziie chimic variabil. În unii arbori filogenetici bazate pe diferite secvene de gene / proteine ale omologilor procariote, omologii arheici sunt mai strâns legai de cei ai bacteriilor gram-pozitive. Archaea i bacteriile gram-pozitive împart, de asemenea, indels conservai într-o serie de proteine importante, cum ar fi Hsp70 i glutamina sintetaza  I; dar filogenia acestor gene a fost interpretat pentru a releva transferul de gene între domenii i s-ar putea s nu reflecte relaia (relaiile) organismului.

S-a propus c archaea a evoluat din bacterii gram-pozitive ca rspuns la presiunea de selecie a antibioticelor . Acest lucru este sugerat de observaia c archaea este rezistent la o mare varietate de antibiotice care sunt produse în principal de bacterii gram-pozitive i c aceste antibiotice acioneaz în principal asupra genelor care disting archaea de bacterii. Propunerea este c presiunea selectiv ctre rezisten generat de antibioticele gram-pozitive a fost în cele din urm suficient pentru a provoca modificri ample în multe dintre genele int ale antibioticelor i c aceste tulpini au reprezentat strmoii comuni ai actualelor Archaea. Evoluia Archaea ca rspuns la selecia antibioticelor sau la orice alt presiune selectiv competitiv ar putea explica, de asemenea, adaptarea lor la medii extreme (cum ar fi temperatura ridicat sau aciditatea) ca rezultat al cutrii unor nie neocupate pentru a scpa de organismele productoare de antibiotice; Cavalier-Smith a fcut o sugestie similar. Aceast propunere este, de asemenea, susinut de alte lucrri care investigheaz relaiile structurale ale proteinelor i studii care sugereaz c bacteriile gram-pozitive pot constitui cele mai vechi linii de ramificare din procariote.

Relaia cu eucariotele

Relaia evolutiv dintre archaea i eucariote rmâne neclar. În afar de asemnrile în structura i funcia celulelor, care sunt discutate mai jos, muli copaci genetici îi grupeaz pe cei doi.

Factorii care complic includ afirmaiile c relaia dintre eucariote i filumul arhaeal Crenarchaeota este mai strâns decât relaia dintre Euryarchaeota i filul Crenarchaeota i prezena genelor asemntoare arheilor în anumite bacterii, cum ar fi Thermotoga maritima , din transferul de gene orizontal . Ipoteza standard afirm c strmoul eucariotelor a deviat devreme de Archaea i c eucariotele au aprut prin fuziunea unui archaean i eubacterium, care a devenit nucleul i citoplasma ; aceast ipotez explic diferite asemnri genetice, dar întâmpin dificulti în explicarea structurii celulare. O ipotez alternativ, ipoteza eocitelor , susine c Eukaryota a aprut relativ târziu din Archaea.

O descenden de arhaea descoperit în 2015, Lokiarchaeum (a noului filu propus Lokiarchaeota ), numit pentru o gur de ap hidrotermal numit Castelul Loki din Oceanul Arctic, s-a dovedit a fi cea mai strâns legat de eucariote cunoscute la acea vreme. A fost numit organism de tranziie între procariote i eucariote.

Au fost gsite de atunci mai multe filuri surori ale Lokiarchaeota ( Thorarchaeota , Odinarchaeota , Heimdallarchaeota ), toate formând un supergrup Asgard nou propus , care poate aprea ca un taxon suror al lui Proteoarchaeota .

Detalii despre relaia dintre membrii Asgard i eucariote sunt înc în curs de analiz, dei, în ianuarie 2020, oamenii de tiin au raportat c Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum , un tip de arhaea Asgard, ar putea fi o posibil legtur între microorganismele procariote simple i eucariote complexe acum aproximativ dou miliarde de ani .

Morfologie

Arheile individuale variaz de la 0,1  micrometri (m) la peste 15 m în diametru i apar în diferite forme, de obicei ca sfere, tije, spirale sau plci. Alte morfologii din Crenarchaeota includ celule lobate de form neregulat în Sulfolobus , filamente asemntoare acelor care au mai puin de jumtate de micrometru în diametru în Thermofilum i tije aproape perfect dreptunghiulare în Thermoproteus i Pyrobaculum . Archaea din genul Haloquadratum, cum ar fi Haloquadratum walsbyi, sunt exemplare plate, ptrate, care triesc în bazine hipersaline. Aceste forme neobinuite sunt probabil meninute atât de pereii lor celulari, cât i de un citoschelet procariot . Proteinele legate de componentele citoscheletului altor organisme exist în arhee, iar filamentele se formeaz în celulele lor, dar spre deosebire de alte organisme, aceste structuri celulare sunt slab înelese. În Termoplasma i Ferroplasma lipsa unui perete celular înseamn c celulele au forme neregulate i pot semna cu amibele .

Unele specii formeaz agregate sau filamente de celule de pân la 200 m lungime. Aceste organisme pot fi proeminente în biofilme . În special, agregatele de celule Thermococcus coalescens fuzioneaz împreun în cultur, formând celule gigantice unice. Archaea din genul Pyrodictium produce o colonie multicelular elaborat care implic matrice de tuburi lungi, subiri, goale, numite canule, care ies de pe suprafeele celulelor i le leag într-o aglomerare dens de tip tufi. Funcia acestor canule nu este stabilit, dar acestea pot permite comunicarea sau schimbul de nutrieni cu vecinii. Exist colonii multi-specii, cum ar fi comunitatea ir de perle care a fost descoperit în 2001 într-o mlatin german. Coloniile albicioase rotunde ale unei noi specii de Euryarchaeota sunt distanate de-a lungul filamentelor subiri care pot varia pân la 15 centimetri (5,9 in) lungime; aceste filamente sunt formate dintr-o anumit specie de bacterii.

Structura, dezvoltarea compoziiei i funcionarea

Archaea i bacteriile au în general o structur celular similar , dar compoziia i organizarea celulelor separ archaea. La fel ca bacteriile, archaea nu are membrane i organite interioare . La fel ca bacteriile, membranele celulare ale archaea sunt, de obicei, delimitate de un perete celular i înoat folosind unul sau mai muli flageli . Structural, archaea sunt cele mai asemntoare bacteriilor gram-pozitive . Majoritatea au o singur membran plasmatic i perete celular i nu au un spaiu periplasmatic ; excepia de la aceast regul general este Ignicoccus , care posed un periplasm deosebit de mare care conine vezicule legate de membran i este închis de o membran exterioar.

Peretele celular i flagelul

Majoritatea arheilor (dar nu i Termoplasma i Ferroplasma ) posed un perete celular. In majoritatea Archaea peretele este asamblat din proteine strat de suprafa, care formeaz un strat S . Un strat S este o gam rigid de molecule de proteine care acoper exteriorul celulei (cum ar fi lanul ). Acest strat ofer atât protecie chimic, cât i fizic i poate împiedica macromoleculele s intre în contact cu membrana celular. Spre deosebire de bacterii, archaea nu are peptidoglican în pereii celulari. Metanobacterialele au perei celulari care conin pseudopeptidoglican , care seamn cu peptidoglicanul eubacterian în morfologie, funcie i structur fizic, dar pseudopeptidoglicanul este distinct în structura chimic; îi lipsesc D-aminoacizii i acidul N-acetilmuramic , înlocuindu-l pe acesta din urm cu acidul N-Acetiltalosaminuronic .

Flageli archaeal sunt cunoscute ca archaella , care funcioneaz ca bacterian flageli - tulpinile lor lungi sunt antrenate de motoare rotative la baza. Aceste motoare sunt alimentate de un gradient de protoni peste membran, dar archaella este deosebit de diferit în compoziie i dezvoltare. Cele dou tipuri de flageli au evoluat din strmoi diferii. Flagelul bacterian împrtete un strmo comun cu sistemul de secreie de tip III , în timp ce flagelele arhaeale par s fi evoluat din pili bacteriene de tip IV . Spre deosebire de flagelul bacterian, care este gol i asamblat de subuniti care se deplaseaz în susul porului central pân la vârful flagelilor, flagelele arhaeale sunt sintetizate prin adugarea de subuniti la baz.

Membranele

Structuri de membran. În partea de sus , un fosfolipid arhaeal: 1 , lanuri de izopren; 2 , legturi eterice; 3poriunea L-glicerol ; 4 , gruparea fosfat. Mijlociu , un fosfolipid bacterian sau eucariot: 5 , lanuri de acizi grai; 6 , legturi esterice; 7 ,  radical D-glicerol ; 8 , gruparea fosfat. Partea de jos : 9 , strat strat lipidic de bacterii i eucariote; 10 , monostrat lipidic al unor arhee.

Membranele arhaeale sunt formate din molecule care sunt distinct diferite de cele din toate celelalte forme de via, artând c arheile sunt legate doar la distan de bacterii i eucariote. În toate organismele, membranele celulare sunt formate din molecule cunoscute sub numele de fosfolipide . Aceste molecule posed atât o parte polar care se dizolv în ap ( capul de fosfat ), cât i o parte nepolare gras care nu o are (coada lipidic). Aceste pri diferite sunt conectate printr-un fragment glicerol . În ap, fosfolipidele se adun, cu capetele orientate spre ap i cozile îndreptate spre ea. Structura principal din membranele celulare este un strat dublu al acestor fosfolipide, care se numete strat strat lipidic .

Fosfolipidele archaea sunt neobinuite în patru moduri:

  • Ele au membrane compuse din glicerol lipide eter , în timp ce bacteriile i eucariotelor au membrane compuse în principal din glicerol ester lipidelor . Diferena este tipul de legtur care unete lipidele cu fragmentul glicerol; cele dou tipuri sunt prezentate în galben în figura din dreapta. În lipidele esterice aceasta este o legtur esteric , în timp ce în lipidele eterice aceasta este o legtur eteric .
  • Stereochimia a fragmentului de glicerol archaeal este imaginea în oglind a care a gsit în alte organisme. Poriunea glicerol poate aprea în dou forme care sunt imagini în oglind, denumite enantiomeri . Aa cum o mân dreapt nu se potrivete uor într-o mnu stângaci, enantiomerii de un tip nu pot fi folosii sau fabricai în general de enzime adaptate pentru cealalt. Fosfolipidele arheale sunt construite pe o coloan vertebral a sn -glicerol-1-fosfatului, care este un enantiomer al sn -glicerol-3-fosfatului, coloana vertebral a fosfolipidelor gsite în bacterii i eucariote. Acest lucru sugereaz c archaea utilizeaz enzime complet diferite pentru sintetizarea fosfolipidelor în comparaie cu bacteriile i eucariotele. Astfel de enzime s-au dezvoltat foarte devreme în istoria vieii, indicând o separare timpurie de celelalte dou domenii.
  • Cozile lipidice arhaeale difer de cele ale altor organisme prin faptul c se bazeaz pe lanuri izoprenoide lungi cu ramuri laterale multiple, uneori cu ciclopropan sau ciclohexan . Prin contrast, acizii grai din membranele altor organisme au lanuri drepte fr ramuri laterale sau inele. Dei izoprenoizii joac un rol important în biochimia multor organisme, doar arheele le folosesc pentru a produce fosfolipide. Aceste lanuri ramificate pot ajuta la prevenirea scurgerii membranelor arhaeale la temperaturi ridicate.
  • În unele archaea, bistratul lipidic este înlocuit cu un monostrat. De fapt, arheea fuzioneaz cozile a dou molecule de fosfolipide într-o singur molecul cu dou capete polare (un bolaamfil ); aceast fuziune le poate face membranele mai rigide i mai capabile s reziste mediilor dure. De exemplu, lipidele din Ferroplasma sunt de acest tip, despre care se crede c ajut supravieuirea acestui organism în habitatul su extrem de acid.

Metabolism

Archaea prezint o mare varietate de reacii chimice în metabolismul lor i utilizeaz multe surse de energie. Aceste reacii sunt clasificate în grupuri nutriionale , în funcie de sursele de energie i carbon. Unele arhee obin energie din compui anorganici precum sulful sau amoniacul (sunt chimiotrofi ). Acestea includ nitrifiani , metanogeni i metan oxidani anaerobi . În aceste reacii, un compus trece electroni la altul (într-o reacie redox ), eliberând energie pentru a alimenta activitile celulei. Un compus acioneaz ca un donator de electroni i unul ca un acceptor de electroni . Energia eliberat este utilizat pentru a genera adenozin trifosfat (ATP) prin chemiosmoz , acelai proces de baz care se întâmpl în mitocondriile celulelor eucariote.

Alte grupuri de arhee folosesc lumina soarelui ca surs de energie (sunt fototrofe ), dar fotosinteza generatoare de oxigen nu are loc în niciunul dintre aceste organisme. Multe ci metabolice de baz sunt împrtite între toate formele de via; de exemplu, archaea utilizeaz o form modificat de glicoliz (calea Entner-Doudoroff ) i un ciclu complet sau parial de acid citric . Aceste asemnri cu alte organisme reflect probabil atât originile timpurii din istoria vieii, cât i nivelul lor ridicat de eficien.

Tipuri nutriionale în metabolismul arhaeal
Tipul nutriional Sursa de energie Sursa de carbon Exemple
 Fototrofe   Lumina soarelui   Compusi organici   Halobacterium 
 Litotrofe  Compui anorganici  Compui organici sau fixarea carbonului  Ferroglobus , Methanobacteria sau Pyrolobus 
 Organotrofe  Compusi organici   Compui organici sau fixarea carbonului   Pyrococcus , Sulfolobus sau Methanosarcinales 

Unele Euryarchaeota sunt metanogeni (archaea care produc metan ca urmare a metabolismului) care triesc în medii anaerobe , cum ar fi mlatinile. Aceast form de metabolism a evoluat devreme i este chiar posibil ca primul organism cu via liber s fie un metanogen. O reacie obinuit implic utilizarea dioxidului de carbon ca acceptor de electroni pentru oxidarea hidrogenului . Metanogeneza implic o serie de coenzime care sunt unice pentru aceste arhee, cum ar fi coenzima M i metanofuranul . Ali compui organici, cum ar fi alcoolii , acidul acetic sau acidul formic, sunt folosii ca acceptori alternativi de electroni de ctre metanogeni. Aceste reacii sunt frecvente în arheele care locuiesc în intestin . Acidul acetic este, de asemenea, descompus în metan i dioxid de carbon direct, prin arheele acetotrofe . Aceti acetotrofi sunt archaea în ordinea Methanosarcinales i sunt o parte major a comunitilor de microorganisme care produc biogaz .

Bacteriorodopsina din Halobacterium salinarum . Cofactorul de retinol i reziduurile implicate în transferul de protoni sunt prezentate ca modele cu bil i stick .

Alte archaea folosesc CO
2
în atmosfer ca surs de carbon, într-un proces numit fixare a carbonului (sunt autotrofi ). Acest proces implic fie o form foarte modificat a ciclului Calvin, fie o alt cale metabolic numit ciclul 3-hidroxipropionat / 4-hidroxibutirat. Crenarchaeota folosete i ciclul invers Krebs, în timp ce Euryarchaeota folosete i calea reductiv acetil-CoA . Fixarea carbonului este alimentat de surse de energie anorganice. Nici o arheea cunoscut nu efectueaz fotosinteza ( Halobacterium este singura arhie fototrof cunoscut, dar folosete un proces alternativ fa de fotosintez). Sursele de energie arheal sunt extrem de diverse i variaz de la oxidarea amoniacului de ctre nitrosopumilali la oxidarea hidrogenului sulfurat sau a sulfului elementar de ctre speciile de Sulfolobus , folosind fie ioni de oxigen, fie de metal ca acceptori de electroni.

Arheele fototrofice folosesc lumina pentru a produce energie chimic sub form de ATP. În halobacterii , pompele ionice activate de lumin, cum ar fi bacteriorodopsina i halorodopsina, genereaz gradieni de ioni prin pomparea ionilor din i în celul peste membrana plasmatic . Energia stocat în aceti gradieni electrochimici este apoi convertit în ATP prin ATP sintaz . Acest proces este o form de fotofosforilare . Capacitatea acestor pompe acionate de lumin de a deplasa ionii peste membrane depinde de modificrile acionate de lumin în structura unui cofactor de retinol îngropat în centrul proteinei.

Genetica

Archaea are de obicei un singur cromozom circular , cu pân la 5.751.492  perechi de baze în Methanosarcina acetivorans , cel mai mare genom arhaeal cunoscut. Micul genom de 490.885 perechi de baze al Nanoarchaeum equitans este o zecime din aceast dimensiune i cel mai mic genom arhaeal cunoscut; se estimeaz c conine doar 537 de gene care codific proteinele. Buci independente de ADN mai mici, numite plasmide , se gsesc i în arhee. Plasmidele pot fi transferate între celule prin contact fizic, într-un proces care poate fi similar cu conjugarea bacterian .

Sulfolobus infectat cu virusul ADN STSV1 . Bara are 1  micrometru .

Archaea este genetic diferit de bacterii i eucariote, cu pân la 15% din proteinele codificate de orice genom archaeal fiind unic pentru domeniu, dei majoritatea acestor gene unice nu au o funcie cunoscut. Dintre restul proteinelor unice care au o funcie identificat, cele mai multe aparin Euryarchaeota i sunt implicate în metanogenez. Proteinele pe care le distribuie arheele, bacteriile i eucariotele formeaz un nucleu comun al funciei celulare, care se refer în principal la transcriere , traducere i metabolismul nucleotidic . Alte trsturi arheologice caracteristice sunt organizarea genelor cu funcii înrudite - cum ar fi enzimele care catalizeaz pai în aceeai cale metabolic în operoni noi i diferene mari în genele ARNt i aminoacil ARNt sintetaze .

Transcrierea în arhaea seamn mai mult cu eucariotul decât cu transcrierea bacterian, ARN polimeraza arhaeal fiind foarte aproape de echivalentul su din eucariote, în timp ce traducerea arhaeal prezint semne atât ale echivalenilor bacterieni cât i ai eucariotilor. Dei archaea are un singur tip de ARN polimeraz, structura i funcia sa în transcripie pare s fie apropiate de cea a ARN polimerazei eucariote II , cu ansambluri de proteine similare ( factorii generali de transcripie ) care direcioneaz legarea ARN polimerazei la promotorul unei gene. , dar ali factori de transcripie arheologic sunt mai apropiai de cei gsii în bacterii. Modificarea post-transcripional este mai simpl decât în eucariote, deoarece majoritatea genelor arhaeale nu au introni , dei exist muli introni în ARN -ul de transfer i genele ARN ribozomale , iar intronii pot aprea în câteva gene care codific proteinele.

Transferul de gene i schimbul genetic

Haloferax volcanii , un arheon halofil extrem, formeaz puni citoplasmatice între celule care par a fi utilizate pentru transferul ADN-ului de la o celul la alta în ambele direcii.

Când arheea hipertermofil Sulfolobus solfataricus i Sulfolobus acidocaldarius sunt expuse la iradiere UV care duneaz ADN-ului sau la agenii bleomicin sau mitomicin C , se induce agregarea celular specific speciei. Agregarea în S. solfataricus nu a putut fi indus de ali factori de stres fizici, cum ar fi pH-ul sau schimbarea temperaturii, sugerând c agregarea este indus în mod specific de deteriorarea ADN-ului . Ajon i colab. a artat c agregarea celular indus de UV mediaz schimbul de markeri cromozomiali cu frecven ridicat în S. acidocaldarius . Ratele de recombinare au depit cele ale culturilor neinduse cu pân la trei ordine de mrime. Frols i colab. i Ajon i colab. a emis ipoteza c agregarea celular îmbuntete transferul de ADN specific speciei între celulele Sulfolobus pentru a asigura o reparaie sporit a ADN-ului deteriorat prin recombinare omoloag . Acest rspuns poate fi o form primitiv de interaciune sexual similar cu cele mai bine studiate sisteme de transformare bacterian, care sunt, de asemenea, asociate cu transferul de ADN specific speciei între celule ducând la repararea omolog recombinaional a deteriorrii ADN-ului.

Virui arhaici

Archaea este inta unui numr de virui într-o virosfer diferit de virusurile bacteriene i eucariote. Au fost organizate în 15-18 familii bazate pe ADN pân acum, dar mai multe specii rmân neizolate i ateapt clasificarea. Aceste familii pot fi împrite informal în dou grupuri: arhaea-specifice i cosmopolite. Viruii specifici Archaeal vizeaz doar speciile Archaean i includ în prezent 12 familii. În acest grup au fost observate numeroase structuri virale unice, neidentificate anterior, inclusiv: virui în form de sticl, în form de fus, în form de bobin i în form de pictur. În timp ce ciclurile de reproducere i mecanismele genomice ale speciilor specifice archaea pot fi similare cu alte virusuri, acestea au caracteristici unice care au fost dezvoltate în mod specific datorit morfologiei celulelor gazd pe care le infecteaz. Mecanismele lor de eliberare a virusului difer de cele ale altor fagi. Bacteriofagii sufer, în general, fie ci litice , ci lizogene , fie (rar) un amestec al celor dou. Majoritatea tulpinilor virale specifice archaea menin o relaie stabil, oarecum lizogen, cu gazdele lor - care apare ca o infecie cronic. Aceasta implic producerea i eliberarea treptat i continu de virioni fr a ucide celula gazd. Prangishyili (2013) a menionat c s-a emis ipoteza c fagii arhaici cu coad provin din bacteriofagi capabili s infecteze speciile haloarchaeal . Dac ipoteza este corect, se poate concluziona c ali virusuri ADN dublu catenar care alctuiesc restul grupului specific archaea sunt propriul lor grup unic în comunitatea viral global. Krupovic i colab. (2018) afirm c nivelurile ridicate de transfer orizontal de gene , ratele rapide de mutaie în genomii virali i lipsa secvenelor genetice universale au determinat cercettorii s perceap calea evolutiv a viruilor arheici ca o reea. Lipsa asemnrilor dintre markerii filogenetici din aceast reea i virosfera global, precum i legturile externe cu elemente non-virale, poate sugera c unele specii de virusuri specifice archaea au evoluat din elemente genetice mobile non-virale (MGE).

Aceti virui au fost studiai în detaliu în termofile, în special în ordinele Sulfolobales i Thermoproteales . Dou grupuri de virusuri ADN monocatenare care infecteaz arheile au fost izolate recent. Un grup este exemplificat de virusul pleomorf 1 Halorubrum ( Pleolipoviridae ) care infecteaz arheele halofile, iar cellalt de virusul în form de bobin Aeropyrum ( Spiraviridae ) care infecteaz o gazd hipertermofil (cretere optim la 90-95 ° C). În special, acest din urm virus are cel mai mare genom SSDNA raportat în prezent. Aprarea împotriva acestor virui poate implica interferena ARN din secvene repetitive de ADN care sunt legate de genele viruilor.

Reproducere

Archaea se reproduce asexual prin fisiune binar sau multipl , fragmentare sau înmugurire ; mitoza i meioza nu apar, deci dac o specie de archaea exist sub mai multe forme, toate au acelai material genetic. Diviziunea celular este controlat într-un ciclu celular ; dup ce cromozomul celulei este reprodus i cei doi cromozomi fiice se separ, celula se împarte. În genul Sulfolobus , ciclul are caracteristici similare atât cu sistemele bacteriene, cât i cu cele eucariote. Cromozomii se replic din mai multe puncte de plecare ( originile replicrii ) folosind ADN polimeraze care seamn cu enzimele eucariote echivalente.

În Euryarchaeota, proteina de diviziune celular FtsZ , care formeaz un inel contractant în jurul celulei, i componentele septului care este construit în centrul celulei, sunt similare cu echivalenii lor bacterieni. În cren i taumarhea, mainile de diviziune celular Cdv îndeplinesc un rol similar. Aceast mainrie este legat de maina eucariot ESCRT-III care, dei este cunoscut mai ales pentru rolul su în sortarea celulelor, s-a vzut c îndeplinete un rol în separarea între celula divizat, sugerând un rol ancestral în diviziunea celular.

Atât bacteriile, cât i eucariotele, dar nu archaea, fac spori . Unele specii de Haloarchaea sufer schimbri fenotipice i cresc ca mai multe tipuri de celule diferite, inclusiv structuri cu perei groi, care sunt rezistente la ocul osmotic i permit archaea s supravieuiasc în ap la concentraii sczute de sare, dar acestea nu sunt structuri reproductive i le pot ajuta în schimb ajunge la habitate noi.

Comportament

Comunicare

S-a crezut iniial c detectarea cvorumului nu exist în Archaea, dar studii recente au artat dovezi c unele specii sunt capabile s efectueze conversaii încruciate prin intermediul cvorumului. Alte studii au artat interaciuni sintrofice între arhee i bacterii în timpul creterii biofilmului. Dei cercetarea este limitat în ceea ce privete detectarea cvorumului arhaeal, unele studii au descoperit proteine LuxR la speciile arhaeale, prezentând similitudini cu bacteriile LuxR i, în cele din urm, permitând detectarea moleculelor mici care sunt utilizate în comunicarea cu densitate mare. Similar bacteriilor, solo-urile Archaea LuxR au artat c se leag de ligani AHL (lactone) i non-AHL, care este o parte important în efectuarea comunicrii intraspecii, interspecii i inter-domenii prin detectarea cvorumului.

Ecologie

Habitate

Archaea exist într-o gam larg de habitate i sunt acum recunoscute ca o parte major a ecosistemelor globale i pot reprezenta aproximativ 20% din celulele microbiene din oceane. Cu toate acestea, primii arhaeni descoperii erau extremofili . Într-adevr, unele arhee supravieuiesc la temperaturi ridicate, adesea peste 100 ° C (212 ° F), aa cum se gsete în gheizeruri , fumtori negri i puuri de petrol. Alte habitate obinuite includ habitate foarte reci i ap foarte salin , acid sau alcalin , dar archaea include mezofile care cresc în condiii uoare, în mlatini i mlatini , canalizare , oceane , tractul intestinal al animalelor i solurile .

Archaea extremofil este membr a patru grupe fiziologice principale . Acetia sunt halofili , termofili , alcalifili i acidofili . Aceste grupuri nu sunt cuprinztoare sau specifice filului i nici nu se exclud reciproc, deoarece unele arhee aparin mai multor grupuri. Cu toate acestea, acestea reprezint un punct de plecare util pentru clasificare.

Halofilii, inclusiv genul Halobacterium , triesc în medii extrem de saline, cum ar fi lacurile srate i depesc omologii lor bacterieni la saliniti mai mari de 20-25%. Termofilele cresc cel mai bine la temperaturi peste 45 ° C (113 ° F), în locuri precum izvoarele termale; arheele hipertermofile cresc optim la temperaturi mai mari de 80 ° C (176 ° F). Archaeal Methanopyrus kandleri Tulpina 116 poate reproduce chiar i la 122 ° C (252 ° F), temperatura maxim înregistrat a oricrui organism.

Alte arhee exist în condiii foarte acide sau alcaline. De exemplu, unul dintre cei mai extremi acidofili arheici este Picrophilus torridus , care crete la pH 0, care este echivalent cu prosperarea în 1,2  acid sulfuric molar .

Aceast rezisten la medii extreme a fcut din archaea punctul central al speculaiilor despre posibilele proprieti ale vieii extraterestre . Unele habitate extremofile nu sunt diferite de cele de pe Marte , ceea ce duce la sugestia c microbi viabili ar putea fi transferai între planete în meteorii .

Recent, mai multe studii au artat c archaea exist nu numai în mediile mezofile i termofile, dar sunt prezente, uneori în numr mare, i la temperaturi sczute. De exemplu, archaea este comun în medii oceanice reci, cum ar fi mrile polare. i mai semnificative sunt numrul mare de arhee gsite în oceanele lumii în habitate non-extreme în cadrul comunitii planctonice (ca parte a picoplanctonului ). Dei aceste archaea pot fi prezente în numr extrem de mare (pân la 40% din biomasa microbian), aproape nici una dintre aceste specii nu a fost izolat i studiat în cultur pur . În consecin, înelegerea noastr despre rolul arheilor în ecologia oceanelor este rudimentar, astfel încât influena lor deplin asupra ciclurilor biogeochimice globale rmâne în mare parte neexplorat. Unele Crenarchaeota marine sunt capabile de nitrificare , sugerând c aceste organisme pot afecta ciclul azotului oceanic , dei aceste Crenarchaeota oceanice pot folosi i alte surse de energie.

Un numr mare de arhaea se gsete i în sedimentele care acoper fundul mrii , aceste organisme formând majoritatea celulelor vii la adâncimi de peste 1 metru sub fundul oceanului. S-a demonstrat c, în toate sedimentele oceanice de la suprafa (de la 1000 la 10.000 m adâncime de ap), impactul infeciei virale este mai mare asupra arheilor decât asupra bacteriilor i liza indus de virus a arheilor reprezint pân la o treime din biomasa microbian total ucis, rezultând în eliberarea a ~ 0,3 pân la 0,5 gigai de carbon pe an la nivel global.

Rolul în ciclul chimic

Archaea recicleaz elemente precum carbonul , azotul i sulful prin diversele lor habitate. Archaea efectueaz numeroi pai în ciclul azotului . Aceasta include atât reaciile care îndeprteaz azotul din ecosisteme (cum ar fi respiraia bazat pe nitrai i denitrificarea ), cât i procesele care introduc azot (cum ar fi asimilarea azotului i fixarea azotului ). Cercettorii au descoperit recent implicarea arhaeal în reaciile de oxidare a amoniacului . Aceste reacii sunt deosebit de importante în oceane. Archaea pare, de asemenea, crucial pentru oxidarea amoniacului în soluri. Acestea produc nitrii , pe care ali microbi îi oxideaz apoi în nitrai . Plantele i alte organisme le consum pe acestea din urm.

În ciclul sulfului , archaea care crete prin oxidarea compuilor de sulf elibereaz acest element din roci, fcându-l disponibil pentru alte organisme, dar archaea care face acest lucru, cum ar fi Sulfolobus , produce acid sulfuric ca produs rezidual i creterea acestor organisme în minele abandonate pot contribui la drenarea acid a minelor i la alte daune asupra mediului.

În ciclul carbonului , archaea metanogen elimin hidrogenul i joac un rol important în degradarea materiei organice de ctre populaiile de microorganisme care acioneaz ca descompuntori în ecosistemele anaerobe, cum ar fi sedimentele, mlatinile i lucrrile de tratare a apelor uzate .

Interaciuni cu alte organisme

Interaciunile bine caracterizate dintre archaea i alte organisme sunt fie reciproce, fie comensale . Nu exist exemple clare de ageni patogeni arhaici sau parazii cunoscui , dar s-a sugerat c unele specii de metanogeni sunt implicai în infecii la nivelul gurii , iar Nanoarchaeum equitans poate fi un parazit al unei alte specii de arhee, deoarece supravieuiete i se reproduce doar în celulele Crenarchaeon Ignicoccus hospitalis i pare s nu ofere niciun beneficiu gazdei sale .

Mutualism

Un exemplu bine îneles de mutualism este interaciunea dintre protozoare i arhee metanogene în tractul digestiv al animalelor care diger celuloza , cum ar fi rumegtoarele i termitele . În aceste medii anaerobe, protozorii descompun celuloza plantelor pentru a obine energie. Acest proces elibereaz hidrogenul ca produs rezidual, dar nivelurile ridicate de hidrogen reduc producia de energie. Când metanogenii transform hidrogenul în metan, protozoarele beneficiaz de mai mult energie.

În protozoarele anaerobe, cum ar fi Plagiopyla frontata , archaea locuiesc în interiorul protozoarelor i consum hidrogen produs în hidrogenozomii lor . Archaea se asociaz, de asemenea, cu organisme mai mari. De exemplu, arheeanul marin Cenarchaeum symbiosum triete în (este un endosimbiont al) buretelui Axinella mexicana .

Comensalismul

Archaea poate fi, de asemenea, comensale, beneficiind de o asociaie fr a ajuta sau a duna celuilalt organism. De exemplu, metanogenul Methanobrevibacter smithii este de departe cel mai frecvent arhaean din flora uman , alctuind aproximativ unul din zece din toate procariotele din intestinul uman. La termite i la oameni, aceti metanogeni pot fi de fapt mutualiti, care interacioneaz cu ali microbi din intestin pentru a ajuta digestia. Comunitile arheene se asociaz, de asemenea, cu o serie de alte organisme, cum ar fi la suprafaa coralilor i în regiunea solului care înconjoar rdcinile plantelor ( rizosfera ).

Semnificaie în tehnologie i industrie

Arheele extremofile , în special cele rezistente fie la cldur, fie la extreme de aciditate i alcalinitate, sunt o surs de enzime care funcioneaz în aceste condiii dure. Aceste enzime au gsit multe utilizri. De exemplu, ADN polimeraze termostabile , cum ar fi ADN polimeraza Pfu din Pyrococcus furiosus , au revoluionat biologia molecular permiând reaciei în lan a polimerazei s fie utilizat în cercetare ca o tehnic simpl i rapid pentru clonarea ADN-ului. În industrie, amilazele , galactozidazele i pullulanazele la alte specii de Pyrococcus care funcioneaz la peste 100 ° C (212 ° F) permit prelucrarea alimentelor la temperaturi ridicate, cum ar fi producia de lapte i zer cu lactoz sczut . Enzimele din aceste arhee termofile tind, de asemenea, s fie foarte stabile în solvenii organici, permiând utilizarea lor în procese ecologice în chimia verde care sintetizeaz compui organici. Aceast stabilitate le face mai uor de utilizat în biologia structural . În consecin, omologii enzimelor bacteriene sau eucariote din arheele extremofile sunt adesea folosite în studii structurale.

Spre deosebire de gama de aplicaii a enzimelor arheice, utilizarea organismelor în sine în biotehnologie este mai puin dezvoltat. Arheele metanogene sunt o parte vital a epurrii apelor uzate , deoarece fac parte din comunitatea de microorganisme care efectueaz digestia anaerob i produc biogaz . În procesarea mineralelor , arheele acidofile prezint promisiuni pentru extragerea metalelor din minereuri , inclusiv aur , cobalt i cupru .

Archaea gzduiete o nou clas de antibiotice potenial utile . Câteva dintre aceste arheocine au fost caracterizate, dar se crede c exist alte sute, în special în Haloarchaea i Sulfolobus . Aceti compui difer în structur de antibioticele bacteriene, deci pot avea noi moduri de aciune. În plus, acestea pot permite crearea de noi markeri selectabili pentru utilizare în biologia molecular arheologic.

Vezi si

Referine

Lecturi suplimentare

linkuri externe

General

Clasificare

Genomic

Opiniones de nuestros usuarios

Liliana Dumitru

Este un articol bun referitor la Archaea. Oferă informațiile necesare, fără excese.

Carmen Diaconu

Îmi place pagina, iar articolul despre Archaea este cel pe care îl căutam.

Lorena Maftei

Această intrare pe Archaea m-a ajutat să-mi termin munca de mâine în ultimul moment. Mă vedeam deja trăgând din nou Wikipedia, lucru pe care profesorul ne-a interzis. Mulțumesc că m-ai salvat.