Археї

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Археї (Archaea)

квадратні клітини археї
Haloarcula quadrata
Біологічна класифікація
Домен: Археї (Archaea)
Типи/Класи
  • Crenarchaeota
  • Euryarchaeota
    • Halobacteria
    • Methanobacteria
    • Methanococci
    • Methanopyri
    • Archaeoglobi
    • Archaeoglobi
    • Thermoplasmata
    • Thermococci
  • Korarchaeota
  • Nanoarchaeota

Археї (лат. Archaea, від. гр. αρχαία, "старі", однина: архея, Archaeum, Archaean, або Archaeon), також називаються археобартерії (Archaebacteria) – одна з основних груп живих організмів. Хоча все ще є невпевненість в точному філогенезі груп, археї, еукаріоти і бактерії - фундаментальні групи в так званої системі трьох доменів. Подібно бактеріям, археї - це одноклітинні організми, що не мають ядра і тому класифікується як прокаріоти (Prokaryota) — відомі також як Monera в таксономії п'яти царств. Вони були спочатку описані в екстремальних середовищах, але потім були знайдені в усіх типах екосистем.

Зміст

[ред.] Історія

Археї були ідентифіковані у 1977 Карлом Воузом (Carl Woese) і Джорджом Фоксом (George Fox), засновуючись на їхній відмінності від інших прокаріот (філогенетичні дерева, що базуються на 16S рРНК). Ці дві групи були спочатку названі археобартерії (Archaebacteria) і еубактерії (Eubacteria), та розглядалися як царства або підцарства. Воуз переконував, що вони є представниками значно відмінної гілки живих істот. Він пізніше перейменував групи в архей та бактерій, щоб підкреслити це, і аргументував тим, що разом з еукаріотами вони охоплюють три області живих організмів.

Біологічний термін архея / археї не потрібно змішувати з Архейською геологічною ерою, також відомою як Археозойська ера. Останній термін посилається на стародавніший період земної історії, коли археї і бактерії були єдиними клітинними організмами, що жили на планеті. Імовірні скам'янілості цих мікробів були датовані майже 3,8 мільярдів років тому.

[ред.] Археї, бактерії і еукаріоти

Філогенетичне дерево, засноване на аналізі рРНК, показує розподіл бактерій, архей і еукаріот.
Філогенетичне дерево, засноване на аналізі рРНК, показує розподіл бактерій, архей і еукаріот.

Археї подібні іншим прокаріотам у більшості аспектів структури клітини та метаболізму. Проте, їхня генетична транскрипція і трансляція - два центральні процеси в молекулярній біології - не показують типових для бактерій особливостей, але надзвичайно подібні цим процесам в еукаріотах. Наприклад, система трансляції архей використовує еукаріотичні фактори ініціації та елонгації, а їхня система транскрипції застосовує TATA-зв’язуємі білки і TFIIB, як в еукаріотах. Гени тРНК та рРНК археї містять унікальні археальні інтрони, які не подібні ні до еукаріотних, ні до бактеріальних інтронів.

Декілька інших характеристик також виділяють архей. Подібно до бактерій і еукаріот, aрхеї мають засновані на гліцерині фосфоліпіди. Проте, три особливості ліпідів архей незвичайні:

  • Ліпіди архей унікальні, тому що стереохімія гліцерину – зворотня тій, що знайдена в бактеріях і еукаріотах. Це переконливе свідоцтво іншого біосинтетичного шляху.
  • Більшість бактерій і еукаріот мають мембрани, складені переважно з естер-ліпідів гліцерину, тоді як археї мають мембрани, складені з етер-ліпідів гліцерину. Навіть, коли бактерії мають етер-зв'язані ліпіди, стереохімія гліцерину - бактерійна форма. Ці відмінності, можливо, є адаптацією частини архей до гіпертермофілії. Проте, варто відзначити, що навіть мезофілічні археї мають етер-зв'язані ліпіди.
  • Ліпіди архей засновані на ізопреноїдному боковому ланцюжку. Це п'ятивуглецева хімічна група, також звичайна для каучуку і є компонентом деяких вітамінів, поширена в бактеріях і еукаріотах. Проте, тільки археї застосовують ці речовини в їхніх клітинних ліпідах, часто як бокові ланцюжки C-20 (чотири мономера) або C-40 (вісім мономерів). У деяких архей ізопреноїдний боковий ланцюжок C-40 - фактично достатньо довгий, щоб пройти крізь мембрану, формуючи моношар замість клітинної мембрани з групами фосфату гліцерину на обох кінцях.

Ця адаптація найпоширеніша в надзвичайно теплолюбивих археях. Хоча вони і не унікальні, клітинні стінки архей також незвичні. Наприклад, клітинні стінки більшості архей утворені зовнішніми шарами білків або S-шаром. S-шари розповсюджені в бактеріях, де вони слугують єдиним компонентом клітинної стінки в деяких організмах (наприклад, у Planctomyces) або зовнішній шар в багатьох організмах з пептидогліканами. За винятком однієї групи метаногенів, археї не мають пептидогліканової стінки. Навіть у даному випадку, пептидоглікани дуже відрізняються від різновиду, знайденого в бактеріях. Археї також мають джгутики, які значно відрізняються за складом від дуже подібних джгутиків бактерій. Бактерійні джгутики - це змінена система секреції III типу, тоді як джгутики архей нагадують ворсинки IV типу (type IV pili), які використовують sec-залежну систему секреції, дещо подібну, але все ж відмінну від системи секреції II типу.

[ред.] Середовище

Південь Затоки Сан-Франциско, фотографія з Google maps. Вода має яскраві кольори за рахунок архей, що живуть у ній.
Південь Затоки Сан-Франциско, фотографія з Google maps. Вода має яскраві кольори за рахунок архей, що живуть у ній.

Багато архей – екстремофіли. Деякі живуть при дуже високих температурах, часто вище 100°C, як ті, котрих знайшли в гейзерах і чорних курцях. Інші знайдені в дуже холодних середовищах або в надзвичайно солоній, кислій, або лужній воді. Проте, інші археї – мезофіли, живуть у середовищах, подібних до болота, стічних вод і ґрунту. Багато метаногенних архей знайдено в травних трактах тварин, наприклад, жуйних тварин, термітів і людей. Археї не патогенні, і не відомо, щоб які-небудь з них викликали хворобу.

Археї звичайно розподіляють на три групи, згідно із середовищем. Це – галофіти, метаногени і термофіли. Галофіли живуть в надзвичайно солоних навколишніх середовищах (наприклад, багато з них живуть у Мертвому морі та на півдні затоки Сан-Франциско, надаючи їй яскраві кольори від червоного до зеленого). Метаногени живуть в анаеробних навколишніх середовищах і виробляють метан. Вони можуть бути знайдені в опадах або в кишечниках тварин. Термофіли живуть у місцях з високими температурами, як, наприклад, гарячі джерела. Ці групи не обов'язково погоджуються з молекулярним філогенезом, не повні та взаємовиключні. Тим не менш, вони - корисний початковий пункт детальніших для вивчень.

Нещодавно декілька досліджень показали, що археї існують не тільки в мезофільних та і термофільних навколишніх середовищах, але також іноді присутні у значномі числі при низьких температурах. Стає все більш прийнятим, що метаногени звичайно присутні в низько-температурних навколишніх середовищах, як, наприклад, холодні опади. Деякі дослідження навіть свідчили, що в цих температурах шлях метаногенезу може змінюватися завдяки термодинамічним обмеженням, накладеним низькими температурами. Можливо, навіть, важливішим є те, що велике число архей знайдені у більшості океанів, у холодних навколишніх середовищах (Giovannoni і Stingl, 2005). Ці археї, які належать до груп, раніше не досліджених, можуть бути присутніми в надзвичайно високих кількостях (до 40% з мікробної біомаси), хоча вини не були ізольовані в чистій культурі. Зараз ми не маємо майже ніякої інформації щодо фізіології цих організмів, що означають, що їх ефекти на глобальні біогеохімічні цикли невіді. Одне недавнє дослідження (Könneke і інші, 2006) показало, проте, що одна група морських Crenarchaeota здібна до фіксації азоту, риса досі невідома серед архей.

[ред.] Форма

Індивідуальні археї мають розмір ряд від 0,1 μm до понад 15 μm у діаметрі, і деякі формують агрегати або нитки до 200 μm в довжину. Вони зустрічаються в різних формах, наприклад, сферичній, паличкоподібній, спіральній, формі амеби, або навіть прямокутній. Вони також застосовують різноманітні види метаболізму. Наприклад, галобактерії можуть використовувати світло щоб виробляти АТФ, хоча ніякі археї не проводять фотосинтез з електронним транспортним ланцюгом, як це відбувається в інших групах.

[ред.] Еволюція і класифікація

Археї розбиті на дві головні групи, засновані на деревах рРНК, Euryarchaeota і Crenarchaeota. Дві інші групи були також створені для певних екологічних зразків і особливих різновидів Nanoarchaeum equitans, знайдених у 2002 Карлом Стеттером (Karl Stetter), але їх подібність до інших груп не доведена. Воезе (Woese) переконав, що бактерії, археї і еукаріоти представляють унікальні лінії, які досить рано відхилилися від спадкового прогенота (Progenote) з погано розвиненим генетичним апаратом. Ця гіпотеза відображена в імені археї (Archaea, від Грецького archae або стародавній). Пізніше він формально розглядав ці групи як імперії, кожна з яких охоплює декілька царств. Це розділення стало найпопулярнішим, хоча ідея прогенотів не усіма підтримується. Деякі біологи, проте, переконують, що, археобактерії і еукаріоти походять від спеціалізованих бактерій.

Взаємовідношення між археями та еукаріотами залишається важливою проблемою. Крім подібностей, відмічених вище, багато генетичних дерев розташовують ці дві групи разом. Деякі ставлять еукаріотів ближче до Eurarchaeota, ніж до Crenarchaeota, хоча мембранна хімія пропонує інше. Проте, відкриття архея-подібних генів у певних бактеріях, як, наприклад, Thermotoga, робить їх взаємовідношення важким для визначення. Деякі свідчать, що еукаріоти виникли через змішення археї і бактерії, де вони стали ядром і цитоплазмою, що поясняє різну генетичну схожість, але ця теорія не може пояснити походження клітинних структур.

Розшифровка одиночних генів призвела до розшифровки цілих геномів, зараз 24 архейні геноми завершені і 22 частково завершені (1).

[ред.] Посилання

  • Howland, John L. (2000). The Surprising Archaea: Discovering Another Domain of Life. ISBN 0-19-511183-4.
  • Giovannoni, S.J. and Stingl, U. (2005). Molecular diversity and ecology of microbial plankton. Nature 437: 343-348.
  • Könneke, M., Bernhard, A.E., de la Torre, J.R., Walker, C.B., Waterbury, J.B. and Stahl, D.A. (2005). Isolation of an autotrophic ammonia-oxidizing marine archaeon. Nature 437: 543-546.
  • Lake, J.A. (1988). Origin of the eukaryotic nucleus determined by rate-invariant analysis of rRNA sequences. Nature 331: 184–186.
  • Woese, Carl R.; Fox, George E. (1977). Phylogenetic Structure of the Prokaryotic Domain: The Primary Kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 74 (11): 5088–5090.
  • Woese, Carl R., Kandler, Otto, Wheelis, Mark L (1990). Towards a natural system of organisms: Proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proceedings of the National Academy of Sciences 87 (12): 4576–4579.