ОСНОВНЫЕ ОТЛИЧИЯ АРХЕЙ ОТ БАКТЕРИЙ - БИОЛОГИЯ - 2025

В основные различия между архей и бактерий основаны на молекулярно-структурных и метаболических аспектов , которые мы будем развивать ниже. Домен Archaea таксономически группирует одноклеточные микроорганизмы, которые имеют морфологию прокариотических клеток (без ядерной мембраны или мембран цитоплазматических органелл), характеристики которых напоминают бактерии.

Однако есть и отличительные черты, которые их разделяют, поскольку археи наделены очень специфическими механизмами адаптации, которые позволяют им жить в средах с экстремальными условиями.

Рисунок 1. Бактерии Escherichia coli. Источник: NIAID, через Wikimedia Commons.

Домен бактерий содержит самые многочисленные формы бактерий, называемых эубактериями, или настоящими бактериями. Это также одноклеточные микроскопические прокариотические организмы, обитающие в любой среде с умеренными условиями.

Эволюция систематики этих групп

В 4 веке до нашей эры живые существа были разделены только на две группы: животные и растения. Ван Левенгук в семнадцатом веке с помощью микроскопа, который он сконструировал сам, смог наблюдать микроорганизмы, которые до этого были невидимыми, и описал простейшие и бактерии под названием «анимакулус».

В 18 веке «микроскопические животные» были включены в систематическую классификацию Карлоса Линнео. В середине девятнадцатого века новое царство группирует бактерии: Геккель постулировал систематику, основанную на трех царствах; царство Plantae, царство Animalia и царство Protista, в которых сгруппированы микроорганизмы с ядром (водоросли, простейшие и грибы) и организмы без ядра (бактерии).

С тех пор несколько биологов предложили различные системы классификации (Чаттон в 1937 году, Коупленд в 1956 году, Уиттакер в 1969 году) и критерии классификации микроорганизмов, первоначально основанные на морфологических различиях и различиях в окрашивании (окраска по Граму), они стали основаны на метаболических и биохимических различиях.

В 1990 году Карл Вёзе, применив методы молекулярного секвенирования нуклеиновых кислот (рибосомная рибонуклеиновая кислота, рРНК), обнаружил, что среди микроорганизмов, сгруппированных как бактерии, существуют очень большие филогенетические различия.

Это открытие показало, что прокариоты не являются монофилетической группой (с общим предком), и затем Вёзе предложил три эволюционных домена, которые он назвал: археи, бактерии и эукарии (ядерные клеточные организмы).

Дифференциальные характеристики архей и бактерий

Организмы архей и бактерий имеют общие характеристики: они являются одноклеточными, свободными или агрегированными. У них нет определенного ядра или органелл, они имеют размер клеток в среднем от 1 до 30 мкм.

Они имеют существенные различия в отношении молекулярного состава некоторых структур и биохимии их метаболизма.

Естественная среда

Виды бактерий обитают в самых разных средах обитания: они колонизировали солоноватые и пресные воды, горячие и холодные среды, болотистые земли, морские отложения и трещины горных пород, а также они могут жить в атмосферном воздухе .

Они могут жить с другими организмами в пищеварительных трубках насекомых, моллюсков и млекопитающих, в полости рта, дыхательных и мочеполовых путях млекопитающих и в крови позвоночных.

Рисунок 2. Горячие источники, экстремальные места обитания, где обитают организмы группы архей, которые обычно придают им яркие цвета. Источник: CNX OpenStax через Википедию

Также микроорганизмы, принадлежащие к Бактериям, могут быть паразитами, симбионтами или комменсалами рыб, корнями и стеблями растений, млекопитающих; они могут быть связаны с лишайниковыми грибами и простейшими. Они также могут быть загрязнителями пищевых продуктов (среди прочего, мясо, яйца, молоко, морепродукты).

У видов группы архей есть механизмы адаптации, позволяющие жить в экстремальных условиях; они могут жить при температурах ниже 0 ° C и выше 100 ° C (температура, которую бактерии не могут поддерживать), при экстремально щелочных или кислых pH и концентрациях солей, намного превышающих таковые в морской воде.

Метаногенные организмы (производящие метан, CH ₄ ) также принадлежат к домену архей.

Плазматическая мембрана

Оболочка прокариотических клеток обычно образована цитоплазматической мембраной, клеточной стенкой и капсулой.

Плазматическая мембрана организмов группы бактерий не содержит холестерин или другие стероиды, а скорее линейные жирные кислоты, связанные с глицерином связями сложноэфирного типа.

Мембрана представителей архей может состоять из бислоя или липидного монослоя, которые никогда не содержат холестерин. Мембранные фосфолипиды состоят из длинноцепочечных разветвленных углеводородов, связанных с глицерином связями эфирного типа.

Клеточная стенка

У организмов группы бактерий клеточная стенка состоит из пептидогликанов или муреина. Организмы архей обладают клеточными стенками, содержащими псевдопептидогликан, гликопротеины или белки, как приспособления к экстремальным условиям окружающей среды.

Кроме того, они могут представлять собой внешний слой белков и гликопротеинов, покрывающий стенку.

Рибосомальная рибонуклеиновая кислота (рРНК)

РРНК - это нуклеиновая кислота, которая участвует в синтезе белка - производстве белков, необходимых клетке для выполнения своих функций и для своего развития, - и направляет промежуточные этапы этого процесса.

Нуклеотидные последовательности рибосомных рибонуклеиновых кислот различны у организмов архей и бактерий. Этот факт был обнаружен Карлом Вёзе в его исследованиях 1990 года, в результате которых эти организмы были разделены на две разные группы.

Производство эндоспор

Некоторые члены группы бактерий могут создавать структуры выживания, называемые эндоспорами. Когда условия окружающей среды очень неблагоприятны, эндоспоры могут сохранять свою жизнеспособность в течение многих лет при практически нулевом метаболизме.

Эти споры чрезвычайно устойчивы к нагреванию, кислотам, радиации и различным химическим агентам. В группе архей не зарегистрировано ни одного вида, образующего эндоспоры .

движение

У некоторых бактерий есть жгутики, обеспечивающие подвижность; Спирохеты имеют осевую нить, с помощью которой они могут перемещаться в жидких вязких средах, таких как ил и гумус.

Некоторые пурпурные и зеленые бактерии, цианобактерии и археи обладают газовыми пузырьками, которые позволяют им перемещаться путем плавания. Известные виды архей не имеют таких придатков, как жгутики или волокна.

Рисунок 3. Рио-Тинто, экстремальная среда в Уэльве, Испания, где развиваются аркеас родов Metallosphaera и Sulfolobus. Источник: Riotinto2006, Wikimedia Commons.

фотосинтез

Внутри области бактерий есть виды цианобактерий, которые могут осуществлять оксигенный фотосинтез (который производит кислород), поскольку у них есть хлорофилл и фикобилины в качестве дополнительных пигментов, соединений, улавливающих солнечный свет.

В эту группу также входят организмы, которые осуществляют аноксигенный фотосинтез (который не производит кислород) через бактериохлорофиллы, поглощающие солнечный свет, такие как: красная или пурпурная сера и красные несерные бактерии, зеленая сера и зеленые несерные бактерии.

В области архей фотосинтезирующие виды не описаны, но род Halobacterium, крайние галофиты, способен продуцировать аденозинтрифосфат (АТФ) при использовании солнечного света без хлорофилла. У них есть пурпурный пигмент сетчатки, который связывается с белками мембран и образует комплекс, называемый бактериородопсином.

Комплекс бактериородопсина поглощает энергию солнечного света, и при высвобождении он может перекачивать ионы H ⁺ за пределы клетки и способствовать фосфорилированию АДФ (аденозиндифосфата) до АТФ (аденозинтрифосфата), из которого микроорганизм получает энергию.

Ссылки

1. Барраклаф Т.Г. и Ни, С. (2001). Филогенетика и видообразование. Тенденции в экологии и эволюции. 16: 391-399.
2. Дулиттл, У. Ф. (1999). Филогенетическая классификация и универсальное дерево. Наука. 284: 2124-2128.
3. Кешри, В., Панда, А., Левассер, А., Ролайн, Дж., Понтаротти, П. и Рауль, Д. (2018). Филогеномный анализ β-лактамазы у архей и бактерий позволяет идентифицировать предполагаемых новых членов. Геномная биология и эволюция. 10 (4): 1106-1114. Геномная биология и эволюция. 10 (4): 1106-1114. DOI: 10.1093 / gbe / evy028
4. Whittaker, RH (1969). Новые представления о царствах организмов. Наука. 163: 150-161.
5. Woese, CR, Kandler, O. и Wheelis, ML (1990). На пути к естественной системе организмов: предложение о доменах Archaea, Bacteria и Eukarya. Известия Академии естественных наук. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. 87: 45-76.