Археи

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

? Археи
Научная классификация
Надцарство: Безъядерные Царство: Археи
Латинское название
Archaea Woese, Kandler & Wheelis, 1990 Царство: Археи
Типы и Классы
Кренархеоты (Crenarchaeota) Эвриархеоты (Euryarchaeota) Halobacteria Methanobacteria Methanococci Methanopyri Archaeoglobi Thermoplasmata Thermococci Korarchaeota Nanoarchaeota Thaumarchaeota
Систематика на Викивидах Изображения на Викискладе NCBI 2157

Архе́и (Archaea, старое название — архебактерии, Archaebacteria) — особый домен (по трёхдоменной системе Карла Вёзе наряду с эубактериями и эукариотами). Оценки учёных позволяют утверждать, что суммарная биомасса архей на планете (10¹⁴ тонн) превышает посчитанную до этого биомассу всех остальных форм жизни^[1] — 2,4×10¹² тонн.

Археи — одноклеточные прокариоты, на молекулярном уровне заметно отличающиеся как от бактерий, так и от эукариотов. Отличия наблюдаются в компонентах синтеза белка, структуре клеточной стенки, биохимии (только среди архей есть метаногены) и устойчивости к факторам внешней среды (большая часть — экстремофилы).

Большая их часть — хемоавтотрофы. Среди архей по состоянию на 2003 год был известен лишь один паразитический организм — Nanoarchaeum equitans^[2].

[править] История открытия

Различия архебактерий и остальных бактерий были открыты в 1977 году группой американских учёных во главе с Карлом Вёзе при сравнительном анализе 16s рРНК. При обычном микроскопировании невозможно выделить какие-либо отличия архей от эубактерий, они близки к их грамположительным формам, размножаются, как и эубактерии, бинарным делением, почкованием и фрагментацией.

[править] Экология

Пятно цветных термофильных архебактерий (Национальный парк Йеллоустоун, США)

Археи широко распространены в окружающем мире, занимая, в том числе, и такие экологические ниши, которые недоступны другим живым организмам. В горячих источниках живут археи-термофилы, устойчивые к температурам +45..+113 °С; психрофилы способны к размножению при сравнительно низких температурах (-10… +15 °C); ацидофилы живут в кислотных средах (pH 1—5); алкалифилы, наоборот, предпочитают щелочи (pH 9—11). Барофилы выдерживают давление до 700 атмосфер, галофилы живут в соляных растворах с содержанием NaCl 25—30 %. Ксерофилы выживают при минимальном уровне влаги.

Археи распространены в горных породах под морским дном до глубины 1000—1600 м (там обитают как гетеротрофные виды, для которых, возможно, источником углерода служат углеводороды, так и хемоавтотрофные метаноокисляющие археи)^{[3] [4]}. По имеющимся оценкам, их биомасса значительно выше, чем биомасса всех организмов океанического планктона и нектона.

[править] Морфология

Размеры клеток архей типичны для большинства известных прокариот, средний диаметр — около 1 мкм. Самыми маленькими среди архей являются клетки вида Nanoarchaeum equitans — 0,4 мкм. Форма клеток разнообразна: встречаются сферические, палочкообразные, спиральные, треугольные и прямоугольные виды; многие имеют жгутики, в состав которых, в отличие от эубактериальных жгутиков, входит несколько видов флагеллинов. Археи не способны производить сложные гидролитические ферменты, поэтому в большинстве могут усваивать лишь простейшие органические вещества, однако они способны существовать в более широком диапазоне свойств окружающей среды и меньше от неё зависят.

Уникальные особенности архей помимо строения 16s рРНК:

• Многие макромолекулы клеточной стенки архей уникальны и, напротив, в них нет характерного для эубактерий пептидогликана муреина, а его функции выполняет отличный по строению псевдомуреин. Поэтому археи нечувствительны к пенициллину и другим антибиотикам, подавляющим синтез пептидогликана.
• Мембранные липиды образованы не глицерином и жирными кислотами, как у всех эубактерий и эукариот, а глицерином и терпеноидными спиртами.
• Генетический материал имеет ряд признаков, сближающих архей с эукариотами, например, наличие интронов.
• Рибосомы по размеру схожи с рибосомами эубактерий, а по форме — с рибосомами эукариот. Ряд рибосомальных белков уникален.

[править] Геном

Геном представлен двухцепочной кольцевой ДНК длиной от 500.000 до 4.000.000 нуклеиновых последовательностей и кольцевых плазмид — от 2813 до 41 229 н.п. Наименьшим среди архей является геном Nanoarchaeum equitans, состоящие из 490 885 н.п.

[править] Особенности химического состава архей

Несмотря на то, что археи, эукариоты и бактерии возникли от единственного общего предка (первоклетки — т.н. прогенота) и все домены жизни имеют сходное химическое строение (а именно, наличие липидной мембраны, нуклеиновых кислот в качестве молекул, осуществляющих хранение, передачу и реализацию наследственной информации и белков, осуществляющих каталитическую, транспортную и другие функции), химический состав архей всё же имеет характерные особенности, отличающие их как от эукариот, так и от бактерий, а именно:

• Мембрану, ограничивающую содержимое клетки от окружающей среды, составляют не фосфоглицериды жирных кислот, как у эукариот и бактерий, а многоатомные спирты с цепочками длиной 20—40 атомов углерода; в случае 40-углеродных спиртов мембрана представляет собой не липидный бислой, а монослой
• Клеточная стенка архей может быть построена как из белков, так и из гликопротеинов, однако в отличие от бактерий, у которых в состав клеточной стенки входит пептидогликан (муреин), у архей не встречается муреин, вместо него клеточную стенку может составлять псевдомуреин — полимер, сходный с муреином по химическому строению, однако не встречающийся в природе больше ни у кого, кроме архей
• У архей отсутствуют хлорофиллы и бактериохлорофиллы, фотосинтез таким образом у архей бесхлорофилльный, фотосинтетическим пигментом является бактериородопсин— уникальный белок, имеющий сходство с родопсином в виде наличия ретиналя, однако встречающийся только у галобактерий
• Для фотосинтеза архей также характерно отсутствие электрон-транспортной цепи, генерирование протонного градиента осуществляется при помощи т.н. бактериородопсиновой протонной помпы; такой способ генерации электрохимического градиента является самым примитивным, также у галобактерий присутствует галородопсиновая помпа, которая под действием света закачивает ионы хлора в клетку, при этом также генерируется электрохимический градиент, который может быть использован для синтеза АТФ
• Уникальной особенностью некоторых архей является также комплекс ферментов для осуществления метаногенеза; ни эукариоты, ни бактерии не способны продуцировать метан
• Так как многие археи являются экстремофилами, некоторые археи имеют термостабильные белки, более устойчивые к действию высокой температуры, а также особое строение мембраны (у экстремальных термофилов), также есть характерные адаптации для экстремальной галофилии и ацидофилии.

[править] Классификация

Филогенетическое древо, построенное на основании анализа рРНК, показывает разделение бактерий, архей и эукариот.

В настоящее время выделяют^[1] 4 типа архей:

• Crenarchaeota — термофилы, термоацидофилы, серные анаэробные бактерии;
• Euryarchaeota — метаногенные и галофильные археи;
• Nanoarchaeota — единственный известный представитель Nanoarchaeum equitans;
• Korarchaeota — ДНК обнаружены в геотермальных источниках США, Исландии, на рисовых полях Японии, культивируемые виды пока неизвестны.

[править] Использование архей человеком

Широкого применения археи не нашли, но можно выделить некоторые аспекты взаимодействия с ними человека:

• Медицина: в определенных количествах оказывают положительное действие на организм в целом. Археи не способны к паразитизму.
• Утилизации органических отходов. В метантенках при высокой температуре и отсутствии молекулярного кислорода происходит сбраживание органических веществ разнообразной микрофлорой, в результате чего образуются водород и углекислота, которые и используются археями при образовании метана. Благодаря высокой температуре процессы идут с высокой интенсивностью. В литературе сообщалось, что от трупа лошади, помещенного в такой метантенк, через неделю остался один скелет.

[править] Примечания

1. ↑ ^{1 2} Морозова О. В. Загадки архей и их фагов. См. список литературы
2. ↑ E. Waters, et al. (2003) «The genome of Nanoarchaeum equitans: insights into early archaeal evolution and derived parasitism», PNAS, 100: 12984-8.
3. ↑ [1]
4. ↑ [2]

[править] Литература

• Громов Б.В. Удивительный мир архей // СОЖ. — 1997. — № 4. — С. 23—26.
• Морозова О.В. Загадки архей и их фагов // Вестник ВОГиС. — 2005. — Т. 9. — № 1. — С. 55—66.

В другом языковом разделе есть более полная статья Archaea (англ.) Вы можете помочь проекту, дописав эту статью с помощью перевода.