Archeák

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Wikipédia:TaxoboxInfobox info icon.svg
Archeák
Evolúciós időszak: archaikumholocén
RT8-4.jpg
Halobacteria.jpg
Rendszertani besorolás
Domén: Archeák (Archaea)
Woese, Kandler & Wheelis, 1990
Törzsek / Osztályok

Törzs: Crenarchaeota
Törzs: Euryarchaeota
    Halobacteria
    Methanobacteria
    Methanococci
    Methanopyri
    Archaeoglobi
    Thermoplasmata
    Thermococci
Törzs: Korarchaeota
Törzs: Nanoarchaeota

Hivatkozások
Commons

A Wikimédia Commons tartalmaz Archeák témájú kategóriát.

Az archeák (Archaea vagy Archaebacteria, a görög αρχαία, „ősi eredetűek” kifejezésből) vagy ősbaktériumok az élő szervezetek egyik nagy csoportja. Bár még mindig van bizonytalanság a csoportok eredetét illetően, a baktériumokeukarióták – archeák felosztás az alapja az ún. háromdoménes rendszernek. A baktériumokhoz hasonlóan egysejtű, sejtmag nélküli, azaz prokarióta szervezetek. A Whittaker–Margulis-féle osztályozás öt birodalmának egyike, a Monera vált ketté a baktériumokra és az archeákra az új 3 doménes filogenetikus (molekuláris evolúciós) osztályozásban. Az archeákat eredetileg csak szélsőséges életkörülmények között találták meg, de azóta mindenféle élőhelyen nyomukra bukkantak, például a bélflórában is.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A baktériumok, az archeák és az eukarióták feltételezett leszármazását bemutató, RNS adatokon alapuló filogenetikus fa

Carl Woese és George E. Fox a 16S riboszomális RNS vizsgálatával 1977-ben jutott arra a következtetésre, hogy az Archaea csoportba tartozó élőlények a baktériumoktól eltérő ágon fejlődtek.[1] A két csoport korábban mint Archaebacteria és Eubacteria ország volt ismeretes, Woese és Fox ősországnak nevezték át. Woese érvelése szerint azonban az archebaktériumok az élőlények egy alapvetően eltérő ágát képviselik, és ezért később átnevezte a két csoportot Archaeának és Bacteriának, melyek az osztályozásában az eukariótákkal együtt alkotják az élőlények háromdoménes rendszerét.[2]

A geológiában használt archaikum földtörténeti időszak arra a korra utal, melyben a baktériumok és az archeák voltak az egyedüli sejtes organizmusok a Földön. Valószínűsíthetőleg ezekre a mikroorganizmusokra utaló 3,8 milliárd éves fosszilis maradványokat is találtak már.[3][4]

Eredet és evolúció[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Sejtstruktúrájukat és anyagcseréjüket tekintve hasonlóak a prokariótákhoz. Azonban a genetikai anyag átírása (transzkripció) és a transzláció (a molekuláris biológia két alapvető folyamata) a baktériumokra jellemző sajátosságoknak csak egy részét mutatja, és sok szempontból hasonló az eukariótákéhoz. Például az archeák transzlációja az eukariótákéhoz hasonló iniciációs és elongációs faktorokat használ, és a transzkripcióban részt vesznek TATA-kötő fehérjék és TF-IIB faktor, csakúgy, mint az eukariótákban. Számos tRNS és rRNS génben találhatóak sajátos, csak az archeákra jellemző intronok, melyek mind az eukarióta, mind a bakteriális intronoktól különbözőek.

Számos egyéb jellegzetesség erősíti az archeák megkülönböztetését. Mint a baktériumok és az eukarióták, az archeák is rendelkeznek glicerin alapú foszfolipidekkel. De az archeák lipidjei három szokatlan jellegzetességet mutatnak:

  • Az archea glicerin sztereokémiai szempontból a bakteriális és az eukarióta glicerin fordítottja. Ez erősen alátámasztja az eltérő bioszintetikus út elméletét.
  • A legtöbb baktérium és eukarióta membrán nagyrészt glicerin-észter lipidekből áll, míg az archaea esetében glicerin-éter lipidek találhatóak. Ezek a különbségek talán a különlegesen meleg élőhelyekhez való alkalmazkodás részeként alakultak ki. Azonban a közepesen meleg élőhelyeken élő archeák is rendelkeznek éter lipidekkel.
  • Az archeák lipidjei izoprén oldalláncokon alapulnak. Ez az 5 szénatomos egység a gumiban és néhány vitaminban is megtalálható; baktériumok és eukarióták esetében is gyakori. Azonban az archeák ezeket a vegyületeket C20 (négy monomeres) és C40 (nyolc monomeres) alakban építik be a sejtlipidekbe, melyek a sejtmembránhoz egyrétegű hártyát hoznak létre, két végükön glicerin-foszfát csoporttal. Ez a változat a különlegesen meleg élőhelyeken élő archeák esetén gyakori.

Habár nem teljesen egyedülálló, de az archeáknak a sejtfala is szokatlan. A legtöbb faj sejtfalát sejtfelszíni fehérjékből álló, ún. S-réteg alkotja. Az S-réteg gyakori a baktériumoknál, ahol vagy egymagában alkotja a sejtfalat (például Planctomyces fajok), vagy mint a legtöbb baktérium esetében, peptidoglikánnal együtt képezi a külső réteget. A metanogén csoport kivételével az archeák sejtfalában nincs peptidoglikán. A metanogén csoport peptidoglikánja pedig jelentősen eltér a bakteriális peptidoglikántól. Az archea fajok ostorai észrevehetően különböznek felépítésükben és fejlődésükben a bakteriális ostoroktól.

Linnaeus 1735
2 ország
Haeckel 1866
3 ország
[5]
Chatton 1937
2 birodalom[6]
Copeland 1956
4 ország
[7]
Whittaker 1969
5 ország
[8]
Woese et al. 1977
6 ország
[9]
Woese et al. 1990
3 domén
[10]
- Protista Prokaryota Monera Monera Eubacteria Bacteria
Archaebacteria Archaea
Eukaryota Protista Protista Protista Eukarya
Vegetabilia Plantae Plantae Fungi Fungi
Plantae Plantae
Animalia Animalia Animalia Animalia Animalia


Élőhelyek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Archaea fajok a Yellowstone park gejzírjeiben

Számos archea kedveli az extrém élőhelyeket (extremofil). Viszonylag magas hőmérsékletű, gyakran 100 °C-nál melegebb helyeken, gejzírekben, óceán fenekén található hőforrásokban is képesek túlélni és szaporodni. Mások rendkívül hideg vagy nagyon sós, savas vagy lúgos vizekben találhatóak meg. A többi faj a normális hőmérsékleti körülményeket részesítik előnyben (mezofil), ezek a fajok mocsaras területeken, csatornákban, tengervízben és földben is megtalálhatóak. Számos metánt termelő faj él más állatok, például kérődzők, termeszek és az ember emésztőrendszerében. Találtak közöttük olyan tengeri Crenarchaeota fajt, mely képes nitrifikálásra.[11] Idáig nem találtak közöttük bizonyítottan kórokozót,[12][13] bár bizonyos metanogén archeák jelenléte és az emberi periodontitis közötti összefüggés gyanítható.[14]

Az általuk kedvelt élőhely alapján három csoportba szokás osztani őket: halofil, metanogén és termofil. A halofil fajok extrém sós környezetben élnek. A metanogén fajok anaerob környezetben fejlődnek és metánt termelnek. Üledékekben vagy állatok bélrendszerében találhatóak. A termofilek meleg élőhelyeken, például hőforrásokban élnek. Ez a csoportosítás nincs feltétlenül összhangban a filogenetikai származással, nem is teljes, és részben átfednek az egyes kategóriák. Mindazonáltal hasznos kiindulási szempont a vizsgálatokban.

Az utóbbi időben kimutatták, hogy az archeák nem csak normális és magas hőmérsékletű helyeken fordulnak elő, hanem megtalálhatóak (néha nagy számban) hideg élőhelyeken is. Egyre inkább elfogadott, hogy a metanogének gyakran hideg élőhelyeken, például üledékekben is előfordulnak. Egyes vizsgálatok arra is utalnak, hogy a metán szintézisének lépései sem ugyanazok alacsony hőmérsékleten, az eltérő termodinamikai feltételek következtében. Talán még fontosabb, hogy nagy számú archea fajt találtak az elsődlegesen hideg környezetnek tekinthető óceánokban. Ezek a fajok egy nagyon elágazó, az eddigi fajokkal rokonságban nem álló leszármazási ághoz tartoznak, melyek hihetetlen nagy tömegben élnek (akár a mikrobák biomasszájának 40%-át is kitehetik), és szinte egyet sem sikerült tiszta kultúrában kitenyészteni.[15] Életműködésükre vonatkozóan szinte nincs is adat, így egyelőre globális biogeokémiai körforgásra gyakorolt hatásuk is ismeretlen.

Morfológia[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A prokarióta sejtek mérettartománya, a többi organizmushoz és biomolekulához viszonyítva

Az egyes archea fajok egyedeinek átmérője 0,1 μm és 15 μm között változik, néhány telepeket vagy fonalakat képez, melynek hossza 200 μm is lehet. Változatos formájúak, megtalálható közöttük gömb, pálca, spirális vagy négyszögletű is. Sejtfaluk nem tartalmaz mureinsavat. 2004-ben fedeztek fel egy lapos, négyzet alakú fajt, mely extrém sós medencékben él.[16] Anyagcserefolyamataik változatosak. Érdemes megjegyezni, hogy a halobaktériumok fény segítségével állítanak elő adenozin-trifoszfátot (ATP), habár egyetlen archea sem elektrontranszport lánccal végzi a fotoszintézist. A halobaktériumok esetében fény által aktivált bakteriorodopszin és halorodopszin pumpák alakítják ki az eltérő ionkoncentrációkat, melynek energiája az ATP-termelésben hasznosul.

Osztályozásuk és azonosításuk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az rRNS elemzések alapján az archeákat Korarchaeota, Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Nanoarchaeota, Euryarchaeota és Crenarchaeota csoportra osztják.[17]

Woese érvelése szerint a baktériumok, archeák és az eukarióták képviselik a viszonylag fejletlen genetikai apparátussal felszerelt ősi élőlénynek (progenótának) az elsődleges leszármazási vonalát. Ez az elmélet tükröződik vissza az Archaea elnevezésben is, ami a görög ősi szóból származik. Később Woese a három nagy csoportot doméneknek nevezte el. A domének néhány törzset tartalmaznak. Ez a felosztás nagy népszerűségre tett szert, bár magának az ősnek az ötlete még nem általánosan támogatott. Néhány biológus úgy véli, hogy az archeák és az eukarióták őse egy módosult baktérium lehetett.

Az eukarióták és az archeák közötti viszony fontos kérdés maradt. A fent említett hasonlóságok mellett számos genetikai alapú osztályozás egy csoportba sorolja őket. Egyesek az eukariótákat közelebb teszik az Euryarchaeotákhoz, mint a Crenarchaeotákhoz, bár a membránfelépítés ennek ellentmond. Bizonyos baktériumokban (például a Thermotogában) felfedezett archeaszerű gének még nehezebbé teszik a kapcsolat tisztázását, mivel nem lehet kizárni a horizontális géntranszfer lehetőségét sem.[18] Mások úgy gondolják, hogy az eukarióta sejt egy baktérium és egy archea összeolvadásából jött létre (ezáltal keletkezett a sejtmag és a citoplazma), ami magyarázhatná a változatos genetikai hasonlóságot, de az elmélettel problémás magyarázni a sejtstruktúrát.[19]

2008 áprilisában 52 teljesen és 35 részben szekvenált archea genom adatai álltak rendelkezésre.[20]

Ajánlott irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Howland, John L.. The Surprising Archaea: Discovering Another Domain of Life. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-511183-4 (2000) 

Referenciák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Woese C, Fox G (1977.). „Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms”. Proc Natl Acad Sci U S A 74 (11), 5088–90. o. PMID 270744.  
  2. Woese C, Kandler O, Wheelis M (1990.). „Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya”. Proc Natl Acad Sci U S A 87 (12), 4576–79. o. PMID 2112744.  
  3. Hahn J, Haug P (1986.). „Traces of Archaebacteria in ancient sediments”. System Appl Microbiol 7, 178–183.. o.  
  4. Chappe, B. and Albrecht, P. and Michaelis, W. ({1982.). „Polar Lipids of Archaebacteria in Sediments and Petroleums”. Science 217, 65–66. o. DOI:10.1126/science.217.4554.65.  
  5. E. Haeckel. Generelle Morphologie der Organismen. Reimer, Berlin (1866) 
  6. E. Chatton. Titres et travaux scientifiques. Sette, Sottano, Italy (1937) 
  7. H. F. Copeland. The Classification of Lower Organisms. Palo Alto: Pacific Books (1956) 
  8. R. H. Whittaker (1969.). „New concepts of kingdoms of organisms”. Science 163, 150–160. o.  
  9. C. R. Woese, W. E. Balch, L. J. Magrum, G. E. Fox and R. S. Wolfe (1977.). „An ancient divergence among the bacteria”. Journal of Molecular Evolution 9, 305–311. o.  
  10. Woese C, Kandler O, Wheelis M (1990.). „Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya.”. Proc Natl Acad Sci U S A 87 (12), 4576–9. o. DOI:10.1073/pnas.87.12.4576. PMID 2112744.  
  11. Konneke M, Bernhard AE, de la Torre JR, Walker CB, Waterbury JB, Stahl DA. (2005.). „Isolation of an autotrophic ammonia-oxidizing marine archaeon”. Nature 437 (7057), 543–6. o. PMID 16177789.  
  12. Eckburg PB, Lepp PW, Relman DA. (2003.). „Archaea and their potential role in human disease”. Infect Immun. 71 (2), 591–6. o. PMID 12540534.  
  13. Cavicchioli R, Curmi PM, Saunders N, Thomas T. (2003.). „Pathogenic archaea: do they exist?”. Bioessays. 25 (11), 1119–28. o. PMID 14579252.  
  14. Lepp P, Brinig M, Ouverney C, Palm K, Armitage G, Relman D (2004.). „Methanogenic Archaea and human periodontal disease”. Proc Natl Acad Sci U S A 101 (16), 6176–81. o. PMID 15067114.  
  15. Giovannoni SJ, Stingl U. (2005.). „Molecular diversity and ecology of microbial plankton”. Nature 427 (7057), 343–8. o. PMID 16163344.  
  16. Burns DG, Camakaris HM, Janssen PH, Dyall-Smith ML. (2004.). „Cultivation of Walsby's square haloarchaeon.”. FEMS Microbiol Lett. 238 (2), 469–73. o. PMID 15358434.  
  17. Dieter Deublein, Angelika Steinhauser (2011.). „Biogas from Waste and Renewable Resources”. Nature, 578. o. ISBN 978-3-527-32798-0.  
  18. Nelson KE. et al. (1999.). „Evidence for lateral gene transfer between Archaea and bacteria from genome sequence of Thermotoga maritima”. Nature 399 (6734), 323–9. o. PMID 10360571.  
  19. Lake JA. (1988.). „Origin of the eukaryotic nucleus determined by rate-invariant analysis of rRNA sequences”. Nature 331 (6152), 184–6. o. PMID 3340165.  
  20. Complete Microbial Genomes

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Wikispecies-logo.svg
A Wikifajok tartalmaz Archeák témájú rendszertani információt.
Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Archeák témájú médiaállományokat.