Dołącz do czytelników
Brak wyników

Systematyka

3 października 2018

NR 9 (Maj 2015)

Archeony – trzecia domena życia

0 280

Te niezwykłe organizmy w początkowej fazie badań znane były głównie z tego, że zasiedlają ekstremalne siedliska – bardzo gorące lub wyjątkowo zimne, bardzo słone lub bardzo kwaśne. Później okazały się być organizmami kosmopolitycznymi mającymi fundamentalne znaczenie dla zrozumienia podstawowych procesów biologicznych, funkcjonowania eko­­sy­ste­mów (nie tylko tych ekstremalnych), a także ewolucji organizmów eukariotycznych. Archeobakterie, obecnie znane jako archeony (Archaea), bo o nich mowa, to unikalne mikroorganizmy odkryte dopiero w 1977 r. przez biologów molekularnych Carla Woese’a i George’a Foxa (Woese i in. 1990). Informacja o odkryciu szybko obiegła świat, ponieważ organizmy te przewracały prosty, ustalony porządek klasyfikacji organizmów żywych. Do tamtego momentu bowiem wyróżniano dwie domeny skupiające wszystkie organizmy żywe: bakterie klasyfikowane jako prokariota – organizmy w większości jed­nokomórkowe i pozbawione dobrze wyodrębnionego jądra – oraz pozostałe organizmy klasyfikowane jako eukariota. Te ostatnie, do których należy również człowiek, posiadają dobrze wyodrębnione jądro komórkowe zawierające informację genetyczną. Archeony wykazujące cechy specyficzne tylko dla nich samych klasyfikowane są jako trzecia do­mena życia. 

Co czyni archeony tak unikalnymi?

Pod względem jednych cech archeony wykazują podobieństwo do organizmów eukariotycznych, pod względem innych przypominają bakterie. Homologi aż 33 rybosomalnych białek archeonów zostały odnalezione u organizmów eukariotycznych, natomiast brak ich u bakterii (Lecompte i in. 2002). Eukarionty są podobne do archeonów także pod względem procesów przekazywania informacji genetycznej – replikacji, transkrypcji i translacji. Jednakże archeony oglądane pod mikroskopem przypominają bakterie, z którymi łączy je również podobny metabolizm. Z drugiej strony archeony różnią się od bakterii regulacją ekspresji genów. Kompleksowe badania tych organizmów wykazały, że są one bliżej spokrewnione z organizmami eukariotycznymi niż z bakteriami (Ryc. 1). Nie są więc to „stare bakterie”, lecz grupa organizmów tak odrębnych, że wydziela się je jako trzecią domenę życia. 

Co wyróżnia archeony? Organizmy te charakteryzują się unikalną strukturą, specyficznymi komponentami ścian komórkowych (brak mureiny), błon, a także rybosomów (Jarrell i in. 2011). Trzysta pięćdziesiąt genów o większości nieznanej jeszcze funkcji spotykanych jest wyłącznie u tych organizmów. Archeony atakowane są też przez specyficzne tylko dla nich wirusy, inne niż te, które atakują bakterie (Forterre 2010). Wśród archeonów znajdujemy również jedne z najmniejszych organizmów na Ziemi, zarówno pod względem zawartości in­for­macji genetycznej, jak i rozmiarów. Jeden z gatunków archeonów – Ignicoccus hospitalis – posiada najmniejszy genom ze wszystkich znanych wolno żyjących organizmów – 1,3 Mb (Podar i in. 2008). Inny, nazywany ARMAN (ang. archaeal Richmond Mine acidophilic nano-organisms), ma objętość komórki na granicy teoretycznie dopuszczalnej objętości dla organizmów żywych – 0,009-0,04 µm3 (Jarrell i in. 2011). 

Poziomy transfer genów, czyli kilka słów o wymianie informacji genetycznej

Naukowcy, zastanawiając się nad odkrytymi podobieństwami i różnicami pomiędzy organizmami reprezentującymi trzy domeny życia, doszli do wniosku, że organizmy te musiały wymieniać między sobą informację genetyczną. Poziomy transfer genów, zwany też horyzontalnym transferem genów (HTG), polega na przeniesieniu informacji genetycznej z jed­nego organizmu do drugiego. Przypuszcza się, że proces ten, przypominający proces koniugacji u bakterii, zachodził pomiędzy hypertermofilnymi archeonami i bakteriami. Transfer informacji odbywał się w obie strony, tym niemniej częściej od bakterii do archeonów (Kanhere i Vingron 2009). Transfer informacji genetycznej zachodzi również pomiędzy eukariotycznymi organizmami a archeonami i bakteriami. Glon Galdieria sulphuraria (Cyanidiophyceae) żyjący w gorących, toksycznych i kwaśnych środo­wiskach uzyskał ok. 5% swoich genów kodujących białka w wyniku HTG od bakterii i archeonów. Geny te umożliwiają temu organizmowi adaptację do tych skrajnych siedlisk. 


ARMAN (Luis R. Comolli/LBNL)

Najnowsze osiągnięcia technologii sekwencjonowania rzucają też nowe światło na problem pochodzenia organizmów eukariotycznych, który jest jednym z najbardziej kontrowersyjnych zagadnień w bio­logii ewolucyjnej. Jedna z teorii mówi, że obie grupy organizmów (archeony i eukarionty) pochodzą od wspólnego odległego przodka zwanego LUCA (ang. Last Universal Common Ancestor). Inna zakłada bliskie pokrewieństwo pomiędzy archeonami i organizmami eukariotycznymi oraz podobieństwo genów mitochondrialnych tych ostatnich z genami alfaproteobakterii (Lopez-Garcia i Morei­ra 2006, Rochette i in. 2014). 

Czy archeony przybyły z kosmosu?

Archeony spotykane są w miejscach niezwykłych, przypominających warunki, jakie panowały na wczesnej, gorącej i pozbawionej wolnego tlenu Ziemi (ok. 3,9 mld lat temu). Między innymi znaleziono je w pobliżu gorących kominów hydrotermalnych usytuowanych w strefie ryftów oceanicznych na głębokości 1500-4000 m, w gorących wulkanicznych źródłach na powierzchni Ziemi lub w miejscach silnie zasolonych na wiecznie zamrożonych ziemskich biegunach. Z uwagi na bytowanie w miejscach na krawędzi życia często wskazuje się je jako grupę organizmów zdolnych do przetrwania na innych planetach. Choć do niedawna naukowcy badający życie we wszechświecie przede wszystkim poszukiwali wody jako uniwersalnego rozpuszczalnika, obecnie zwracają również uwagę na metan jako wskaźnik życia. 

Ryc. 1. Uproszczone filogenetyczne – drzewo życia obrazujące pokrewieństwo pomiędzy trzema domenami życia

Choć gaz ten powstaje na skutek procesów geologicznych (serpentynizacja), może być również produkowany przez mikroorganizmy. Niedawn...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy