Археи — древние прокариоты¶
Археи (Archaea, или архебактерии) — домен одноклеточных прокариотических организмов, обитающих преимущественно в экстремальных условиях и отличающихся от бактерий и эукариот уникальным строением клеточной мембраны, уникальными ДНК-полимеразами и иным механизмом транскрипции. Вместе с бактериями археи формируют прокариотическую ветвь живого мира, однако по молекулярным данным они генетически ближе к эукариотам, чем к бактериям.
¶История открытия
Долгое время архей не выделяли в отдельную группу: их считали разновидностью бактерий, обитающих в экстремальных средах. Термин «археи» (от греч. ἀρχαῖος — «древний») ввёл американский микробиолог Карл Вёзе в 1977 году после сравнительного анализа последовательностей рРНК 16S. Вёзе и его коллега Джорд Фокс показали, что ряд «бактерий» формирует третью, не связанную с обычными бактериями ветвь жизни. Изначально их называли архебактериями, но позже термин сократили до «археи», поскольку оказалось, что многие виды не являются экстремофилами и живут в обычных условиях.
¶Строение клетки
Археи, как и бактерии, лишены ядра и мембранных органоидов, однако их клеточная структура существенно отличается:
- Клеточная мембрана. У архей вместо эфирных связей липидов (как у бактерий и эукариот) используются изопреноидные (археальные) липиды, соединённые эфирными связями с глицерином. Мембранные липиды образуют монослои или диплоидные слои, что обеспечивает стабильность при высоких температурах и экстремальных pH.
- Клеточная стенка. Состав клеточной стенки разнообразен: у многих архей отсутствует пептидогликан (муреин), характерный для бактерий. Вместо него встречаются псевдопептидогликан, гликопротеины, белковые S-слои.
- Генетический аппарат. Геном архей, как правило, меньше, чем у бактерий, но гены организованы по-другому: часто присутствуют интроны в генах рРНК, а транскрипция и трансляция ближе к эукариотической.
¶Классификация
Современная систематика выделяет в домене Archaea несколько крупных фил:
| Фил | Особенности |
|---|---|
| Euryarchaeota | Метаногены, галоархеи, термофилы; самая разнообразная группа |
| Crenarchaeota | Преимущественно термофилы и гипертермофилы, обитатели горячих источников |
| Korarchaeota | Малоизученная группа, найдена в горячих источниках Йеллоустона |
| Thaumarchaeota | Аммоний-окисляющие археи, важные участники азотного цикла |
| Nanoarchaeota | Симбионтные формы, включая Nanoarchaeum equitans |
| Asgardarchaeota | Группа, наиболее близкая к предкам эукариот |
¶Метаболизм
Археи обладают разнообразными типами метаболизма:
- Метаногены — восстанавливают CO₂, муравьиную кислоту или метанол до метана (CH₄). Обитают в болотах, кишечнике жвачных животных, рудниках, глубоководных гидротермальных источниках. Метаногены рода Methanobacterium и Methanosarcina имеют промышленное значение.
- Галоархеи (галофилы) — развиваются в солёных водоёмах (Мёртвое море, озеро Эльтон). Их клетки часто окрашены в красный цвет за счёт бактериородопсина.
- Термофилы и гипертермофилы — растут при температурах 60–120 °C, обитают в гидротермальных источниках, подводных вулканических жерлах.
- Аэробные хемолитотрофы — окисляют сероводород, аммиак, водород.
¶Экология
Археи распространены повсеместно, не только в экстремальных средах. Молекулярные исследования показали, что Thaumarchaeota доминируют в океанических водах и почвах, где участвуют в окислении аммония. Метаногены входят в состав микрофлоры рубца жвачных животных и кишечника человека, где продуцируют значительную часть кишечного газа. В глубоких подземных породах археи составляют основную биомассу, питаясь водородом и сульфатом.
¶Значение для науки
Открытие архей изменило представление о филогении живого мира: трёхдоменная система Карла Вёзе (Bacteria, Archaea, Eucarya) вытеснила двухдоменную классификацию. Активно изучаются архейные ферменты — ДНК-полимеразы, топоизомеразы и рестриктазы, работающие при высоких температурах, что нашло применение в полимеразной цепной реакции (ПЦР). Группа Asgardarchaeota считается ключом к пониманию происхождения эукариотической клетки.
¶Интересные факты
- Метаногены Methanosarcina barkeri способны жить при давлении в сотни атмосфер.
- Галоархеи Halobacterium salinarum используют бактериородопсин для фотосинтеза, но без участия кислорода и хлорофилла.
- Nanoarchaeum equitans, открытая в 2002 году, имеет геном всего из ~500 генов и является симбионтом другой археи.
¶Источники
- Вёзе К., Фокс Г. Филогенетическая структура прокариотического мира
- Микробиология: учебник под ред. А. Е. Филиппова
- Madigan M. T. Brock Biology of Microorganisms
- Гарин Ф. Ю. Молекулярная биология архей