Архебактерии – это одноклеточные организмы, изначально не имеющие ядра. По одной из теорий возникновения жизни считается, что первыми появились именно эти существа, а уже затем от них произошли бактерии, вирусы и другие организмы.
Исторический ракурс
Архебактерии впервые были выявлены как отдельное подцарство в 1977 году учеными К. Везе и Дж. Фоксом. Доказано, что их клеточная стенка производит оригинальные энзимы и не похожа на клеточные стенки других бактерий, которые были исследованы ранее. Это открытие было совершено благодаря использованию сравнительного анализа 16S рРНК. При традиционном микроскопировании обнаружить характерные отличия представителей подцарства архебактерии от настоящих бактерий практически невозможно. Предположительно они появились на планете около трех миллиардов лет назад, будучи доядерными микроорганизмами.
Классификация
Все бактерии относятся к биологическому царству прокариот. Архебактерии не являются исключением. В биосистеме рассматриваемые организмы относятся к одноименному подцарству, в пределах которого выделяют:
- анаэробные (живущие без кислорода);
- серовосстанавливающие микроорганизмы;
- бактерии, метаболизирующие молекулярную серу и относящиеся к экстремальным термофилам;
- термоацидофильные микоплазмы и экстремально галофильные бактерии.
Исследователи по-разному классифицируют данный вид организмов. Некоторые выделяют для них царство прокариот, другие же считают, что правильнее их относить к отдельному классу царства прокариот.
Для чего нужны и какие бывают
Архебактерии отличаются метаболизмом, экологическими и физиологическими особенностями. Рассмотрим некоторые разновидности представителей данного биокласса.
Наиболее известны метанообразующие архебактерии. Это такие микроорганизмы, с помощью которых на нашей планете образуется метан. Они являются облигатными анаэробами, чаще всего обнаруживаются в болотах, водоемном иле, пищеварительной системе крупного рогатого скота и других жвачных животных, очистных сооружениях, затопляемых почвах.
Помимо этого, к архебактериям относят и некоторых представителей серобактерий. Они принимают участие в кругообороте серы, способствуют ее окислению и образованию кислоты, которая обладает разъедающими свойствами. Данные микроорганизмы в своих клетках концентрируют химическое вещество, а потому их скопление в определенных местах играет решающую роль в процессе зарождения крупных источников серы.
Архебактерии не являются паразитными организмами, поэтому в лимитированных количествах применяются в медицине как общеукрепляющее средство. Также они способствуют утилизации органических отходов. В этом заключается значение архебактерий.
Экологические особенности
Архебактерии – это живые организмы, приспособленные к любым условиям обитания, к любому типу экологии. Среди них встречаются термофилы, которые способны существовать при температуре, превышающей 110 оС. Бактерии, живущие в диаметрально противоположных по кислотности условиям – ацидофилы. Они «любят» кислоту и обитают при уровне рН, равном 1. Алкафилы предпочитают обитание в щелочной среде, где рН может достигать 11. Помимо этого, среди указанного подцарства встречаются представители, которые могут:
- существовать при ограниченных ресурсах влаги (ксерофилы);
- размножаться в условиях пониженных положительных и отрицательных температур, до -10 оС (психрофилы);
- обитать в соляных растворах с концентрацией соли до 30 % (галофилы);
- выдерживать атмосферное давление до 700 атмосфер (барофилы).
Из окружающей среды они потребляют лишь простые органические вещества. Зависимость от природных условий минимальная.
Строение
Для всех представителей архебактерий характерны следующие особенности:
- В клеточной стенке отсутствует пептидогликан. Вместо него в их состав входит псевдомуреин, не содержащий мурамовой кислоты и D-аминокислот в пептидных мостиках.
- В мембранах представителей подцарства архебактерий содержатся бифинальные глицериновые эфиры вместо жирных кислот с глицерином.
- В транспортной РНК тимин заменен иными основаниями. Гены, кодирующие данную РНК, имеют интроны, характерные для эукариот.
- В геноме последовательности повторяются многократно, что эквивалентно хромосомной ДНК у эукариот.
- По сравнению с последними у архебактерий больше белка повышенной кислотности.
- У архебактерий в основном встречаются цилиндрические и сферические клетки. Также встречаются плоские клетки, похожие на кусочки битого стекла.
Таковы особенности строения архебактерий.
Что общего с другими микроорганизмами
Все бактерии, относящиеся к царству прокариот, подразделяются на подцарства Архебактерии и Оксифотобактерии, а также Настоящие бактерии.
Колонии некоторых настоящих бактерий можно разглядеть невооруженным глазом. По форме они могут быть самыми различными: кокками, спириллами, сарцинами и иными. Клеточная стенка построена на основе вещества, близкого по своему составу, структуре к целлюлозе, сверху покрыта слизью. Ее содержимое отделено от стенки мембраной. Отсутствуют пластиды и митохондрии, окруженные мембраной, которые характерны для животных и растительных организмов. Синтез белков, как и у эукариотических организмов, осуществляется с помощью рибосом.
При наступлении неблагоприятных условий большинство бактерий способно образовывать споры за счет выделения части цитоплазмы, покрываемой капсулой. Метаболизм в клетке прекращается, но бактерии продолжают жить. Они разносятся ветром, в благоприятных условиях возвращаются к активной жизнедеятельности.
В отличие от бактерий, архебактерии имеют сопоставимые по размерам рибосомы с эукариотами. При этом и те, и другие относятся к гетеротрофам. Некоторые способны к фотосинтезу, но в отличие от растений, не за счет содержания хлорофилла, а за счет наличия так называемого бактериохлорофилла. В процессе бактериального фотосинтеза здесь не выделяется кислород, как у растений. Представители этих двух классов часто имеют жгутики.
Сравнительная характеристика архе- и оксифитобактерий
Ко второму типу относятся, преимущественно, цианобактерии или сине-зеленые водоросли. Архебактерии и оксифитобактерии существенно различаются, несмотря на то, что оба вида относятся к гетеротрофам. У оксифитобактерий имеется хлорофилл, который отличается строением. Помимо этого, в наличии у данного микроорганизма могут быть и фотосинтезирующие пигменты. В подцарствах архебактерии и оксифитобактерии процесс фотосинтеза протекает по-разному. При этом жгутиков у вторых не наблюдается. У оксифитобактерий, в отличие от архебактерий, процесс фотосинтеза сопровождается выделением кислорода.
Размножение у всех прокариот осуществляется примерно одинаково – делением клетки пополам. Клетка у оксифитобактерий имеет небольшое количество целлюлозы, в основном же там находятся пектиновые вещества и полисахариды.
Методы получения энергии у прокариот
Из внешней среды могут существовать разные способы получения энергии для прокариот. Архебактерии приспосабливаются к жизни как с доступом кислорода (аэробные), так и без него. При анаэробном дыхании происходит образование метана. Ряд архебактерий, обитающих на морском дне, в иловых отложениях, осуществляют так называемое "сульфатное дыхание" (сульфатредукция), при котором сульфаты преобразуются в сероводород.
Для рассматриваемого подцарства живых организмов характерен хемосинтез. Под ним понимают процесс окисления не только органических, но и неорганических соединений. Так, водород из глубин нашей планеты может окисляться за счет сульфатов, образуя воду и сероводород. Сера в процессе хемосинтеза выполняет роль как окислителя, так и восстановителя.
Таким образом, архебактерии способны к осуществлению процесса хемосинтеза, при котором органические вещества образуются за счет протекания окислительно-восстановительных реакций.
Помимо этого, некоторые представители данного вида способны получать энергию через брожение. Другие находят для себя источники в цепи электронного транспорта, в котором участвуют цитохромы, хиноны, ферредоксины. В этом случае осуществляется трансмембранный перенос протонов.
Типы питания и метаболические реакции у архебактерий
Для организмов, составляющих рассматриваемое подцарство, характерны 4 типа питания:
- хемоорганогетеротрофный;
- фотогетеротрофный;
- хемолитогетеротрофный;
- хемолитоавтотрофный.
В своем большинстве метаболические реакции происходят подобно таковым у Настоящих бактерий.
В заключение
Архебактерии – это древние бактерии в дословном переводе с греческого языка. Они представляют собой микроорганизмы с доядерным строением клетки. По некоторым свойствам они отличаются от Настоящих бактерий. Наибольшие отличия наблюдаются между архебактериями и оксифотобактериями. Основные отличия от заключаются в том, что клеточные стенки содержат псевдомуреин, в составе тРНК наблюдается другая последовательность оснований. Эти организмы приспособлены к существованию в практически любых условиях. Для некоторых из них свойственен процесс фотосинтеза без выделения кислорода, протекающий с помощью бактериородопсина (бактериохлорофилла).
