Архебактерии

Архебактерии (археи) (Archaebacteria) — группа организмов, которые согласно филогенетической классификации составляют домен Archaebacteria. Основанием для выделения этих организмов в отдельный домен послужили результаты сравнительного анализа первичной структуры рибосомальной РНК, по которым архебактерии отличаются от всех других прокариот.

Это открытие было сделано в 1978 г. группой ученых из США во главе с К. Безе.
Архебактерии отличаются от всех других организмов, только они способны к образованию метана. Многие из них являются экстремофилами, развивающимися в условиях крайних температур, кислотности и солевой концентрации.
По форме и размерам клеток, общим принципам их организации и характеру деления археи сходны с эубактериями, хотя только среди них обнаружены организмы кубической формы. Многие археи подвижны и имеют жгутики, похожие на бактериальные, но несколько отличающиеся деталями организации. Однако представители этого домена имеют существенные особенности. Важнейшей особенностью архей является своеобразие их рибосомальных и транспортных РНК, их рибосомы отличаются также и по форме. Отличительные черты обнаружены и в других компонентах системы синтеза белка. Покровы клеток у разных архей могут иметь разное строение и химический состав, но им часто присуще наличие поверхностных слоев, образованных белковыми или гликопротеидны- ми молекулами правильной или довольно причудливой формы. Некоторые археи осуществляют биохимические процессы, не свойственные никаким другим организмам. Например, только определенные представители архей в процессе своей жизнедеятельности образуют метан. Большинство архей — экстремофилы, т.е. развиваются в экстремальных условиях: при высокой температуре, кислотности, в насыщенных соленых растворах. Археи, видимо, не способны к паразитизму. По крайней мере, к настоящему времени археи, приносящие вред каким-либо другим организмам, неизвестны, хотя среди них много симбионтов, к взаимной пользе живущих совместно с другими организмами. Среди архей много автотрофных форм, не нуждающихся в органической пище и получающих необходимую для жизни энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, в которые вовлечены неорганические молекулы.
Архебактерии разделяются на три группы организмов: 1)ме- танобразующих, 2) экстремальных галофилов, 3) экстремальных термофилов.
Метаногены. Биологическое образование метана осуществляется только архебактериями. Основным путем образования метана является окисление молекулярного водорода углекислотой — «карбонатное дыхание» (4Н2+ С02-gt; СН4 + 2Н20). В некоторых случаях могут быть использованы соли муравьиной и уксусной кислот, метиловый спирт и метиламины. Таким образом, эти археи
получают необходимую им энергию. Метаногены относятся к строгим анаэробам и быстро погибают при контакте с воздухом. Морфологически метаногены очень разнообразны: среди них есть
палочки Methanobacte- rium с клеточной стенкой из псевдомуреина, кокки Methanococcus с белковой клеточной стенкой, плоские угловатые формы Methano- halobium, псевдопарен- химатозные агрегаты Methanosarcim (рис. 53) с гетерополисахаридом, цепи палочек в трубчатых чехлах Methanothrix (Methanosaeta) и спириллы Methanospirillum (рис.54) с белковой клеточной стенкой.
Рис. 53. Архебактерии. Ме-
thanosarcina barken.
А - фазовый контраст, шкала на рисунке соответствует Юмкм; Б — тонкий срез клетки в электронном микроскопе, шкала на рисунке соответствует 200 нм
В таксономии метаногенов употребляется обозначение Meihano- в отличие от аэробных метанокисляющих метанотрофов Methylo-. Существуют экстремально термофильные формы, развивающиеся в зонах горячих источников. Метанообразование происходит в почве. Некоторые метанообразующие археи входят в состав кишечной микрофлоры, живуг в рубцах жвачных, образуют витамин В12 и снабжают им хозяев. Метанобразующие бактерии часто являются симбионтами простейших и человека.
Экстремальные галофилы представлены небольшой группой ар- хебактерий (галобактерий), развивающихся в рассолах при содержании NaCl не менее 10%. К ним относятся палочковидные Halobacterium, кокковидные Halococcus, плеоморфные Haloarcula, Haloferax. Группа натронобактерий Natronobocterium и Natronococcus

Рис.

54. Архебактерии. Methanospirillum hungateii. Шкала на рисунке соответствует Юмкм

развивается при pH 10 и насыщении раствора содой. Галобакте- рии развиваются в лагунах или соляных чеках, где испарение приводит к концентрации солей и сопутствующему этому накоплению органических веществ, позволяющему отнести эти организмы к копиотрофам При отсутствии кислорода и наличии света у этих архей происходит образование так называемых пурпурных или фиолетовых мембран — это участки поверхностной мембраны клетки, содержащие пигмент родопсин, аналогичный родопсину человеческого глаза. В пурпурных мембранах за счет энергии света происходит синтез АТФ (аденозинтрифосфата), являющегося основным носителем энергии в клетках живых организмов. Клетки галофилов содержат также красные каротиноидные пигменты, при их массовом развитии субстрат окрашивается в красный цвет.
Экстремальные термофилы (Crenarchaeota) представляют собой обитателей гидригерм и наиболее тесно связаны с эндогенными процессами в геосфере. Название происходит от греческих корней «крен» — источник, ключ и «архе» — древний. Действительно, эти археи обитают исключительно в горячих источниках, на поверхности Земли или на дне океана, обычно в зонах вулканической активности. Местом их обитания являются, в частности, окрестности глубоководных вулканических источников — «черных курильщиков», расположенных в океанах на тысячеметровых глубинах. Благодаря высокому давлению температура в них может достигать 200-300 °С. При взаимодействии воды источника с морской водой образуется темный осадок, источник как бы дымит. Отсюда происходит их название. Около таких источников развиваются экстремальные термофильные археи, некоторые из них растут даже при температуре 100-120 °С. Это гипертермофилы.
Представитель кренархеот Sulfolobus acidocaldarius (рис. 55) растет при температуре до 100 °С. Он использует энергию окисления элементарной серы молекулярным кислородом: 2S + 02 + + 2Н20 -» 2H2S04. Очевидно, что в результате жизнедеятельности этих организмов происходит сильное подкисление среды, но это для организма только полезно, так как он растет в среде при pH 1. Он не имеет строго определенной формы и легко ее изменяет, так как окружен только структурированным слоем глико- протеиновых субъединиц (см. рис. 55). На его поверхности присутствуют волоски — пили, при помощи которых он может прикрепляться к частичкам серы, используемым им в качестве субстрата для дыхания.
Особую группу эвриархеот составляют кислотолюбивые археи, использующие при жизни органические соединения. Сюда относятся так называемые термоплазмы (Thermoplasma), развивающиеся в горячих и кислых вулканических источниках и ли-

Рис. 55. Архебактерии. Sulfolobus acidocaldarius. Шкала на рисунке соответствует 0,5 мкм

шенные клеточной стенки, подобно микоплазмам. Цитоплазматическая мембрана этих клеток обладает удивительной устойчивостью. Это анаэробные серовосстанавливающие бактерии с оптимумом роста при температуре от 85 до 105 °С.
Picrophilus (в переводе кислотолюб) растет при pH 0-2,2 и температуре 105 °С. Кроме цитоплазматической мембраны их клетка имеет слой белковых субъединиц, окружающих протопласт.
На древней Земле в начальные периоды эволюции, архебакте- рии, видимо, доминировали в биосфере и играли ведущую роль в биологических процессах трансформации элементов. В то время особенное значение имели процессы получения энергии прокариотами за счет окисления молекулярного водорода и использования в окислительно-восстановительных реакциях соединений серы. Эти вещества есть среди продуктов вулканической деятельности, и их использование микроорганизмами должно было иметь особое значение в периоды, когда органическое вещество содержалось в биосфере еще в очень незначительном количестве. В океанических глубинах около вуланических источников типа «черных курильщиков» могла развиваться жизнь, независимая от энергии Солнца, возможность существования которой еще недавно трудно было себе представить. Влияние, которое оказали архебак- терии на эволюцию жизни на Земле, трудно оценить. Сведения об этой группе живых организмов стремительно расширяются.

<< | >>

Источник: А.Г. Звягинцев, И.П. Бабьева, Г.М. Зенова. БИОЛОГИЯ ПОЧВ. 2005

Еще по теме Архебактерии:

- Болотоведение - Метеорология и климатология - Научно-популярная история - Океанология (океанография) - Почвоведение -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -