До появления сложных генетических и молекулярно-биологических исследований, позволивших ученым увидеть основные биохимические различия между архебактериями и “нормальными” бактериями, и те, и другие считались частью одного и того же царства одноклеточных организмов.
Однако генетические и биохимические исследования бактерий вскоре показали, что один класс прокариот сильно отличается от “современных” бактерий, да и вообще от всех других современных форм жизни. В конечном итоге названные “архебактериями” от “archae”, что означает “древний”, эти уникальные клетки, как полагают, являются современными потомками очень древней линии бактерий, которые эволюционировали вокруг богатых серой глубоководных источников.
Сложный генетический и биохимический анализ привел к созданию нового “филогенетического древа жизни”, в котором используется концепция “доменов” для описания более крупных и базовых подразделений жизни, чем “царство”.
Характеристики архебактерий
Архебактерии обладают рядом характеристик, которых нет у более “современных” типов клеток. К ним относятся:
- Уникальная химия клеточных мембран.
Клетки бактерий и эукариот покрыты цитоплазматической мембраной, состоящей из двойного слоя фосфолипидов, в которых жирные кислоты связаны с молекулой глицерина сложноэфирной связью. Мембранные липиды архей вместо жирных кислот содержат изопреновые цепочки, соединенные с глицерином простой эфирной связью. Липиды такой мембраны зачастую объединяются в один слой с двумя гидрофильными головками и одной гидрофобной «сшивкой» из двух хвостов. Это делает мембрану более устойчивой к экстремальным условиям, в которых обитают некоторые археи.
Клеточная стенка бактерий состоит из пептидогликана (муреина), которого нет ни у архей, ни у эукариот. Клетки архей чаще всего покрыты белковым S-слоем, защищающим от воздействия стрессовых условий, а в тех случаях, когда клеточная стенка все-таки присутствует, в ее состав входит похожее по структуре вещество – псевдомуреин.
Отличается и строение жгутиков. Бактериальные жгутики образованы белком флагеллином который, закручиваясь в спираль, формирует полую внутри нить жгутика. Жгутики архей похожи на бактериальные: они приводят клетку в движение, вращаясь по тому же механизму, но они не имеют полости внутри и образованы гликопротеинами. Жгутики эукариот в свою очередь состоят из десяти пар микротрубочек, где одна из пар центральная, а еще девять окружают ее.
- Уникальная транскрипция генов.
Архебактерии имеют единственную кольцевую хромосому, как у бактерий, но транскрипция их генов аналогична той, которая происходит в ядрах эукариотических клеток.
Геном архей имеет черты сходства с геномом эукариот. В частности, в нем встречаются многократно повторяющиеся нуклеотидные последовательности. Кроме того, структурные гены, кодирующие белки, тРНК и рРНК, характеризуются интрон-экзонной организацией. Соответственно, процесс посттранскринционной модификации пре-иРНК включает в себя процессинг и сплайсинг. У некоторых видов имеются ассоциированные с ДНК основные белки, сходные с гистонами.
- Только архебактерии способны к метаногенезу – форме анаэробного дыхания, при котором образуется метан.
Архебактерии, использующие другие формы клеточного дыхания, также существуют, но клетки, продуцирующие метан, не обнаружены ни у бактерий, ни у эукарий.
- Различия в рибосомной РНК, которые предполагают, что они отличались как от бактерий, так и от эукариот в далеком прошлом
Существуют 3 группы архебактерий:
1- метанобразующие -окисляют углекислый газ,
2 – галобактерии — это «экстремалы» — они выдерживают такие условия, как, например, концентрированные растворы соли (Мертвое море)
Они могут жить как за счет органических субстратов (гетеротрофные аэробы), так и за счет энергии Солнца, имея в своих мембранах светочувствительный пигмент –бактериородопсин (фотоавтотрофы).
3 – экстремальные термофилы — это, соответственно, температурные «экстремалы» — их среда жизни — термальные источники.
Температура около 100 °С для них не проблема
Они могут использовать для питания как органические соединения (аэробные гетеротрофы), так и неорганические соединения (аэробные и анаэробные хемотрофы)