Archaebactéries

Archaebactéries Définition

Les archaebactéries sont un type d’organisme unicellulaire si différent des autres formes de vie modernes qu’elles ont remis en question la façon dont les scientifiques classent la vie.

Jusqu’à ce que l’avènement d’études sophistiquées en génétique et en biologie moléculaire permette aux scientifiques de voir les différences biochimiques majeures entre les archébactéries et les bactéries “normales”, les deux étaient considérées comme faisant partie du même royaume d’organismes unicellulaires. “Les règnes”, une façon d’organiser les formes de vie en fonction de leur structure cellulaire, comprenaient traditionnellement Animalia, Planitia, Fungi, Protista (pour les eucaryotes unicellulaires) et Monera (qui était autrefois considéré comme contenant toutes les formes de procaryotes).

Cependant, les études génétiques et biochimiques des bactéries ont rapidement montré qu’une classe de procaryotes était très différente des bactéries “modernes”, et même de toutes les autres formes de vie modernes. Finalement nommées “archébactéries”, de “arché” pour “ancien”, ces cellules uniques seraient les descendants modernes d’une très ancienne lignée de bactéries qui a évolué autour des évents marins profonds riches en soufre.

Des analyses génétiques et biochimiques sophistiquées ont conduit à un nouvel “arbre phylogénétique de la vie”, qui fait appel au concept de “domaines” pour décrire des divisions de la vie plus grandes et plus fondamentales que celle de “royaume”.”

La version la plus moderne de ce système montre tous les eucaryotes – animaux, plantes, champignons et protistes – constituant le domaine des “Eukaryota”, tandis que la ramification plus commune et moderne des bactéries constitue les “Prokarya”, et que les archaebactéries constituent leur propre domaine tout court – le domaine des “Archaea”.”

Arbre phylogénétique

La découverte des Archaea et de leurs différences uniques est passionnante pour les scientifiques, car on pense que la biochimie unique des archaebactéries pourrait nous donner un aperçu du fonctionnement de la vie très ancienne. Certains scientifiques proposent que l’archaebactérie Thermoplasma pourrait en fait être l’ancêtre des noyaux de nos propres cellules eucaryotes, qui se seraient développées par le processus d’endosymbiose.

Un autre trait remarquable des archaebactéries est leur capacité à survivre dans des environnements extrêmes, notamment des environnements très salés, très acides et très chauds. On a enregistré des archibactéries survivant à des températures aussi élevées que 190° Fahrenheit, soit seulement vingt-deux degrés de moins que le point d’ébullition de l’eau, et à des acidités aussi élevées que 0,9 pH.

Les archibactéries ont même remis en question les idées des scientifiques sur la façon de définir une espèce, car elles pratiquent beaucoup de transfert horizontal de gènes – où les gènes sont transférés d’un individu à l’autre au cours de leur vie – ce qui rend difficile de déterminer à quel point les différentes cellules sont liées, ou même si les cellules d’archibactéries ont le genre de combinaisons stables de traits que les scientifiques utilisent généralement pour définir une espèce.

Le domaine des archées comprend à la fois des espèces aérobies et anaérobies, et on peut les trouver vivant dans des environnements courants comme le sol ainsi que dans des environnements extrêmes.

Alors, quelles sont les caractéristiques biochimiques qui rendent les scientifiques si enthousiastes à propos des archibactéries ? Eh bien…

Caractéristiques des archébactéries

Les archébactéries présentent un certain nombre de caractéristiques que l’on ne voit pas dans les types de cellules plus “modernes”. Il s’agit notamment de :

1. Une chimie unique de la membrane cellulaire.

Les archébactéries ont des membranes cellulaires faites de phospholipides liés à des éthers, alors que les bactéries et les eucaryotes fabriquent tous deux leurs membranes cellulaires à partir de phospholipides liés à des esters

Les archébactéries utilisent un sucre qui est similaire, mais pas identique, au sucre peptidoglycane utilisé dans les membranes cellulaires des bactéries.

2. transcription unique des gènes.

Les archées ont un chromosome unique et rond comme les bactéries, mais leur transcription des gènes est similaire à celle qui se produit dans les noyaux des cellules eucaryotes.

Cela conduit à la situation étrange que la plupart des gènes impliquant la plupart des fonctions de la vie, comme la production de la membrane cellulaire, sont plus étroitement partagés par Eukarya et les bactéries – mais les gènes impliqués dans le processus de transcription des gènes sont plus étroitement partagés par Eukarya et les archées.

Cela a conduit certains scientifiques à proposer que les cellules eucaryotes sont nées d’une fusion d’archibactéries avec des bactéries, peut-être lorsqu’une archibactérie a commencé à vivre de manière endosymbiotique à l’intérieur d’une cellule bactérienne.

D’autres scientifiques pensent que les eucaryotes descendent directement des archaebactéries, en se basant sur les découvertes d’une espèce d’archaebactérie, Lokiarcheota, qui contient certaines que l’on ne trouve que chez les eucaryotes, qui chez les eucaryotes codent pour des gènes aux capacités uniquement eucaryotes.

On pense que Lokiarcheota pourrait être une forme transitoire entre les archées et les eucaryotes.

3. Seules les archibactéries sont capables de méthanogénèse – une forme de respiration anaérobie qui produit du méthane.

Les archibactéries qui utilisent d’autres formes de respiration cellulaire existent également, mais les cellules productrices de méthane ne se trouvent pas chez les Bactéries ou les Eucarya.

4. Des différences dans l’ARN ribosomal qui suggèrent qu’elles ont divergé à la fois des Bactéries et des Eucarya à un moment du passé lointain

Types d’archibactéries

Il existe trois principaux types d’archibactéries. Celles-ci sont classées en fonction de leur relation phylogénétique (à quel point elles sont proches les unes des autres), et les membres de chaque type ont tendance à avoir certaines caractéristiques. Les principaux types sont :

1. Crenarchaeota – Les Crenarchaeota sont extrêmement tolérants à la chaleur.

Ils possèdent des protéines spéciales et d’autres éléments biochimiques qui peuvent continuer à fonctionner à des températures aussi élevées que 230° Fahrenheit ! De nombreux Chrenarchaeota peuvent également survivre dans des environnements très acides.

De nombreuses espèces de Crenarchaeota ont été découvertes vivant dans les sources chaudes et autour des évents marins profonds, là où l’eau a été surchauffée par le magma sous la surface de la Terre.

Une théorie de l’origine de la vie suggère que la vie pourrait avoir commencé à l’origine autour des évents marins profonds, où des températures élevées et des chimies inhabituelles pourraient avoir conduit à la formation des premières cellules.

2. Les Euryarchaeota sont capables de survivre dans des habitats très salés. Ils sont également capables de produire du méthane, ce qu’aucune autre forme de vie sur Terre n’est capable de faire !

Les euryarchaeota sont la seule forme de vie connue capable d’effectuer une respiration cellulaire en utilisant le carbone comme accepteur d’électrons.

Cela leur confère une niche écologique importante car la décomposition de composés carbonés complexes en une molécule simple, le méthane, est l’étape finale de la décomposition de la plupart des formes de vie. Sans les méthanogènes, le cycle du carbone de la Terre serait altéré.

Partout où le méthane est produit par la vie, les Euryarchaeota en sont responsables.

On trouve des archéobactéries méthanogènes dans les marais et les zones humides, où elles sont responsables du “gaz de marais” et d’une partie de l’odeur caractéristique du marais, et dans l’estomac des ruminants comme les vaches, où elles décomposent les sucres présents dans l’herbe qui ne sont pas digestibles par les eucaryotes par eux-mêmes. Certains méthanogènes vivent dans l’intestin humain et nous aident de la même manière.

On les trouve également dans les sédiments des grands fonds marins, où ils produisent des poches de méthane sous le plancher océanique.

3. Les Korarchaeota sont les moins bien compris, et on pense qu’ils constituent la plus ancienne lignée d’archéobactéries. Cela en fait peut-être les plus anciens organismes survivants sur Terre !

Les Korarchaeota peuvent être trouvés dans des environnements hydrothermaux un peu comme les Crenarchaeota. Cependant, les Korarchaeota possèdent de nombreux gènes que l’on retrouve à la fois chez les Crenarchaeota et les Euryarcheaota, mais aussi des gènes qui sont différents des deux groupes. Pour les scientifiques, cela suggère que les deux autres types d’archaebactéries pourraient être descendus d’un ancêtre commun similaire à Korarchaeota.

Les Korarchaeota sont rares dans la nature, peut-être parce que d’autres formes de vie plus récentes sont mieux adaptées qu’eux pour survivre dans les environnements modernes. On trouve tout de même des Korearchaeota dans les sources chaudes, autour des évents marins profonds.

Exemples d’archibactéries

Lokiarcheota

Lokiarcheota est un hyperthermophile découvert dans l’évent marin profond appelé Château de Loki, dont certains scientifiques pensent qu’il a une signification évolutive unique.

Il possède un génome très unique, composé d’environ 26% de protéines que l’on sait présentes chez d’autres archaebactéries, 29% de protéines que l’on sait présentes chez les bactéries, 32% de gènes qui ne correspondent à aucune protéine connue, et – 3.3% de gènes qui correspondent à celles que l’on ne trouve que chez les eucaryotes.

Les gènes eucaryotes sont particulièrement passionnants pour les scientifiques, car il s’agit de gènes qui semblent coder pour des protéines que les eucaryotes utilisent pour contrôler activement la forme de leur cellule, notamment des protéines pour les cytosquelettes, la protéine motrice actine, et plusieurs protéines qui, chez les eucaryotes, sont impliquées dans le changement de forme de la membrane cellulaire.

Certains de ces gènes sont impliqués dans la phagocytose, ce qui est passionnant car le processus de phagocytose pourrait avoir été utilisé par les ancêtres eucaryotes pour “avaler” d’autres cellules – qui pourraient être devenues des endosymbiotes, conduisant aux relations endosymbiotiques entre les cellules eucaryotes et leurs mitochondries, chloroplastes et noyaux.

Le génome unique de Lokiarchaeota en fait peut-être notre parent le plus proche parmi les procaryotes, et peut-être une forme transitoire dans le saut extrêmement important de la vie procaryote à la vie eucaryote, qui a rendu possible l’évolution des règnes animal, végétal, fongique et protiste. Les scientifiques pensent que Lokiarchaeota et nous-mêmes avons probablement partagé un ancêtre commun il y a environ 2 milliards d’années.

On ne sait pas si cela signifie que les eucaryotes ont probablement évolué autour des cheminées d’eau profonde, ou si les parents de Lokiarchaeota ont pu être autrefois communs dans d’autres environnements avant d’être surpassés et poussés à l’extinction par leurs descendants plus avancés, les eucaryotes.

Methanobrevibacter Smithii

Methanobrevibacter smithii est une archébactérie productrice de méthane qui vit dans l’intestin humain. Ce membre d’Euryarchaeota nous aide à décomposer les sucres végétaux complexes et à extraire de l’énergie supplémentaire des aliments que nous mangeons.

Les micro-organismes de nos intestins – y compris les membres d’Euryarchaeota – ont également une relation complexe avec notre santé. Alors que certaines études montrent que de nombreuses personnes souffrant d’obésité et de cancer du côlon ont des niveaux d’Euryarchaeota supérieurs à la moyenne dans leurs intestins, les Euryarchaeota aident également les personnes qui n’ont pas assez de nourriture à produire plus d’énergie, et certains types de ces archéobactéries semblent protéger contre le cancer du côlon.

  • Domaine – Le plus haut niveau de classification actuellement reconnu par les biologistes, fait référence aux grandes différences entre les cellules des eucaryotes, des bactéries et des archéobactéries.
  • Royaume – Le niveau de classification inférieur au ” domaine “, les royaumes séparent les eucaryotes, comme les plantes et les animaux, en groupes basés sur leurs relations phylogénétiques.
  • Phylogénétique – L’étude des relations évolutives entre les formes de vie.

Quiz

1. Lequel des éléments suivants n’est PAS un domaine de la vie ?
A. Animalia
B. Archées
C. Bactéries
D. Eukarya

Réponse à la question #1
A est correct. “Animalia” était autrefois un royaume d’eucaryotes, bien que maintenant l’analyse génétique a montré que les animaux et les champignons appartiennent probablement au même royaume d’eucarya.

2. Lequel des éléments suivants n’est PAS une différence entre les archées et les autres formes de vie ?
A. Les archibactéries utilisent des lipides différents dans leurs membranes cellulaires.
B. Les archibactéries ont un chromosome circulaire comme les bactéries, mais aussi une enveloppe nucléaire comme les eucaryotes.
C. Les archibactéries ont un chromosome circulaire comme les bactéries, mais leur transcription des gènes est plus proche de celle des eucaryotes.
D. Seules les archéobactéries peuvent effectuer la méthanogénèse.

Réponse à la question n°2
B est correct. Les archibactéries n’ont PAS d’enveloppe nucléaire. Étant des procaryotes, elles ne possèdent aucun organite lié à une membrane.

3. Lequel des énoncés suivants n’est pas vrai au sujet des principaux types d’archibactéries ?
A. Crenarchaeota peut vivre à des températures aussi élevées que 230° Fahrenheit.
B. Euryarchaeota comprend à la fois des méthanogènes qui produisent du méthane, et des halophiles qui préfèrent les environnements salés.
C. Lokiarchaeota est un méthanogène qui vit dans le tube digestif des vaches.
D. Korarchaeota pourrait être apparenté à l’ancêtre commun de Crenarchaeota et Euryarchaeota.

Réponse à la question n°3
C est correct. Lokiarchaeota est en fait un thermophile qui vit autour des cheminées d’eau profonde – et son génome suggère qu’il pourrait être le plus proche parent vivant que nous ayons parmi les procaryotes !

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