Arcaebatteri

Definizione di Arcaebatteri

Gli Arcaebatteri sono un tipo di organismo unicellulare che sono così diversi dalle altre forme di vita moderne che hanno sfidato il modo in cui gli scienziati classificano la vita.

Fino a quando l’avvento di sofisticati studi di biologia genetica e molecolare ha permesso agli scienziati di vedere le principali differenze biochimiche tra archebatteri e batteri “normali”, entrambi erano considerati parte dello stesso regno di organismi unicellulari. I “regni”, un modo di organizzare le forme di vita in base alla loro struttura cellulare, tradizionalmente includevano Animalia, Planitia, Fungi, Protista (per gli eucarioti unicellulari), e Monera (che una volta era considerato per contenere tutte le forme di procarioti).

Tuttavia, gli studi genetici e biochimici sui batteri mostrarono presto che una classe di procarioti era molto diversa dai batteri “moderni”, e in effetti da tutte le altre forme di vita moderne. Alla fine sono stati chiamati “archebatteri” da “archae” per “antico”, queste cellule uniche si pensa che siano i discendenti moderni di una stirpe molto antica di batteri che si è evoluta intorno alle bocchette del mare profondo ricche di zolfo.

L’analisi genetica e biochimica sofisticata ha portato a un nuovo “albero filogenetico della vita”, che fa uso del concetto di “domini” per descrivere divisioni della vita che sono più grandi e fondamentali di quella del “regno”.

La versione più moderna di questo sistema mostra tutti gli eucarioti – animali, piante, funghi e protisti – che costituiscono il dominio degli “Eucarioti”, mentre la più comune e moderna ramificazione dei batteri costituisce i “Prokarya”, e gli archebatteri costituiscono un dominio tutto loro – il dominio degli “Archei”.”

Albero filogenetico

La scoperta degli Archaea e delle loro differenze uniche è eccitante per gli scienziati, perché si ritiene che la biochimica unica degli archebatteri potrebbe darci un’idea del funzionamento della vita molto antica. Alcuni scienziati propongono che gli arcaebatteri Thermoplasma possano in effetti essere gli antenati dei nuclei delle nostre cellule eucariotiche, che si ritiene si siano sviluppati attraverso il processo di endosimbiosi.

Un’altra caratteristica notevole degli arcaebatteri è la loro capacità di sopravvivere in ambienti estremi, compresi ambienti molto salati, molto acidi e molto caldi. Gli archebatteri sono stati registrati in grado di sopravvivere a temperature fino a 190° Fahrenheit, che sono solo ventidue gradi in meno del punto di ebollizione dell’acqua, e ad acidità fino a 0,9 pH.

Gli archebatteri hanno anche sfidato le idee degli scienziati su come definire una specie, dal momento che praticano un sacco di trasferimento genico orizzontale – dove i geni vengono trasferiti da un individuo all’altro durante la loro vita – rendendo difficile determinare quanto strettamente le diverse cellule sono correlate, o anche se le cellule degli archebatteri hanno il tipo di combinazioni stabili di tratti che gli scienziati usano tipicamente per definire una specie.

Il dominio degli Archaea include sia specie aerobiche che anaerobiche, e si possono trovare a vivere in ambienti comuni come il suolo così come in ambienti estremi.

Quali caratteristiche biochimiche rendono gli scienziati così entusiasti degli archebatteri? Beh…

Caratteristiche degli archebatteri

Gli archebatteri hanno una serie di caratteristiche che non si vedono in tipi di cellule più “moderne”. Queste includono:

1. Chimica della membrana cellulare unica.

Gli archebatteri hanno membrane cellulari fatte di fosfolipidi legati all’etere, mentre i batteri e gli eucarioti fanno entrambi le loro membrane cellulari di fosfolipidi legati all’estere

Gli archebatteri usano uno zucchero che è simile, ma non uguale, allo zucchero peptidoglicano usato nelle membrane cellulari dei batteri.

2. Trascrizione genica unica.

Gli archebatteri hanno un singolo cromosoma rotondo come i batteri, ma la loro trascrizione genica è simile a quella che avviene nei nuclei delle cellule eucariotiche.

Questo porta alla strana situazione che la maggior parte dei geni che coinvolgono la maggior parte delle funzioni vitali, come la produzione della membrana cellulare, sono più strettamente condivisi da Eukarya e Batteri – ma i geni coinvolti nel processo di trascrizione genica sono più strettamente condivisi da Eukarya e Archaea.

Questo ha portato alcuni scienziati a proporre che le cellule eucariotiche siano nate da una fusione di archebatteri con i batteri, forse quando un archebatterio ha iniziato a vivere endosimbioticamente all’interno di una cellula batterica.

Altri scienziati credono che gli eucarioti discendano direttamente dagli archebatteri, basandosi sui risultati di una specie di archebatterio, il Lokiarcheota, che ne contiene alcuni trovati solo negli eucarioti, che negli eucarioti codificano per geni con capacità unicamente eucariotiche.

Si pensa che il Lokiarcheota possa essere una forma di transizione tra Archaea ed Eukaryota.

3. Solo gli archebatteri sono capaci di metanogenesi – una forma di respirazione anaerobica che produce metano.

Esistono anche archebatteri che usano altre forme di respirazione cellulare, ma le cellule che producono metano non si trovano nei batteri o negli eucarioti.

4. Differenze nell’RNA ribosomiale che suggeriscono la loro divergenza dai batteri e dagli eucarioti in un lontano passato

Tipi di archebatteri

Ci sono tre tipi principali di archebatteri. Questi sono classificati in base alla loro relazione filogenetica (quanto sono strettamente correlati tra loro), e i membri di ciascun tipo tendono ad avere determinate caratteristiche. I tipi principali sono:

1. Crenarchaeota – I Crenarchaeota sono estremamente tolleranti al calore.

Hanno proteine speciali e altra biochimica che possono continuare a funzionare a temperature fino a 230° Fahrenheit! Molti Chrenarchaeota possono anche sopravvivere in ambienti molto acidi.

Molte specie di Crenarchaeota sono state scoperte a vivere in sorgenti calde e intorno a bocche di mare profonde, dove l’acqua è stata surriscaldata dal magma sotto la superficie terrestre.

Una teoria sull’origine della vita suggerisce che la vita potrebbe essere iniziata originariamente intorno alle bocche di mare profonde, dove le alte temperature e la chimica insolita potrebbero aver portato alla formazione delle prime cellule.

2. Gli Euryarchaeota sono in grado di sopravvivere in habitat molto salati. Sono anche in grado di produrre metano, cosa che nessun’altra forma di vita sulla Terra è in grado di fare!

Gli Euryarchaeota sono l’unica forma di vita conosciuta in grado di effettuare la respirazione cellulare usando il carbonio come accettore di elettroni.

Questo dà loro un’importante nicchia ecologica perché la scomposizione di complessi composti di carbonio nella semplice molecola del metano è il passo finale nella decomposizione della maggior parte delle forme di vita. Senza i metanogeni, il ciclo del carbonio della Terra sarebbe compromesso.

Ovunque il gas metano sia prodotto dalla vita, gli Euryarchaeota ne sono responsabili.

Gli archebatteri metanogeni si possono trovare nelle paludi e nelle zone umide, dove sono responsabili del “gas di palude” e di parte dell’odore caratteristico della palude, e negli stomaci dei ruminanti come le mucche, dove scompongono gli zuccheri presenti nell’erba che non sono digeribili dagli eucarioti. Alcuni metanogeni vivono nell’intestino umano e ci aiutano nello stesso modo.

Si possono anche trovare nei sedimenti del mare profondo, dove producono sacche di metano sotto il fondo dell’oceano.

3. I Korarchaeota sono i meno conosciuti e si pensa che siano la più antica stirpe di archebatteri. Questo li rende probabilmente i più antichi organismi sopravvissuti sulla Terra!

I Korarchaeota possono essere trovati in ambienti idrotermali come i Crenarchaeota. Tuttavia, i Korarchaeota hanno molti geni che si trovano sia nei Crenarchaeota che negli Euryarcheaota, e anche geni che sono diversi da entrambi i gruppi. Per gli scienziati, questo suggerisce che entrambi gli altri tipi di archebatteri possono essere discesi da un antenato comune simile a Korarchaeota.

Korarchaeota sono rari in natura, forse perché altre forme di vita più recenti sono meglio adattate di loro a sopravvivere negli ambienti moderni. Tuttavia, i Korearchaeota possono essere trovati nelle sorgenti calde, intorno alle bocchette del mare profondo.

Esempi di Archebatteri

Lokiarcheota

Lokiarcheota è un ipertermofilo scoperto nella bocchetta del mare profondo chiamata Castello di Loki, che alcuni scienziati pensano abbia un significato evolutivo unico.

Ha un genoma altamente unico, composto da circa il 26% di proteine che si trovano in altri archebatteri, il 29% di proteine che si trovano nei batteri, il 32% di geni che non corrispondono a nessuna proteina conosciuta e – 3.3% di geni che corrispondono a quelli che si trovano solo negli eucarioti.

I geni eucarioti sono particolarmente eccitanti per gli scienziati, perché sono geni che sembrano codificare per proteine che gli eucarioti usano per controllare attivamente la forma della loro cellula, comprese le proteine per i citoscheletri, la proteina motrice actina, e diverse proteine che negli eucarioti sono coinvolte nel cambiamento della forma della membrana cellulare.

Alcuni di questi geni sono coinvolti nella fagocitosi, il che è eccitante perché il processo di fagocitosi potrebbe essere stato usato dagli antenati eucarioti per “ingoiare” altre cellule – che potrebbero essere diventate endosimbionti, portando alle relazioni endosimbiontiche tra le cellule eucariotiche e i loro mitocondri, cloroplasti e nuclei.

Il genoma unico di Lokiarchaeota lo rende forse il nostro parente più prossimo tra i procarioti, e forse una forma di transizione nell’importantissimo salto dalla vita procariotica a quella eucariotica, che ha reso possibile l’evoluzione dei regni animale, vegetale, dei funghi e dei protisti. Gli scienziati pensano che il Lokiarchaeota e noi stessi abbiamo probabilmente condiviso un antenato comune circa 2 miliardi di anni fa.

Non si sa se questo significa che gli eucarioti si sono probabilmente evoluti intorno alle bocchette del mare profondo, o se i parenti del Lokiarchaeota potrebbero essere stati comuni in altri ambienti prima di essere superati e spinti all’estinzione dai loro discendenti più avanzati, gli eucarioti.

Methanobrevibacter Smithii

Methanobrevibacter smithii è un archebatterio produttore di metano che vive nell’intestino umano. Questo membro dell’Euryarchaeota ci aiuta a scomporre gli zuccheri complessi delle piante e ad estrarre energia extra dal cibo che mangiamo.

I microorganismi nel nostro intestino – compresi i membri dell’Euryarchaeota – hanno anche una relazione complessa con la nostra salute. Mentre alcuni studi mostrano che molte persone con obesità e cancro al colon hanno livelli superiori alla media di Euryarchaeota nei loro intestini, gli Euryarchaeota aiutano anche le persone che non hanno abbastanza cibo a produrre più energia, e alcuni tipi di questi archebatteri sembrano proteggere dal cancro al colon.

  • Dominio – Il più alto livello di classificazione attualmente riconosciuto dai biologi, si riferisce alle ampie differenze tra le cellule di eucarioti, batteri e archebatteri.
  • Regno – Il livello di classificazione inferiore al “dominio”, i regni separano gli eucarioti, come le piante e gli animali, in gruppi basati sulle loro relazioni filogenetiche.
  • Filogenetica – Lo studio delle relazioni evolutive tra le forme di vita.

Quiz

1. Quale dei seguenti non è un dominio della vita? Animalia
B. Archaea
C. Batteri
D. Eukarya

Risposta alla domanda #1
La A è corretta. “Animalia” era una volta un regno di eucarioti, anche se ora l’analisi genetica ha dimostrato che animali e funghi appartengono probabilmente allo stesso regno degli eucarioti.

2. Quale delle seguenti NON è una differenza tra gli archei e altre forme di vita? Gli archebatteri usano diversi lipidi nelle loro membrane cellulari.
B. Gli archebatteri hanno un cromosoma circolare come i batteri, ma anche un involucro nucleare come gli eucarioti.
C. Gli archebatteri hanno un cromosoma circolare come i batteri, ma la loro trascrizione genica è più simile a quella degli eucarioti.
D. Solo gli archebatteri possono effettuare la metanogenesi.

Risposta alla domanda 2
La B è corretta. Gli archebatteri NON hanno involucri nucleari. Essendo procarioti, mancano di qualsiasi organello legato alla membrana.

3. Quale delle seguenti non è vera riguardo ai principali tipi di archebatteri? Il Crenarchaeota può vivere a temperature fino a 230° Fahrenheit.
B. Euryarchaeota include sia i metanogeni che producono metano, sia gli alofili che preferiscono gli ambienti salati.
C. Lokiarchaeota è un metanogeno che vive nel tratto digestivo delle mucche.
D. Korarchaeota può essere legato all’antenato comune di Crenarchaeota e Euryarchaeota.

Risposta alla domanda #3
La C è corretta. Lokiarchaeota è in realtà un termofilo che vive intorno alle bocchette del mare profondo – e il suo genoma suggerisce che potrebbe essere il parente vivente più vicino che abbiamo tra i procarioti!

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