ARCHAEA 도메인 : 기원, 특성, 분류, 영양 - 생물학

고세균 도메인 또는 고세균 나라는 삶의 세 가지 영역 중 하나를 나타냅니다. 그것은 매우 유사한 미세한 단세포 원핵 생물로 구성되며 동시에 여러면에서 박테리아 및 진핵 생물과 매우 다릅니다.

이 그룹의 존재는 얼마 전 1970 년대 후반에 칼 워즈 (Carl Woese)가 이끄는 연구자 그룹에 의해 입증되었습니다. 칼 워즈 (Carl Woese)는 생명이 진핵 생물과 두 가지 유형의 원핵 생물로 나눌 수 있다고 생각했습니다. 고세균이라고도 불리는 고세균.

미국 옐로 스톤 국립 공원 (Yellowstone National Park)에있는 "모닝 글로리 (Morning Glory)"온천. 리보솜 RNA 카탈로그 (데이터베이스)에 계속 추가되는 엄청난 양의 서열에도 불구하고 세 도메인의 개념은 유지됩니다.

이 연구는 고세균이 원핵 생물 (박테리아)과 유사 함에도 불구하고 진핵 생물과 자매 군이 될 가능성을 엿볼 수 있었기 때문에 원핵 생물과 진핵 생물 사이의 "누락 된 고리"를 나타낼 수있었습니다.

고세균 연구에 전념하는 사람은 거의 없으며이 그룹은 많은 생물학 학생들에게 무시 당하지 만,이 미생물은 1에서 1 사이의 해양에 존재하는 모든 원핵 생물의 20 % 이상을 차지한다고 믿어집니다. 토양에서 5 %, 해양 퇴적물 및 지열 서식지에서 가장 지배적 인 그룹입니다.

또한 고세균은 온천, 식염수, 온도가 매우 높고 pH가 매우 높은 산성 환경, 산소 농도가 매우 낮거나없는 환경 등 '극한'조건에서 생활하는 것이 특징입니다.

이 미생물은 예를 들어 탄소, 질소 및 황 순환에 기여하는 많은 생지 화학적 순환에 참여하기 때문에 생태 학적으로 매우 중요합니다.

진화의 기원과 계통 발생 관계

Woese와 동료들이 제안한 세 가지 삶의 영역의 기원에 대한 세 가지 이론이 있습니다.

박테리아가 먼저 갈라져 고세균과 진핵 생물을 생산하는 혈통을 형성했습니다.
완전 원핵 계통 (박테리아 및 고세균 계통)에서 분리 된 "원핵 생물"계통
Archaea는 나중에 진핵 생물과 박테리아를 발생시킨 계통에서 갈라졌습니다.

1989 년에 Gogarten과 Iwabe라는 두 연구원은 모든 살아있는 유기체를 계통 발생적으로 분석하는 방법을 독립적으로 제안했습니다 (단일 유전자 서열 연구로는 불가능).

이와 베는 유전자 복제의 "초기"사건에서 생성 된 유전자 서열의 분석을 이용하여 신장 인자를 암호화하는 패럴 로그 유전자의 서열을 비교하여 생명 나무를 "뿌리"했습니다.

신장 인자는 번역, 특히 아미 오아 실화 된 전달 RNA 분자가 리보솜에 결합하고 펩 티딜 전달 RNA의 전위에 참여하는 GTP 결합 단백질입니다.

세 그룹의 서열을 비교 한 결과 고세균의 신장 인자를 코딩하는 유전자는 박테리아보다 진핵 생물의 유전자와 더 유사합니다.

The tree of life (출처 : 파일 : Collapsed tree labelsimplified.png 원본 업 로더는 English Wikipedia의 TimVickers였습니다. Wikimedia Commons를 통해 Elisardojm에 의해 갈리시아어로 번역됨) 반면에 Gogarten은 중복, 특히 고세균 / 진핵 생물 및 박테리아에서 각각 발견되는 ATPase 효소의 V 형 및 F 형 서브 유닛을 코딩하는 것들.

Gogarten이 얻은 결과는 위에서 언급 한 것과 같이 고세균 (유전자 중복 사건에서 발생한 것으로 추정 됨)의 이러한 유전자가 박테리아보다 진핵 생물과 더 밀접하게 관련되어 있음을 보여줍니다.

이러한 주장은 또한 수년 후 다른 연구자들이 수행 한 분석에 의해 뒷받침되었습니다. 다른 연구자들은 복제 유전자의 다른 계열, 전달 RNA 아미노 아실 합성 효소의 서열을 사용하여 고세균과 진핵 생물 사이의 "가까움"에 대한 개념을 강화했습니다.

Woese의 나무

워즈의 생명 나무

Woese는 Gogarten과 Iwabe가 수행 한 분석과 리보솜 RNA 서열과 관련된 다른 연구를 사용하여 생명 나무의 "버전"을 제안했습니다. 여기서 고세균과 진핵 생물이 고세균과 박테리아 사이의 리보솜 RNA 서열이 서로 더 유사하더라도 박테리아.

Archaea 도메인의 일반적인 특성

고세균은 매우 특별한 특성 (자신의 특성)과 한때 박테리아 또는 진핵 생물에만 국한된 것으로 생각되었던 특성의 "조합"을 나타내는 것으로 알려져 있습니다.

-박테리아와 마찬가지로 고세균 은 원핵 생물입니다 . 즉, 유전 물질 내부에는 막으로 둘러싸여 있지 않고 (핵이 없음) 막상 세포질 소기관이 없습니다.

-일반적으로 박테리아와 비슷한 크기의 미생물이며 DNA는 원형 염색체 와 플라스미드로 알려진 작은 원형 조각 의 형태입니다 .

-이들은 박테리아와 유사한 토포 이소 머라 제 및 자이라 제 효소의 존재를 공유하며, 이는 두 그룹의 유기체 모두의 염색체 구조 측면에서 "가까움"의 "간접적"증거를 나타냅니다.

-그러나 고세균 유전자는 많은 진핵 유전자, 특히 항생제 연구에서 발견 된 유전자와 큰 상 동성을 보입니다.

- 진핵 생물과 고세균의 복제 , 전사 및 번역 기계 는 특히 DNA 중합 효소와 관련하여 매우 유사합니다.

-단백질을 코딩하는 유전자 에는 인트론이없고 (다른 것들은 있음), 그렇지 않으면 진핵 유전자가 있습니다. 또한 고세균은 진핵 생물에 존재하고 박테리아에는없는 DNA와 관련된 히스톤 유사 단백질을 가지고 있습니다.

-그들은 세포막 에 이소 프레 닐 에테르 지질 이 존재 하고 아실 에스테르 지질과 지방산 합성 효소가 없다는 특징이 있습니다.

-RNA 폴리머 라제 효소의 서브 유닛 중 하나가 분할되어 있으며, 박테리아에서와 마찬가지로 메신저 RNA는 5 '끝에 "후드"(영어 캡에서)가 없습니다.

-그들은 항생제에 대해 매우 특정한 범위의 민감성을 가지고 있으며 박테리아에 대해 설명 된 것과 매우 유사한 유형 II 제한 효소 를 가지고 있습니다.

-또 다른 중요한 특징은 고세균의 대부분이 세포벽을 가지고 있다는 사실 과 관련이 있지만 박테리아와 달리 이것은 펩티도 글리 칸으로 구성되지 않습니다.

막 지질의 특성

고세균의 막 지질은 박테리아 및 진핵 생물에서 발견되는 것과 상당히 다르며 이는 매우 중요한 차별적 특성으로 간주되어 왔습니다.

이러한 양친 매성 분자 (친수성 극성 말단과 소수성 무극성 분자)의 주요 차이점은 고세 지질에서 글리세롤 부분과 지방산 사슬 사이의 결합이 에테르 결합을 통한 반면 박테리아와 진핵 생물은 에스테르 결합에 해당합니다.

또 다른 중요한 차이점은 고세균은 메틸기가있는 고분 지형 이소 프레 닐 사슬의 존재를 특징으로하는 지방산이있는 지질을 가지고있는 반면, 진핵 생물과 박테리아는 주로 비분 지형 사슬 지방산을 가지고 있다는 것입니다.

진핵 생물과 박테리아의 지질은 지방산 사슬이 탄소 원자 1과 2에 해당하는 위치에서 에스테르 화되는 글리세롤 골격에 "생성"되지만 고세균에서는 글리세롤 에테르에 산이 포함되어 있습니다. 위치 2와 3에 지방이 있습니다.

막 지질과 관련된 또 다른 차이점은 일부 효소가 고세균에서도 다르기 때문에 생합성 경로와 관련이 있습니다.

예를 들어, 일부 고세균 종은 스쿠알렌 합성과 글리세 릴-지질 이소 프레 노이드 합성을위한 전구체를 제공하는 역할을하는이기 능성 프레 닐 트랜스퍼 라제 효소를 가지고 있습니다. 박테리아와 진핵 생물에서 이러한 기능은 별도의 효소에 의해 수행됩니다.

고세균의 분류

고세균의 리보솜 RNA의 작은 서브 유닛의 서열 데이터에 따르면,이 그룹은 크게 두 개의 "필라"로 나뉘는데, 이는 크레나 케 오타 문과에 우리 아르케 오타 문으로 알려져 있으며, 그 구성원은 위와 같습니다. 모두, 고세균은 체외에서 자랐습니다.

그러나 최근에 기술 된 많은 고세균은 시험관 내에서 배양되지 않았으며 실험실에서 유지되는 종에서 분리 된 서열과 먼 관련이 있습니다.

문 Crenarchaeota

이 그룹은 주로 극한의 열과 pH 조건을 가진 열악한 환경에 서식하는 고열과 고온 산성 고세균의 종에 의해 형성됩니다.

그것은 Thermoprotei로 알려진 단일 분류학 클래스로 구성되며, 그 안에 Acidilobales, Desulfurococcales, Fervidicoccales, Sulfolobales 및 Thermoproteales의 다섯 가지 분류 순서가 있습니다.

상기 부류에 속하는 일부 속의 예는 속 Sulfolobus, Desulforococcus, Pyrodictium, Thermoproteus 및 Thermofilum 일 수있다.

문 Euryarchaeota

이 그룹의 구성원은 약간 더 넓은 생태적 범위를 가지고 있으며, 일부 고 열성, 메탄 생성 성, 호 염성 및 심지어 고온 성 메탄 생성 종, 탈질 고세균, 황 감소, 철 산화 및 일부 유기 영양 생물을 발견 할 수 있습니다.

Euriarcheotes에 대해 설명 된 분류학 클래스는 8 개이며 Methanopyri, Methanococci, Methanobacteria, Methanomicrobia, Archaeglobi, Halobacteria, Thermococci 및 Thermoplasmata로 알려져 있습니다.

이 그룹에 속하는 많은 고세균은 널리 분포되어 있으며 토양, 퇴적물 및 해수뿐만 아니라 설명 된 극한 환경에서도 발견됩니다.

문 Thaumarchaeota

이 문은 비교적 최근에 정의되었으며 그에 속하는 종 중 극소수가 시험관 내에서 재배되었으므로 이러한 유기체에 대해 알려진 것은 거의 없습니다.

최첨단의 모든 구성원은 암모니아의 산화로부터 에너지를 얻고 담수, 토양, 퇴적물 및 열수에 전 세계적으로 분포합니다.

Phyla Korarchaeota , Aigarchaeota 및 Goarchaeota

게놈 서열의 분석을 기반으로이 분야의 숙련 된 일부 연구자들은 최근 Archaea 왕국에 세 개의 추가 문의 존재를 결정했지만, 이들 문에 대해 제안 된 종은 아직 실험실에서 분리되지 않았습니다.

일반적으로 이러한 문의 구성원은 많은 육상 및 해양 생태계의 표면 아래뿐만 아니라 온천 및 심해 열수 시스템에서도 발견됩니다.

영양물 섭취

화학 영양 유기체를 가진 대부분의 고세균 종은 고도로 감소 된 무기 화합물을 사용하여 대사 기계, 특히 호흡과 관련된 에너지를 "이동"하는 데 필요한 에너지를 얻을 수 있습니다.

에너지를 생산하기 위해 기질로 사용하는 무기 분자의 "특이성"은 각 특정 종이 발생하는 환경에 따라 다릅니다.

식물, 조류, bryophytes 및 cyanobacteria뿐만 아니라 다른 고세균은 광합성이 가능합니다. 즉, 태양 광선의 빛 에너지를 사용하여 사용 가능한 화학 에너지로 변환합니다.

일부 고세균은 일부 반추 동물 (소, 양, 염소 등)의 위 (반추위)에 서식하는 것으로 나타났습니다. 따라서 이들은 소비하기 때문에 "상호 고세균"으로 분류됩니다. 이 동물이 섭취하고 일부 구성 요소의 소화와 협력하는 섬유질의 일부.

생식

박테리아와 마찬가지로 고세균은 번식이 독점적으로 무성 인 단세포 유기체입니다. 시험관 내에서 유지되는 종에서 설명 된 주요 메커니즘은 다음과 같습니다.

-이진 분열, 각 아치가 반으로 "분할"되어 두 개의 동일한 세포를 생성합니다.

-새롭고 유 전적으로 동일한 세포를 형성 할 수있는 세포 자체의 "단편"또는 "부분"을 흘리는 발아 또는 "단편화".

서식지

고세균은 주로“극한”환경, 즉, 특히 온도, pH, 염분, 혐기성 생물 증 (산소 없음) 등과 관련하여 생명체의 정상적인 발달에 심각한 제한을 부과하는 자연 장소와 관련이 있습니다. ; 그래서 그들의 연구는 독특한 적응을 가지고 있기 때문에 매우 흥미 롭습니다.

그러나 배양되지 않은 미생물 종 (실험실에서 분리 및 보관)을 식별하기위한 가장 최근의 분자 분석 기술은 토양, 일부 동물의 반추위와 같은 일상 환경에서 고세균의 존재를 감지 할 수있게했습니다. 해수와 호수 등.

그러나 자연에서 확인 된 대부분의 고세균은 그들이 거주하는 서식지에 따라 분류되며, 용어 "고 열성", "호 산성"및 "극단 열 산성", "극단적 인 호 염성"이라는 용어는 문헌에 익숙합니다. 및 "메탄올".

고온 고세균이 차지하는 환경은 매우 높은 일정한 온도 (대부분의 생명체가 겪는 "정상"온도보다 훨씬 높음)를 특징으로하는 환경입니다.

반면에 극한의 호 산성 환경은 pH가 매우 낮고 고온 (극한 호 산성)으로도 구분할 수있는 환경이며, 극한 호 염성 환경은 염 농도가 매우 높은 환경입니다. .

메탄 생성 고세균은 신진 대사에서 다른 분자를 전자 수용체로 사용할 수 있고 신진 대사 "폐기물"생성물로 메탄을 생성 할 수있는 환경에서 산소 나 혐기성 생물이없는 상태에서 생활합니다.

고세균 종의 예

많은 알려진 고세균 종이 있지만 여기에서는 그중 몇 가지만 언급됩니다.

Ignicoccus hospitalis 및 Nanoarchaeum equitans

I. hospitalis는 Ignicoccus로 알려진 crenachea 속에 속하며 황 환원을 위해 분자 수소를 전자 공여체로 사용하는 화학 분해 영양 생물입니다. 이 종은 지금까지 시험관에서 설명한 모든 고세균 중에서 가장 작은 게놈을 가지고 있습니다.

I. hospitalis는 다른 종인 Nanoarchaeum equitans의 "기생충"또는 "symbiont"처럼 행동합니다. 후자는 시험관 내에서 배양되지 않았으며 게놈은 설명 된 모든 배양되지 않은 고세균 중에서 가장 작습니다.

주로 해양 환경에 서식하며 지질, 아미노산, 뉴클레오타이드 또는 보조 인자 생합성에 대한 유전자가 없기 때문에 실험적 증거에 따르면 I. hospitalis와의 상호 작용 덕분에 이러한 분자를 얻습니다.

Acidilobus 사카 로보 란

이것은 고온 산성 혐기성 고세균의 한 종입니다. 즉, 열악한 환경에서 살거나 산소가 전혀없고 고온과 극도로 낮은 pH에 살고 있습니다. 캄차카의 지상 온천에서 처음 발견되었습니다.

Staphylothermus hellenicus

이 archa는 Crenarqueotas의 가장자리, 특히 Desulfurococcales의 순서에 속합니다. 고 열성 종속 영양 고세균 (매우 더운 환경에 산다)이며 에너지를 위해 황이 필요합니다.

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