Arqueobacterias

Definición de arqueobacterias

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Las arqueobacterias son un tipo de organismo unicelular que es tan diferente de otras formas de vida modernas que han desafiado la forma en que los científicos clasifican la vida.

Hasta la llegada de sofisticados estudios de biología genética y molecular que permitieron a los científicos ver las principales diferencias bioquímicas entre las arqueobacterias y las bacterias «normales», ambas se consideraban parte del mismo reino de organismos unicelulares. Los “reinos”, una forma de organizar las formas de vida según su estructura celular, incluían tradicionalmente a Animalia, Planitia, Fungi, Protista (para eucariotas unicelulares) y Monera (que alguna vez se consideró que contenía todas las formas de procariotas).

Sin embargo, los estudios genéticos y bioquímicos de las bacterias pronto mostraron que una clase de procariotas era muy diferente de las bacterias «modernas» y, de hecho, de todas las demás formas de vida modernas. Con el tiempo llamadas «arqueobacterias» de «archae» para «antiguas», se cree que estas células únicas son descendientes modernos de un linaje muy antiguo de bacterias que evolucionaron alrededor de respiraderos de aguas profundas ricas en azufre.

El análisis genético y bioquímico sofisticado ha llevado a un nuevo «árbol filogenético de la vida», que hace uso del concepto de «dominios» para describir divisiones de la vida que son más grandes y más básicas que la de «reino».

La versión más moderna de este sistema muestra que todos los eucariotas (animales, plantas, hongos y protistas) constituyen el dominio de «Eukaryota», mientras que la ramificación más común y moderna de bacterias constituye «Prokarya», y las arqueobacterias constituyen su propio dominio por completo. el dominio de «Archaea».

El descubrimiento de Archaea y sus diferencias únicas es emocionante para los científicos, porque se cree que la bioquímica única de las arqueobacterias podría darnos una idea del funcionamiento de la vida muy antigua. Algunos científicos proponen que las arqueobacterias Thermoplasma pueden de hecho ser ancestros de los núcleos de nuestras propias células eucariotas, que se cree que se desarrollaron mediante el proceso de endosimbiosis.

Otro rasgo notable de las arqueobacterias es su capacidad para sobrevivir en entornos extremos, incluidos entornos muy salados, muy ácidos y muy calientes. Se han registrado arqueobacterias que sobreviven a temperaturas tan altas como 87° C, que es solo veintidós grados por debajo del punto de ebullición del agua, y acidez tan alta como 0.9 pH.

Las arqueobacterias incluso han desafiado las ideas de los científicos sobre cómo definir una especie, ya que practican una gran cantidad de transferencia horizontal de genes, donde los genes se transfieren de un individuo a otro durante su vida, lo que dificulta determinar qué tan estrechamente están relacionadas las diferentes células, o incluso si las células de las arqueobacterias tienen el tipo de combinaciones estables de rasgos que los científicos suelen utilizar para definir una especie.

El dominio de Archaea incluye especies tanto aeróbicas como anaeróbicas, y se pueden encontrar viviendo en ambientes comunes como el suelo, así como en ambientes extremos.

Entonces, ¿qué características bioquímicas hacen que los científicos estén tan entusiasmados con las arqueobacterias? Bien…

Características de las arquebacterias

Las arqueobacterias tienen una serie de características que no se ven en los tipos de células más «modernas». Éstas incluyen:

1. Química única de la membrana celular.

Las arqueobacterias tienen membranas celulares hechas de fosfolípidos unidos a éter, mientras que las bacterias y los eucariotas hacen sus membranas celulares a partir de fosfolípidos unidos a éster

Las arqueobacterias usan un azúcar que es similar, pero no igual, al azúcar peptidoglicano que se usa en las membranas celulares de las bacterias.

2. Transcripción de genes únicos.

Las arqueobacterias tienen un solo cromosoma redondo parecido a las bacterias, pero su transcripción genética es similar a la que ocurre en los núcleos de las células eucariotas.

Esto conduce a la extraña situación de que la mayoría de los genes que involucran la mayoría de las funciones de la vida, como la producción de la membrana celular, son compartidos más estrechamente por Eukarya y Bacteria, pero los genes implicados en el proceso de transcripción de genes son los más compartidos por Eukarya y Archaea.

Esto ha llevado a algunos científicos a proponer que las células eucariotas surgieron de una fusión de arquebacterias con bacterias, posiblemente cuando una arquebacteria comenzó a vivir endosimbióticamente dentro de una célula bacteriana.

Otros científicos creen que los eucariotas descienden directamente de las arqueobacterias, basándose en los hallazgos de la especie de arqueobacterias, Lokiarcheota, que contiene algunas que se encuentran solo en eucariotas, que en los eucariotas codifican genes con capacidades eucariotas únicas.

Se cree que Lokiarcheota puede ser una forma de transición entre Archaea y Eukaryota.

3. Sólo las arqueobacterias son capaces de metanogénesis, una forma de respiración anaeróbica que produce metano.

También existen arqueobacterias que utilizan otras formas de respiración celular, pero las células productoras de metano no se encuentran en Bacteria o Eukarya.

4. Diferencias en el ARN ribosómico que sugieren que divergieron tanto de Bacteria como de Eukarya en un punto del pasado distante

Tipos de arquebacterias

Hay tres tipos principales de arqueobacterias. Estos se clasifican en función de su relación filogenética (cuán estrechamente relacionados están entre sí), y los miembros de cada tipo tienden a tener ciertas características. Los tipos principales son:

1. Crenarchaeota – Crenarchaeota es extremadamente tolerante al calor.

¡Tienen proteínas especiales y otra bioquímica que pueden continuar funcionando a temperaturas de hasta 110°C! Muchas Chrenarchaeota también pueden sobrevivir en ambientes muy ácidos.

Se han descubierto muchas especies de Crenarchaeota que viven en fuentes termales y alrededor de respiraderos de aguas profundas, donde el agua ha sido sobrecalentada por el magma debajo de la superficie de la Tierra.

Una teoría del origen de la vida sugiere que la vida pudo haber comenzado originalmente alrededor de respiraderos de aguas profundas, donde las altas temperaturas y las químicas inusuales podrían haber llevado a la formación de las primeras células.

2. Euryarchaeota puede sobrevivir en hábitats muy salados. También son capaces de producir metano, ¡lo que ninguna otra forma de vida en la Tierra es capaz de hacer!

Euryarchaeota es la única forma de vida conocida que es capaz de realizar respiración celular utilizando carbono como aceptor de electrones.

Esto les da un nicho ecológico importante porque la descomposición de compuestos complejos de carbono en la molécula simple de metano es el paso final en la descomposición de la mayoría de las formas de vida. Sin metanógenos, el ciclo del carbono de la Tierra se vería afectado.

Dondequiera que la vida produzca gas metano, Euryarchaeota es responsable.

Las arqueobacterias metanógenas se pueden encontrar en pantanos y humedales, donde son responsables del «gas de los pantanos» y parte del olor distintivo del pantano, y en el estómago de los rumiantes como las vacas, donde descomponen los azúcares que se encuentran en la hierba que no son digeribles para los eucariotas. por ellos mismos. Algunos metanógenos viven en el intestino humano y nos ayudan de la misma manera.

También se pueden encontrar en sedimentos de aguas profundas, donde producen bolsas de metano debajo del fondo del océano.

3. Las Korarchaeota son las menos comprendidas y se cree que son el linaje más antiguo de arqueobacterias. ¡Esto los convierte posiblemente en los organismos supervivientes más antiguos de la Tierra!

Korarchaeota se puede encontrar en ambientes hidrotermales como Crenarchaeota. Sin embargo, Korarchaeota tiene muchos genes que se encuentran tanto en Crenarchaeota como en Euryarcheaota, y también genes que son diferentes de ambos grupos. Para los científicos, esto sugiere que los otros dos tipos de arqueobacterias pueden haber descendido de un ancestro común similar a Korarchaeota.

Los korarchaeota son raros en la naturaleza, quizás porque otras formas de vida más nuevas están mejor adaptadas para sobrevivir en entornos modernos que ellos. Aún así, Korearchaeota se puede encontrar en aguas termales, alrededor de respiraderos de aguas profundas.

Ejemplos de arquebacterias

Lokiarcheota

Lokiarcheota es un hipertermófilo descubierto en el respiradero de aguas profundas llamado Castillo de Loki, que algunos científicos creen que tiene un significado evolutivo único.

Tiene un genoma muy singular, que consta de aproximadamente un 26% de proteínas que se sabe que se encuentran en otras arqueobacterias, un 29% de proteínas que se sabe que se encuentran en bacterias, un 32% de genes que no corresponden a ninguna proteína conocida y – 3.3 % de genes que corresponden a los que solo se encuentran en eucariotas.

Los genes eucariotas son particularmente interesantes para los científicos, porque son genes que parecen codificar proteínas que los eucariotas usan para controlar activamente la forma de sus células, incluidas las proteínas para los citoesqueletos, la proteína motora actina y varias proteínas que en los eucariotas están involucradas en cambiar la forma de la membrana celular.

Algunos de estos genes están involucrados en la fagocitosis, lo cual es emocionante porque el proceso de fagocitosis podría haber sido utilizado por ancestros eucariotas para «tragar» otras células, que pueden haber pasado a convertirse en endosimbiontes, lo que lleva a las relaciones endosimbióticas entre las células eucariotas y sus mitocondrias, cloroplastos y núcleos.

El genoma único de Lokiarchaeota lo convierte posiblemente en nuestro pariente más cercano entre los procariotas, y posiblemente en una forma de transición en el salto extremadamente importante de la vida procariota a la eucariota, que hizo posible la evolución de los reinos animal, vegetal, fúngico y protista. Los científicos piensan que Lokiarchaeota y nosotros probablemente compartimos un ancestro común hace unos 2 mil millones de años.

Se desconoce si esto significa que los eucariotas probablemente evolucionaron alrededor de respiraderos marinos profundos, o si los parientes de Lokiarchaeota alguna vez pudieron haber sido comunes en otros entornos antes de que sus descendientes más avanzados, los eucariotas, los superaran y los llevaran a la extinción.

Methanobrevibacter Smithii

Methanobrevibacter smithii es una arqueobacteria productora de metano que vive en el intestino humano. Este miembro de Euryarchaeota nos ayuda a descomponer los azúcares vegetales complejos y extraer energía extra de los alimentos que comemos.

Los microorganismos en nuestras entrañas, incluidos los miembros de Euryarchaeota, también tienen una relación compleja con nuestra salud. Si bien algunos estudios muestran que muchas personas con obesidad y cáncer de colon tienen niveles superiores a la media de Euryarchaeota en el intestino, Euryarchaeota también ayuda a las personas que no tienen suficiente comida para producir más energía, y algunos tipos de estas arqueobacterias parecen proteger contra el colon. cáncer.

Dominio: el nivel más alto de clasificación reconocido actualmente por los biólogos, se refiere a las amplias diferencias entre las células de eucariotas, bacterias y arquebacterias.
Reino: el nivel de clasificación por debajo de «dominio», los reinos separan a los eucariotas, como plantas y animales, en grupos según sus relaciones filogenéticas.
Filogenética: estudio de las relaciones evolutivas entre formas de vida.

Descubre además que son las células madre.