Phylogenetische Klassifikation
Position:Die Archaea \ aʁ.ʃe \ oder Archaea (das altgriechische ἀρχαῖος , "ursprünglich, primitiv"), früher bekannt als Archaea , sind zellige Prokaryoten von Mikroorganismen , d.h. Lebewesen bestehen nur aus einer Zelle , die keinen Kern enthält oder Organellen , wie Bakterien . Archaeen, die den letzteren oft ähnlich sehen, galten lange Zeit als besonders extremophile Bakterien , bis die 1965 begonnene phylogenetische Forschung an Prokaryonten mit den Arbeiten von Carl Woese und George E. Fox mit der Veröffentlichung von 1977 von a . abgeschlossen wurde phylogenetischer Baum basierend auf den Sequenzen der Gene für ribosomale RNA der untersuchten Organismen, in dem die Welle Prokaryoten Aufspaltung in zwei waren Bereiche deutlich, daß die Bakterien und die Archaea . Wir wissen heute, dass der eukaryotische Baum aus den Archaeen von Asgård stammt . So bilden die Archaeen mit den Eukaryota eine Klade, bilden aber eine paraphyletische Gruppe, die sich an der Basis der letzteren befindet.
Aus Sicht ihrer Genetik , Biochemie und Molekularbiologie sind Archaeen Organismen, die sich von Bakterien ebenso unterscheiden wie von Eukaryoten . Die Enzyme, die die DNA-Replikation , die Transkription von DNA in RNA sowie die Übersetzung von Boten-RNA in Proteine in Archaeen durchführen, sind mit denen von Eukaryoten und nicht mit denen von Bakterien verwandt, ebenso wie das Vorhandensein von Histone im Erbgut von Archaeen bringt sie Eukaryoten näher und unterscheidet sie von Bakterien. Darüber hinaus besitzen die Gene der Archaeen Introns und ihre Boten-RNA unterliegt posttranskriptionellen Modifikationen , was auch bei Eukaryoten, nicht aber bei Bakterien der Fall ist. Auf der anderen Seite haben einige Archaeen Stoffwechselwege , die in Bakterien oder Eukaryoten nicht existieren, wie die Methanogenese bei methanogenen Archaeen , während Archaeen insgesamt im Gegensatz zur Methanogenese frei von Fettsäuresynthase sind . Sowohl Bakterien als auch Eukaryoten: Sie machen sehr begrenzt Verwendung von Fettsäuren , und ihre Plasmamembran besteht hauptsächlich aus Etherlipiden , im Gegensatz zu Bakterien und Eukaryoten. Ein weiteres für Archaeen spezifisches Merkmal ist das Vorhandensein einer Zellwand, die aus Pseudopeptidoglycan oder Pseudomurin besteht .
Archaeen wurden lange Zeit als im Wesentlichen extremophile Organismen angesehen, die insbesondere in ozeanischen Hydrothermalquellen , vulkanischen heißen Quellen oder sogar Salzseen vorkommen , aber sie wurden seitdem in einer Vielzahl von Biotopen entdeckt, die nicht unbedingt extrem sind, wie dem Boden , dem Meerwasser , von Sümpfen , der Darmflora und der Mundhöhle und sogar des menschlichen Nabels . Archaeen gelten in den Ozeanen als besonders zahlreich, und diejenigen, die Teil des Planktons sind, bilden eine der am häufigsten vorkommenden Organismengruppen auf der Erde . Archaea sind auch in nicht geringem Maße am Ring-Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf beteiligt . Wir kennen kein wirkliches Beispiel für pathogene oder parasitäre Bögen , aber sie sind oft wechselseitig oder kommensal . Die methanogenen Archaeen des menschlichen Darms und der Wiederkäuer beteiligen sich somit günstig an der Verdauung .
Die Archaeen sind im Allgemeinen in Größe und Form Bakterien ähnlich, obwohl einige Arten von Archaeen eine ungewöhnliche Form aufweisen, wie Haloquadratum walsbyi, das eine flache, quadratische Zelle hat. Trotz dieser visuellen Ähnlichkeiten mit Bakterien zeichnen sich Archaeen durch bestimmte biochemische Merkmale aus , wie zum Beispiel den Aufbau der Zellmembran . Darüber hinaus weisen sie Gene und Stoffwechselwege auf, die denen in Eukaryoten ähneln , einschließlich Enzymen, die am DNA-Replikationsmechanismus , der Transkription und Translation beteiligt sind . Archaea verwenden , um eine größere Vielzahl von Energiequellen als Eukaryonten: eine organische Verbindung , wie Zucker , Ammoniak , Metallionen und auch Wasserstoffgas als Nährstoffe. Die Haloarchaea verwenden Sonnenlicht als Energiequelle, und einige Archaea-Arten können Kohlenstoff speichern , jedoch sind im Gegensatz zu Pflanzen und Cyanobakterien keine bekannten Archaea-Arten in der Lage, diese beiden Phänomene zu realisieren. Archaea vermehren sich ungeschlechtlich und teilen sich durch binäre Spaltung , Fragmentierung oder Knospung. Im Gegensatz zu Bakterien und Eukaryoten ist keine bisher identifizierte Archaea-Art in der Lage, Sporen zu bilden .
Die Archaeen sind äußerst vielfältig. Einige sind dafür bekannt, unter extremen Bedingungen zu leben und ökologische Nischen zu besetzen , die sie oft als einzige besetzen ( pH nahe 0, Temperatur über 100 °C , hoher Salzgehalt zum Beispiel), aber es gibt viele Archaeen, die in mehr leben gängige und sehr unterschiedliche Biotope wie Boden, Seen, Meer oder Tierdärme. Sie würden bis zu 20 % der gesamten Biomasse beitragen . Diese Prokaryoten sind heute als wesentlicher Bestandteil des Lebens auf der Erde anerkannt, sie können eine Rolle im Kohlenstoffkreislauf und im Stickstoffkreislauf spielen . Es gibt kein eindeutig anerkanntes Beispiel für pathogene oder parasitische Archaeen , aber es gibt mutualistische oder kommensale Arten . Zum Beispiel methanogenen Archaea aus dem Darmtrakt von Menschen und Wiederkäuern nimmt an der Verdauung von Nahrung. Auch in der Technik sind Archaeen von Bedeutung, etwa bei der Nutzung von Methanogenen zur Biogaserzeugung oder ihrer Beteiligung an der Abwasserreinigung . Darüber hinaus werden die Enzyme extremophiler Archaeen , die gegen hohe Temperaturen und organische Lösungsmittel resistent sind, in der Biotechnologie genutzt .
Zu Beginn des XX - ten Jahrhunderts , Prokaryoten wurden als eine einzige Gruppe von Organismen betrachtet und klassifiziert auf der Grundlage ihrer Biochemie , ihre Morphologie und Stoffwechsel . Mikrobiologen versuchten beispielsweise, Mikroorganismen anhand ihrer Zellwandstrukturen , ihrer Formen und der von ihnen aufgenommenen Stoffe zu klassifizieren . 1965 wurde jedoch ein neuer Ansatz vorgeschlagen, der es ermöglicht, die Beziehungen zwischen Prokaryonten anhand der Sequenzen der Gene dieser Organismen zu untersuchen. Dieser Ansatz, bekannt als Phylogenetik , ist die heute verwendete Methode.
Archaea wurden erstmals 1977 von Carl Woese (Professor an der University of Illinois at Urbana in den Vereinigten Staaten) und George E. Fox in phylogenetischen Bäumen basierend auf Sequenzen der 16S-ribosomalen RNA ( rRNA )-Gene als separate Gruppe von Prokaryoten klassifiziert . Diese beiden Gruppen wurden ursprünglich Eubakterien und Archäobakterien genannt und als Unterreich oder Königreich behandelt . Woese argumentiert, dass sich diese Gruppe von Prokaryonten grundlegend von Bakterien unterscheidet. Um diesen Unterschied zu unterstreichen und die Tatsache hervorzuheben, dass sie zusammen mit Eukaryoten drei sehr unterschiedliche Domänen von Lebewesen bilden, wurden diese beiden Domänen später in Archaea und Bacteria umbenannt . Das Wort Archaeen stammt aus dem Altgriechischen ἀρχαῖα , was "alte Dinge" bedeutet. Für ihren Teil, andere wie Thomas Cavalier-Smith der Ansicht , dass die Archaea, dann genannt Archaebakterien , sind nur einen Zweig ( Stamm ) von Unibacteria im Reich der Bakterien.
Zunächst wurden nur methanogene Bakterien , die zunächst von Carl Woese isoliert wurden, in diese neue Domäne gebracht und Archaeen galten als Extremophile , die nur in Habitaten wie heißen Quellen und Salzseen vorkommen : Woese entdeckte 1979 die Hyperhalophilen (Gattung Halobacterium ), dann die thermoacidophiles ( Thermoplasma acidophilum , Sulfolobus acidocaldarius ) isolierte Karl Stetter 1981 eine anaerobe hyperthermophile Archaea , Pyrococcus furiosus . Am Ende des XX - ten Jahrhunderts , erkannten , dass Archaeen Mikrobiologen sind eigentlich eine große und vielfältige Gruppe von Organismen , die in der Natur weit verbreitet sind und die in einer Vielzahl von Lebensräumen, wie Böden und Ozeane verbreitet sind. Diese neue Einschätzung der Bedeutung und Allgegenwart von Archaeen wurde durch die Polymerase-Kettenreaktion ermöglicht , um Prokaryonten in Wasser- oder Bodenproben anhand ihrer Nukleinsäuren nachzuweisen. Dies ermöglicht den Nachweis und die Identifizierung von Organismen, die im Labor nicht kultiviert werden können oder deren Kultivierung schwierig ist.
Diese Organismen werden seit langem unter dem Oberbegriff „ Prokaryoten “ mit Bakterien zusammengefasst . Um sie zu unterscheiden, hatten Mikrobiologen ein Vergleichs- und Klassifizierungssystem entwickelt, das auf kleinen unter dem Mikroskop sichtbaren Unterschieden sowie physiologischen Unterschieden (z. B. der Fähigkeit, sich in einer bestimmten Umgebung zu entwickeln) basiert.
Sobald es darum ging, die genealogischen Verwandtschaftsbeziehungen zwischen den verschiedenen Prokaryonten aufzuklären, mussten sich die Biologen den Tatsachen stellen: Die ernährungsphysiologischen und phänotypischen Unterschiede ließen eine korrekte Zuordnung der verschiedenen Organismen nicht zu. In den 1970er Jahren wurde den Biologen die unersetzliche Existenz von Informationen im Herzen der Zellen von Lebewesen bewusst, die es ermöglichten, die Phylogenie , die DNA, zu bestimmen . Das in einer Zelle identifizierte Gen ist die Variante eines Gens, das vor vielen, vielen Jahren existierte. Der Gen-zu-Gen-Vergleich zwischen zwei Organismen ermöglicht es daher, die seit der Abweichung vom gemeinsamen Vorfahren verstrichene Zeit zu messen.
Carl Woese erkannte, dass die ribosomale RNA (oder rRNA, eines der in der Zelle enthaltenen Moleküle) der von ihm untersuchten Organismen die Existenz von zwei klar getrennten Gruppen nachweisen konnte: Bakterien und Archaebakterien. Genauer gesagt unterscheiden sich Archaea-rRNAs von bakteriellen rRNAs genauso wie von Eukaryoten. Woese kam zu dem Schluss, dass es nicht mehr notwendig sei, die lebende Welt in zwei große Gruppen zu unterteilen, je nach Vorhandensein oder Fehlen eines Zellkerns, sondern in drei primitive Domänen : Bakterien, Archaeen und Eukaryoten.
Zahlreiche Studien bestätigen den monophyletischen Charakter der Gruppe bestehend aus Archaeen und Eukaryoten (aber nicht allein Archaeen). Diese Mikroorganismen ähneln in ihrer Form Bakterien, aber aus molekularer Sicht bringen sie einige ihrer Merkmale den Bakterien näher, andere ähneln eher Eukaryoten. Es ist daher nicht möglich, Archaeen als Vorfahren von Bakterien darzustellen.
Die Klassifizierung von Archaeen und Prokaryoten im Allgemeinen entwickelt sich schnell und ist ein umstrittenes Gebiet. Allein aufgrund metabolischer Kriterien wurden Archaeen in vier Hauptgruppen eingeteilt, je nachdem, ob sie methanogen , halophil , thermophil oder sulfoabhängig sind.
Aktuelle Klassifikationssysteme zielen darauf ab, Archaeen in Gruppen von Organismen zu organisieren, die gemeinsame strukturelle Merkmale und Vorfahren aufweisen. Diese Klassifikationen beruhen stark auf der Verwendung der Sequenz der Gene der ribosomalen RNA , um Beziehungen zwischen Organismen aufzudecken (molekulare Phylogenetik). Die meisten kultivierbaren Archaeen sind Mitglieder von zwei Hauptzweige : Euryarchaeota und Crenarchaeota . Vorläufig wurden weitere Gruppen gebildet. So wurde beispielsweise die 2003 entdeckte eigene Art Nanoarchaeum equitans in einen neuen Stamm eingeordnet: Nanoarchaeota . Ein neuer Stamm, Korarchaeota , wurde ebenfalls vorgeschlagen; es enthält eine kleine Gruppe ungewöhnlicher thermophiler Arten, die die Eigenschaften der beiden Hauptstämme teilen, aber näher mit den Crenarchaeota verwandt sind . Kürzlich enthüllt, sind andere Archaeenarten , wie die 2006 entdeckten archaealen Richmond Mine acidophilic Nanoorganisms (ARMAN), nur entfernt mit anderen bisher bekannten Gruppen verwandt. Das Superphylum TACK wurde 2011 vorgeschlagen, um Thaumarchaeota , Aigarchaeota , Crenarchaeota und Korarchaeota zusammenzufassen .
Die Loki Archaea , identifizierte im Jahr 2015 durch seine Genom als qualifiziert Candidatus in bakterieller Nomenklatur würde gehören, aus einer phylogenetischen Sicht auf den Zweig am nächsten Eukaryoten . Neue Linien von Archaeen, die mit Loki verwandt sind , wurden in aquatischen Sedimenten durch metagenomische Analyse identifiziert . Die Archaea Odin , Thor und Heimdall würden mit Loki den Superzweig Candidatus „Asgard“ bilden, der 2017 nach dem Namen des Königreichs der Götter der nordischen Mythologie vorgeschlagen wurde . Eine andere NCBI- Studie zeigt, dass die Archaea von Asgård und Eukaryoten eine monophyletische Klade namens Eukaryomorpha bilden .
Laut LPSN:
und vorgeschlagen
Laut Tom A. Williams et al. , 2017 und Castelle & Banfield, 2018 (DPANN):
Neomura |
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Obwohl bekannte Fossilien von prokaryotischen Zellen auf fast 3,5 Milliarden Jahre datiert wurden, fehlen den meisten Prokaryoten charakteristische Morphologien und die Formen der Fossilien können nicht verwendet werden, um sie als Archaeen zu identifizieren. . Auf der anderen Seite geben chemische Fossilien in Form der charakteristischen Lipide der Archaeen mehr Aufschluss, da diese Verbindungen in anderen Organismengruppen nicht vorkommen. Einige Veröffentlichungen haben vorgeschlagen, dass fossile Lipide von Prokaryoten oder Eukaryoten in Schiefer, der 2,7 Milliarden Jahre alt ist, vorhanden waren. Seitdem werden diese Daten jedoch in Frage gestellt. Diese Lipide wurden auch in Gesteinen aus dem Präkambrium nachgewiesen . Die ältesten bekannten Spuren dieser isoprenen Lipide stammen aus Gesteinen der Isua-Formation in Westgrönland , die Sedimente enthalten, die vor 3,8 Milliarden Jahren gebildet wurden und die ältesten der Erde sind.
Eine experimentelle Versteinerung ging davon aus, dass die ersten Fossilien (> 3 Ga ) durch Verkieselung, also durch Ausfällung von Kieselsäure auf zellulären Strukturen, entstanden sind. Wir haben im Labor verschiedene Stämme von Arches ( Methanocaldococcus jannaschii (en) und Pyrococcus abyssi ) und Bakterien ( Chloroflexus aurantiacus (en) und Geobacillus (en) sp.) fossilisiert, die als nahe an Mikroorganismen (Thermophile, Anaerobier und Autotrophe die primitive Erde (und nahe Organismen, die möglicherweise auf dem Planeten Mars gelebt haben ). Ihre Beobachtung durch Elektronenmikroskopie (REM, TEM, Kryo-REM) lieferte nützliche morphologische Hinweise auf die Lokalisierung echter alter Fossilien (nicht zu verwechseln mit präbiotischen Strukturen wie submikrometrischen Kugeln, Tubuli und filamentösen oder scheinbar faserigen Elementen. möglicherweise aus einer einfachen organische Chemie); Gleiches für chemische Analysen (GC, GC-MS, HPLC) lieferte Daten zum Abbau / Erhalt von organischer Substanz während dieses Prozesses der Versteinerung durch Verkieselung. Diese Arbeit bestätigte, dass bestimmte Mikroorganismen, die sich nicht selbst verkieseln: So lysierten die Archaea M. jannaschii schnell, während P. abyssi, Geobacillus sp. und C. aurantiacus verkieselt, jedoch mit einer für jede Art spezifischen Intensität. Einige dieser Mikroorganismen versuchen während der Verkieselung dort zu überleben, indem sie EPS produzieren oder über einen Kieselsäureabweisungsmechanismus. Die bereits entdeckten Fossilien sind daher nicht unbedingt repräsentativ für die damals tatsächlich vorkommenden Arten (auch nicht für deren Anzahl oder Dominanz).
Woese schlägt vor, dass Bakterien, Archaeen und Eukaryoten jeweils eine separate Abstammungslinie darstellen, die von einer angestammten Kolonie von Organismen abgewichen wäre. Andere Biologen wie Gupta oder Cavalier-Smith argumentieren jedoch, dass Archaeen und Eukaryoten aus einer Gruppe von Bakterien stammen. Es ist möglich, dass der letzte gemeinsame Vorfahre von Bakterien und Archaeen ein thermophiler Organismus war, was die Möglichkeit eröffnet, dass Leben unter Bedingungen hoher Temperaturen entstanden ist. Diese Hypothese wird jedoch nicht von der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft bestätigt. Da Archaea und Bakterien andererseits ebensowenig miteinander verwandt sind wie mit eukaryontischen Zellen, führt dies zu dem Argument, dass der Begriff Prokaryont keine wirkliche evolutionäre Bedeutung hat und gänzlich abgelehnt werden sollte.
Die Beziehung zwischen Archaeen und Eukaryoten bleibt ein wichtiges Thema. Zusätzlich zu den Ähnlichkeiten in der Zellstruktur und den biochemischen Mechanismen, die unten diskutiert werden, gruppieren viele phylogenetische Bäume Archaeen und Eukaryoten zusammen. Einige der frühen Analysen haben sogar nahegelegt, dass die Beziehung zwischen Eukaryoten und den Archaeen des Euryarchaeota-Stammes enger ist als die Beziehung zwischen dem Euryarchaeota- und Crenarchaeota-Stamm . Es wird jedoch heute als wahrscheinlicher angesehen, dass sich der Vorfahr der Eukaryoten früh von dem gemeinsamen Vorfahren mit Archaeen abwandte. Die Entdeckung von Genen aus Archaea im Genom bestimmter Bakterien wie Thermotoga maritima erschwert die Bestimmung der Verwandtschaft zwischen Organismen zusätzlich, da horizontaler Gentransfer stattgefunden hat. Archäische Gene in eukaryotischen Genomen könnten auch aus horizontalem Transfer stammen.
Eine ganz andere Theorie, die nicht auf den gemeinsamen Axiomen der gemeinsamen Abstammungslinie Vorfahren und Baumdifferenzierung basiert , ist die endosymbiotische Theorie . Demnach entwickelten sich Eukaryoten aus einer Verschmelzung von Bakterien und Archaeen, die wiederum aus der Evolution einer symbiotischen Beziehung resultierte . Diese Theorie wird heute aufgrund der Vielzahl bekannter Fakten, die sie stützen, weithin akzeptiert. Bei den Archaeen ist die nächste Gruppe der Eukaryoten das Superphylum der Archaeen nach Asgård ( Asgardarchaeota ). Ihr Genom kodiert eine Reihe von Proteinen, die mit Proteinen identisch oder ähnlich sind, von denen angenommen wird, dass sie spezifisch für Eukaryoten sind, und insbesondere das Aktin, das das Zytoskelett bildet . Die Mitochondrien stammen ihrerseits aus dem Endosymbiotikum einer Rhodobactérie (en) (einem Alpha- Proteobakterium ).
Archaea haben normalerweise ein einzelnes kreisförmiges Chromosom . Der größte Archean Genom bisher sequenziert ist , dass die Methanosarcina acetivorans mit 5.751.492 Basenpaaren, während das Genom von Nanoarchaeum equitans , die kleinsten sequenziert bisher Ist ein Zehntel dieser Größe mit nur 490.885 Basenpaaren . Es wird geschätzt, dass das Genom von Nanoarchaeum equitans 537 Gene enthält, die für Proteine kodieren . Extrachromosomale Elemente, sogenannte Plasmide, kommen auch in Archaeen vor. Diese Plasmide können durch physischen Kontakt zwischen Zellen übertragen werden, in einem Prozess, der der bakteriellen Konjugation ähnlich sein könnte .
Die Vermehrung von Archaeen erfolgt ungeschlechtlich durch binäre Teilung, Mehrfachspaltung oder Fragmentierung. Die Meiose tritt nicht auf, alle Nachkommen haben das gleiche genetische Material. Nach der DNA- Replikation werden die Chromosomen getrennt und die Zelle teilt sich. Die Details des Zellzyklus von Archaeen waren Gegenstand von wenigen Studien in der Gattung Sulfolobus . Dieser Zyklus hat Merkmale, die sowohl eukaryontischen als auch bakteriellen Systemen ähnlich sind. Je nach Art der Archaeen werden Chromosomen von einem oder mehreren Ausgangspunkten ( Replikationsursprünge ) mit Hilfe von DNA-Polymerasen, die den äquivalenten Enzymen von Eukaryoten ähneln, repliziert . Zellteilungsproteine, wie das Filamenting Temperature-sensitive Mutant Z ( FtsZ) Protein , das einen kontrahierenden Ring um die Zelle bildet, und die Bestandteile des naszierenden Septums im Herzen der Zelle ähneln jedoch ihren bakteriellen Äquivalenten.
Wenn es in Bakterien und Eukaryoten Sporen gibt , wurden diese nie in allen bekannten Archaeen nachgewiesen. Einige Haloarchaea- Arten können phänotypische Veränderungen durchmachen und mit verschiedenen Zelltypen, einschließlich dicker Wände, wachsen. Die Strukturen, die gegen osmotischen Schock (in) resistent sind, ermöglichen es Archaeen, in Wasser mit geringen Salzkonzentrationen zu überleben, aber dies sind keine Fortpflanzungsstrukturen und können bei der Ausbreitung in neue Lebensräume helfen.
Archaeen sind sowohl morphologisch als auch physiologisch sehr vielfältig. Sie sind einzellige Wesen mit einer Größe zwischen 0,1 und 15 µm , aber einige entwickeln sich zu Filamenten oder Aggregaten (Filamente bis 200 µm ). Sie können kugelförmig ( Schalen ), spiralförmig, stäbchenförmig (Bazillen), rechteckig usw. sein.
Sie zeigen eine große Vielfalt an Reproduktionsweisen, durch binäre Spaltung, Knospung oder Fragmentierung.
Aus ernährungsphysiologischer Sicht werden sie in viele Gruppen eingeteilt, von Chemilithoautotrophen (die ihre Energie aus chemischen Gradienten nicht-biologischen Ursprungs beziehen ) bis zu Organotrophen .
Aus physiologischer Sicht können sie aerob , fakultativ anaerob oder streng anaerob sein.
Archaeen kommen in einer Vielzahl von Lebensräumen vor und sind ein wichtiger Bestandteil der Ökosysteme des Planeten. Sie können bis zu 20 % der mikrobiellen Zellen in den Ozeanen beitragen. Viele Archaeen sind Extremophile , und extreme Umgebungen wurden ursprünglich als ihre ökologische Nische angesehen . Tatsächlich leben einige Archaeen bei hohen Temperaturen, oft über 100 °C , die man in Geysiren , Schwarzrauchern und Ölquellen antrifft. Andere finden sich in sehr kalten Lebensräumen und andere in sehr salzigen, sauren oder alkalischen Wasserumgebungen. Andere Arten von Archaeen sind jedoch mesophil und wachsen unter viel milderen Bedingungen, in Sümpfen , Abwässern , Ozeanen und Böden .
Extremophile Archaeen sind Mitglieder der vier physiologischen Hauptgruppen. Dies sind Halophile , Thermophile , Alkalophile und Acidophile . Diese Gruppen haben keine Verbindung zu ihrem Zweig in der phylogenetischen Klassifikation. Dennoch sind sie ein nützlicher Ausgangspunkt für die Klassifizierung.
Halophile, zum Beispiel die Gattung Halobacterium , leben in salzhaltigen Umgebungen, wie Salzseen ( Großer Salzsee von Utah), Küste, Salzwiesen, dem Toten Meer , mit Salzkonzentrationen bis zu 25%. Die Mitglieder der Ordnung von Halobakterien ( Haloferax , Halobacterium , halococcus , Halorubrum , Natrinema , natronococcus ...) sind Beispiele für salztolerante Archaeen. Sie haben durch Carotinoide oft eine rote bis gelbe Pigmentierung und sind für die Färbung bestimmter Seen verantwortlich ( z. B. Lake Magadi in Kenia). Thermophile gedeihen am besten bei Temperaturen über 45 ° C , an Orten wie heißen Quellen; hyperthermophile Archaeen werden als solche definiert, die bei einer Temperatur über 80 °C am besten gedeihen . Pyrococcus , Methanopyrus , Thermococcus , Sulfolobus , Pyrodictium sind Beispiele für hyperthermophile Archaeen. Pyrobaculum stammt aus tiefen Lagerstätten mit heißem Öl. Pyrolobus fumarii kann sich bis 113 °C vermehren . Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte, dass der Stamm 116 von Methanopyrus kandleri auf 122 ° C anwächst , was die höchste gemessene Temperatur ist, bei der ein Körper noch wachsen kann. Andere Archaeen können unter sehr sauren oder alkalischen Bedingungen wachsen. Zum Beispiel ist eine der extremeren acidophilen Archaea ist Picrophilus torridus , die bei einem pH - Wert von 0 wächst, die auf 1,2 Äquivalent Mol von Schwefelsäure .
Neuere Studien haben gezeigt, dass Archaeen nicht nur in mesophilen und thermophilen Umgebungen existieren, sondern auch bei niedrigen Temperaturen, manchmal in großer Zahl. Daher sind Archaeen in kalten ozeanischen Umgebungen wie Polarmeeren weit verbreitet. Archaea sind in der Planktongemeinschaft (als Teil des Picoplanktons ) tatsächlich in großer Zahl in allen Ozeanen der Welt vorhanden . Obwohl diese Archaeen bis zu 40% der mikrobiellen Biomasse ausmachen können, wurde fast keine dieser Arten isoliert und in Reinkultur untersucht . Daher ist unser Verständnis der Rolle von Archaeen in der Ozeanökologie rudimentär, sodass ihr Einfluss auf globale biogeochemische Kreisläufe weitgehend unerforscht ist. Einige marine Crenarchaeota sind zur Nitrifikation fähig , was darauf hindeutet, dass diese Organismen eine wichtige Rolle im ozeanischen Stickstoffkreislauf spielen , obwohl sie auch andere Energiequellen verwenden können. In den Sedimenten , die den Meeresboden bedecken, sind auch viele Archaeen vorhanden, die in Tiefen von mehr als einem Meter in diesen Sedimenten die Mehrheit der lebenden Zellen darstellen würden. Die methanogenen Archaeen (die Methan produzieren) aus den Sümpfen sind für das Gas aus den Sümpfen verantwortlich (zB Poitevin). Viele methanogene Archaeen kommen im Verdauungstrakt von Wiederkäuern ( Methanmicrobium , Methanosarcina ), Termiten oder Menschen vor . Untersuchungen zur Nabelfauna (im menschlichen Nabel lebende Mikroorganismen) haben das Vorkommen von Archaeen an dieser Stelle nachgewiesen.
Bis heute gibt es keinen eindeutigen Nachweis, dass es pathogene Archaeen gibt , obwohl ein Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein methanogener Archaeen und Parodontitis vorgeschlagen wurde .
Obwohl viele Archaeen heute nicht im Labor kultiviert werden können, lassen sich viele Arten mit geeigneten Nährmedien und unter bestmöglicher Nachbildung der Umweltbedingungen ihrer natürlichen Lebensräume kultivieren. Die Auswirkungen von Archaeen im menschlichen Nabel wurden noch nicht untersucht.
Archaeen ähneln Bakterien in vielen Aspekten ihrer Zellstruktur und ihres Stoffwechsels . Die Mechanismen und Proteine, die an den Replikations- , Transkriptions- und Translationsprozessen beteiligt sind, weisen jedoch ähnliche Merkmale auf wie bei Eukaryoten . Die Besonderheiten der Archaeen im Vergleich zu den anderen beiden Domänen der Lebewesen (Bakterien und Eukaryoten) sind wie folgt: