Микроорганизмы в перегретом горячем источнике

Археи – экстремофилы, способные выжить в экстремальных условиях (например, в кипящих горячих источниках).
Anastassiya Bornstein / Getty Images

Археи и бактерии – две разные области клеточной жизни. Оба они прокариоты, так как одноклеточные и лишены ядра. Они также внешне похожи (даже под микроскопом).

Однако анализ ДНК показывает, что археи так же отличаются от бактерий, как и от людей. Обнаруженные в 1970-х годах как уникальная форма жизни, археи играют важную роль в нашей повседневной жизни, в том числе как часть микробиома кишечника человека. (1, 2)

Что такое археи?

Археи – это домен одноклеточных микроорганизмов. Они являются экстремофилами, способными выжить в экстремальных условиях, в которых не выжил бы ни один другой организм. Домен Archaea содержит разнообразный набор организмов, которые имеют общие свойства как с бактериями, так и с эукариотами (двумя другими доменами).

Чем археи отличаются от бактерий?

И бактерии, и археи – это микроорганизмы, обитающие в самых разных средах обитания, включая человеческое тело. Они очень похожи друг на друга даже под микроскопом. Однако их химический состав и физические характеристики сильно отличаются друг от друга. Вот некоторые из их ключевых отличий:

  • Клеточные стенки и липиды мембран (жирные кислоты) бактерий и архей состоят из различных химических веществ;
  • Многие виды бактерий могут выполнять фотосинтез (генерировать кислород из солнечного света), в то время как археи не могут;
  • Жгутики архей и бактерий устроены по-разному;
  • Археи размножаются путем деления, в то время как некоторые бактерии производят споры;
  • Химический состав ДНК и РНК архей и бактерий сильно отличаются;
  • Хотя некоторые бактерии являются патогенными (вызывают заболевание), археи не являются патогенными.

Открытие архей

До открытия архей ученые полагали, что все прокариоты представляют собой единый вид организмов, называемых бактериями.

В конце 1970-х годов биолог по имени доктор Карл Вёзе провел генетические эксперименты с организмами, которые, как полагают, были бактериями. Результаты были поразительными: одна группа так называемых бактерий радикально отличалась от остальных. Эта уникальная группа микроорганизмов жила при чрезвычайно высоких температурах и вырабатывала метан.

Вёзе назвал эти микроорганизмы археями. Их генетический состав настолько отличался от бактерий, что он предложил кардинально изменить способ организации жизни на Земле. Вместо того чтобы разделить жизнь на два домена (прокариоты и эукариоты), Вёзе организовал жизнь в три домена: эукариоты, бактерии и археи.

Роль архей

Археи, как и бактерии, существуют в огромном диапазоне сред, включая человеческое тело. И, как и бактерии, археи играют важную роль во многих биологических процессах. Вот некоторые из этих ролей (3):

  • Глобальный круговорот питательных веществ
  • Окисление аммиака (4)
  • Окисление серы
  • Производство метана, способствующее пищеварению
  • Удаление водорода как часть углеродного цикла

Археи – экстремофилы

Возможно, самым захватывающим аспектом архей является их способность жить в невероятно экстремальных условиях. Они способны процветать там, где не может выжить ни один другой организм.

Например, согласно одному исследованию, штамм архей Methanopyrus kandleri может расти при 122°C, в то время как Picrophilus torridus может процветать при невероятно кислой PH – 0,06. Это оба рекорда для экстремальных сред. (5)

Вот другие примеры архей в экстремальных средах:

  • Горячие источники в Йеллоустонском национальном парке США, в кипящей горячей воде
  • Рядом с гидротермальными источниками на дне океана, где температура превышает 100°C
  • В самой щелочной и кислой воде в мире
  • В пищеварительном тракте термитов и многих других животных, где они производят метан
  • Глубоко под землей в нефтяных месторождениях

Кроме того, археи могут выжить в токсичных отходах и тяжелых металлах. (6)

Археи – истоки и будущее жизни

Ученые обнаружили, что археи, особенно те, которые процветают в условиях сильной жары, генетически близки к «универсальному предку» всех организмов на Земле. Это открытие предполагает, что археи могут быть ключом к пониманию эволюционного происхождения жизни на Земле. (7)

Некоторые ученые также считают, что способность архей выживать в чрезвычайно суровых условиях может дать представление о внеземной жизни. Природа экстремофилов делает их естественным центром внимания исследователей, изучающих вопрос о том, что может выжить в межзвездном пространстве или на планетах, где типичные земные растения и животные быстро погибнут. В одном исследовании археи подвергались воздействию температуры, ультрафиолетового излучения, влажности и давления, напоминающих условия на Марсе и на луне Европа (спутник Юпитера) – на удивление ученых микроорганизмы жили и процветали. (8, 9)

Treehugger