Thermococcus gammatolerans – a flagellate archaeon, hogy virágzik a forró, oxigén éheztetett vizek. Vegye figyelembe a flagella csomóját. Ez a mikroba él a víz melegebb, mint körülbelül 160F. Creative Commons Angels Tapias. Kattintson a képre a licencért és a linkért!

Az 1970-es években egy homályos tudós, Carl Woese (ejtsd: “bajok”) valami látszólag meglehetősen hétköznapi dolgon dolgozott: megtalálta a módját a baktériumok osztályozására.

bár ez egyszerű feladatnak tűnhet, a baktériumok makacsul ellenálltak minden korábbi kísérletnek. A hagyományos módszer-a megjelenés, a szerkezet, az anyagcsere és a szemgolyó különbözőségeit vizsgálva-kudarcot vallott. A baktériumok gyakran ugyanúgy néznek ki és viselkednek, függetlenül valódi evolúciós kapcsolatuktól.

A mikrobiológia nagy nevei már régen feladták a problémát. De Woese-nek volt egy ötlete: mi lenne, ha a baktériumokat tudományosan meg lehetne válogatni genetikai anyaguk felhasználásával, a riboszómáikat alkotó RNS-ben, a sejt fehérjetermelő egységeiben kifejezve? A legtöbb riboszomális RNS mutáció katasztrofális az őket öröklő utódokra nézve, mivel a riboszómák kritikus fontosságúak a sejt életben tartásához, így a riboszomális RNS változásai csak ritkán fordulnak elő. De a több milliárd éves mikrobiális élet a Földön létezett, megtörténnek, így ez a molekula ígéretes célpont a mély időbe nyúló kapcsolatok megítélésére.

Után egy évtizeddel, vagy a gondosan hasító ribosomal RNS kis apró bámulja ezeket a rendezett bit fényképészeti filmek csatolni világító dobozok — számtalan óra unalom táplálja a Dr. Pepper and roham a chin-up bár — Woese volt, jó úton van ahhoz, hogy egy bakteriális családfáját.

ezután valami váratlan történt. Egy Ralph Wolfe nevű kolléga azt javasolta, hogy próbálja ki módszerét egy szokatlan baktériumcsoporton, amely metánt készített. Bár tésztaszerű formájúak voltak, biokémiájuk és anyagcseréjük hasonlónak tűnt. Ez a kivonat Virginia Morell 1997-es tudományos cikkéből megragadja a következő események sokkját:

de amikor Woese tanulmányozta szekvenciáikat, a metanogének nem regisztráltak baktériumként. “Teljesen hiányoztak az oligonukleotid szekvenciák, amelyeket felismertem a baktériumok jellemzőjeként” – magyarázza. Arra gondolva, hogy a minta valahogy szennyezett volt, lefuttatott egy újat. “Ekkor jött le Carl a folyosóra, megrázta a fejét” – mondja Wolfe. “Azt mondta nekem,” Wolfe, ezek a dolgok nem is baktériumok.”És azt mondtam,” most, nyugodj meg, Carl; gyere ki a pályáról. Természetesen baktériumok; úgy néznek ki, mint a baktériumok.””De, ahogy Woese most tudta, a baktériumok morfológiája semmit sem jelentett. Csak a molekuláik mesélték el a történetet. A molekulák pedig kijelentették, hogy a metanogének nem olyanok, mint bármely más prokarióta vagy eukarióta—ők maguk voltak, az élet harmadik ága.

Carl Woese 2004-ben. Creative Commons Don Hamerman. Kattintson a képre a licencért és a forrásért!

” Wolfe, ezek a dolgok nem is baktériumok.”Amikor elolvastam ezt a mondatot, egy hideg futott fel a Gerincemen. Csak néhány ember a Földön valaha is megtapasztalni egyfajta fátyol-emelő pillanat ilyen nagyságrendű — Einstein, Newton, Kepler, stb .. jut eszembe … de a szerény Carl Woese egy másik volt. Ő megbotlott egy bátor új világ a mikrobák, hogy nézett ki, mint a baktériumok a szemünkbe, de valójában annyira egyedi biokémiailag és fizikailag, hogy végül bebizonyosodott, hogy szorosabb kapcsolatban áll velünk, mint velük. Egy teljesen új életformába botlott, itt a Földön.

Carl Woese Dec. 30. Woese továbbra is kevéssé ismert, még a nem mikrobiális biológusok között is, de különösen a nyilvánosság körében. A megfigyelések elfogadása előtt legalább egy évtizednyi szkepticizmust, nevetségességet és kiközösítést élt át, és mélységesen bántotta a kezdeti reakció; erről bővebben olvashat a fent részletezett Science feature story-ban (fizetős hozzáférés szükséges). Az elmúlt években néhányan-köztük a Nature Reviews mikrobiológia szerkesztőbizottsága-arra kényszerítették Woese-t, hogy Nobel-díjat kapjon hozzájárulásaiért. Most, hogy soha nem fog megtörténni*.

de Woese nem az egyetlen unsung hős ebben a történetben**. Az általa feltárt organizmusok-az archaea-lenyűgöző és bőséges teremtmények, de még a mikrobiológiai osztályok határain belül is alig tárgyalnak mélyről. Ez szégyen. Archaea mindenhol ott van … a mélytengeri szellőzőnyílásokban, a sós lápokban, a jégben, a tengervízben, a talajban és benned. És jobb nyilvánosságot érdemelnek.

vegye figyelembe a következő érdekes pontokat a harmadik domainről:

az Archaea olyan módon készít DNS-t és RNS-t , mint mi — ami érdekes dolgot jelent

sok szempontból az archaea inkább hasonlít ránk, mint a baktériumokra — de alaposan meg kell nézni, hogy megnézze. “Mi” lenne az eukarióták, az életformák, amelyek DNS-jüket a magoknak nevezett csomagokban tárolják (sok más tulajdonság között). A csoport nagyjából mindent tartalmaz, kivéve az archaeát és a baktériumokat.

az Archaea rendelkezik DNS-és RNS-polimerázokkal-olyan enzimekkel, amelyek DNS-t és RNS-t replikálnak -, amelyek úgy néznek ki, mint az eukariótákban található egyszerűbb változatok. Egyetlen kör alakú kromoszómájuk több replikációs eredetű lehet, mint az eukarióták, de ellentétben a baktériumokkal.

annak érdekében, hogy az lecsapódik a DNS ahhoz, hogy elférjen egy sejt, baktériumok használja nevű fehérje giráz, hogy csavarja a DNS-t a tekercsek. Az Archaea ezt is megteszi, de DNS-ét a hisztonoknak nevezett fehérjék köré is csomagolják, amelyek ismét úgy néznek ki, mint a hisztonok egyszerűbb változatai, amelyek körül az eukarióták becsomagolják DNS-ét. Amennyire én tudom, a baktériumok nem rendelkeznek hisztonokkal.

Ezek a kényszerítő hasonlóság –, amely több, mélyebb, a biokémiai gyomok, hogy én vagyok kihagyva a tér-közötti archaeal, valamint eukarióta sejtek vezetett néhány utal arra, hogy amellett, hogy a bakteriális engulfment/szimbiózis, hogy a létrehozott mitokondriumok, valamint chloroplasts, valami más, titokzatos szimbiózis vagy kimérizmus előfordulhatott között egy ősi archaeon, valamint baktérium termel az első proto-eukarióta sejt. Vagy azt sugallhatja, hogy az eukarióták valójában archaea-ból fejlődtek ki. Ez egy hevesen vitatott ötlet, amelyre az alábbiakban további bizonyítékokat fog látni.

Archaeal Külső Bevonatok, mint Bármi Más a Földön,

a Bakteriális vagy eukarióta membrán lipidek ugyanazt az általános szerkezete (második fentről molekula alatt): a foszfát csoport (zöld) csatolt glicerin (piros) formában a fejét a lipid, míg a két zsírsavak a farok (rózsaszín). Továbbá, mint a baktériumok, a lipidek glicerinfejei a zsírsav farkához kapcsolódnak észterkötésekkel (sárga).

Archaeális membrán lipidek nagyon, nagyon különböznek mind a baktériumoktól, mind az eukariótáktól (felső molekula, fent). Az Archaea zsírsavak helyett az elágazó kémiai izoprén egységeiből áll, a 20 széntartalmú farkukat fitanilcsoportoknak nevezik(a hét Magánhangzójának jelölöm a fitanilt). Ezek a lipid írás lehet elágazó még összetettebb módon, mint a fenti, vagy akár bele gyűrűk(lásd alább) — őrült formák, amelyek a bakteriális vagy eukarióta membrán lipidek sosem veszi, amennyire én tudom.

Crenarchaeol, egy gyűrűs, elágazó egyrétegű membrán lipid egy archaeonból. Public domain.

fitanil farkuk elsősorban éter, nem észter, kötések (lásd 2, fent) segítségével kapcsolódik a gliceroljukhoz, amelyek jobban ellenállnak a pusztulásnak, mint az észterek. A glicerinjeik pedig a membránlipidjeinkben található glicerinekkel ellentétesek (a bakteriális és archaeális lipidek tükrös tájolását lásd az ábrán).

molekuláris handedness – chirality in chemistry-speak-is not a thing changed easily by evolution. Például a földi élet által használt aminosavaknak nevezett fehérje építőelemek túlnyomó többsége kizárólag “Balkezes”. Miért? Senki sem tudja igazán, bár vannak találgatások. Miután a balos aminosavak átvették az irányítást, nem volt visszaút biokémiailag – az enzimeket egy bizonyos módon hozták létre, és ez volt az. Így az, hogy az archaeális és bakteriális enzimek glicerolokat használnak ellentétes kézfejűséggel, arra utal, hogy a baktériumok és archaea már régen elváltak egymástól.

néhány archaeális lipidnek olyan tulajdonsága van, amely ritkán vagy soha nem látható baktériumokban vagy eukariótákban. A baktériumok és eukarióták lipid kétrétegű membránokkal rendelkeznek, amelyek egymás mellett áramlanak (#9). De az archaeális fitanilfarkak kovalensen köthetők egymáshoz, hogy lipid egyréteget képezzenek (lásd a 10.számot és a fenti crenarchaeol képét).Két fej, egy test, egy membrán hydra.

az elágazó és retikuláló fitanilfarkak és a lipid monolayerek mind úgy tűnik, hogy alkalmazkodnak a forrázás hőmérsékletéhez. Ezek segíthetnek megelőzni a membránszivárgást vagy a kétrétegű hámlását abban a vizes és gyakran savas infernóban, amelyben a hipertermofil archaea él.

azt is megfigyelhetjük, hogy a legtöbb genetikai és fehérjetermelő gépünkkel ellentétben a lipidjeink sokkal jobban hasonlítanak a baktériumokra, mint az archaea. Ez is egy ősi kimérizmus bizonyítéka?

az Archaeális paraziták és kórokozók titokzatos hiánya

nyilvánvalóan parazita vagy patogén archaea soha nem találtak. Ez nem azt jelenti, hogy nem léteznek. Archaea már jóval azelőtt létezett, hogy megtaláltuk őket, és most látjuk, hogy mindenhol ott vannak. Erről bővebben egy perc múlva.

de ez egy pont, amelyet érdemes megfontolni (Talmudikus kérdés, a La kis dolgok?): miért tűnik úgy, hogy nincsenek nyilvánvaló paraziták vagy kórokozók a tartományban? Baktériumok, eukaryotes származik számtalan mocskos paraziták a syphillis, hogy poloskák, hogy fagyöngy, hogy a Nigériai Craigslist csalók, de nekem úgy tűnik, nagyon furcsa, hogy egy egész tartományt kell mentes őket.

az archaeális kémia olyan egyedülálló, hogy rosszul felszerelt, hogy magasabb organizmusokban éljen? Nem, úgy tűnik, hogy ez nem így van, amint azt alább látni fogjuk. Akkor miért nem léptek át soha a sötét oldalra? Ez valami alapvető az anyagcseréjükben vagy a kémiájukban?

a legközelebbi dolog, amit egy potenciálisan patogén vagy parazita archaeonhoz találtunk, a Nanoarchaeum equitans, a világ egyik legkisebb sejtje. Megtalálta a hidrotermikus szellőzők mindenhol a tetejét kontinensen … mint az Obszidián Medence a Yellowstone -, hogy a mélyben az óceánok … mint a Közép-hátság közelében Izland alatt a Jeges-tenger, egy elosztó, ami önmagában megéri töprengett, hogy mi következik.

bárhol is található, kizárólag egy sokkal nagyobb archaeon, Ignicoccus felszínén él. Legfeljebb 10 N. az equitans bevonhatja az egyedi Ignicoccus felületét. A Nanoarcheum nem képes lipideket, legtöbb nukleotidot (a DNS és az RNS építőköveit) vagy aminosavakat szintetizálni. Meg kell venni őket (ellopni őket? kicserélni őket?) Ingnicoccusból.

de más mikrobiális parazitákkal ellentétben az N. equitansnak mindene megvan ahhoz, hogy megjavítsa saját DNS-ét, és DNS-t, RNS-t és fehérjeszintézist hajtson végre. Bár nyilvánvalóan nem élhet Ignicoccus nélkül, még mindig nem tisztázott, hogy szimbiótáról vagy parazitáról van-e szó.

Ez a nyilvánvaló orrtalanság hiánya nem jelenti azt, hogy az archaea *mentes* parazitáktól vagy kórokozóktól. Éppen ellenkezőleg, rengeteg dolog fogyaszt archaea, és archaea játék fogadó egy teljes spektrumát egyedülállóan alakú (orsók, vesszők, és könnycseppek) DNS-vírusok, hogy boldogulni ugyanabban pokoli környezetben, amely képes tenyészteni archaea.

itt van egy Sulfolobus nevű archaeon egy forró forrásból Kínában, amely több orsó alakú DNS-vírust sportol:

a hyperthermoacidophile archaeon Sulfolobus tengchongensis és orsó alakú parazitája, az STSV1

az archaeális kórokozók furcsa hiánya Woese Nobel megnyerésének nehézségéhez is hozzájárulhatott. Nem a biológia Nobel-díja, hanem a fiziológia vagy az orvostudomány Nobel-díja. Nyilvánvaló archaeális betegségek nélkül a nyereményének esete szükségszerűen közvetett lenne.

az Archaea mindenütt megtalálható

amikor az archaea-t bemutatták a világnak, sok éven át extremofil furcsaságoknak tekintették őket. Olyan helyeken éltek, mint a sós lakások, a hidrotermális szellőzők, a forró savas medencék és a metánnal fertőzött mocsarak. Nem voltak normális mikrobák.

és sok esetben, ez igaz, meglepően csodálatos módon. Felfedeztük a négyzet alakú, lapos archaea-t, amely lapokra oszlik, mint például a só edényekben élő postai bélyegek. Olyan (eronikusan, nyilvánvalóan) bakteriorhodopszinoknak nevezett fehérjéket használnak, amelyek szerkezetileg és funkcionálisan hasonlóak-bár teljesen függetlenül fejlődtek-a gerinces szemfehérjékhez, a rodopszinhoz, hogy energiát termeljenek a fényből. Ezeknek a sószerető archaeáknak más fajai a négyzetek mellett különféle poliéder alakúak, néha pedig a generációk közötti alakzatokat váltják át.

a Halquadratum walsbyi négyzetcelláinak postai bélyegzője. Public domain. Kattintson a képre a forrásért.

, majd ott van a 121-es törzs, amit nem csak a túlélésre, hanem a 121c-n történő szaporodásra, a laboratóriumi és orvosi sterilizáló berendezések kill hőmérsékletére neveztek el. Felfedezése előtt egyetlen sejt sem gondolta, hogy képes túlélni 15 percet az autoklávok 121c holding hőmérsékleti gyűrűjében. Törzs 121 lehet túlélni, a hőmérséklet 130C kísérletek arra utalnak, lehet, hogy archaeal faj, amely képes elviselni a hőmérséklet 140, hogy 150C. Ne feledd, hogy a víz felforr a 100C.

De archaea képes boldogulni nehéz kultúra labor (mint a túlnyomó többsége a mikrobák). Mi lenne, ha több lenne odakint, elrejtve, még egyszer, tisztán látva?

amikor elkezdtünk archaeális DNS-t keresni, és nem aggódtunk a testek megtalálása miatt, gyakorlatilag mindenhol felfedeztük a mikrobákat. Ez magában foglalja a” normális ” helyeket, mint a tengervíz és az óceáni üledék, a talaj, valamint az emlős bél és a hüvely. A nyílt óceánban található mikrobiális biomassza 40% – át teszik ki (a baktériumok még mindig meghaladják a 3-1-et), és a Föld teljes biomasszájának 20% – át teszik ki. Hőszerető hírnevük ellenére az Archaea is nagyon hideg helyeken fordul elő, mint például a sarkvidéki tengervíz és a jég.

meglepetésünkre, találtunk szuper méretű fonalas archaea szinte elég nagy ahhoz, hogy a szabad szemmel élő mangrove gyökerek. Találtunk metanogén archaea, hogy kölcsönhatásba protozoák a belek a tehenek és termeszek, hogy segítse ezeket a szervezeteket lebontják cellulóz le az energia. Még egy archaeont is találtunk, ami szimbiotikusan él … mindennel … egy szivaccsal.

kétségtelen, hogy sokkal több furcsa és csodálatos teremtmény fog megjelenni, amint elkezdjük a mikrobák DNS-szekvenciáikkal való összehangolását-ha csak szeretnénk megnézni.

*a Nobel-díjakat nem posztumusz ítélik oda, bár tavaly kivételt tettek egy figyelemre méltó esetben.