ההבדלים העיקריים בין ארכאאה לחיידקים - ביולוגיה - 2025

ההבדלים העיקריים בין קדום וחיידקים מבוססים על היבטים מולקולריים-מבניים מטבולית שאנחנו נפתח בהמשך. תחום ה- Archaea מקבץ טקסונומית את המיקרואורגניזמים החד-תאיים שיש להם מורפולוגיה של תאים פרוקריוטיים (ללא קרום גרעיני, או ממברנות אורגניות ציטופלזמיות), מאפיינים הדומים לחיידקים.

עם זאת, ישנן גם תכונות המפרידות ביניהן, מאחר וארכאאה ניחן במנגנוני הסתגלות מאוד מסוימים המאפשרים להם לחיות בסביבות עם תנאים קיצוניים.

איור 1. תרשים 1. חיידקי Escherichia coli. מקור: NIAID, באמצעות Wikimedia Commons

תחום החיידק מכיל את הצורות השכיחות ביותר של חיידקים הנקראים eubacteria, או חיידקים אמיתיים. אלה גם אורגניזמים פרוקריוטים חד-תאיים, מיקרוסקופיים, החיים בכל סביבה עם תנאים מתונים.

התפתחות הטקסונומיה של קבוצות אלה

במאה הרביעית לפני הספירה סווגו דברים חיים לשתי קבוצות בלבד: בעלי חיים וצמחים. ואן ליוונהוק, במאה השבע עשרה, במיקרוסקופ שבנה בעצמו, הצליח להתבונן במיקרואורגניזמים שעד אז לא היו נראים ותיארו פרוטוזואה וחיידקים תחת השם "animáculos".

במאה ה -18 שולבו "בעלי חיים מיקרוסקופיים" בסיווג השיטתי של קרלוס לינאו. באמצע המאה התשע עשרה, ממלכה חדשה מקבצת חיידקים: ההקל הניח שיטתית המבוססת על שלוש ממלכות; ממלכה פלנטאיי, ממלכת בעלי חיים וממלכה פרוטיסטה, שקיבצו מיקרואורגניזמים עם גרעין (אצות, פרוטוזואה ופטריות) ואורגניזמים ללא גרעין (חיידקים).

מאז תאריך זה, כמה ביולוגים הציעו מערכות סיווג שונות (צ'אטון בשנת 1937, קופלנד בשנת 1956, ויטאקר בשנת 1969) ואת הקריטריונים לסיווג מיקרואורגניזמים, בתחילה על בסיס הבדלים מורפולוגיים והבדלי מכתים (כתם גראם), הם התבססו על הבדלים מטבוליים וביוכימיים.

בשנת 1990 גילה קרל ווזה, ביישום טכניקות רצף מולקולריות בחומצות גרעין (חומצה ריבוזומלית ריבוזומלית, rRNA), כי בקרב מיקרואורגניזמים המקובצים כחיידקים היו הבדלים פילוגנטיים גדולים מאוד.

תגלית זו הראתה כי פרוקריוטות אינן קבוצה מונופילטית (עם אב קדמון משותף) ואז ווז הציע שלושה תחומים אבולוציוניים ששמו: ארכאאה, חיידקים ואוקריה (אורגניזמים תאיים גרעיניים).

מאפיינים דיפרנציאליים של ארכאאה וחיידקים

אורגניזמים של ארכאאה וחיידקים הם בעלי מאפיינים משותפים בכך ששניהם חד-תאיים, חופשיים או מצטברים. אין להם גרעין או איברונים מוגדרים, יש להם גודל תאים בין 1 ל 30 מיקרומטר בממוצע.

הם מציגים הבדלים משמעותיים ביחס להרכב המולקולרי של כמה מבנים ובביוכימיה של חילוף החומרים שלהם.

בית גידול

מיני חיידקים חיים במגוון רחב של בתי גידול: יש להם מים מליחים ומרעננים, סביבות חמות וקרות, אדמות ביצות, משקעים ימיים ובקעי סלע, ​​והם יכולים גם לחיות באוויר אטמוספרי .

הם יכולים לחיות עם אורגניזמים אחרים בתוך צינורות העיכול של חרקים, רכיכות ויונקים, חללי הפה, דרכי הנשימה והדרוגין של יונקים, ודם של חוליות.

איור 2. מעיינות חמים, בתי גידול קיצוניים שבהם חיים אורגניזמים מקבוצת Archaea, אשר בדרך כלל מעניקים להם צבעים בהירים. מקור: CNX OpenStax דרך ויקיפדיה

גם המיקרואורגניזמים השייכים לחיידקים יכולים להיות טפילים, סימביונים או תחלופת דגים, שורשים וגבעולי צמחים, של יונקים; הם יכולים להיות קשורים לפטריות חזקות ופרוטוזואה. הם יכולים גם להיות מזהמי מזון (בשר, ביצים, חלב, פירות ים, בין היתר).

למינים בקבוצת Archaea מנגנוני הסתגלות המאפשרים את חייהם בסביבות עם תנאים קיצוניים; הם יכולים לחיות בטמפרטורות הנמצאות מתחת ל- 0 מעלות צלזיוס ומעל 100 מעלות צלזיוס (טמפרטורה שחיידקים אינם יכולים לתמוך בהם), ב pH קיצוני של בסיסים או חומציים וריכוזי מלוחים גבוהים בהרבה מאלה של מי ים.

אורגניזמים מתנוגניים (המייצרים מתאן, CH ₄ ) שייכים אף הם לתחום Archaea.

קרום פלזמה

מעטפת התאים הפרוקריוטיים נוצרת בדרך כלל על ידי הממברנה הציטופלסמית, דופן התא והקפסולה.

קרום הפלזמה של האורגניזמים מקבוצת החיידקים אינו מכיל כולסטרול או סטרואידים אחרים, אלא חומצות שומן ליניאריות המקושרות לגליצרול על ידי קשרים מסוג אסטר.

הממברנה של חברי ארכאהאה יכולה להיווצר על ידי דו-שכבתי או על-ידי שכבה חד-משמעית ליפידית, אשר לעולם אינה מכילה כולסטרול. פוספוליפידים ממברניים מורכבים מפחמימנים מסועפים ארוכי שרשרת המקושרים לגליצרול באמצעות קשרים מסוג אתר.

קיר סלולרי

באורגניזמים מקבוצת החיידקים, דופן התא מורכבת מפפטידוגליקנים או מורין. אורגניזמים של ארכאאה מחזיקים בדפנות תאים המכילות pseudopeptidoglycan, glycoproteins או חלבונים, כהסתגלות לתנאים סביבתיים קיצוניים.

בנוסף, הם יכולים להציג שכבה חיצונית של חלבונים וגליקופרוטאינים, המכסים את הקיר.

חומצה ריבוזומלית ריבוזומלית (rRNA)

RRNA היא חומצה גרענית שמשתתפת בסינתזת חלבון - ייצור החלבונים שהתא דורש למלא את תפקידיו ולפיתוחו, ומכוונת את שלבי הביניים בתהליך זה.

רצפי הנוקלאוטידים בחומצות ריבונומליות ריבוזומליות שונים באורגניזמים של ארכאה ובקטריה. עובדה זו התגלתה על ידי קרל ווז במחקריו ב -1990, שהביאה להפרדת אורגניזמים אלה לשתי קבוצות שונות.

ייצור אנדוספור

חלק מחברי קבוצת החיידקים יכולים לייצר מבני הישרדות הנקראים אנדוספוריות. כאשר התנאים הסביבתיים הם קשים מאוד, endospores יכולים לשמור על הכדאיות שלהם במשך שנים, עם כמעט אפס מטבוליזם.

נבגים אלה עמידים ביותר בפני חום, חומצות, קרינה וחומרים כימיים שונים. בקבוצת Archaea לא דווח על מינים היוצרים אנדוספוריות .

תְנוּעָה

לחיידקים מסוימים יש דגלים המספקים ניידות; לספירוכטים נימה צירית באמצעותה הם יכולים לנוע בתקשורת נוזלית וצמיגה כמו בוץ וחומוס.

יש חיידקים סגולים וירוקים, ציאנובקטריה וארכאה, מכילים שלפוחיות גז המאפשרות להם לנוע על ידי ציפה. למין Archaea הידועים אין תוספות כמו סמלונים או חוטים.

איור 3. איור 3. Río Tinto, סביבה קיצונית בהולבה, ספרד בה מתפתחים אריקיאוס מטאלוספאירה וסולפובובוס. מקור: Riotinto2006, מתוך Wikimedia Commons

פוטוסינתזה

בתחום החיידקים ישנם מינים של ציאנובקטריה שיכולים לבצע פוטוסינתזה חמצן (המייצרת חמצן), מכיוון שיש להם כלורופיל ופיקובילינים כפיגמנטים נלווים, תרכובות הלוכדות אור שמש.

קבוצה זו מכילה גם אורגניזמים המבצעים פוטוסינתזה אנוקסגנית (שאינה מייצרת חמצן) דרך בקטריוכלורופילים הסופגים אור שמש, כגון: גופרית אדומה או סגולה וחיידקים שאינם גופריים אדומים, גופרית ירוקה וחיידקים שאינם גופריים ירוקים.

בתחום Archaea לא דווח על מינים פוטוסינתטיים, אולם הסוג Halobacterium, של הלופיטים קיצוניים, מסוגל לייצר אדנוזין טריפוספט (ATP), תוך שימוש באור שמש ללא כלורופיל. יש להם את הפיגמנט הסגול ברשתית, הנקשר לחלבוני ממברנה ויוצר קומפלקס שנקרא בקטריורהודופסין.

מתחם הבקטריורודופסין סופג אנרגיה מאור השמש וכאשר הוא משתחרר הוא יכול לשאוב יוני H ⁺ אל הצד החיצוני של התא ולקדם את הזרחן של ADP (אדנוזין דיפוספט) ל- ATP (אדנוזין טריפוספט), שממנו המיקרואורגניזם משיג אנרגיה.

הפניות

1. Barraclough TG ו- Nee, S. (2001). פילוגנטיקה ומפרט. מגמות באקולוגיה והתפתחות. 16: 391-399.
2. דוליטל, WF (1999). סיווג פילוגנטי והעץ האוניברסלי. מַדָע. 284: 2124-2128.
3. Keshri, V., Panda, A., Levasseur, A., Rolain, J., Pontarotti, P. and Raoult, D. (2018). ניתוח פילוגנומי של ß-lactamase בארכאה ובקטריה מאפשר זיהוי של חברים חדשים פוטנציאליים. ביולוגיה וגנום גנום. 10 (4): 1106-1114. ביולוגיה וגנום גנום. 10 (4): 1106-1114. doi: 10.1093 / gbe / evy028
4. וויטקר, RH (1969). מושגים חדשים של ממלכות האורגניזמים. מַדָע. 163: 150-161.
5. Woese, CR, Kandler, O. and Wheelis, ML (1990). לקראת מערכת טבע של אורגניזמים: הצעה לתחומים Archaea, Bacteria ו- Eukarya. המשך האקדמיה למדעי הטבע. שימושים. 87: 45-76.