Biologinis domenas: taksonomijos lygmuo (Archaea, Bacteria, Eukarya)

Sužinokite apie biologinius domenus: Archaea, Bacteria, Eukarya — evoliucinės linijos, genomų skirtumai ir Woese'o trijų sričių sistema aiškiai ir suprantamai.

Biologinėje taksonomijoje domenas (taip pat superregnum, superkilmė arba imperija) - tai aukščiausio rango organizmų taksonas, aukštesnis už karalystę.

Domenas (arba jo sinonimai) yra labiausiai apimanti iš šių biologinių grupių. Taksonų išsidėstymas atspindi esminius evoliucinius genomų skirtumus. Yra keletas šiuolaikinių alternatyvių gyvybės domenų klasifikacijų. Tarp jų yra šios:

• "Dviejų imperijų" sistema su aukščiausio lygio Prokaryota (arba Monera) ir Eukaryota imperijomis.
• Šešių karalysčių sistema su aukščiausio lygio grupėmis Protista, Archaebacteria, Eubacteria, Fungi, Plantae ir Animalia.
• 1990 m. įvesta Carlo Woese'o trijų domenų sistema, pagal kurią aukščiausio lygio domenai skirstomi į Archaea, Bacteria ir Eukaryota.

Apibrėžęs Archaea kaip naują sritį, Woese'as pertvarkė taksonominį medį. Jo trijų sričių sistema pagrįsta genetiniais ryšiais. Pagal ją gyvybė skirstoma į 23 pagrindinius padalinius trijose srityse: Bakterijos, archėjos ir eukarijos. Archėjos nėra nei bakterijos, nei eukariotai. Kitaip tariant, tai prokariotai, kurie nėra bakterijos.

Pagrindinė idėja ir jos pagrindimas

Domenų samprata kyla iš poreikio atspindėti gyvybės evoliucinius padalinius, kurie yra esminiai ir gilūs – dažnai labiau esminiai nei tradicinės karalystės. Pagrindinis mokslinis argumentas už trijų domenų skyrimą buvo molekulinė filogenetika, ypač ribosominės RNR (rRNR) sekų palyginimai. Woese ir jo kolegos, naudodami 16S rRNR sekų analizę, parodė, kad tam tikros mikroorganizmų linijos yra tiek genetinės, tiek evoliuciškai nuožmiai skirtingos nuo likusių, todėl pateisino atskiro aukščiausio lygio padalinio įvedimą.

Skirtumai tarp Archaea, Bacteria ir Eukarya

• Ląstelės tipas: Bakterijos ir archėjos yra prokariotai (neturi apibrėžtos branduolio membranos), o eukarijai turi branduolį ir organeles (mitochondrijas, kloroplastus kai kuriuose organizmuose).
• Genetinė mašina: Archėjų transkripcijos ir translacijos mechanizmai yra biochemiškai labiau panašūs į eukariotų nei į bakterijų — pvz., archėjų RNR polimerazės ir ribosomų reguliavimas primena eukariotų sistemas.
• Membranų lipidai: Archėjų membranų lipidai turi eterinius junginius ir izopreninius ryšius, tuo tarpu bakterijų ir eukariotų membranos daugiausia sudarytos iš esteriškai sujungtų glicerolio–riebalų rūgščių.
• Ląstelės sienelė: Daugelio bakterijų sienelę sudaro peptidoglikanas (mureinas), tuo tarpu archėjų sienelė neturi tikro peptidoglikano (jie turi kitokias polimerines struktūras), o eukariotų daugumos (išskyrus dumbl) ląstelių sienelės struktūra skiriasi (pvz., augaluose – celiuliozė, grybams – chitonas).
• Metaboliniai keliai: Archėjos turi unikalių metabolinių ypatybių (pvz., metanogenezė), bakterijos aptinka ir užima didžiulę ekologinę įvairovę (fotosintezė, nitrifikacija, denitrifikacija), o eukarijos – sudėtingos daugiakūnės gyvybės formas ir sudėtingus audinius.

Archėjos — ne vien ekstremofilai

Nors archėjos istoriškai buvo siejamos su ekstremaliomis aplinkomis (karšti šaltiniai, labai sūrios ar rūgščios terpės), vėlesnės studijos parodė, kad jos gyvena ir įprastinėse ekosistemose – jūros vandenyje, dirvoje bei gyvūnų žarnyne. Archėjų grupėse yra metanogenai (svarbūs anglies ir metano cikle), halofilai (druskingose terpėse) ir kitos ekologiškai svarbios linijos. Pastaraisiais metais atrastos Asgard grupės archėjos pateikė reikšmingų įrodymų apie galimą eukarijų kilmę iš archėjų giminaičių, palaikydamos idėją, kad eukarijų kilmė buvo glaudžiai susijusi su tam tikromis archėjų linijomis.

Klasifikacijos iššūkiai ir naujos hipotezės

Nors trijų domenų modelis yra plačiai priimtas, taksonomijoje išlieka diskusijų dėl įvairių priežasčių:

• Lateralinis (horizontali) genų perkėlimas tarp bakterijų, archėjų ir eukariotų apsunkina grynai šakotą (bifurkacinį) evoliucijos medį.
• Naujos genominės analizės ir daugiagenų filogenetinių metodų rezultatai kartais remia dviejų domenų hipotezę, kurioje eukarijos kildinamos iš archėjų linijos (pvz., iš Asgard archėjų), o bakterijos išlieka atskira šaka.
• Filogenomika ir metagenominės apklausos nuolat plečia žinomų linijų sąrašą, todėl taksonominės ribos ir pavadinimai nuolat atnaujinami.

Praktinė ir ekologinė reikšmė

Domenų atpažinimas ir supratimas turi praktinę reikšmę tiek fundamentalioms, tiek taikomosioms sritims:

• Ekologijoje — archėjos ir bakterijos atlieka pagrindinį vaidmenį biogeocheminiuose cikluose (anglies, azoto, sieros cikluose).
• Moksluose — molekuliniai žymenys (pvz., 16S ir 18S rRNR sekos) yra esminiai identifikacijai ir ekologinėms metaanalizėms.
• Biotechnologijose — archėjų fermentai (pvz., thermostabilios polimerazės) ir bakterijų produktai naudojami pramonėje, medicinoje ir pramoninėje biotechnologijoje.
• Medicinoje — bakterijų ir archėjų supratimas apie žmogaus mikrobiomą turi įtakos sveikatos ir ligų tyrimams.

Santrauka

Domenas yra aukščiausio laipsnio taksonominis padalinys, skirtas atspindėti giliausius evoliucinius gyvybės skirtumus. Carlo Woese'o trijų domenų sistema (Archaea, Bacteria, Eukarya) pakeitė požiūrį į gyvybės medį, pabrėždama molekulinius ir genetinius skirtumus tarp pagrindinių linijų. Tačiau taksonomija lieka dinamiška sritis — nauji genomikos duomenys ir teorijos nuolat tobulina mūsų supratimą apie gyvybės kilmę ir tarpusavio santykius.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra sritis biologinėje taksonomijoje?

K: Kiek yra šiuolaikinių alternatyvių domenų klasifikacijų?

K: Kas yra dviejų imperijų sistema?

K: Kas yra šešių karalysčių sistema?

K: Kas yra Carl Woese'o trijų sričių sistema?

Klausimas: Ar archėjos yra bakterijos ar eukariotai?

Paieška pagal raidę