3 domeny w biologii (klasyfikacja Woese)



The trzy dziedziny biologii lub system trzech domen jest klasyfikacją zaproponowaną przez biologa Carla Woese pod koniec lat 70., która dzieli istoty organiczne w domenach Bacteria, Archaea i Eukaryota.

Ta klasyfikacja w „domenach” przewyższa tradycyjny system podziału w pięciu lub sześciu królestwach, z którym jesteśmy bardziej znani. Podstawowym podziałem domen jest podział prokariotów na dwie domeny, w których archeony są bardziej związane z eukariontami, niż z drugą grupą prokariotów - bakteriami.

Ten porządek filogenetyczny jest powszechnie akceptowany przez większość biologów. Jednak wraz z rozwojem narzędzi bioinformatycznych i statystycznych niektórzy autorzy zaproponowali nowe relacje między żywymi istotami, co przeczy klasyfikacji Woese'a.

Indeks

  • 1 Historia klasyfikacji
    • 1.1 Podział na dwa królestwa: Animalia i Plantae
    • 1.2 Podział na trzy królestwa: Animalia, Plantae i Protista
    • 1.3 Podział na pięć królestw
    • 1.4 Podział na trzy domeny
  • 2 Trzy domeny życia
  • 3 Domena Archaea
    • 3.1 Klasyfikacja archeonów
  • 4 domeny bakterii
    • 4.1 Klasyfikacja bakterii
  • 5 Domena Eukarya
    • 5.1 Klasyfikacja eukariontów
  • 6 referencji

Historia klasyfikacji

Podział na dwa królestwa: Animalia i Plantae

Przed opublikowaniem prac Woese i jego kolegów biologowie zastosowali „tradycyjną” klasyfikację, używając prostej i intuicyjnej dychotomii, która dzieliła rośliny od zwierząt - formalnie Animalia i Plantae.

W tym podziale wszystkie bakterie, grzyby i fotosyntetyczne protisty uznano za „rośliny”, podczas gdy pierwotniaki pogrupowano razem ze zwierzętami.

Wraz z postępem nauki, rozwojem nowoczesnych metodologii i pogłębioną analizą istot organicznych, stało się oczywiste, że podział na rośliny i zwierzęta nie pasował do prawdziwej historii ewolucyjnej tych istot. W rzeczywistości było to „rustykalne” i niespójne uproszczenie relacji między nimi.

Podział na trzy królestwa: Animalia, Plantae i Protista

W celu naprawienia tej sytuacji znany biolog ewolucyjny i ornitolog Ernst Haeckel dodał nowe królestwo do listy: Królestwo Protista.

Klasyfikacja ta pozwoliła uzyskać wyraźniejszy podział form, który najwyraźniej nie powinien być grupowany. Klasyfikacja pozostała jednak niepokojąco problematyczna.

Podział na pięć królestw

W 1969 roku amerykański ekolog Robert Harding Whittaker zaproponował schemat podziału na pięć królestw: Animalia, Plantae, Fungi, Monera i Prostista.

System ten opiera się głównie na typach komórek, które tworzą organizmy. Członkowie Monery są istotami jednokomórkowymi i prokariotycznymi, podczas gdy protiści są również jednokomórkowi, ale eukariotyczni.

Trzy pozostałe królestwa - Animalia, Plantae i Grzyby - są klasyfikowane pod względem sposobu pozyskiwania składników odżywczych. Rośliny mają zdolności fotosyntetyczne, grzyby wydzielają enzymy do środowiska, a następnie wchłaniają składniki odżywcze, a zwierzęta spożywają pokarm, z trawieniem wewnętrznym lub zewnętrznym.

Podział organizmów w pięciu królestwach był powszechnie akceptowany przez systematykę tamtych czasów, ponieważ uważali oni, że klasyfikacja coraz bardziej dostosowuje się do rzeczywistych związków ewolucyjnych istot żywych.

Podział na trzy domeny

W latach 70. profesor Uniwersytetu Illinois, Carl Woese, zaczął szukać dowodów na pewną nieznaną grupę bardzo uderzających organizmów jednokomórkowych. Żyli w środowiskach o ekstremalnych warunkach temperatury, zasolenia i pH, gdzie uważano, że nie można utrzymać życia.

Na pierwszy rzut oka organizmy te zostały zaklasyfikowane jako bakterie i nazwano je bakteriami. Jednak głębszy i bardziej szczegółowy widok archaebakterii jasno pokazał, że różnice w stosunku do bakterii były tak zauważalne, że nie można było ich zaklasyfikować do tej samej grupy. W rzeczywistości podobieństwo to było jedynie powierzchowne.

W ten sposób dowody molekularne pozwoliły tej grupie badaczy ustanowić system klasyfikacji trzech domen: bakterii, archeonów i Eukaryota..

Zaproponuj nowatorskie relacje genealogiczne między organizmami, oznaczone wydarzenie o wielkim znaczeniu we współczesnej biologii. To ważne odkrycie doprowadziło Woese do zdobycia National Medal of Science w 2000 roku.

Trzy domeny życia

Drzewo życia zaproponowane przez Carla Woese ustanawia możliwe genealogiczne relacje między istotami organicznymi, sugerując istnienie trzech domen życia.

Hipotezę tę zaproponowano dzięki analizie rybosomalnego RNA 16S - w skrócie 16S rRNA.

Marker ten jest składnikiem podjednostki 30S rybosomu prokariotycznego. Po pracy Woese była szeroko stosowana do wnioskowania filogenetycznego. Obecnie bardzo przydatne jest ustalenie klasyfikacji i identyfikacji bakterii.

Następnie opiszemy najbardziej niezwykłe cechy każdego z członków, którzy tworzą trzy domeny życia:

Domena Archaea

Archeony są organizmami, które charakteryzują się głównie zamieszkiwaniem środowisk o ekstremalnych warunkach temperatury, kwasowości, pH, między innymi.

W ten sposób znaleziono je w wodach o znacząco wysokim stężeniu soli, środowiskach kwaśnych i wodach termalnych. Ponadto niektóre archeony zamieszkują również regiony o „przeciętnych” warunkach, takich jak gleba lub przewód pokarmowy niektórych zwierząt.

Z komórkowego i strukturalnego punktu widzenia archeony charakteryzują się tym, że: nie mają błony jądrowej, lipidy błon są połączone wiązaniami eterowymi, stanowią ścianę komórkową - ale nie składa się z peptydoglikanu, a struktura genów to podobne do eukariontów na chromosomach kołowych.

Rozmnażanie tych prokariotów jest bezpłciowe i wykazano poziomy transfer genów.

Klasyfikacja archeonów

Są one klasyfikowane jako metanogenne, halofilne i termoakydofilne. Pierwsza grupa wykorzystuje dwutlenek węgla, wodór i azot do produkcji energii, wytwarzając metan jako produkt odpadowy. Pierwsze łuki do sekwencjonowania należą do tej grupy.

Druga grupa, halofile to „miłośnicy soli”. Dla jego rozwoju konieczne jest, aby środowisko miało stężenie soli około 10 razy większe niż ocean. Niektóre gatunki mogą tolerować stężenia do 30 razy wyższe. Te mikroorganizmy znajdują się w martwym morzu i w odparowanych stawach.

Wreszcie termoakydofile są w stanie wytrzymać ekstremalne temperatury: większe niż 60 stopni (niektóre mogą tolerować więcej niż 100 stopni) i niższe niż temperatura zamarzania wody.

Konieczne jest wyjaśnienie, że są to optymalne warunki dla życia tych mikroorganizmów - jeśli wystawimy je na działanie temperatury pokojowej, całkiem możliwe, że umrą.

Domena bakteryjna

Domena bakteryjna obejmuje szeroką grupę mikroorganizmów prokariotycznych. Zwykle kojarzymy je z chorobami. Nic więcej niż rzeczywistość niż to nieporozumienie.

Chociaż prawdą jest, że niektóre bakterie powodują śmiertelne choroby, wiele z nich jest korzystnych lub żyje w naszych ciałach ustanawiając relacje komensalne, tworząc część naszej normalnej flory.

Bakterie nie mają błony jądrowej, same nie mają organelli, ich błona komórkowa składa się z lipidów z wiązaniami typu estrowego, a ściana składa się z peptydoglikanu.

Rozmnażają się bezpłciowo, a zdarzenia horyzontalnego transferu genów zostały potwierdzone.

Klasyfikacja bakterii

Chociaż klasyfikacja bakterii jest naprawdę skomplikowana, zajmiemy się tutaj podstawowymi podziałami domeny, sinic i eubakterii.

Członkami sinic są niebiesko-zielone bakterie fotosyntetyczne wytwarzające tlen. Według zapisów kopalnych, pojawiły się one około 3,2 miliarda lat temu i były odpowiedzialne za drastyczną zmianę środowiska beztlenowego na tlenowe (bogate w tlen) środowisko.

Z drugiej strony, eubakterie są prawdziwymi bakteriami. Są one prezentowane w różnych morfologiach (między innymi ziarniaki, pałeczki, wibratory, helikale) i mają struktury zmodyfikowane pod kątem ich mobilności, takie jak rzęski i wici.

Domena Eukarya

Eukarionty to organizmy, które wyróżniają się przede wszystkim obecnością dobrze zdefiniowanego jądra, ograniczonego przez złożoną błonę biologiczną.

W porównaniu z innymi domenami membrana ma różnorodną strukturę, a lipidy wykazują wiązania typu estrowego. Przedstawiają one prawdziwe organelle, ograniczone przez membrany, struktura genomu jest podobna do archeonów i jest zorganizowana w chromosomy liniowe.

Rozmnażanie grupowe jest niezwykle zróżnicowane, wykazując zarówno seksualne, jak i bezpłciowe modalności, a wielu członków grupy jest w stanie rozmnażać się w obie strony - nie wykluczają się wzajemnie.

Klasyfikacja eukariontów

Obejmuje cztery królestwa o bardzo zróżnicowanych i heterogenicznych formach: protistów, grzybów, pantasów i zwierząt.

Protistami są jednokomórkowe eukarionty, takie jak euglenas i paremecios. Organizmy, które powszechnie znamy jako grzyby, należą do królestwa Grzybów. Istnieją formy jedno i wielokomórkowe. Są kluczowymi elementami w ekosystemach do degradacji martwej materii organicznej.

Rośliny składają się z organizmów fotosyntetycznych ze ścianą komórkową utworzoną głównie z celulozy. Najbardziej rzucającą się w oczy cechą jest obecność pigmentu fotosyntetycznego: chlorofilu.

Obejmuje paprocie, mchy, paprocie, nagozalążkowe i okrytozalążkowe.

Zwierzęta obejmują grupę heterotroficznych organicznych istot wielopłytkowych, z których większość jest zdolna do przemieszczania się i przemieszczania. Są one podzielone na dwie duże grupy: bezkręgowce i bezkręgowce.

Bezkręgowce tworzą porowate, cnidary, nicienie, mięczaki, stawonogi, szkarłupnie i inne małe grupy. Podobnie kręgowcami są ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki.

Zwierzętom udało się skolonizować praktycznie wszystkie środowiska, w tym oceany i środowiska powietrzne, prezentując złożony zestaw adaptacji dla każdego.

Referencje

  1. Forterre P. (2015). Uniwersalne drzewo życia: aktualizacja. Granice w mikrobiologii, 6, 717.
  2. Koonin E. V. (2014). Wizja Carla Woese ewolucji komórkowej i domen życia. Biologia RNA, 11(3), 197-204.
  3. Margulis, L. i Chapman, M. J. (2009). Królestwa i domeny: ilustrowany przewodnik po życiu na Ziemi. Academic Press.
  4. Sapp, J. (2009). Nowe podstawy ewolucji: na drzewie życia. Oxford University Press.
  5. Sapp, J. i Fox, G. E. (2013). Wyjątkowe poszukiwanie uniwersalnego drzewa życia. Przegląd mikrobiologii i biologii molekularnej: MMBR, 77(4), 541-50.
  6. Staley J. T. (2017). Teoria komórki domeny wspiera niezależną ewolucję Eukaryi, Bakterii i Archaea oraz hipotezy o powszechności kompartmentów jądrowych. Otwarta biologia, 7(6), 170041.