Główna zawartość
Biologia
Kurs: Biologia > Rozdział 23
Lekcja 2: Metabolizm i ekologia prokaryotówKlasyfikacja i różnorodność prokariontów
Różne grupy prokariotów. Ewolucyjne pokrewieństwo bakterii i archeowców. Ekstremofile. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".
Kluczowe punkty:
- Dwie domeny prokariota, Bacteria i Archaea, oddzieliły się od siebie na wczesnym etapie ewolucji życia.
- Bakterie są bardzo zróżnicowane, od chorobotwórczych patogenów po korzystne organizmy fotosyntetyzujące i symbionty.
- Archeony również są zróżnicowane, ale żadne z nich nie jest patogenne, a wiele żyje w ekstremalnych środowiskach.
- Metoda sekwencjonowania DNA zwana metagenomiką pozwala naukowcom zidentyfikować nowe gatunki bakterii i archeonów, w tym te, które nie dają się wyhodować.
Wprowadzenie
Prokariota, obejmujące zarówno bakterie, jak i archeony, można znaleźć prawie wszędzie - w każdym ekosystemie, na każdej powierzchni w naszych domach oraz wewnątrz naszych ciał! Niektóre żyją w środowiskach zbyt ekstremalnych dla innych organizmów, takich jak gorące kominy hydrotermalne na dnie oceanu.
Choć znajdują się wokół nas, prokariota mogą być trudne do wykrycia, policzenia i sklasyfikowania. Prokariotyczne gatunki, o których wiemy dzisiaj, to niewielka frakcja wszystkich gatunków prokariotycznych, jakie istnieją. start superscript, 1, end superscript W rzeczywistości sam pomysł "gatunku" staje się skomplikowany w świecie prokariota!
W tym artykule przyjrzymy się najpierw najważniejszym grupom prokariota. Następnie zbadamy, dlaczego często trudno jest je zidentyfikować i sklasyfikować. Wreszcie zobaczymy, w jaki sposób metody sekwencjonowania DNA pomagają nam lepiej poznać prokariota wokół nas.
"Drzewo genealogiczne" prokariota
Przez długi czas wszystkie prokariota były zaklasyfikowane do jednej domeny (największe ugrupowanie taksonomiczne).
Jednak badania mikrobiologa Carla Woese'a prowadzone w latach siedemdziesiątych dwudziestego wieku wykazały, że prokariota mają dwa odrębne rodowody lub filiacje: Archaea i Bacteria. Obecnie grupy te są uważane za dwie z trzech domen życia. Trzecia domena (Eukarya) obejmuje wszystkie eukariota, takie jak rośliny, zwierzęta i grzyby.squared
Oddzielając się od siebie milionów lat temu, zarówno Bacteria jak i Archaea podzieliły się na wiele grup i gatunków.
Bacteria
Domena Bacteria zawiera 5 głównych grup: proteobakterie, chlamydie, krętki, cyjanobakterie i bakterie gram-dodatnie.
Proteobakterie dzielą się z kolei na pięć grup, od alfa do epsilon. Gatunki w tych grupach mają szeroki wachlarz stylów życia. Niektóre żyją w symbiozie z roślinami, inne żyją w gorących kominach hydrotermalnych głęboko pod wodą, a inne jeszcze powodują ludzkie choroby, takie jak wrzody żołądka (Helicobacter pylori) i zatrucia pokarmowe (Salmonella).
Pozostałe cztery główne grupy bakterii są podobnie zróżnicowane. Chlamydie są patogenami, które żyją wewnątrz komórek gospodarza, a cyjanobakterie są organizmami fotosyntetyzującymi, które wytwarzają sporą część tlenu ziemskiego. Krętki obejmują zarówno nieszkodliwe bakterie, jak i szkodliwe, takie jak Borrelia burgdorferi, która powoduje chorobę z Lyme. To samo dotyczy bakterii gram-dodatnich, wśród których znaleźć możemy probiotyczne bakterie jogurtowe ale także bakterie Bacillus anthracis które powodują wąglik.start superscript, 4, end superscript
Archaea
Domena Archaea zawiera 4 główne grupy. Co ciekawe, do tej pory nie odkryto archeonów, które byłyby ludzkimi patogenami.
Archaea żyją w naszych organizmach oraz organizmach zwierząt—na przykład w jelitach—ale wszystkie one wydają się być nieszkodliwe lub korzystne. Choć istnieją hipotezy, nikt jeszcze nie odkrył, dlaczego wszystkie archeony są "przyjazne", tzn. dlaczego nie wyewoluowały wśród nich gatunki chorobotwórcze.start superscript, 5, end superscript
Obok archeonów, które korzystają z przyjaznego środowiska ludzkiego jelita, istnieje wiele gatunków ekstremofili, które żyją w znacznie bardziej nieprzyjaznych miejscach. Należą do nich wulkaniczne gorące źródła, kominy hydrotermalne oraz bardzo zasolone miejsca, takie jak Morze Martwe.
Wiele "tajemniczych prokariota"
Przez wiele lat głównym podejściem do badania prokariota było ich hodowanie w laboratorium. Jeśli organizm może wzrastać na płytce agarowej lub w ciekłej kulturze, można go badać, analizować a następnie dodawać jako kolejny do powiększającego się katalogu prokariotycznych gatunków i szczepów.
Jednak niektóre prokarioty nie rosną w warunkach laboratoryjnych (przynajmniej nie w tych wypróbowanych przez naukowców). Prawdę mówiąc, szacuje się, że 99, percent bakterii i archeonów nie daje się wyhodować!
To powoduje bardzo dużą lukę w naszym zrozumieniu tego, czym są prokariota. Dla kontekstu, jest 8, comma, 7 start text, m, i, l, l, i, o, n, end text poznanych gatunków eukariotycznychstart superscript, 6, end superscript. Jeśli problem związany z hodowlą dotyczyłby w takim samym stopniu eukariota co prokariota, znalibyśmy jedynie 87000 spośród wszystkich gatunków eukariotycznych. Przyczyniłoby się to do powstawania wielu luk w naszym "drzewie życia" i bardzo niekompletnego rozumienia tego, czym są eukariota (jako grupa). Na przykład, wiedzielibyśmy, że istniały zwierzęta, ale nie mielibyśmy wiedzy na temat istnienia roślin lub grzybów!
Co to jest gatunek prokariotyczny?
Aby móc rozmawiać o odkrywaniu gatunków prokariotycznych powinniśmy zdefiniować, czym jest gatunek prokariotyczny. Może to wydawać się podstawowym pytaniem, ale jest to kwestia skomplikowana, a nawet kontrowersyjna, jeśli znasz się trochę na mikrobiologii.
W przypadku eukariota większość naukowców definiuje gatunek jako grupę organizmów, które mogą się rozmnażać i mają płodne potomstwo. Ta definicja ma sens dla gatunków, które rozmnażają się seksualnie, ale nie koniecznie dla organizmów takich jak bakterie. Bakterie odtwarzają się w sposób bezpłciowy, tworząc klony samych siebie - nie rozmnażają się.
Naukowcy zamiast tego klasyfikują bakterie i archeony do grup taksonomicznych, opartych na podobieństwach w wyglądzie, fizjologii i genach.start superscript, 7, end superscript Wielu organizmom nadaje się nazwy wykorzystując tradycyjną taksonomię Linneuszowską, uwzględniając rodzaj i gatunek. Nadal kwestia tego, jak i czy prokariota powinny być zgrupowane w gatunki, pozostaje tematem debaty wśród naukowców. Właściwa "koncepcja gatunku" dla tych organizmów jest nadal w toku.start superscript, 8, end superscript
Metagenomika: Nowe spojrzenie na mikroby
Naukowcy szacują, że mogą istnieć miliony gatunków prokariotycznych (lub podobnych do gatunków grup organizmów), ale niewiele wiemy o większości z nich.start superscript, 1, end superscript Zaczyna się to zmieniać dzięki wielkoskalowemu sekwencjonowaniu DNA.
Sekwencjonowanie DNA umożliwia naukowcom studiowanie całych społeczności prokariotów w ich naturalnym środowisku - w tym lwią część prokariotów niedających się hodować, które dawniej byłyby "niewidzialne" dla badaczy.
Wspólny genom takiej społeczności organizmów nazywany jest metagenomem, a analiza sekwencji metagenomowych jest znana jako metagenomika. Metagenomika prokariotyczna jest jedną z dziedzin biologii, którą uważam za najciekawszą i najbardziej tajemniczą.
Na przykład próbkę DNA można pobrać z mat mikrobiologicznych z gorących źródeł, takich jak piękne, wielobarwne maty znalezione w Parku Narodowym Yellowstone. Nawet niewielka próbka z tej bogatej wspólnoty organizmów zawiera wiele, wiele osobników różnych gatunków.start superscript, 9, end superscript
Poprzez sekwencjonowanie i analizowanie próbek DNA metagenomu, naukowcy mogą czasami zgrupować całe genomy nieznanych wcześniej gatunków. W innych przypadkach wykorzystują informacje sekwencyjne z konkretnych genów, aby dowiedzieć się, jakie typy prokariota są obecne (i jak są powiązane ze sobą lub z poznanymi wcześniej gatunkami). Geny znalezione w próbkach DNA mogą dostarczyć także wskazówek dotyczących strategii metabolicznych of the organisms in the community.start superscript, 10, end superscript
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji