Домен это в биологии: Домен (биология) | это… Что такое Домен (биология)?

Домен (биология)

Основные таксономические ранги: Домен, Королевство, филюм, учебный класс, порядок, семья, род, и разновидность.

Иерархия биологическая классификация восемь основных таксономические ранги. Жизнь делится на домены, которые подразделяются на группы. Промежуточные второстепенные рейтинги не показаны.

В биологический таксономия, а домен (/dəˈмeɪп/ или же /doʊˈмeɪп/) (латинский: Regio^[1]), также суперкоролевство, область, или же империя,^[2] самый высокий таксономический ранг из организмы в трехдоменная система таксономии, разработанной Карл Вёзе и другие. в 1990 г.^[1]

Согласно этой системе, Дерево жизни состоит из трех доменов: Археи, Бактерии, и Эукария.^[1] Первые два все прокариотический микроорганизмы, или в основном одноклеточные организмы, клетки которых не имеют ядро. Все живое, имеющее клеточное ядро ​​и мембранную мембрану эукариот органеллы входит в Eukarya.

Неклеточная жизнь не входит в эту систему. Альтернативы трехдоменная система включить ранее система двух империй (с империями Прокариота и Эукариота), а гипотеза эоцитов (с двумя доменами Бактерий и Архей и Эукарией, включенными в Археи).

Содержание

• 1 Терминология
• 2 Характеристики трех доменов
  • 2.1 Археи
  • 2.2 Бактерии
  • 2.3 Эукария
• 3 Исключение вирусов и прионов
• 4 Альтернативные классификации
• 5 Смотрите также
• 6 Рекомендации
• 7 внешняя ссылка

Терминология

Термин «домен» был предложен Карл Вёзе, Отто Кандлер и Марк Уилис (1990) в трехдоменная система. Этот термин представляет собой синоним категории владычества (лат. Доминиум), представлен Мур в 1974 г.^[3]

Характеристики трех доменов

Спекулятивно укорененное дерево для РНК гены, показывая основные ветви Бактерии, Археи и Эукариоты

Трехдоменное дерево и Гипотеза эоцитов (Дерево двух доменов), 2008. ^[4]

Филогенетическое дерево показывает связь между эукариотами и другими формами жизни, 2006 г.^[5] Эукариоты окрашены в красный цвет, археи — в зеленый, а бактерии — в синий.

Основная статья: Трехдоменная система

Каждый из этих трех доменов содержит уникальные рРНК. Это составляет основу трехдоменной системы. Хотя наличие ядерной мембраны отличает эукарию от архей и бактерий, оба из которых лишены ядерной мембраны, биохимический и РНК маркеры отличают архей и бактерий друг от друга.^[1]

Археи

Дальнейшая информация: Археи

Археи — это клетки прокариот, обычно характеризующиеся разветвленными мембранными липидами. углеводород цепи, присоединенные к глицерину эфирными связями. Наличие этих других связей у архей увеличивает их способность противостоять экстремальным температурам и высоким температурам. кислый условиях, но многие археи живут в мягких условиях. Галофилы, организмы, которые процветают в очень соленой среде, и гипертермофилы, организмы, которые процветают в чрезвычайно жарких средах, являются примерами архей. ^[1]

Археи эволюционировали в клетках разных размеров, но все они относительно малы. Их размер составляет от 0,1 мкм до 15 мкм в диаметре и до 200 мкм в длину. Они размером с бактерии или похожи по размеру на митохондрии обнаружен в эукариотических клетках. Члены рода Термоплазма самые маленькие из архей.^[1]

Бактерии

Дальнейшая информация: Бактерии

Несмотря на то, что бактерии, как и археи, являются прокариотическими клетками, их мембраны состоят из фосфолипидных бислоев. Цианобактерии и микоплазмы два примера бактерий. Для них характерно отсутствие эфирных связей, как у архей, и они сгруппированы в другую категорию — и, следовательно, в другую область. В этой области очень много разнообразия. Смущенный таким разнообразием и горизонтальный перенос генов, практически невозможно определить, сколько видов бактерий существует на планете, или организовать их в виде древовидной структуры без перекрестных связей между ветвями.^[1]

Эукария

Дальнейшая информация: Эукариот

Члены домена Eukarya, называемые эукариотами, имеют связанные с мембраной органеллы (включая ядро, содержащее генетический материал) и представлены пятью королевства: Plantae, Протиста, Animalia, Chromista, и Грибы. ^[1]

Исключение вирусов и прионов

Основная статья: Неклеточная жизнь

Дальнейшая информация: Вирус и Прион

Трехдоменная система не включает в себя никаких форм неклеточная жизнь. Стефан Лукета предложил пятидоменную систему в 2012 году, добавив Прионобиота (бесклеточный и без нуклеиновой кислоты) и Вирусобиота (бесклеточный, но с нуклеиновой кислотой) к традиционным трем доменам.^[6]

Альтернативные классификации

Альтернативные классификации жизнь включают:

• В система двух империй или же супердоменная система, с группировками верхнего уровня прокариот (или Monera ) и Eukaryota.^[7][8]
• В гипотеза эоцитов, впервые предложенный Джеймс А. Лейк и другие. в 1984 г., который постулирует две области (Бактерии и Археи, с Эукариоты включены в археи).^[9][10][11]

Смотрите также

• Биологическая темная материя
• Неомура, который является двумя сферами жизни архей и эукариот. Уильямс, Том А .; Фостер, Питер Дж .; Кокс, Саймон Дж .; Эмбли, Т. Мартин (Декабрь 2013). «Архейское происхождение эукариот поддерживает только две основные области жизни». Природа. 504 (7479): 231–236. Bibcode:2013Натура.504..231W. Дои:10.1038 / природа12779. PMID  24336283.

внешняя ссылка

• Изучите биологию: домены классификации на YouTube
• Биологический портал
• Портал эволюционной биологии
• Научный портал

Гигантские вирусы: 4-й домен жизни?

Классификация — это во многом вопрос договоренности. Самый «верхний» уровень систематики жизненных форм на Земле — так называемые домены: по наиболее популярной сегодня системе, это бактерии, архебактерии и эукариоты. Первые два домена включают микроорганизмы, не имеющие ядра, а последний — ядерные формы жизни (такие как простейшие, грибы, растения и животные). Однако ни один из этих доменов не включает бесклеточные формы жизни — вирусы, — ведь насчет них не все ученые согласны даже, стоит ли их вообще причислять к живым. В последнее время некоторые исследователи не только наделяют вирусы правом считаться живыми, но и предлагают одну из вирусных групп выделить в отдельный, четвертый, домен жизни.

Через две недели после того, как из печати вышла статья Джонатана Эйзена (Johnathan Eisen) [1], эволюционного биолога из Университета Калифорнии (США), самому Джонатану пришло письмо: «Добро пожаловать в клуб Четырех доменов». Эйзен, главный автор статьи про новые странные формы жизни в океане, лишь фыркнул. А е-мейл этот был от Дидье Рауля (Didier Raoult) из Средиземноморского университета в Марселе (Франция), который уже несколько лет агитирует научное сообщество за то, чтобы считать огромных вирусов, которые он изучает [2], новой ветвью жизни — четвертым доменом.

Рауль считает, что эта ветвь отделилась от «ствола» древа жизни чрезвычайно рано в эволюционном смысле, — и это утверждение встретилось с суровым заградительным огнем критики сообщества, которое уверено, что анализ генетических последовательностей, на котором основывается Рауль, выполнен некорректно. Показательно, что этот спор подчеркивает всю сложность реконструкции путей, пройденных эволюцией, — ведь за несколько миллиардов лет истории жизни на планете организмы неустанно обменивались генетической информацией и перетасовывали ее, пока, наконец, не запутали все «концы» окончательно.

Существует четвертый домен на самом деле или нет, — но его поиски извлекли на свет интереснейшие вещи. Микроорганизмы, открытые Раулем, сильно смазали четкую до того границу между вирусами (считавшимися неживыми, потому что они не способны жить сами по себе) и клеточными формами жизни, на которых вирусы паразитируют. Этот дерзкий акт подлил масла в огонь старого спора — что же считать жизнью? Рауль уверен, что многие вирусы устроены достаточно сложно, чтобы «заслуживать» права считаться живыми. Работа Эйзена, в свою очередь, основана на «ловле» в водах открытого моря образцов ДНК, принадлежащих неизвестно даже кому. (Этот подход, когда генетический материал собирают прямо из окружающей среды, а не выделяют из каких-то конкретных организмов, получил название метагеномики. ) «Мы называем это „темной материей“ биологической вселенной, — говорит Эйзен о бесчисленных фрагментах ДНК, «плавающих» в окружающей среде [3]. — Эта ДНК кроет в себе фантастическое разнообразие жизненных форм, только малую часть из которых, может статься, мы наблюдаем теперь».

Деление на клетки

До появления мощных технологий секвенирования ДНК [4], [5] биологи делили все живое на два домена (или надцарства), основываясь на хорошо наблюдаемом в микроскоп признаке: наличии клеточного ядра. У эукариот это ядро есть (откуда и пошло их название) — и объединяют они множество организмов, от амёбы до деревьев и человека. У прокариот же ядра внутри клетки нету. Однако в 1977 году Карл Вёзе (Carl Woese), микробиолог из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн (США), перевернул эту казавшуюся логичной классификацию чуть ли не с ног на голову. Сравнивая консервативные последовательности РНК, он обнаружил, что прокариоты состоят из двух чрезвычайно различающихся групп микроорганизмов, — бактерий, которые весьма далеко отстоят от эукариот, и архебактерий, которые на эволюционном древе расположены намного ближе к последним [6]. В то время сей неожиданный результат встретил, конечно, яростный отпор научного сообщества, хотя в середине 1980-х, когда гипотеза нашла стабильное подтверждение в разнообразных молекулярных данных, это воззрение стало общепринятым. Учебники с тех пор переписали, и теперь все придерживаются концепции трех доменов: эукариоты, бактерии и архебактерии (сам термин «домен» был тоже предложен Вёзе, но уже позже: в 1990-м году). (Карл Вёзе известен множеством интересных работ о молекулярной эволюции и методологии молекулярной биологии [7].)

Возвращаясь к гипотетическому четвертому домену, следует указать истоки этой идеи — это открытие гигантского вируса Мимивируса, сделанное Раулем и его коллегами в 2003-м году [8]. (Вообще-то, мимивирус был открыт где-то за 10 лет до этого как паразит амеб в башенном охладителе ТЭЦ в Брэдфорде (Великобритания), но тогда он был ошибочно принят за бактерию из-за своего поистине гигантского для вируса размера (≈750 нм): его даже можно увидеть в оптический микроскоп!) Это открытие взбудоражило микробиологов. «Люди поняли, что они ничего не знают про разнообразие микроорганизмов», — говорит один из коллег Рауля, кто принимал участие в той работе. («Биомолекула» уже писала про гигантские вирусы: «…А на блохе — блошиночка поменьше» [2].)

Геном мимивируса, который расшифровала та же группа ученых [9], поразил своим размером: 1,2 млн. пар нуклеотидных оснований — это втрое больше, чем у любого другого известного вируса, а среди более 1000 генов вируса есть и участвующие в транскрипции генетической информации, чего никогда ранее не наблюдалось у вирусов, которые в этом полностью полагаются на клетку-«хозяина». Ученые тогда сравнили последовательности семи вирусных белков с аналогами из всех трех доменов и отметили, что гигантские вирусы «могут быть новой ветвью жизни», появившейся во времена становления эукариот и начавшей паразитировать на них. По мнению Рауля, учитывая сложность организации этих вирусов, они вполне заслуживают особого места на «древе жизни».

Конечно, не замедлили появиться возражения, даже оформленные в виде «десяти причин, почему вирусы следует исключить из древа жизни» [10]. Одно из главных возражений — это что для вирусов характерно «заимствование» генетической информации из геномов своих хозяев, так что наличие там транслирующих белок генов еще ни о чем не говорит.

Рауль же тем временем открыл других гигантских вирусов, в том числе в парижских градирнях. Анализ геномов этих существ показал их близкое взаиморасположение на древе жизни, из чего было сделано заключение, что некоторая группа генов должна была наследоваться совместно у организмов, которые он предлагает называть гигантскими нуклеоцитоплазматическими ДНК-вирусами (ГНЦДВ или NCLDV) [11].

Рисунок 1а. Установление родства. Филогенетические деревья используются для определения родственных отношений на основе сходства генетических или белковых последовательностей. В теории, чем больше сходство последовательностей, тем ближе родство организмов, однако используемые для вычисления «родства» алгоритмы могут иной раз давать разительно отличающиеся результаты.

Согласно результатам Дидье Рауля, гены РНК-полимеразы II, которые имеются у гигантских ДНК-вирусов (ГНЦДВ), группируются в отдельную «ветвь», намекая на существование четвертого домена жизни.

[3], рисунок адаптирован

Рисунок 1б. Установление родства. Филогенетические деревья используются для определения родственных отношений на основе сходства генетических или белковых последовательностей. В теории, чем больше сходство последовательностей, тем ближе родство организмов, однако используемые для вычисления «родства» алгоритмы могут иной раз давать разительно отличающиеся результаты.

«Исправленное» дерево, учитывающее возможность конвергенции, разрушает построения Рауля. (Конвергенция в этом случае — обретения сходства генетических последовательностей независимо, а не в результате родства).

[3], рисунок адаптирован

Однако установление эволюционного родства на основе генетических последовательностей — задача непростая, особенно если работать приходится с материалом, который, предположительно, независимо эволюционировал в течение миллиардов лет. Дело в том, что со временем гены мутируют и эволюционируют, а иногда и возвращаются к первоначальному варианту, «стирая» историю своих прошлых «мытарств». Неродственные виды могут иметь схожие последовательности какого-нибудь гена, возникшие независимо и параллельно (или, как говорят, конвергентно). И если придется столкнуться с таким явлением, то изначально «плотная» эволюционная группа (какой представляются ГНЦДВ Раулю) просто распадется на части.

В июне 2011 года Эва Хенц (Eva Heinz) из университета Ньюкасла (Великобритания) и ее коллеги опубликовали «переделанные» деревья Рауля, основанные на других предпосылках [12]. Эти предпосылки включали, в первую очередь, возможность конвергенции генов, а значит, не обязательное признание родства при схожести последовательностей. На этих деревьях ветвь гигантских ДНК-вирусов расщепилась на отдельные «прутики», торчащие из остальных ветвей, тем самым (вроде бы) опровергая результаты по их генетическому родству. Хенц объясняет это тем, что набор вирусных генов мог быть по кусочкам «уворован» у различных эукариот, в разное время оказавшихся «хозяевами» гигантских вирусов. И никакого четвертого домена.

Рауль же не убежден такой аргументацией, потому что ему кажется, что и эукариоты на «новых деревьях» недостаточно хорошо кластеризуются, — а значит, речь идет о еще одной ошибке в вычислениях. Специалисты пока сходятся на том, что, даже если предположить существование экзотических механизмов эволюции, данных для их проверки недостаточно, — особенно, если речь идет о гигантских вирусах.

Охота на гигантов

Одна из возможных версий происхождения гигантских вирусов — это предельная деградация одной из групп эукариот, заключивших себя в паразитический панцирь. Рауль продолжает выяснять, как могли появиться его гигантские вирусы, и предпочитает пока не вступать в полемику с «консерваторами», которые стоят за сохранение существующего порядка вещей. Его стратегия — накопить побольше информации об этих существах, чтобы, используя метод «молекулярных часов» [13], установить эпоху появления ГНЦДВ. Тогда-то пробьет час тех, кто против чрезмерно стройных теорий в биологии и предпочитает внести капельку хаоса туда, где уже все, казалось бы, понятно.

Кстати, Карл Вёзе тоже себя относит к этой группе людей. Однако, несмотря на свои иконоборческие идеи 1970-х и последовавшие за этим лавры классика молекулярной эволюции, к гипотезе четвертого домена он относится немного скептически.

* * *

Так что же с Эйзеном, с которого начался этот рассказ? Его статья, опубликованная в марте 2011 года [1], основана на результатах метагеномного поиска в океанических водах, несколько лет назад проведенного Институтом Крейга Вентера во время захватывающего кругосветного путешествия на яхте самого руководителя этого института. (Помимо прочего, Вентер известен и как «крестный отец» искусственной жизни [14].) Конечно, среди гигабаз «выловленной» из моря генетической информации идентифицировали множество уже известных фрагментов ДНК, но изрядная часть поставила исследователей в тупик, потому что ничего похожего до сих пор никто не видел. Именно на широту «улова» настроился Эйзен, проанализировавший все, что вытащил «невод», — с помощью тех же филогенетических деревьев. На деревьях обнаружились и совсем неизвестные ранее ветви, которые можно идентифицировать и как «четвертый домен» Рауля.

Предварительно эти данные исследовал и известный биоинформатик Евгений Кунин (Eugene Koonin) из Национального центра биотехнологической информации в Бетесде (Мэриленд, США). По его словам, в последовательностях метагенома не содержится ничего сверхъестественного: «Некоторые последовательности могут соответствовать новым ветвям архей и бактерий, однако невод тех, кто охотился за четвертым доменом, видимо, пришел лишь с травою морскою» [3].

Эйзен, который еще не видел результатов Кунина, пока не торопится вступать в «клуб Четырех доменов» Рауля. По собственным словам, он опубликовал результаты метагеномного анализа, чтобы сообщество было в курсе огромного генетического разнообразия, с которым можно столкнуться в метагеномике, — вместо того, чтобы списать все на артефакты, как это часто делается. Микробиологи понимают, что лишь робко зачерпывают ложкой из глубокого моря микробного разнообразия, которое существует в природе.

Однако стоит ли, чтобы в очередной раз привлечь внимание общественности к этому факту и к важности изучения микроорганизмов, каждые десять лет открывать новые домены жизни?

По материалам новостей Nature [3].

1. Dongying Wu, Martin Wu, Aaron Halpern, Douglas B. Rusch, Shibu Yooseph, et. al.. (2011). Stalking the Fourth Domain in Metagenomic Data: Searching for, Discovering, and Interpreting Novel, Deep Branches in Marker Gene Phylogenetic Trees. PLoS ONE. 6, e18011;
2. …А на блохе — блошиночка поменьше;
3. Gwyneth Dickey Zakaib. (2011). The challenge of microbial diversity: Out on a limb. Nature. 476, 20-21;
4. 454-секвенирование (высокопроизводительное пиросеквенирование ДНК);
5. Огурцы-убийцы, или Как встретились Джим Уотсон и Гордон Мур;
6. C. R. Woese, G. E. Fox. (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences. 74, 5088-5090;
7. Эволюция между молотом и наковальней, или Как микробиология спасла эволюцию от поглощения молекулярной биологией;
8. B. L. Scola. (2003). A Giant Virus in Amoebae. Science. 299, 2033-2033;
9. D. Raoult. (2004). The 1.2-Megabase Genome Sequence of Mimivirus. Science. 306, 1344-1350;
10. David Moreira, Purificación López-García. (2009). Ten reasons to exclude viruses from the tree of life. Nat Rev Micro. 7, 306-311;
11. Mickaël Boyer, Mohammed-Amine Madoui, Gregory Gimenez, Bernard La Scola, Didier Raoult. (2010). Phylogenetic and Phyletic Studies of Informational Genes in Genomes Highlight Existence of a 4th Domain of Life Including Giant Viruses. PLoS ONE. 5, e15530;
12. Tom A. Williams, T. Martin Embley, Eva Heinz. (2011). Informational Gene Phylogenies Do Not Support a Fourth Domain of Life for Nucleocytoplasmic Large DNA Viruses. PLoS ONE. 6, e21080;
13. Сверим часы;
14. Жизнь в эпоху синтетической жизни.

Домен (Биология) | Биологический словарь

Определение домена

В биологии домен относится к самой большой из всех групп в классификации жизни. В настоящее время на этом уровне существует 3 согласованные группы: домен Archaea , домен Bacteria и домен Eukarya . Каждый домен содержит коллекцию организмов со схожими свойствами и историей эволюции, как их организовали ученые. Следует отметить, что, хотя трехдоменная система широко принята и преподается, ряд ученых оспаривали ее. Предполагаемые отношения между тремя областями обсуждаются ниже.

Домен в Древе Жизни

В наиболее распространенной теме организации жизни домен является первым подразделением, как показано на изображении ниже.

Затем домен делится на королевств . В домене Eukarya, например, есть четыре царства: Animalia , Plantae , Fungi и Protista . Затем каждое из этих царств разбивается на более мелкие группы, вплоть до отдельных видов.

Три домена

Археи

Археи — домен бактериоподобных организмов, но они имеют особую биохимию, которая отличает их от бактерий. Хотя у них все еще есть ДНК, подобная бактериям, и нет органелл, у них также есть несколько отличий, которые помещают их в совершенно другой домен. Их клеточные стенки и РНК, которые они продуцируют, значительно отличаются от тех, что обнаружены в домене Bacteria.

Организмы, встречающиеся в домене Archaea, часто бывают экстремофилы . Эти организмы процветают в среде, которую другие организмы считают враждебной. Это может быть очень соленая среда, среда с высокой или низкой температурой или даже среда с химическими веществами, токсичными для других организмов. В то время как организмы из домена Archaea часто считались отдаленно связанными с бактериями из-за их странных тенденций, другие ученые выдвинули гипотезу, что они более тесно связаны с организмами из домена Eukarya.

Бактерии

Организмы домена Bacteria также являются прокариотами , не имеющими выделенных органелл или мембраносвязанного ядра. Домен Bacteria также, возможно, является самым большим доменом, содержащим, возможно, миллионы неизвестных и незарегистрированных образцов. Эти маленькие одноклеточные организмы живут почти везде и имеют размер большинства эукариотических органелл. Они содержат свою ДНК в маленьком кольце и выполняют все функции жизни в пределах своего единого цитоплазматического пространства. Как видно в , сканирующая электронная микрофотография ниже, эти бактерии могут быть довольно маленькими. Каждая бактерия на изображении ниже имеет длину примерно 1 микрометр.

Несмотря на то, что существуют миллионы, если не миллиарды видов бактерий, есть несколько важных для человека. Например, многие организмы, живущие в вашем кишечнике и помогающие вам переваривать пищу, происходят из этого домена. Нам нужно много бактерий для витаминов и питательных веществ, которые они производят. Однако существует несколько видов, таких как бактерии, вызывающие холера или менингит , которые очень вредны для здоровья человека. Даже чума , убившая огромное количество людей на протяжении всей истории, была вызвана организмами из этой области.

Eukarya

Домен Eukarya представляет собой все остальное. Организмы в этом домене представляют собой эукариотических , что означает, что они имеют связанных с мембраной ядер и органелл . Разделяя различные жизненные задачи в этих мембранных камерах, эукариоты могут повышать свою эффективность и проводить различные химические реакции. Например, митохондрии представляют собой органеллы, передающие энергию, которые позволяют организмам в этом домене осуществлять аэробное дыхание . Это позволяет им намного эффективнее перерабатывать глюкозы , необходимого для жизни сахара. Таким образом, организмы в домене Eukarya расширились до большого количества форм.

Эукариоты включают все, что имеет органеллы и ядро. Это означает, что микроскопическая амеба и самое большое животное на планете синий кит находятся в этой области. Растения и грибы также разделяют эту область. Это может дать шкалу того, насколько изменчивым может быть домен. Хотя это легко продемонстрировать в пределах этой области, поскольку различия в основном физиологические, каждая область имеет внутри себя такую ​​большую изменчивость. Другие домены, Bacteria и Archaea, содержат в основном биохимическую изменчивость, поскольку их физиологическая изменчивость ограничена одноклеточностью.

Отношения между тремя доменными группами

Ученые постоянно обсуждают и реорганизуют древо жизни на основе новых данных. В последние десятилетия появилось несколько различных теорий о точных отношениях между каждым доменом. Две широко признанные теории можно увидеть на изображении ниже.

В 1990-х годах Карл Вёзе и его коллеги описали трехдоменную систему, которая видна на верхнем изображении. Основываясь на генетической и физиологической информации, исследователи пришли к выводу, что, вероятно, существовало три основные группы жизни, при этом археи были более тесно связаны с эукариями, чем с бактериями. Это можно сравнить с Гипотеза эоцитов , которая утверждает, что эукарии на самом деле возникли как подразделение архей, стирая границы между группами. Эта гипотеза также подкреплена генетическими данными, поэтому неясно, какая гипотеза верна.

Не включен в трехдоменную систему

Ни один из вышеперечисленных подходов не включает вирусы или прионы в схему классификации на всю жизнь. Многие ученые не считают эти вещи живыми, поскольку вирусы захватывают клеточный механизм, чтобы размножаться, а прионы — это неправильно свернутые белки, которые каким-то образом заставляют другие белки сворачиваться неправильно. Обе эти генетически основанные молекулы имеют средства для размножения, поэтому многие ученые считают их «живыми» для целей классификации. Было предложено несколько альтернативных теорий, включающих эти группы в систему доменов, часто создавая новые домены для каждой группы.

Викторина

Ссылки

• Бруска, Р. К., и Бруска, Г. Дж. (2003). Беспозвоночные. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc.
• Кейн, М.Л., Боуман, В.Д., и Хакер, С.Д. (2008). Экология. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc.
• Фелдхамер, Г. А., Дрикамер, Л. К., Весси, С. Х., Мерритт, Дж. Ф., и Краевски, К. (2007). Маммология: адаптация, разнообразие, экология (3-е изд.). Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса.

1.3: Классификация — Трехдоменная система

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Идентификатор страницы

  2699

• Гэри Кайзер
• Community College of Baltimore Country (Cantonsville)

Цели обучения

1. Дать определение филогении.
2. Назовите 3 домена системы классификации 3 доменов и узнайте описание каждого.
3. Назовите четыре королевства домена Эукария и узнайте описание каждого.
4. Дайте определение горизонтальному переносу генов.

Земле 4,6 миллиарда лет, и считается, что микробная жизнь впервые появилась между 3,8 и 3,9 миллиардами лет назад; на самом деле, 80% истории Земли было исключительно микробной жизнью. Микробная жизнь по-прежнему является доминирующей формой жизни на Земле. Было подсчитано, что общее количество микробных клеток на Земле порядка 2,5 х 10

30 клеток, что составляет основную долю биомассы на планете.

Филогенез относится к эволюционным отношениям между организмами. Трехдоменная система, предложенная Вёзе и другими, представляет собой эволюционную модель филогенеза, основанную на различиях в последовательностях нуклеотидов в рибосомных РНК (рРНК) клетки, а также в структуре липидов клеточной мембраны и ее чувствительности к антибиотикам. Сравнение структуры рРНК особенно полезно. Поскольку молекулы рРНК в природе выполняют одну и ту же функцию, их структура очень мало меняется со временем. Поэтому сходства и различия в нуклеотидных последовательностях рРНК являются хорошим показателем того, насколько родственными или неродственными являются различные клетки и организмы.

Существуют различные гипотезы происхождения прокариотических и эукариотических клеток. Поскольку все клетки схожи по своей природе, обычно считается, что все клетки произошли от клетки общего предка, называемой последним универсальным общим предком (LUCA) . Эти LUCA в конечном итоге превратились в три разных типа клеток, каждый из которых представляет домен. Тремя доменами являются Archaea , Bacteria и Eukarya .

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Филогенетическое дерево, основанное на данных рРНК, показывающее разделение доменов бактерий, архей и эукариот.

В последнее время в литературе стали доминировать различные гипотезы термоядерного синтеза. Один предполагает, что диплоидная или 2N природа эукариотического генома возникла после слияния двух гаплоидных или 1N прокариотических клеток. Другие предполагают, что домены

Archaea и Eukarya произошли от общего архейно-эукариотического предка, который сам произошел от члена домена Bacteria . Некоторые доказательства этой гипотезы основаны на «суперфилуме» бактерий, называемых ПВХ, члены которого имеют некоторые общие характеристики как с археями, так и с эукариотами. Появляется все больше свидетельств того, что эукариоты могли возникнуть в подмножестве архей. В любом случае сегодня принято считать, что в природе существует три различных домена организмов: Бактерии, Археи и Эукарии . Далее следует описание трех доменов.

домена?

Существует «супертип» бактерий, называемый PVC, относящийся к трем членам этого суперфилума: Planctomycetes, Verrucomicrobia и Chlamydiae. Члены PVC, хотя и принадлежат к домену Bacteria , демонстрируют некоторые черты доменов Archaea и Eukarya .

Некоторые из этих бактерий демонстрируют компартментализацию клеток, при которой мембраны окружают части внутренней части клетки, такие как группы рибосом или ДНК, подобно эукариотическим клеткам. Некоторые делятся почкованием или содержат стеролы в своих мембранах, опять же подобно эукариотам. У некоторых отсутствует пептидогликан, как у эукариот и архей. Было высказано предположение, что эти бактерии могут быть промежуточным этапом между предком, возникшим из бактерии (домен Bacteria ) и архаико-эукариотического предка до его разделения на домены Archaea и Eukarya .

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Электронная микрофотография бактерии Gemmata obscuriglobus, планктомицета, известного своей очень сложной морфологией мембраны, иллюстрирующая репрезентативную морфологию. Масштабная линейка = 500 нм. Сантарелла-Меллвиг Р., Франке Дж., Джедике А., Горьянач М., Бауэр У., Бадд А. и др. (2010) Компартментальные бактерии суперфилума Planctomycetes-Verrucomicrobia-Chlamydiae имеют мембраноподобные белки. PLoS Biol 8(1): e1000281. doi: 10.1371/journal.pbio.1000281

Археи (архебактерии)

Археи обладают следующими характеристиками:

1. Археи являются прокариотическими клетками.
2. В отличие от Bacteria и Eukarya , мембраны Archaea состоят из разветвленных углеводородных цепей (многие из них также содержат кольца внутри углеводородных цепей), прикрепленных к глицерину эфирными связями (рис. \(\PageIndex{3}\) ).
3. Клеточные стенки Археи не содержат пептидогликана.
4. Archaea не чувствительны к некоторым антибиотикам, влияющим на Bacteria , но чувствительны к некоторым антибиотикам, влияющим на Eukarya .
5. Archaea содержат рРНК, которая уникальна для Archaea , на что указывает наличие молекулярных областей, отчетливо отличающихся от рРНК Bacteria и Eukarya .
Рисунок \(\PageIndex{3}\): Мембранные липиды архей, бактерий и эукариот. Мембраны бактерий и эукариот состоят из неразветвленных цепей жирных кислот, присоединенных к глицерину сложноэфирными связями. Мембраны архей состоят из разветвленных углеводородных цепей, присоединенных к глицерину эфирными связями.

Археи часто живут в экстремальных условиях и включают метаногены, экстремальные галофилы и гипертермофилы. Одна из причин этого заключается в том, что содержащие эфир связи в мембранах Archaea более стабильны, чем содержащие эфиры связи в мембранах Bacteria и Eukarya , и лучше способны выдерживать более высокие температуры и более сильные концентрации кислоты.

Бактерии (эубактерии)

Бактерии (также известные как эубактерии или «настоящие бактерии») представляют собой прокариотические клетки, которые широко распространены в повседневной жизни человека и встречаются гораздо чаще, чем архебактерии. Эубактерии можно найти почти везде, и они ежегодно убивают тысячи и тысячи людей, а также служат производителями антибиотиков и переваривают пищу в наших желудках. Бактерии обладают следующими характеристиками:

1. Бактерии являются прокариотическими клетками.
2. Как и Eukarya , они имеют мембраны, состоящие из неразветвленных цепей жирных кислот, присоединенных к глицерину сложноэфирными связями (рис. \(\PageIndex{3}\)).
3. Клеточные стенки бактерий , в отличие от архей и эукариот, содержат пептидогликан.
4. Бактерии чувствительны к традиционным антибактериальным антибиотикам, но устойчивы к большинству антибиотиков, поражающих Эукария .
5. Бактерии содержат рРНК, которая уникальна для Бактерий , на что указывает наличие молекулярных областей, отчетливо отличающихся от рРНК Archaea и Eukarya .

Бактерии включают микоплазмы, цианобактерии, грамположительные бактерии и грамотрицательные бактерии.

The

Eukarya (эукариоты)

The Eukarya (также пишется как Eucarya ) обладают следующими характеристиками:

1. Eukarya имеют эукариотические клетки.
2. Как и бактерий , они имеют мембраны, состоящие из неразветвленных цепей жирных кислот, присоединенных к глицерину сложноэфирными связями (рис. \(\PageIndex{3}\)).
3. Не все Eukarya обладают клетками с клеточной стенкой, но для тех Eukarya , имеющих клеточную стенку, эта стенка не содержит пептидогликана.
4. Eukarya устойчивы к традиционным антибактериальным антибиотикам, но чувствительны к большинству антибиотиков, поражающих эукариотические клетки.
5. Eukarya содержат рРНК, которая уникальна для Eukarya , на что указывает наличие молекулярных областей, отчетливо отличающихся от рРНК Archaea и Bacteria .

Эукариоты подразделяются на следующие четыре царства :

1. Царство протистов: Протисты — это простые, преимущественно одноклеточные эукариотические организмы. Примеры включают слизевиков, эвгленоидов, водорослей и простейших.
2. Королевство грибов: Грибы представляют собой одноклеточные или многоклеточные организмы с эукариотическими типами клеток. Клетки имеют клеточные стенки, но не организованы в ткани. Они не осуществляют фотосинтез и получают питательные вещества путем поглощения. Примеры включают сумчатые грибы, клубные грибы, дрожжи и плесневые грибы.
3. Царство Plantae: Растения — это многоклеточные организмы, состоящие из эукариотических клеток. Клетки организованы в ткани и имеют клеточные стенки. Они получают питательные вещества путем фотосинтеза и поглощения. Примеры включают мхи, папоротники, хвойные и цветковые растения.
4. Королевство животных: Животные — это многоклеточные организмы, состоящие из эукариотических клеток. Клетки организованы в ткани и лишены клеточных стенок. Они не осуществляют фотосинтез и получают питательные вещества в основном с пищей. Примеры включают губки, черви, насекомые и позвоночные.

Раньше считалось, что изменения, которые позволяют микроорганизмам приспосабливаться к новым условиям или изменять их вирулентные способности, представляют собой относительно медленный процесс, происходящий в организме, главным образом за счет мутаций, хромосомных перестроек, генных делеций и генных дупликаций. Затем эти изменения будут переданы потомству этого микроба, и произойдет естественный отбор. Этот перенос генов от родительского организма к его потомству называется вертикальной передачей генов.

В настоящее время известно, что микробные гены передаются не только по вертикали от родительского организма к его потомству, но и по горизонтали к родственникам, имеющим лишь отдаленное родство, например, к другим видам и другим родам. Этот последний процесс известен как горизонтальный перенос генов. Благодаря таким механизмам, как трансформация, трансдукция и конъюгация, генетические элементы, такие как плазмиды, транспозоны, интегроны и даже хромосомная ДНК, могут легко передаваться от одного микроорганизма к другому. В результате старое трехветвистое «древо жизни» в отношении микроорганизмов (рис. \(\PageIndex{1}\)) теперь больше похоже на «сеть жизни».

Известно, что микробы живут в удивительно разнообразных средах, многие из которых чрезвычайно суровые. Эта удивительная и быстрая приспособляемость является результатом их способности быстро модифицировать свой репертуар белковых функций, изменяя, приобретая или теряя свои гены. Эта экспансия генов преимущественно происходит путем горизонтального переноса.

Резюме

1. Филогения относится к эволюционным отношениям между организмами.
90–100 Организмы можно отнести к одному из трех доменов на основании различий в последовательностях нуклеотидов в рибосомных РНК (рРНК) клетки, структуре липидов клеточной мембраны и ее чувствительности к антибиотикам.
2. Три домена — это археи, бактерии и эукариоты.
3. Прокариотические организмы принадлежат либо к домену Archaea, либо к домену Bacteria; организмы с эукариотическими клетками относятся к домену Eukarya.
4. Микроорганизмы передают гены другим микроорганизмам посредством горизонтального переноса генов — переноса ДНК в организм, не являющийся его потомком.

---

Эта страница под названием 1.3: Classification — The Three Domain System распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Гэри Кайзером с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

No related posts.