Трехдоменная система
Трехдоменная система — это система таксономической классификации , которая группирует всю клеточную жизнь в три домена , а именно: археи , бактерии и эукарии , введенную Карлом Везе , Отто Кандлером и Марком Уиллисом в 1990 году. [1] Ключевым отличием от более ранних классификаций, таких как система двух империй и классификация пяти царств, является отделение архей (ранее называвшихся «архебактериями») от бактерий как совершенно разных организмов. Этому бросила вызов двухдоменная система , которая делит организмы только на бактерии и археи, поскольку эукариоты считаются кладой архей. [2] [3] [4]
Фон
[ редактировать ]На основании различий в 16S рРНК генах Везе утверждал , что бактерии, археи и эукариоты возникли отдельно от предка с плохо развитым генетическим аппаратом, часто называемого прогенотом . Чтобы отразить эти основные линии происхождения, он рассматривал каждую как область, разделенную на несколько разных королевств . Первоначально он разделил прокариоты на эубактерии (ныне бактерии ) и архебактерии (ныне археи ). [5] Первоначально Везе использовал термин «королевство» для обозначения трех основных филогенетических групп, и эта номенклатура широко использовалась до тех пор, пока в 1990 году не был принят термин «домен». [1]
Признание обоснованности филогенетически обоснованной классификации Везе было медленным процессом. Видные биологи, в том числе Сальвадор Лурия и Эрнст Майр, возражали против его разделения прокариот. [6] [7] Не вся критика в его адрес ограничивалась научным уровнем. Десятилетие трудоемкой каталогизации олигонуклеотидов Везе был назван «запятнанным революционером микробиологии» . принесло ему репутацию «чудака», а в новостной статье, напечатанной в журнале Science в 1997 году, [8] Растущее количество подтверждающих данных привело к тому, что научное сообщество признало архей к середине 1980-х годов. [9] Сегодня очень немногие ученые все еще принимают концепцию единого Прокарья. [10]
Классификация
[ редактировать ]
Система трех доменов добавляет уровень классификации (доменов) «над» королевствами, присутствующими в ранее использовавшихся системах пяти или шести королевств . Эта система классификации признает фундаментальное различие между двумя группами прокариот, поскольку археи кажутся более тесно связанными с эукариотами, чем с другими прокариотами – бактериоподобными организмами без клеточного ядра . Трехдоменная система сортирует ранее известные царства на эти три домена: Археи , Бактерии и Эукарии . [2]
Домен Археи
[ редактировать ]Археи , не являются прокариотами имеющими ядерной мембраны, но с биохимией и РНК-маркерами, отличными от бактерий. Архейцы обладают уникальной древней эволюционной историей, благодаря которой они считаются одними из старейших видов организмов на Земле, особенно из-за их разнообразного и экзотического метаболизма.
Некоторые примеры архейных организмов:
- метаногены - которые производят газ метан
- галофилы – которые живут в очень соленой воде
- термоацидофилы , которые процветают в кислой воде при высокой температуре.
Доменные бактерии
[ редактировать ]Бактерии ; являются прокариотами также их домен состоит из клеток с бактериальной рРНК, без ядерной мембраны, мембраны которых содержат в основном липиды диэфира диацилглицерина . Традиционно классифицируемые как бактерии, многие из них процветают в тех же средах, которые предпочитают люди, и были первыми прокариотами обнаруженными ; их кратко называли эубактериями или «настоящими» бактериями, когда археи были впервые признаны отдельной кладой .
Большинство известных патогенных прокариотических организмов относятся к бактериям (см. [11] для исключений). По этой причине, а также потому, что археи обычно трудно выращивать в лабораториях, бактерии в настоящее время изучаются более широко, чем археи.
Некоторые примеры бактерий включают в себя:
- « Цианобактерии » – фотосинтезирующие бактерии, родственные хлоропластам эукариотических растений и водорослей.
- Spirochaetota - грамотрицательные бактерии, в том числе вызывающие сифилис и болезнь Лайма.
- Actinomycetota - грамположительные бактерии, включая Bifidobacterium Animalis , присутствующие в толстом кишечнике человека.
Домен Эукария
[ редактировать ]Эукариоты – это организмы, клетки которых содержат мембраносвязанное ядро. К ним относятся многие крупные одноклеточные организмы и все известные немикроскопические организмы . Домен содержит, например:
- Holomycota – грибы и союзники
- Viridiplantae - зеленые растения.
- Голозоа – животные и союзники
- Stramenopiles - включает бурые водоросли.
- Амебозоа – одиночные и социальные амебы.
- Дискоба - включает эвгленоиды.
Ниши
[ редактировать ]Каждый из трех типов клеток имеет тенденцию соответствовать повторяющимся специальностям или ролям. Бактерии, как правило, являются наиболее плодовитыми размножителями, по крайней мере, в умеренных условиях. Археи имеют тенденцию быстро адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды, таким как высокие температуры, высокие кислоты, высокое содержание серы и т. д. Это включает в себя адаптацию к использованию самых разных источников пищи. Эукариоты наиболее гибки в отношении формирования кооперативных колоний, например, у многоклеточных организмов, включая человека. Фактически, структура эукариот, вероятно, возникла в результате соединения разных типов клеток с образованием органелл .
Parakaryon myojinensis ( incertae sedis ) — одноклеточный организм, известный как уникальный пример. «Этот организм, по-видимому, представляет собой форму жизни, отличную от прокариотов и эукариотов », [12] с особенностями обоих.
Альтернативы
[ редактировать ]
Части теории трех доменов были оспорены такими учеными, как Эрнст Майр , Томас Кавальер-Смит и Рэдхи С. Гупта . [13] [14] [15]
Недавние исследования показали, что эукариоты, возможно, фактически ответвились от домена архей. По данным Спанга и др. Lokiarchaeota образует монофилетическую группу с эукариотами согласно филогеномному анализу. Связанные геномы также кодируют расширенный репертуар сигнатурных белков эукариот, которые указывают на сложные возможности ремоделирования мембран. [16] В этой работе предлагается двухдоменная система в отличие от трехдоменной системы. [3] [4] [2] До сих пор ведутся споры о том, как и когда появились археи, бактерии и эукарии и как они связаны между собой. [17] [2] [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Вёзе Ч.Р., Кандлер О., Уилис М.Л. (июнь 1990 г.). «На пути к естественной системе организмов: предложение по доменам архей, бактерий и эукариев» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 87 (12): 4576–9. Бибкод : 1990PNAS...87.4576W . дои : 10.1073/pnas.87.12.4576 . ПМК 54159 . ПМИД 2112744 .
- ^ Jump up to: а б с д Габальдон, Тони (8 октября 2021 г.). «Происхождение и ранняя эволюция эукариотической клетки» . Ежегодный обзор микробиологии . 75 (1): 631–647. doi : 10.1146/annurev-micro-090817-062213 . ISSN 0066-4227 . ПМИД 34343017 . S2CID 236916203 . Проверено 11 августа 2022 г.
Корневая версия этого трехдоменного дерева помещает архей и эукариев в сестринские клады, что позволяет предположить, что эукариоты были очень отдаленно связаны с архей и не более связаны с какой-либо конкретной группой. Совсем недавно филогенетический анализ с использованием более сложных моделей и расширенных наборов генных данных предоставил все большую поддержку альтернативной топологии дерева, в которой эукариотическая клада разветвляется внутри архей, а не рядом с ней.
- ^ Jump up to: а б Нобс, Стефани-Джейн; Маклауд, Фрейзер И.; Вонг, Хон Лун; Бернс, Брендан П. (2022). «Эукария-химера: эукариоты, вторичное нововведение двух областей жизни?» . Тенденции в микробиологии . 30 (5): 421–431. дои : 10.1016/j.tim.2021.11.003 . ПМИД 34863611 . S2CID 244823103 .
- ^ Jump up to: а б Дулитл, У. Форд (2020). «Эволюция: две области жизни или три?» . Современная биология . 30 (4): Р177–Р179. дои : 10.1016/j.cub.2020.01.010 . ПМИД 32097647 .
- ^ Woese CR, Fox GE (ноябрь 1977 г.). «Филогенетическая структура прокариотического домена: первичные царства» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (11): 5088–90. Бибкод : 1977PNAS...74.5088W . дои : 10.1073/pnas.74.11.5088 . ПМК 432104 . ПМИД 270744 .
- ^ Майр, Эрнст (1998). «Две империи или три?» . Труды Национальной академии наук . 95 (17): 9720–9723. Бибкод : 1998PNAS...95.9720M . дои : 10.1073/pnas.95.17.9720 . ПМК 33883 . ПМИД 9707542 .
- ^ Сапп, Ян А. (декабрь 2007 г.). «Структура микробной эволюционной теории». Исследования по истории и философии науки. Часть C: Исследования по истории и философии биологических и биомедицинских наук . 38 (4): 780–95. дои : 10.1016/j.shpsc.2007.09.011 . ПМИД 18053933 .
- ^ Морелл, В. (2 мая 1997 г.). «Израненный революционер микробиологии». Наука . 276 (5313): 699–702. дои : 10.1126/science.276.5313.699 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 9157549 . S2CID 84866217 .
- ^ Сапп, Ян А. (2009). Новые основы эволюции: на древе жизни . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-199-73438-2 .
- ^ Кунин, Евгений (2014). «Видение Карла Везе клеточной эволюции и сфер жизни» . Биология РНК . 11 (3). РНК Биол.: 197–204. дои : 10.4161/rna.27673 . ПМЦ 4008548 . ПМИД 24572480 .
- ^ Экбург, Пол Б.; Лепп, Пол В.; Релман, Дэвид А. (2003). «Археи и их потенциальная роль в заболеваниях человека» . Инфекция и иммунитет . 71 (2): 591–596. doi : 10.1128/IAI.71.2.591-596.2003 . ПМК 145348 . ПМИД 12540534 .
- ^ Ямагути М., Мори Ю., Кодзука Ю., Окада Х., Уемацу К., Таме А., Фурукава Х., Маруяма Т., Уорман Ко., Ёкояма К. (2012). «Прокариот или эукариот? Уникальный микроорганизм из морских глубин». Журнал электронной микроскопии . 61 (6): 423–31. doi : 10.1093/jmicro/dfs062 . ПМИД 23024290 .
- ^ Гупта, Рэдхи С. (1998). «Третий домен жизни ( археи ): установленный факт или находящаяся под угрозой исчезновения парадигма?: Новое предложение по классификации организмов на основе белковых последовательностей и структуры клеток». Теоретическая популяционная биология . 54 (2): 91–104. дои : 10.1006/tpbi.1998.1376 . ПМИД 9733652 .
- ^ Майр, Э. (1998). «Две империи или три?» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 95 (17): 9720–9723. Бибкод : 1998PNAS...95.9720M . дои : 10.1073/pnas.95.17.9720 . ПМК 33883 . ПМИД 9707542 .
- ^ Кавальер-Смит, Томас (2002). «Неомуранское происхождение архебактерий, негибактериальный корень универсального дерева и бактериальная мегаклассификация» . Int J Syst Evol Microbiol . 52 (1): 7–76. дои : 10.1099/00207713-52-1-7 . ПМИД 11837318 .
- ^ Спанг, Аня (2015). «Сложные археи, заполняющие пропасть между прокариотами и эукариотами» . Природа . 521 (7551): 173–179. Бибкод : 2015Natur.521..173S . дои : 10.1038/nature14447 . ПМЦ 4444528 . ПМИД 25945739 .
- ^ Каллиер, Вивиан (8 июня 2022 г.). «Митохондрии и происхождение эукариот» . Знающий журнал . doi : 10.1146/knowable-060822-2 . Проверено 18 августа 2022 г.
- ^ Маккатчеон, Джон П. (6 октября 2021 г.). «Геномика и клеточная биология внутриклеточных инфекций, полезных для хозяина» . Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 37 (1): 115–142. doi : 10.1146/annurev-cellbio-120219-024122 . ISSN 1081-0706 . ПМИД 34242059 . S2CID 235786110 .