Археи

Источник статьи: Большая российская энциклопедия

АРХЕ́И (от греч. ἀρχαῖος – изначальный, древний) – архебактерии (Archaea), группа прокариот, выделяемая в отдельную систематическую категорию наравне с истинными бактериями (эубактериями) и ядерными организмами – эукариотами. Деление прокариот на археи и истинные бактерии было предложено американским биологом К. Везе (1980) на основании значительных различий в структуре генома, свидетельствующих о раннем расхождении этих групп организмов в ходе эволюции.

Археи объединяют в домен, который включает три царства:

• Euryarchaeota (метаногены, сульфатредуцирующие археи, галофилы и некоторые гипертермофилы),
• Crenarchaeota (только гипертермофилы) и
• Nanoarchaeota (развиваются только в клетках других А. и неспособны к самостоят. существованию).

Морфологически археи сходны с бактериями: их клетки размером в среднем 1–2 мкм представляют собой палочки или кокки, в некоторых случаях спириллы, иногда собраны в агрегаты, размножаются делением клетки на две дочерние, подвижные формы снабжены одним или несколькими жгутиками. В то же время спорообразование у архей неизвестно. Их клетки окружены одним или несколькими слоями белковых или гликопротеиновых молекул (так называемые S-слои), либо оболочкой, сходной с клеточной стенкой грамположительных бактерий, но с другим составом биополимеров, обеспечивающих её прочность. У некоторых архей она вообще отсутствует, а липиды их цитоплазматической мембраны представлены не эфирами глицерина и жирных кислот, как у бактерий, а ди- или тетраизопреноидными эфирами. Геномы архей организованы так же, как у бактерий, как правило, в виде одной замкнутой в кольцо молекулы ДНК (хромосомы). Особенности архей проявляются также в нуклеотидном составе транспортной РНК, строении рибосом, структуре фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы, которая по своим характеристикам ближе к РНК-полимеразе эукариот. Отличия в строении клеточной стенки и аппарата синтеза белка обусловливают устойчивость архей к действию бактериальных антибиотиков. Более того, археям свойственны типы метаболизма и другие биохимические особенности, не обнаруживаемые у представителей бактерий и эукариот.

Большинство известных архей, культивируемых в лаборатории, развиваются в экстремальных условиях, не пригодных для жизни других организмов: при крайне низких значениях окислительно-восстановительного потенциала (метаногены), в сильно кислой или сильно щелочной среде (соответственно ациди- или алкалифилы), высоких значениях температуры (термофилы) и высокой солёности (галофилы).

Исходя из особенностей жизнедеятельности археи делятся на несколько групп.

• Метаногены (метаногенные археи) – высокоспециализированные строго анаэробные организмы, получающие энергию за счёт окисления молекулярного водорода, сопряжённого с восстановлением углекислого газа. Некоторые из них нуждаются в простых органических соединениях – в том числе уксусной и муравьиной кислотах, метаноле и веществах, содержащих метильную группу. Конечным продуктом их жизнедеятельности является метан CH₄. Метаногены завершают в природе разложение органических остатков. Они образуют от 70 до 85% поступающего в атмосферу метана.
• Сульфатредуцирующие археи получают энергию в результате восстановления сульфатов до сероводорода H₂S. Они обнаружены в глубоководных горячих источниках и высокотемпературных нефтяных месторождениях, где развиваются при температуре 70–90 °C. Среди термофилов и гипертермофилов есть анаэробные археи, использующие в качестве субстрата пептиды и полисахариды и восстанавливающие элементную серу в сероводород. Многим гипертермофильным археям присущ литоавтотрофный тип метаболизма, при котором источниками энергии служат молекулярный водород или элементная сера, а окислителями – кислород, нитрат-, сульфат- и тиосульфат-ионы и элементная сера. Например, они могут окислять элементную серу и сульфидные минералы в процессе своего развития в аэробных условиях. Окисляющие водород аэробные археи обитают в глубоководных морских горячих источниках, являясь наиболее термоустойчивыми из всех известных организмов. Например, Pyrolobus fumarii имеют оптимум развития при 105 °C, а предельной температурой роста является температура 113 °C.

Среди термофильных архей немало ацидифилов, живущих не только при высокой температуре (50–80 °C), но и в кислой среде (pH 1,0–4,5). Такие условия часто встречаются в горячих источниках вулканического происхождения. Оптимальным для развития некоторых архей является pH 0,7, иногда 0,1 (Picrophilus). Обнаружены также ацидифильные археи, развивающиеся при умеренных температурах и получающие энергию за счёт окисления закисного железа и сульфидных минералов (археи родов Acidianus, Metallosphaeta, Sulfolobus).

• Галофильные археи обитают в условиях повышенной солёности водоёмов и даже при полном насыщении солями. Эти аэробные организмы обладают уникальным механизмом использования энергии света – бесхлорофильным типом фотосинтеза с участием пигмента бактериородопсина.
• Галоалкалифильные археи развиваются не только при высокой солёности, но и в сильно щелочной среде (до pH 11,0). Их местообитаниями являются содовые озёра с высокой минерализацией воды.

Археи широко распространены в холодных океанических водах (например, у побережья Антарктики они составляют 34% от общей биомассы прокариот), а также в пресных водоёмах и почвах. Однако культивировать их в лабораторных условиях пока не удаётся, что не позволяет полностью изучить особенности их метаболизма и экологические функции. Археи относятся к наиболее древним обитателям Земли, наряду с истинными бактериями. Их ископаемые остатки были найдены в отложениях архея. Они вносят значительный вклад в биогеохимические циклы элементов в биосфере.

Велико значение архей в биогеотехнологии. Вместе с бактериями они используются при переработке руд, содержащих цветные и благородные металлы (ацидифильные хемолитотрофные археи), обработке органических отходов и получении метана.

Литература статьи Большой российской энциклопедии

• The Prokaryotes: a handbook on the biology of bacteria. N. Y., 1992. Vol. 1. Part 3: Archaea.
• Woese C. R., Kandler O., Wheelis M. L. Towards a natural system of organisms: Proposal for the domains archaea, bacteria and eucarya // Proceedings of the Natural Academy of Sciences USA. 1990. Vol. 87. № 12.