Реферат на тему: "Археи"

Министерство здравоохранения Челябинской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Саткинский медицинский техникум»

Реферат

по биологии

Тема: «АРХЕИ»

Выполнила: ст-ка 11-с

Нутфуллина И.А

Проверила: Махмадова Р.Р

преподаватель биологии

г. Сатка, 2018

Содержание

Введение 3

ГЛАВА1. Общая характеристика архей 4

1.1. Особенности химического состава и морфология 7

1.2. Размножение 8

ГЛАВА2. Среда обитания 9

2.1. Использование архей человеком 13

Заключение 14

Список литературы 15

Bвeдeниe

Apxeи (от латинского Archaea - дpeвний, cтapый)-один из трех доменов живыx opганизмoв.

Прeдмeтом нашегo исследoвaния является группа живых организмов, неизученных до конца.

Объектом исследования являются археи, самые древние существа нашей планете, которые до сих пор являются загадкой.

Цель работы: дать характеристику археям, узнать более подробно описание, открытие.

Задачи:

- углубить знания о многообразии органического мира.

- ознакомить с трех доменной системой органического мира Карла Вёзе

- дать понятие о строении и жизнедеятельности архей

До нынешнего времени археи объединяли с бактериями в общую группу, так называемую прокариоты, и они назывались архебактериями,но сейчас такая классификация считается устаревшей: установлено, что археи имеют свою независимую эволюционную историю и характеризуются многими биохимическими особенностями, отличающими их от других форм жизни.

Данная тема актуальна и в наше время. Ученые до сих пор пытаются изучить этот вид, чтобы в дальнейшем использовать их во благо человечества.

Глава1. Общая характеристика архей

Карл Вёзе - американский учёный, создатель молекулярной филогенетики и первооткрыватель архей. Внёс вклад в открытию трёхдоменного древа жизни. Он предложил систему трех доменов: археи, бактерии и эукариоты. Археи представляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл. Установлено, что археи имеют свою независимую историю эвoлюции и характеризуются многими биологическими и химическими особенностями, отличающими их от других форм жизни.

Археи – архебактерии, прокариотическая группа, в настоящее время выделяемая в отдельную систематическую категорию наравне с истинными бактериями, так называемыми эубактериями и организмами имеющими ядро – эукариотами.

В настоящее время археи подразделяют на пять групп: кренархеоты, эвриархеоты, корархеоты и наноархеоты.

Из этих пяти групп наиболее изученными являются кренархеоты и эвриархеоты. Классифицировать архей по-прежнему сложно, так как большая часть из них никогда не выращивались в лабораторных условиях и были идентифицированы только по анализу нуклеиновых кислот из проб, полученных из мест их обитания.

Особенности архей от других микроорганизмов проявляются также в нуклеотидном составе и строении рибосом. Отличия в строении клеточной стенки и аппарата синтеза белка обусловливают устойчивость архей к действию бактериальных антибиотиков.

Особенность, отличающая архей от бактерий и эукариоты это мембрана, покрытая жесткой белковой оболочкой, так называемой «кольчугой». Сама же мембрана состоит из таких фосфолипидов, которых нет ни у бактерий, ни у эукариот. Жизнь внутри клеток архей тоже необычна: их ферменты не близки ни к бактериальным, ни к эукариотическим. Однако все археи считались родственниками бактерий.

Вёзе наткнулся на питающийся метаном организм, ДНК которого не был похож на привычный для бактериальных ДНК узор. На основании своих исследований Вёзе со своим аспирантом опубликовал в Докладах Академии наук США сообщение, что архей и бактерий стоит разделить на два царства, относящиеся к разным надцарствам, добавив новую ветвь к древу жизни. Сначало статья вызвала отрицательные эмоции и критику: ученых также называли противниками теории Дарвина. Но все больше и больше доказательств свидетельствовало в пользу такого построения, и только в начале 2000 годов «двоецарствие» среди прокариот было свергнуто, и на смену ему пришла более справедливая, тройная схема. Сейчас вся жизнь делится на три домена: эукариоты (с царствами грибов, растений, животных и разными одноклеточными с ядром), бактерии (в который входит царство бактерий) и археи (куда относится царство архей).

Особенности химического состава и морфология

Археи являются микроорганизмами, имеющие очень маленькие размеры. Их можно рассмотреть только под электронным микроскопом. Они имеют типичное внутреннее строение прокариотических клеток: плазмидная ДНК, клеточная стенка, клеточная мембрана, цитоплазма и рибосомы. У некоторых архей также имеется один или несколько жгутиков, которыми позволяют им двигаться.

• Геном представлен двухцепочечной кольцевой ДНК длиной от 50000 до 400000 пар нуклеотидов и кольцевых плазмид – от 2713 до 40229 пар нуклеотидов. Наименьшим среди архей является геном состоящий из 490785 пар нуктеотидов.

• Особенностью архей является своеобразное свойство их рибосомальных транспортных РНК, их рибосомы по размерам схожи с рибосомами бактерий, а по форме с рибосомами эукариот. Ряд рибосомальных белков у них уникален .

• В отличие от других организмов археи в составе мембранных липидов имеют не глицерин и жирные кислоты, а многоатомные спирты, обычно с 20 или 35 атомами углерода. В последнем случае липидная пластина мембраны образована мономолекулярным слоем, придающая мембране особую прочность.

• Разные виды архей могут иметь различное строение и химический состав покровов клетки, но им часто свойственно наличие поверхностных слоев, образованных определенным образом структурированными и регулярно уложенными белковыми или гликопротеиновыми молекулами правильной или довольно необычной формы. Иногда в состав клеточных стенок архей входят пептиды и полисахариды.

• Некоторые археи осуществляют биохимические процессы, не свойственные никаким другим организмам. Например, только метаногенные археи в процессе жизнедеятельности образуют метан.

• Большинство архей- экстремофилы, то есть развиваются и обитают в экстремальных условиях, при высокой температуре, кислотности, в щелочах и насыщенных солевых растворах.

• Многие макромолекулы клеточной стенки архей уникальны и, напротив, в них нет характерного для эубактерий муреина, а его функции выполняет отличный по строению клонмуреин . Поэтому археи нечувствительны к пенициллину и другим антибиотикам.

• У архей отсутствуют хлорофилл и бактериохлорофилл, фотосинтез таким образом у архей бесхлорофилльный, пигментом является уникальный белок, присущий только археям.

• Для фотосинтеза архей также характерно отсутствие электрон- этим также генерируется электрохимический градиент, который может быть использован для синтеза АТФ.

• Так как многие археи являются экстремофилами, некоторые археи имеют термостабильные белки, позволяющие бать более устойчивым к действиям высокой температуры.

• Клетки некоторых видов архей могут объединиться в общие группы длиной до 200мкм. Эти группы клеток могут формировать биоплёнки.

Размножения

Размножение архей происходит бесполым путем: бинарным или множественным делением, почкованием или фрагментацией. Мейоза не происходит, поэтому даже у представителей конкретного вида архей существуют в более чем одной форме, все представители имеют одинаковый генетический материал. Клеточное деление определяется клеточным циклом: после того, как хромосома реплицировалась и две дочерние хромосомы разошлись, клетка начинает делиться.

Археи не образуют споры. Некоторые виды могут претерпевать изменения фенотипа и существовать как клетки нескольких различных типов. Например с толстостенными клетками, устойчивыми к осмотическому шоку, позволяющие археям выживать в воде с низкой концентрацией соли.

Глава 2. Среда обитания

Археи обитают почти повсеместно и являются важной частью глобальной экосистемы, могут составлять до 17 % общей биомассы. Одними из первых открытых архей были экстремофилами. Их особенность заключается в обитание в экстремальных условиях.

Многие археи выживают при очень высоких температурах, часто свыше 100 градусов , и обнаружены в гейзерах, черных курильщиках и вулкана . Другие приспособились к жизни в очень холодных условиях, в сильносоленых, сильнокислых и сильнощелочных средах, а также при высоком давлении – до 600 атмосфер. Однако среди архей есть и мезофилы, обитающие в мягких условиях, в болотистых местностях, сточных водах, океанах и почве.

Экстремофильные археи относятся к четырем главным физиологическим группам: галофилам, термофилам, ацидофилам (кислотоустойчивым) и алкалифилам (щелочноустойчивым). Эти группы нельзя рассматривать как отдельные типы или как другие самостоятельные таксоны. Они не исключают друг друга, и некоторые археи относят одновременно к нескольким группам.

Галофилы живут в экстремально соленых средах, таких как соленые озера, и при минерализации больше 22-24% превосходят по численности бактерий.

Термофилы лучше всего растут в условия, где температура свыше 43 градусов. Это могут быть горячие источники. Для гипертермофилов оптимальная температура -79 градусов и выше.

Другие виды архей могут обитать в очень кислых или сильнощелочных средах. Например, наиболее устойчивый ацидофил растет при рН=0.

Устойчивость к экстремальным условиям внешней среды навела на мысль и стала главной темой обсуждения об возможности обитания архей на других планетах. Некоторые среды, в которых обитают экстремофилы, не сильно отличаются от таковых на Марсе, что приводит к мысле о возможном переносе таких устойчивых микроорганизмов между планетами на метеоритах.

Недавно несколько работ показало, что археи существуют не только в термофильных и мезофильных условиях, но также встречаются, иногда в большом количестве, и в местах с низкими температурами. Например, они встречаются в холодных водах, таких как полярные моря. Еще более важно то, что большое количество архей обнаружено повсеместно в океанах в не экстремальных условиях и составе планктона. Хотя эти археи могут присутствовать в поистине колоссальном количестве (до 38% от общей биомассы микробов), почти ни один из этих видов не был изолирован, выращен и изучен в чистой культуре и лабораторных условиях. Поэтому влияние архей на глобальный биогеохимический круговорот и наше понимание их роли в экологии океана остается в значительной мере неполным.

Некоторые морские кренархеоты способны к нитрификации, поэтому возможно , что они оказывают влияние на океанический круговорот азота, хотя эти океанические кренархеоты могут пользоваться и другими источниками энергии. Большое число архей также обнаружено в осадке, покрывающем океаническое дно, причем они составляют большинство живых клеток на глубине больше 1 м от уровня океанического дна.

Рoль в круговороте веществ. Археи вторично используют такие элементы, как углерод, азот и серу в своих различных средах обитания. Хотя такие превращения необходимы для нормального функционирования экосистемы, археи могут также содействовать вредным изменениям, вызванным деятельностью человека, и даже вызвать загрязнение.

Аpхeи выполняют многиe этапы круговорота азота. Это включает в себя как реакции, удаляющие азот из экосистемы, к примеру, азотное дыхание и денитрификация, так и процессы, в ходе которых поглощается азот, таких как усвоение нитратов и фиксация азота.

Недавно была открыта причастность архей к окислению аммиака. Эти реакции особенно важны в океанах. Археи также играют важную роль в почвенном окислении аммиака. Oни oбразуют нитpиты, которые зaтем окисляют другие микpобы и превращают их в нитраты. Нитраты потребляются растениями и другими организмами.

Роль архей в круговороте серы обусловлена тем, что некоторые из них живут за счет окисления соединений серы, Получают они их из каменистых пород и делают их доступными для других организмов. Однако виды, осуществляющие это, образуют серную кислоту как побочный продукт, и существование таких организмов в заброшенных шахтах может, совместно с кислотными шахтными водами, причинить вред окружающей среде.

В круговороте углерода метаногены удаляют водород и играют важную роль в разложение органических веществ группами микроорганизмов, выступающих как разлагатели в анаэробных экосистемах, таких как илы, болота и водные объекты. Однако метан является одним из самых распространенных газов в земной атмосфере, вызывающий парниковый эффект, достигая 17% от общего объема парниковых газов. Метаногены ( является главным источником атмосферного метана) выделяют большую часть ежегодного выброса метана. Поэтому эти археи причастны к созданию парникового эффекта и глобального потепления на Земле.

Взаимодействие с другими организмами. Достаточно хорошо изученные отношения между археями и другими организмами – мутуализм и комменсализм. Пока в науке не существует определенных доказательств существования паразитических или патогенных видов архей.

Мутуализм. Один из хорошо понятных примеров мутуализма – взаимодействие простейших и метанобразующих архей, обитающих в пищеварительном тракте животных, таких как жвачные и термита, способны переваривать целлюлозу. В этом анаэробном пространстве простейшие разлагают клетчатку (целлюлозу) для получения энергии. В конечном итоге в качестве побочного продукта освобождается водород, однако высокий его уровень сокращает получение энергии. Археи метаногены превращают водород в метан, и простейшие могут дальше нормально получать энергию. Археи могут также взаимодействовать и с более крупными организмами. Например, морская архея живет внутри (как эндосимбионт) губки.

Комменсализм. Археи могут существовать совместно с другим организмом, не принося ему ни вреда, ни выгоду, но с пользой для себя. К примеру, некоторые метагены наиболее примитивные представители архей в микрофлоре человека. Почти каждый десятый прокариот в человеческом пищеварительном тракте принадлежит к этому виду. В пищеварительном тракте человека и термита метаногены в действительности могут быть мутуалистами, взаимодействующими с другими микроорганизмами пищеварительного тракта и способствующими пищеварению. Археи также взаимодействуют с другими организмами, к примеру, живут на внешней поверхности кораллов и в почве, возле корней растений.

2.1. Использование архей человеком

Археи частично используются в медицине. Они в определенных количествах оказывают положительные действия на организм человека в целом, так как археи не способны к паразитизму.

Утилизация органических отходов. В метантеках при высокой температуре и отсутствие свободного кислорода происходит сбраживание органических веществ разнообразной микрофлорой, в результате чего образуются водород и углекислота, которые и используются археями при образование метана. Благодаря высокой температуре процессы идут с быстрой активностью. К примеру от мёртвого животного, помещенного в такой метантек, через неделю останется только скелет. Так же метантек используется для очистки сточных труб.

Ещё археи входят в состав некоторых препаратов. Они используются против таких болезней как: синдром рыбьего запаха, периодонтит.

Заключение

Конец XX столетия ознаменовывается бурным развитием биологии, а так же переходом в эру молекулярной биологи. И выявление группы архей как самостоятельного домена живых организмов стало одним из основных достижений в биологии. Археи, сыгравшие огромную роль в эволюции биосферы, и по сей день занимают в ней определённое место. Их влияние на процессы круговорота веществ является основным условием существования биосферы.

Список литературы

1. Воробьева Л.В Археи. -М.:Академкнига, 2007. С. 447.

2. Громов Б.В Удивительный мир архей //СОЖ. – 1997. С. 22-25.

3. M.В.Гусев, Л.А.Минеева Мир прокариот.Архибактерии . — М.: Наука, 1999.

4. Морозова О. В. Загадки архей и их фагов// Вестник ВОГиС. - 2005. - Т. 9.-1. - С. 55-66

5. Noller H. (2013). Carl Woese (1928–2012). Nature 493, 610.

6. Woese C.R., Kandler O., Wheelis M.L. Towards a Natural System for Organisms: Proposal for the Domains Archaea, Bacteria, and Eucarya // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1990. Vol. 87. P. 4576-4579.