3 DOMENE V BIOLOGIJI (KLASIFIKACIJA GOSOV) - BIOLOGIJA - 2025

Za tri področja biologije ali sistem treh domena je razvrstitev po biolog Carl Woese predlagano v poznih 1970-ih, ki je razdeljen organskih bitij v bakterije, arheje in Eukaryota domen.

Ta razvrstitev v »domene« je nadrejena tradicionalnemu sistemu delitve na pet ali šest kraljestev, s katerim smo najbolj seznanjeni. Temeljna delitev domen je razdelitev prokariotov na dve domeni, kjer so arheje bolj povezane z evkarioti kot z drugo skupino prokariotov - bakterij.

Vir: Rock 'n Roll, z Wikimedia Commons

Ta filogenetska ureditev je široko sprejeta pri večini biologov. Vendar pa so z razvojem bioinformatike in statističnih orodij nekateri avtorji predlagali nova razmerja med živimi bitji, kar kljubuje Woesejevi klasifikaciji.

Zgodovina klasifikacije

Delitev na dva kraljestva: Animalijo in Plantae

Pred objavo del Woeseja in njegovih sodelavcev so biologi uporabili "tradicionalno" klasifikacijo z uporabo preproste in intuitivne dihotomije, ki je rastline delila od živali - formalno Animalia in Plantae.

V tej delitvi so vse bakterije, glive in fotosintetski protetiki veljali za "rastline", medtem ko so se protozoji združili z živalmi.

Z napredkom znanosti, razvojem sodobnih metodologij in temeljitejšo analizo organskih bitij je postalo jasno, da delitev na rastline in živali ne ustreza pravi evolucijski zgodovini le-teh. V resnici je šlo za "rustikalno" in nedosledno poenostavitev odnosov med njimi.

Delitev na tri kraljestva:

Z namenom popraviti to situacijo je priznani evolucijski biolog in ornitolog Ernst Haeckel na seznam dodal novo kraljestvo: kraljestvo Protista.

Ta razvrstitev je dosegla jasnejšo delitev oblik, ki jih očitno ne bi smeli združevati. Vendar je razvrstitev ostala zaskrbljujoče problematična.

Razdelitev na pet kraljestev

Leta 1969 je ameriški ekolog Robert Harding Whittaker predlagal shemo delitve na pet kraljestev: Animalia, Plantae, Fungi, Monera in Prostista.

Ta sistem temelji predvsem na tipih celic, ki sestavljajo organizme. Člani Monere so enocelična in prokariotska bitja, protisti pa so tudi enocelični, vendar evkariontski.

Preostala tri kraljestva - Animalia, Plantae in Glive - so razvrščena glede na način pridobivanja hranil. Rastline imajo fotosintetske zmožnosti, glive izločajo encime v okolje, sledi absorpcija hranil, živali pa uživajo hrano z notranjo ali zunanjo prebavo.

Delitev organizmov na pet kraljestev so takratni sistematiki splošno sprejeli, saj so menili, da se je razvrstitev vse bolj prilagodila dejanskim evolucijskim odnosom živih bitij.

Razdelitev na tri domene

V 70. letih prejšnjega stoletja je profesor Carl Woese z univerze v Illinoisu začel najti dokaze za določeno neznano skupino zelo presenetljivih enoceličnih organizmov. Ti so živeli v okoljih z ekstremnimi pogoji temperature, slanosti in pH, kjer je veljalo, da življenja ni mogoče vzdrževati.

Ti organizmi so bili na prvi pogled uvrščeni med bakterije in so jih imenovali arhebakterije. Toda globlji in podrobnejši pogled na arhebakterije je dal jasno vedeti, da so razlike z bakterijami tako presenetljive, da jih ni mogoče uvrstiti v isto skupino. V resnici je bila podobnost zgolj površna.

Na ta način so molekularni dokazi tej skupini raziskovalcev omogočili, da vzpostavi klasifikacijski sistem treh področij: bakterije, arheje in eukariote.

Predlog nove genealoške zveze med organizmi je pomenil dogodek velikega pomena v sodobni biologiji. Zaradi tega pomembnega odkritja je Woese leta 2000 osvojil nacionalno medaljo za znanost.

Tri domene življenja

Drevo življenja, ki ga je predlagal Carl Woese, vzpostavlja možne rodoslovne zveze med organskimi bitji, kar kaže na obstoj treh področij življenja.

To hipotezo smo predlagali zahvaljujoč analizi 16S ribosomske RNA - okrajšano kot 16S rRNA.

Ta marker je sestavni del 30S podenote prokariotskega ribosoma. Po Woesejevem delu se je pogosto uporabljal za filogenetsko sklepanje. Danes je zelo koristno določiti razvrstitev in identifikacijo bakterij.

Spodaj bomo opisali najbolj opazne lastnosti vsakega izmed članov, ki sestavljajo tri področja življenja:

Archaea Domain

Archaea

Arhee so organizmi, za katere je značilno predvsem, da živijo v okoliših z ekstremnimi pogoji temperature, kislosti, pH.

Tako so jih našli v vodah z občutno visokimi fiziološkimi koncentracijami, kislem okolju in vrelcih. Poleg tega nekatere arheje naseljujejo tudi regije s "povprečnimi" pogoji, na primer tla ali prebavni trakt nekaterih živali.

Z vidika celičnega in strukturnega vidika so za arheje značilne: nimajo jedrske membrane, lipidi membran so povezani z eterskimi vezmi, predstavljajo celično steno - vendar ta ni sestavljena iz peptidoglikana in struktura genov je podobno kot eukarioti na krožnih kromosomih.

Razmnoževanje teh prokariotov je aseksualno, dokazan je tudi horizontalni prenos genov.

Razvrstitev arhej

Razvrščamo jih med metanogene, halofilne in termoacidofilne. Prva skupina uporablja ogljikov dioksid, vodik in dušik za proizvodnjo energije in proizvaja metan kot odpadni produkt. V to skupino spada prvi lok, ki ga je treba sekvencirati.

Druga skupina, halofili, so "ljubitelji soli". Za njen razvoj je potrebno, da je koncentracija fiziološke raztopine soli približno 10-krat večja od koncentracije v oceanu. Nekatere vrste lahko prenašajo koncentracije do 30-krat višje. Ti mikroorganizmi se nahajajo v Mrtvem morju in v izhlapetih ribnikih.

Končno lahko termoacidofili prenesejo ekstremne temperature: več kot 60 stopinj (nekateri lahko prenesejo več kot 100 stopinj) in manj kot ledišče vode.

Pojasniti je treba, da so to optimalni pogoji za življenje teh mikroorganizmov - če jih izpostavimo sobni temperaturi, je povsem mogoče, da bodo umrli.

Domena bakterij

Bakterije Mycobacterium tuberculosis

Domena bakterije obsega veliko skupino prokariotskih mikroorganizmov. Na splošno jih običajno povezujemo z boleznimi. Nič ni dlje od resničnosti od tega nesporazuma.

Čeprav je res, da nekatere bakterije povzročajo smrtne bolezni, so mnoge od njih koristne ali živijo v našem telesu in vzpostavljajo komenzalne odnose, ki so del naše normalne flore.

Bakterije nimajo jedrske membrane, v njih same nimajo organelov, njihova celična membrana je sestavljena iz lipidov z vezmi tipa estrov, stena pa je sestavljena iz peptidoglikana.

Razmnožujejo se aseksualno, o čemer pričajo horizontalni dogodki prenosa genov.

Razvrstitev bakterij

Čeprav je razvrščanje bakterij resnično zapleteno, bomo tukaj razpravljali o temeljnih razdelitvah področja, cianobakterij in evbakterij.

Člani cianobakterij so modro-zelene fotosintetske bakterije, ki proizvajajo kisik. Po podatkih fosilov so se pojavili pred približno 3,2 milijarde let in so bili odgovorni za drastično spremembo iz anaerobnega v aerobno (kisikovo) okolje.

Eubakterije so resnične bakterije. Pojavljajo se v raznolikih morfologijah (koki, bacili, vibrioli, spiralni, med drugim) in predstavljajo spremenjene strukture za njihovo gibljivost, kot so cilija in flagele.

Eukarya Domain

Evkariontska reprezentacija človeških celic. Lahko vidite jedro

Evkarioti so organizmi, ki se odlikujejo predvsem po prisotnosti dobro definiranega jedra, omejenega s kompleksno biološko membrano.

V primerjavi z drugimi domenami ima membrana raznoliko strukturo in lipidi kažejo estri podobne vezi. Predstavljajo prave organele, ločene z membranami, struktura genoma je podobna arhejam in je organizirana v linearnih kromosomih.

Skupinsko razmnoževanje je izredno raznoliko, saj kaže tako spolne kot aseksualne modalitete, veliko članov skupine se je sposobno reproducirati na oba načina - se med seboj ne izključujejo.

Razvrstitev evkariotov

Vključuje štiri kraljestva z zelo raznolikimi in raznorodnimi oblikami: proti, glive, pante in živali.

Proti so enocelični evkarioti, kot sta euglena in paremecia. Organizmi, ki jih običajno poznamo kot glive, so člani Fungijskega kraljestva. Obstajajo uni in večcelične oblike. V ekosistemih so ključni elementi za razgradnjo mrtve organske snovi.

Rastline so sestavljene iz fotosintetskih organizmov s celično steno v glavnem iz celuloze. Njegova najbolj vidna značilnost je prisotnost fotosintetskega pigmenta: klorofila.

Vključuje praproti, mahove, praproti, gymnosperms in angiosperme.

Živali sestavljajo skupino heterotrofnih večceličnih organskih bitij, večina z zmožnostjo gibanja in premikanja. Razdeljeni so v dve veliki skupini: nevretenčarji in nevretenčarji.

Vretenčarje sestavljajo poriferji, cnidarji, ogorčice, mehkužci, členonožci, iglokožci in druge majhne skupine. Podobno so vretenčarji ribe, dvoživke, plazilci, ptice in sesalci.

Živalim je uspelo kolonizirati skoraj vsa okolja, vključno z oceani in zračnimi okolji, pri čemer so za vsakega pokazale zapleten nabor prilagoditev.

Reference

1. Forterre P. (2015). Univerzalno drevo življenja: posodobitev. Meje v mikrobiologiji, 6, 717.
2. Koonin EV (2014). Vizija Carla Woesea o celični evoluciji in domenah življenja. RNA biologija, 11 (3), 197–204.
3. Margulis, L., & Chapman, MJ (2009). Kraljestva in domene: ilustriran vodnik o fili življenja na Zemlji. Akademski tisk.
4. Sapp, J. (2009). Novi temelji evolucije: na drevesu življenja. Oxford University Press.
5. Sapp, J., & Fox, GE (2013). Edinstveno iskanje univerzalnega drevesa življenja. Pregled mikrobiologije in molekularne biologije: MMBR, 77 (4), 541-50.
6. Staley JT (2017). Teorija domenskih celic podpira neodvisno evolucijo Eukarije, bakterij in Arheje ter hipotezo o skupni jedrski komori. Odprta biologija, 7 (6), 170041.