3 DOMENY W BIOLOGII (KLASYFIKACJA WOESE) - BIOLOGIA - 2026

Te trzy dziedziny biologii lub system trzy domeny klasyfikacja proponowany przez Biolog Carl Woese pod koniec 1970 roku, który dzieli istot żywych bakterii w Archaea i Eukaryota domen.

Ta klasyfikacja na „domeny” jest lepsza od tradycyjnego systemu podziału na pięć lub sześć królestw, które są nam najlepiej znane. Podstawowym podziałem domen jest podział prokariontów na dwie domeny, w których archeony są bardziej spokrewnione z eukariotami niż z drugą grupą prokariontów - bakteriami.

Źródło: Rock 'n Roll, źródło Wikimedia Commons

Ten układ filogenetyczny jest powszechnie akceptowany przez większość biologów. Jednak wraz z rozwojem bioinformatyki i narzędzi statystycznych, niektórzy autorzy zaproponowali nowe związki między istotami żywymi, co przeczy klasyfikacji Woese.

Historia klasyfikacji

Podział na dwa królestwa: Animalia i Plantae

Przed publikacją prac Woese i jego współpracowników biolodzy posługiwali się „tradycyjną” klasyfikacją, stosując prostą i intuicyjną dychotomię, która dzieli rośliny od zwierząt - formalnie Animalia i Plantae.

W tym podziale wszystkie bakterie, grzyby i protisty fotosyntetyzujące uznano za „rośliny”, natomiast pierwotniaki zgrupowano razem ze zwierzętami.

Wraz z postępem nauki, rozwojem nowoczesnych metodologii i dokładniejszą analizą istot organicznych stało się jasne, że podział na rośliny i zwierzęta nie pasuje do ich prawdziwej ewolucyjnej historii. W rzeczywistości było to „rustykalne” i niekonsekwentne uproszczenie relacji między nimi.

Podział na trzy królestwa:

Aby zaradzić tej sytuacji, znany biolog ewolucyjny i ornitolog Ernst Haeckel dodał do listy nowe królestwo: Królestwo Protisty.

W tej klasyfikacji uzyskano jaśniejszy podział form, których oczywiście nie należy grupować. Jednak klasyfikacja pozostawała niepokojąco problematyczna.

Podział na pięć królestw

W 1969 roku amerykański ekolog Robert Harding Whittaker zaproponował podział na pięć królestw: Animalia, Plantae, Fungi, Monera i Prostista.

System ten opiera się głównie na typach komórek, z których składają się organizmy. Członkowie Monery są istotami jednokomórkowymi i prokariotycznymi, podczas gdy protisty są również jednokomórkowe, ale eukariotyczne.

Pozostałe trzy królestwa - Animalia, Plantae i Fungi - są klasyfikowane pod względem sposobu pozyskiwania składników odżywczych. Rośliny mają zdolności fotosyntezy, grzyby wydzielają enzymy do środowiska, po czym następuje wchłanianie składników odżywczych, a zwierzęta spożywają swój pokarm w procesie trawienia wewnętrznego lub zewnętrznego.

Podział organizmów na pięć królestw był szeroko akceptowany przez ówczesnych systematyków, ponieważ uważali, że klasyfikacja jest coraz bardziej dostosowywana do rzeczywistych ewolucyjnych relacji istot żywych.

Podział na trzy domeny

W latach siedemdziesiątych profesor Uniwersytetu Illinois Carl Woese zaczął znajdować dowody na istnienie pewnej nieznanej grupy bardzo uderzających organizmów jednokomórkowych. Żyli w środowiskach o ekstremalnych warunkach temperatury, zasolenia i pH, gdzie sądzono, że nie da się utrzymać życia.

Na pierwszy rzut oka organizmy te zostały sklasyfikowane jako bakterie i nazwano je archebakteriami. Jednak głębsze i bardziej szczegółowe spojrzenie na archebakterie pokazało, że różnice między bakteriami były tak uderzające, że nie można ich było zaklasyfikować do tej samej grupy. W rzeczywistości podobieństwo było jedynie powierzchowne.

W ten sposób dowody molekularne pozwoliły tej grupie badaczy na ustalenie systemu klasyfikacji trzech domen: bakterii, archeonów i eukariotów.

Zaproponowanie nowatorskich powiązań genealogicznych między organizmami było wydarzeniem o wielkim znaczeniu we współczesnej biologii. To ważne odkrycie doprowadziło Woese do zdobycia Narodowego Medalu Nauki w 2000 roku.

Trzy domeny życia

Drzewo życia zaproponowane przez Carla Woese ustala możliwe związki genealogiczne między istotami organicznymi, sugerując istnienie trzech domen życia.

Hipoteza ta została wysunięta dzięki analizie rybosomalnego RNA 16S - w skrócie 16S rRNA.

Marker ten jest składnikiem podjednostki 30S rybosomu prokariotycznego. W ślad za pracą Woese był szeroko stosowany do wnioskowania filogenetycznego. Obecnie bardzo przydatne jest ustalenie klasyfikacji i identyfikacji bakterii.

Poniżej opiszemy najbardziej godne uwagi cechy każdego z członków, które składają się na trzy domeny życia:

Domena Archaea

Archaea

Archaea to organizmy, które charakteryzują się głównie występowaniem środowisk o ekstremalnych warunkach m.in.temperatury, kwasowości, pH.

W ten sposób zostały znalezione w wodach o znacznie wysokim stężeniu soli, kwaśnym środowisku i gorących źródłach. Ponadto niektóre archeony zamieszkują również regiony o „przeciętnych” warunkach, takich jak gleba lub przewód pokarmowy niektórych zwierząt.

Z komórkowego i strukturalnego punktu widzenia archeony charakteryzują się tym, że: nie mają błony jądrowej, lipidy błon są połączone wiązaniami eterowymi, stanowią ścianę komórkową - ale nie składa się ona z peptydoglikanu, a struktura genów jest podobny do eukariontów na okrągłych chromosomach.

Rozmnażanie się tych prokariontów jest bezpłciowe i udowodniono poziomy transfer genów.

Klasyfikacja archeonów

Są klasyfikowane jako metanogenne, halofilne i termokwasochłonne. Pierwsza grupa wykorzystuje dwutlenek węgla, wodór i azot do produkcji energii, wytwarzając metan jako produkt odpadowy. Do tej grupy należy pierwszy łuk do sekwencjonowania.

Druga grupa, halofile, to „miłośnicy soli”. Do jego rozwoju konieczne jest, aby środowisko miało stężenie soli około 10 razy większe niż w oceanie. Niektóre gatunki mogą tolerować stężenia do 30 razy wyższe. Te mikroorganizmy występują w Morzu Martwym i odparowanych stawach.

Wreszcie, termokwasofile są w stanie wytrzymać ekstremalne temperatury: wyższe niż 60 stopni (niektóre mogą tolerować więcej niż 100 stopni) i niższe niż temperatura zamarzania wody.

Należy wyjaśnić, że są to optymalne warunki do życia tych mikroorganizmów - jeśli wystawimy je na działanie temperatury pokojowej, całkiem możliwe, że umrą.

Domena bakterii

Bakterie Mycobacterium tuberculosis

Domena bakteryjna obejmuje dużą grupę mikroorganizmów prokariotycznych. Generalnie zwykle kojarzymy je z chorobami. Nic nie jest bardziej od rzeczywistości niż to nieporozumienie.

Chociaż prawdą jest, że niektóre bakterie powodują śmiertelne choroby, wiele z nich jest pożytecznych lub żyje w naszym organizmie, tworząc związki komensalne, stanowiące część naszej normalnej flory.

Bakterie nie posiadają błony jądrowej, brak im samych organelli, ich błona komórkowa składa się z lipidów z wiązaniami typu estrowego, a ścianę stanowi peptydoglikan.

Rozmnażają się bezpłciowo i udowodniono poziome przenoszenie genów.

Klasyfikacja bakterii

Chociaż klasyfikacja bakterii jest naprawdę złożona, omówimy tutaj podstawowe podziały domeny, cyjanobakterie i eubakterie.

Członkami cyjanobakterii są niebiesko-zielone bakterie fotosyntetyzujące wytwarzające tlen. Zgodnie z zapisem kopalnym pojawiły się one około 3,2 miliarda lat temu i były odpowiedzialne za drastyczną zmianę środowiska beztlenowego w środowisko tlenowe (bogate w tlen).

Z kolei eubakterie są prawdziwymi bakteriami. Występują one w różnych morfologiach (między innymi ziarniaki, pałeczki, wibrysy, helikalne) i mają zmodyfikowane struktury pod względem ich ruchliwości, takie jak rzęski i wici.

Domena Eukarya

Reprezentacja eukariotycznych komórek ludzkich. Możesz zobaczyć rdzeń

Eukarionty to organizmy, które wyróżniają się przede wszystkim obecnością dobrze zdefiniowanego jądra, ograniczonego złożoną błoną biologiczną.

W porównaniu z innymi domenami błona ma różnorodną strukturę, a lipidy wykazują wiązania estrowe. Przedstawiają prawdziwe organelle, ograniczone błonami, budowa genomu jest podobna do archeonów i jest zorganizowany w liniowe chromosomy.

Rozmnażanie grupowe jest niezwykle zróżnicowane, wykazując zarówno modalności seksualne, jak i bezpłciowe, a wielu członków grupy jest zdolnych do rozmnażania się w obie strony - nie wykluczają się one wzajemnie.

Klasyfikacja eukariontów

Obejmuje cztery królestwa o bardzo zróżnicowanych i niejednorodnych formach: protisty, grzyby, pantofle i zwierzęta.

Protisty to jednokomórkowe eukarionty, takie jak euglena i paremecia. Organizmy, które powszechnie znamy jako grzyby, są członkami królestwa grzybów. Istnieją formy jednokomórkowe i wielokomórkowe. Są kluczowymi elementami ekosystemów do degradacji martwej materii organicznej.

Rośliny składają się z organizmów fotosyntetyzujących, których ściana komórkowa jest wykonana głównie z celulozy. Jego najbardziej rzucającą się w oczy cechą jest obecność barwnika fotosyntetycznego: chlorofilu.

Obejmuje paprocie, mchy, paprocie, rośliny nagonasienne i okrytonasienne.

Zwierzęta stanowią grupę heterotroficznych wielokomórkowych istot organicznych, w większości posiadających zdolność ruchu i przemieszczania się. Dzielą się na dwie duże grupy: bezkręgowce i bezkręgowce.

Bezkręgowce składają się z porifów, parzystokopytnych, nicieni, mięczaków, stawonogów, szkarłupni i innych małych grup. Podobnie kręgowce to ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki.

Zwierzętom udało się skolonizować praktycznie wszystkie środowiska, w tym oceany i środowiska powietrzne, wykazując złożony zestaw adaptacji dla każdego.

Bibliografia

1. Forterre P. (2015). Uniwersalne drzewo życia: aktualizacja. Frontiers in microbiology, 6, 717.
2. Koonin EV (2014). Wizja ewolucji komórkowej i dziedzin życia Carla Woese. RNA biology, 11 (3), 197-204.
3. Margulis, L. i Chapman, MJ (2009). Królestwa i domeny: ilustrowany przewodnik po typach życia na Ziemi. Academic Press.
4. Sapp, J. (2009). Nowe podstawy ewolucji: na drzewie życia. Oxford University Press.
5. Sapp, J. i Fox, GE (2013). Osobliwe poszukiwanie uniwersalnego drzewa życia. Przeglądy mikrobiologii i biologii molekularnej: MMBR, 77 (4), 541-50.
6. Staley JT (2017). Domain Cell Theory wspiera niezależną ewolucję Eukarya, Bacteria i Archaea oraz hipotezę wspólności przedziału jądrowego. Otwarta biologia, 7 (6), 170041.