1. 古细菌的发现
1977年,沃斯(C.R. Woese)以16S rRNA序列比较为依据,提出的独立于真细菌和真核生物之外的生命的第三种形式,即在细胞构造上与真细菌较为接近,同属原核生物,但在进化谱系上更接近真核生物。
古细菌是最古老的生命体。若将地球约46亿年的年龄缩小为一年的时光,那么,古细菌早在3月20日就出现了,而人类诞生不过是12月31日的事情。
2. 古细菌的特点
古细菌的细胞壁(除热原菌属无细胞壁)组成、结构、细胞膜类脂组分、核糖体的RNA碱基顺序等与其它细菌有很大区别。绝大多数种类具与真细菌类似功能的细胞壁,但略有差别,古生菌细胞壁中无真正的肽聚糖,而是由假肽聚糖、糖蛋白或蛋白质构成。
古细菌的细胞一般很薄,呈扁平状。
古细菌细胞膜有两种,即双层膜和单层膜,膜脂由醚键而不是酯键连接。
古细菌代谢过程中有许多特殊的辅酶,如产甲烷菌含有F420、F430和COM及B因数。
古细菌好氧、厌氧和兼性厌氧,其中严格厌氧是古细菌的主要呼吸类型。
古细菌营化能无机营养或化能有机营养,少数还是光能自养菌。
古细菌主要为二分裂,少量芽殖,但繁殖速度慢,进化速度也比细菌慢。
古细菌均生活在多种极端环境中,如高盐、高温、低温、海底等,即:从生态学的角度来讲,古细菌的生态幅均很狭隘。
极端嗜热菌(Themophiles)能生长在90 ℃以上的高温环境,如斯坦福大学科学家发现的古细菌,最适生长温度为100 ℃,80 ℃以下即失活,德国的斯梯特(K. Stetter) 在意大利海底发现的一族古细菌,能生活在110 ℃以上高温中,最适生长温度为98 ℃,降至84 ℃即停止生长。美国的J.A. Baross发现一些从火山口中分离出的细菌可以生活在250 ℃的环境中。嗜热菌的营养范围很广,多为异养菌,其中许多能将硫氧化以取得能量。
Taq DNA聚合酶是从一种水生栖热菌(Thermus aquaticus)yT1株分离提取的。yT是一种嗜热真细菌,可在70-75 ℃生长。该菌是1969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离的。其比活性为200000单位/mg。75-80 ℃时每个酶分子可延伸约150个核苷酸/秒,70 ℃延伸率大于60个核苷酸/秒,55 ℃时为24个核苷酸/秒。该酶具有良好的热稳定性,实验表明PCR反应时变性温度为95 ℃、50个循环后,Taq DNA聚合酶仍有65%的活性。Taq DNA聚合酶的热稳定性是该酶用于PCR反应的前提条件,也是PCR反应能迅速发展和广泛应用的一个重要原因。
极端嗜酸菌(Acidophiles)能生活在pH值1以下的环境中,往往也是嗜高温菌,生活在火山地区的酸性热水中,能氧化硫,硫酸作为代谢产物排出体外。
极端嗜盐菌(Extremehalophiles)生活在高盐度环境中,盐度可达25%,如死海和盐湖中。
《齐民要术》里面描述了在海滩上的盐田,发现到一定的时候,这个盐池就会变红。按现在我们的知识,就是我们现在认识的嗜盐菌。
极端嗜碱菌(Alkaliphiles)多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中,生活环境pH值可达11.5以上,最适pH值8-10。
产甲烷菌(Metnanogens)是严格厌氧的生物,能利用CO2使H2氧化生成甲烷,同时释放能量。
古细菌在极端环境下微生物的研究意义:
开发利用新的微生物资源,如特异性的基因资源。
为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关学科许多领域,如功能基因组学、生物电子器材等的研究提供新的课题和材料。
为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。
古细菌代表着生命的极限,确定了生物圈的范围。
3. 古细菌与真细菌的差异
由于研究手段的限制,在很长一段时间内,人们将古细菌与真细菌混为一谈。直到生物三域分类体系建立后,古细菌才从细菌中区分出来。其中古细菌的16SrRNA与真核生物的16SrRNA更为接近。
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