ЦАРСТВО КРЕНАРХЕОТ

Эти организмы образуют довольно гомогенную группу. Они получают энергию в процессах, связанных с восстановлением или окислением соединений серы, и являются гипертермофилами, то есть развиваются при температуре выше 80?С. Название этого царства происходит от греческих корней "крен", означающего источник, ключ, и "архе" - древний. Действительно, эти археи обитают исключительно в горячих источниках, на поверхности Земли или дне океана, обычно в зонах вулканической активности. Местом их обитания являются, в частности, окрестности глубоководных вулканических источников - "черных курильщиков", расположенных в океане на тысячеметровых глубинах. Температура воды в них благодаря высокому давлению может достигать 200-300?С. При взаимодействии воды источника с морской водой образуется темный осадок, источник как бы дымит. Отсюда происходит их название. Около таких источников развиваются экстремально термофильные археи , некоторые из них растут даже при температурах 100-110?С. К ним относится, например, Pyrodictium occultum - "огненная сеточка", организм, представляющий собой сеточку, образованную шариками-кокками, соединенными тяжами. Лучше всего "сеточка" развивается при температуре 105?С, используя для жизни энергию окисления элементарной серой молекулярного водорода, содержащегося в вулканическом газе: Н2 + S H2S. Другой представитель кренархеот - Sulfolobus acidocaldarius растет при температурах до 100?С, используя энергию окисления элементарной серы молекулярным кислородом: 2S + O2 + 2H2O 2H2SO4 . Очевидно, что в результате жизнедеятельности Sulfolobus происходит сильное подкисление среды, но это для организма только полезно, так как он растет при значениях рН 1-6. Sulfolobus не имеет строго определенной формы и легко ее изменяет, так как окружен только структурированным слоем гликопротеиновых субъединиц (см. рис. 1). На его поверхности присутствуют волоски - пили, при помощи которых Sulfolobus может прикрепляться к частичкам серы, используемой им в качестве субстрата для дыхания.

ЦАРСТВО ЭВРИАРХЕОТ

Эти организмы распространены повсеместно. Некоторые формы являются экстремально термофильными и живут около "черных курильщиков", Это, например, Pyrococcus furiosus ("яростные огненные шарики"). "Шарики" развиваются при отсутствии молекулярного кислорода за счет использования органического вещества при температурах 70-103?С. Однако представители эвриархеот обнаружены и в арктической тундре и даже Антарктиде.

К эвриархеотам относится обширная группа метанобразующих архей . Как уже было отмечено, биологическое образование метана осуществляется только археями . Основным путем образования метана является окисление молекулярного водорода углекислотой - "карбонатное дыхание": 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O. В некоторых случаях могут быть использованы соли муравьиной и уксусной кислот, метиловый спирт и метиламины. Таким образом эти археи получают необходимую им энергию. Среди метанобразующих архей есть формы палочковидные, кокки (шарики), спиральные формы, иногда - организм образован одной клеткой, иногда многими. Строение и состав клеточных стенок очень варьируют. Метанобразующие археи широко распространены, 1,0-1,5% углерода, участвующего в круговороте углерода в биосфере, проходит через стадию метана. При образовании метана может быть использован водород вулканического происхождения. Существуют экстремально термофильные формы, развивающиеся в зонах горячих источников. Это, например, Methanothermus fervidus, растущий при температурах 65-97?С. Образование метана происходит в осадках морей и пресноводных водоемов, болотах, почвах тундры и рисовых полей. Метанобразующие археи входят в состав кишечной микрофлоры, в частности они развиваются в отделе желудка - рубце жвачных животных. Накопление метана, хотя и незначительное, отмечено и в кишечнике человека. Метанобразующие бактерии интенсивно синтезируют витамин В12 и обеспечивают им своих хозяев. Метанобразующие бактерии являются внутриклеточными симбионтами некоторых простейших, особенно развивающихся при отсутствии молекулярного кислорода.

Метанобразующие археи могут приносить практическую пользу. Так, существуют методы утилизации органических отходов в так называемых метантенках. В метантенках при высокой температуре и отсутствии молекулярного кислорода происходит сбраживание органических веществ разнообразной микрофлорой, в результате чего образуются водород и углекислота, которые и используются археями при образовании метана. Благодаря высокой температуре процессы идут с высокой интенсивностью. В литературе сообщалось, что от трупа лошади, помещенного в такой метантенк, через неделю остался один скелет. Были сконструированы также установки для получения горючего газа - метана из соломы, что, как предполагают, может обеспечить газом небольшие сельскохозяйственные поселения.

Экстремально галофильные, способные к росту в насыщенных солевых растворах археи образуют самостоятельную группу весьма своеобразных организмов, к которым относятся представители родов Halobacterium, Halococcus, Natronobacterium, Natronococcus и некоторых других. Они развиваются при концентрациях солей, превышающих 250-300 г/л. Natronobacterium и Natronococcus, кроме того, предпочитают щелочные водоемы с крайне высокими значениями рН. Внутриклеточная солевая концентрация у галофилов высока, главным образом за счет накопления ионов К+. Их ферменты работают при высоких солевых концентрациях, при которых аналогичные ферменты других организмов теряют активность. Галофилы существуют за счет использования органических соединений, они могут расти в присутствии молекулярного кислорода и без него. При отсутствии молекулярного кислорода и наличии света у них происходит образование так называемых пурпурных или фиолетовых мембран - это участки поверхностной мембраны клетки, содержащие пигмент родопсин, аналогичный родопсину человеческого глаза. В пурпурных мембранах за счет энергии света происходит синтез АТФ (аденозинтрифосфата), являющегося основным носителем энергии в клетках живых организмов. Эта энергия может быть использована археями для поддержания жизни, хотя существовать исключительно за счет световой энергии они не могут. Клетки некоторых галофилов содержат также другие типы родопсина - сенсорный родопсин I и II, входящий в состав рецептора света и обеспечивающий способность этих организмов при движении определенным образом ориентироваться в отношении источника света. Клетки галофилов обычно содержат также красные каротиноидные пигменты, при их массовом развитии субстрат (соль, скопления органики и т.п.) окрашивается в красный цвет. Галофилы населяют соляные озера, например Мертвое море. Мертвое море - озеро на территории Израиля и Иордании, вода которого насыщена солями (рис. 2). Думали, что в нем нет никакой жизни, но оказалось, что Мертвое море населено археями . Археи обнаружены в соляных озерах США, Кении, в солярнах (мелких водоемах для выпаривания морской воды и получения соли). Соляные озера на юге России тоже заселены галофильными археями . Известно, что раньше найденную красную соль, как соль царскую, отправляли на телегах в Москву, в Кремль. Существуют сообщения о том, что клетки галофильных архей , замурованные в окаменевшую соль при высыхании водоема, могут сохраняться в жизнеспособном состоянии в течение многих миллионов лет и, попав в благоприятные условия, начинают расти. Подобного рода данные, правда, вызывают сомнения и нуждаются в проверке.