Archaea para niños
Datos para niños Arqueas |
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| Rango temporal: 3770–0Ma Arcaico – Reciente | ||
 A la izquierda: Methanosarcina, Ignicoccus con Nanoarchaeum, ARMAN y Haloquadratum. A la derecha: Methanohalophilus, Pyrococcus, Prometheoarchaeum y Halobacterium.
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| Taxonomía | ||
| Dominio: | Archaea Woese, Kandler y Wheelis, 1990 |
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| Reinos y filos | ||
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| Sinonimia | ||
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Las arqueas (del griego arjaía, que significa «las antiguas») son un grupo de microorganismos unicelulares muy pequeños. Al igual que las bacterias, no tienen un núcleo definido ni orgánulos internos. Sin embargo, son tan diferentes de las bacterias que los científicos las han clasificado en su propio grupo principal, llamado dominio.
En el pasado, se pensaba que las arqueas eran un tipo de bacterias y se les llamaba "arqueobacterias". Pero en 1977, los científicos se dieron cuenta de que las arqueas tienen una historia evolutiva única. También son muy diferentes en su química y sus genes. Por eso, se les dio un dominio separado en la clasificación de la vida. Ahora existen tres dominios principales: Archaea, Bacteria y Eukarya (que incluye a los animales, plantas y hongos).
Las arqueas son un grupo muy diverso. Aunque algunas se parecen a las bacterias en tamaño y forma, otras tienen formas muy curiosas. Por ejemplo, la Haloquadratum walsbyi tiene células planas y cuadradas. A pesar de su apariencia, las arqueas tienen genes y procesos biológicos más parecidos a los de los eucariotas (organismos con núcleo). También tienen características químicas únicas en sus membranas celulares.
Estos microorganismos pueden usar muchos tipos de "alimento" para obtener energía. Algunos usan azúcar, otros amoníaco, metales o incluso hidrógeno. Las arqueas que viven en ambientes salados pueden usar la luz solar para obtener energía. Se reproducen de forma asexual, dividiéndose en dos o más partes. A diferencia de las bacterias, no forman esporas.
Al principio, se creía que las arqueas solo vivían en lugares extremos. Por ejemplo, en aguas termales muy calientes o lagos salados. Pero ahora sabemos que están en casi todas partes. Se encuentran en el suelo, los océanos, los pantanos e incluso en el colon humano. Son muy abundantes en los océanos y son una parte importante de la vida en la Tierra. Ayudan en ciclos importantes de la naturaleza, como el del ciclo del carbono y el ciclo del nitrógeno.
No se conocen arqueas que causen enfermedades. A menudo, viven en beneficio mutuo con otros organismos. Por ejemplo, las arqueas que viven en el intestino de humanos y rumiantes ayudan a digerir los alimentos. Las arqueas también son útiles en la tecnología. Algunas se usan para producir biogás y para limpiar el agua. Sus enzimas, que pueden soportar altas temperaturas, se usan en la biotecnología.
Contenido
- Historia de las Arqueas: ¿Cómo se Descubrieron?
- Clasificación de las Arqueas: Un Mundo en Evolución
- Estructura y Composición de las Arqueas
- Metabolismo de las Arqueas: Cómo Obtienen Energía
- Genética de las Arqueas
- Ecología de las Arqueas: Dónde Viven y Qué Hacen
- Reproducción de las Arqueas
- Usos de las Arqueas en la Tecnología y la Industria
- Véase también
Historia de las Arqueas: ¿Cómo se Descubrieron?
Las arqueas se han estudiado desde hace mucho tiempo, especialmente las que producen metano. En 1776, se observó que el lago Mayor en Italia burbujeaba con "aire combustible", que luego se identificó como metano. En 1882, se descubrió que la producción de metano en el intestino de los animales se debía a microorganismos.
En 1936, H.A. Barker sentó las bases para estudiar cómo funcionan estos microorganismos. Logró cultivarlos en el laboratorio. En ese mismo año, se identificaron los géneros Methanococcus y Methanosarcina.
Las primeras arqueas que vivían en ambientes extremos se encontraron en lugares muy calientes. En la década de 1970, Thomas D. Brock descubrió arqueas que podían vivir en ambientes muy calientes y ácidos, como Thermoplasma y Sulfolobus.
En 1977, el científico Carl Woese y su equipo identificaron a las arqueas como un grupo de microorganismos muy diferente a las bacterias. Propusieron llamarlas "Archaebacteria" y clasificarlas en un "superreino" propio. Más tarde, en 1990, Woese propuso el término "dominio" para enfatizar lo diferentes que son. Así nacieron los dominios Bacteria y Archaea.
En 2023, un descubrimiento sorprendente reveló que algunas arqueas tienen una estructura llamada nucleolo. Antes se pensaba que el nucleolo solo existía en las células eucariotas. Este hallazgo cambió lo que se sabía sobre la microbiología.
Clasificación de las Arqueas: Un Mundo en Evolución
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Al principio del siglo XX, todos los microorganismos sin núcleo se agrupaban como uno solo. Se clasificaban por su forma o por lo que comían. Pero en 1965, se propuso un nuevo sistema. Este sistema usa las secuencias genéticas de los organismos para ver qué tan relacionados están. Este método, llamado filogenia molecular, es el principal que se usa hoy.
Las arqueas se clasificaron por primera vez como un grupo separado de las bacterias en 1977. Esto se hizo al estudiar sus genes de ARN ribosómico. Carl Woese argumentó que las arqueas eran un tipo de vida fundamentalmente distinto. Para destacar esta diferencia, en 1990 se les dio el nombre de "dominio". El nombre Archaea viene del griego y significa "las antiguas".
Al principio, solo se pensaba que las arqueas eran los microorganismos que producían metano o los que vivían en lugares extremos. Pero a finales del siglo XX, los científicos se dieron cuenta de que las arqueas son un grupo muy grande y diverso. Se encuentran en muchos lugares, no solo en los extremos, como en el suelo y los océanos. Este nuevo conocimiento se logró usando técnicas como la reacción en cadena de la polimerasa. Esto permite encontrar y estudiar organismos que son difíciles de cultivar en el laboratorio.
Grupos Principales de Arqueas
La clasificación de las arqueas cambia constantemente a medida que se descubren más cosas. Los científicos usan las secuencias de genes para entender cómo se relacionan. En 2024, se reconocían cuatro grupos principales o "reinos" de arqueas:
- Methanobacteriota: Es el grupo más variado. Incluye arqueas que producen metano, otras que viven en ambientes calientes y ácidos, y algunas que viven en lugares muy salados.
- Thermoproteota: Este grupo incluye arqueas que viven en fuentes termales y otras que oxidan amoníaco en el océano.
- Promethearchaeota (también conocidas como Asgard): Se cree que estas arqueas son las más cercanas a los eucariotas (organismos con células complejas como las nuestras).
- Nanobdellati (o DPANN): Este grupo incluye arqueas muy pequeñas, como las Nanoarchaeota, que son de las procariotas más diminutas conocidas.
Muchos de estos grupos solo se conocen por sus genes, ya que son muy difíciles de estudiar en el laboratorio.
Estructura y Composición de las Arqueas
Las arqueas son muy pequeñas, miden entre 0.1 y más de 15 μm. Pueden tener formas variadas: esferas, barras, espirales o placas. Algunas, como Haloquadra walsbyi, son planas y cuadradas. Estas formas inusuales se mantienen gracias a su pared celular y a una especie de "esqueleto" interno.
Algunas arqueas forman grupos o filamentos largos, creando biopelículas. Por ejemplo, las arqueas del género Pyrodictium forman tubos huecos que se conectan, creando colonias ramificadas. La función de estos tubos no se conoce, pero podrían ayudar a las células a comunicarse.
Membranas Celulares Únicas
Las membranas de las arqueas son muy diferentes a las de otros seres vivos. Esto es una prueba de que están muy distantes de bacterias y eucariotas. Todas las células tienen membranas hechas de fosfolípidos, que tienen una parte que le gusta el agua y otra que no. En el agua, estas moléculas forman una doble capa llamada bicapa lipídica.
Las membranas de las arqueas son especiales por varias razones:
- Sus lípidos se unen al glicerol con enlaces de tipo éter, que son más fuertes que los enlaces de tipo éster que tienen bacterias y eucariotas. Esto les ayuda a sobrevivir en temperaturas extremas o ambientes muy ácidos.
- La forma de sus moléculas de glicerol es la inversa a la de otros organismos. Esto sugiere que las arqueas usan enzimas completamente diferentes para construir sus membranas.
- Las "colas" de los lípidos de las arqueas son diferentes. Tienen cadenas ramificadas, a diferencia de las cadenas rectas de otros organismos. Esto puede ayudar a que sus membranas no se rompan a altas temperaturas.
- En algunas arqueas, la doble capa de la membrana se reemplaza por una sola capa. Esto hace que la membrana sea más rígida y resistente a ambientes difíciles.
Pared Celular y Flagelos
La mayoría de las arqueas tienen una pared celular que las protege, excepto algunas como Thermoplasma. Esta pared está hecha de proteínas que forman una capa rígida, como una "cota de malla". A diferencia de las bacterias, la mayoría de las arqueas no tienen peptidoglicano en su pared celular.
Las arqueas también tienen flagelos, que son como pequeñas colas que les permiten nadar. Funcionan de manera similar a los flagelos bacterianos, pero son diferentes en su composición y cómo se forman. Los flagelos de las arqueas se construyen añadiendo piezas desde su base, mientras que los de las bacterias se construyen desde la punta.
Metabolismo de las Arqueas: Cómo Obtienen Energía
Las arqueas tienen una gran variedad de formas de obtener energía y "alimento". Se clasifican según de dónde sacan su energía y su carbono.
- Algunas arqueas obtienen energía de compuestos inorgánicos como el azufre o el amoníaco. A estas se les llama litótrofas.
- Otras arqueas usan la luz solar como fuente de energía (son fotótrofas), como las algas. Sin embargo, ninguna arquea realiza la fotosíntesis que produce oxígeno, como las plantas.
- Muchas arqueas usan procesos básicos de metabolismo que son comunes a todas las formas de vida.
Algunas arqueas, llamadas metanógenas, producen gas metano en ambientes sin oxígeno, como los pantanos. Este tipo de metabolismo es muy antiguo. Una reacción común es usar dióxido de carbono y hidrógeno para producir metano. El metano es un gas de efecto invernadero que contribuye al calentamiento global.
Las arqueas también pueden fijar el carbono del aire, lo que significa que lo usan para construir sus propias moléculas. Lo hacen de diferentes maneras, usando energía de compuestos inorgánicos.
Las arqueas fotótrofas, como las haloarqueas, usan la luz para producir energía química. Tienen "bombas de iones" que se activan con la luz y ayudan a generar energía para la célula.
Genética de las Arqueas
Las arqueas suelen tener un solo cromosoma circular, como las bacterias. El tamaño de su genoma varía mucho. Por ejemplo, Methanosarcina acetivorans tiene un genoma grande, mientras que Nanoarchaeum equitans tiene uno de los más pequeños conocidos. Las arqueas también pueden tener plásmidos, que son pequeños trozos de ADN que pueden pasar de una célula a otra.
Existen virus que infectan a las arqueas, al igual que los bacteriófagos infectan a las bacterias. Algunos de estos virus tienen formas muy extrañas, como botellas o lágrimas.
Las arqueas son genéticamente únicas. Tienen muchas proteínas que solo se encuentran en ellas. Los genes que comparten con bacterias y eucariotas suelen estar relacionados con funciones básicas de la célula, como la forma en que se leen los genes.
La forma en que las arqueas leen y usan sus genes es más parecida a la de los eucariotas que a la de las bacterias. Por ejemplo, las enzimas que copian el ADN son similares a las de los eucariotas. Sin embargo, otras partes de este proceso son más parecidas a las bacterias.
Ecología de las Arqueas: Dónde Viven y Qué Hacen
Las arqueas viven en una gran variedad de hábitats y son una parte importante de los ecosistemas del planeta. Se estima que pueden representar hasta el 20% de toda la biomasa de la Tierra.
Muchas arqueas son extremófilas, lo que significa que viven en condiciones muy duras. Algunas pueden vivir a temperaturas superiores a los 100°C, como en géiseres o pozos de petróleo. Otras viven en lugares muy fríos, muy salados, muy ácidos o muy alcalinos. Por ejemplo, Picrophilus torridus puede crecer en un pH de 0, que es como vivir en ácido sulfúrico.
Sin embargo, muchas arqueas son mesófilas, lo que significa que viven en condiciones más suaves, como en alcantarillas, océanos y suelos. Son muy comunes en los océanos, formando gran parte del plancton. Aunque son muy abundantes, es difícil estudiarlas porque la mayoría no se pueden cultivar en el laboratorio.
Papel en los Ciclos Químicos
Las arqueas son clave en el reciclaje de elementos como el carbono, el nitrógeno y el azufre en la naturaleza.
- En el ciclo del nitrógeno, las arqueas ayudan a transformar el nitrógeno en diferentes formas. Esto es muy importante en los océanos y en el suelo, donde producen nitritos que luego las plantas usan.
- En el ciclo del azufre, algunas arqueas liberan azufre de las rocas. Sin embargo, algunas producen ácido sulfúrico como desecho, lo que puede causar drenaje minero ácido y daños al ambiente.
- En el ciclo del carbono, las arqueas metanógenas son importantes en la descomposición de la materia orgánica en lugares sin oxígeno, como los pantanos. Producen metano, que es un gas de efecto invernadero y contribuye al calentamiento global.
Interacciones con Otros Organismos
Las arqueas suelen tener relaciones de beneficio mutuo o comensalismo con otros organismos. No se conocen arqueas que causen enfermedades.
Un ejemplo de mutualismo es la relación entre los protozoos y las arqueas metanógenas en el sistema digestivo de animales como los rumiantes y las termitas. Los protozoos descomponen la celulosa de las plantas, liberando hidrógeno. Las arqueas metanógenas convierten este hidrógeno en metano, lo que ayuda a los protozoos a obtener más energía.
Las arqueas también pueden ser comensales, lo que significa que se benefician sin ayudar ni dañar al otro organismo. Por ejemplo, Methanobrevibacter smithii es la arquea más común en el flora intestinal humana. Es posible que también sea mutualista, ayudando a digerir los alimentos.
Reproducción de las Arqueas
Las arqueas se reproducen de forma asexual. Esto significa que no necesitan un compañero para tener descendencia. Se dividen por fisión binaria (una célula se divide en dos), fragmentación o gemación (una pequeña parte de la célula se separa y crece). No realizan meiosis, que es el proceso de reproducción de las células sexuales.
La división celular de las arqueas es un proceso complejo. Sus cromosomas se copian y luego la célula se divide. Aunque no forman endosporas (estructuras resistentes que forman algunas bacterias), algunas arqueas pueden cambiar de forma para sobrevivir en condiciones difíciles, como bajas concentraciones de sal.
Usos de las Arqueas en la Tecnología y la Industria
Las arqueas extremófilas son muy valiosas en la tecnología. Sus enzimas pueden funcionar en condiciones extremas, como altas temperaturas o niveles extremos de acidez y alcalinidad. Estas enzimas tienen muchos usos:
- Las ADN polimerasas resistentes al calor, como la de Pyrococcus furiosus, son esenciales en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La PCR es un método rápido para copiar ADN en el laboratorio.
- Otras enzimas de arqueas se usan en la industria alimentaria para procesar alimentos a altas temperaturas, como la leche sin lactosa.
- Las enzimas de arqueas también son estables en solventes orgánicos, lo que las hace útiles en procesos químicos más amigables con el ambiente.
Aunque las arqueas como organismos completos no se usan tanto en biotecnología, las arqueas metanógenas son vitales en el tratamiento de aguas residuales. Ayudan a descomponer los desechos y producen biogás. Las arqueas que viven en ambientes ácidos también son prometedoras para extraer metales como oro, cobalto y cobre de las minas.
Además, se están investigando nuevas clases de antibióticos que provienen de las arqueas. Estos compuestos son importantes porque tienen una estructura diferente a los antibióticos bacterianos, lo que podría significar que funcionan de una manera nueva. Esto podría ayudar a combatir bacterias resistentes a los antibióticos actuales.
Véase también
En inglés: Archaea Facts for Kids
