Подцарство Архебактерии

Определения и обозначения

Архебактерии — древняя группа прокариотических организмов, отличающаяся особенностями строения и обмена веществ. Прокариоты — это организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. Особенности архебактерий позволяют выделять их отдельно от бактерий, несмотря на общий признак отсутствия ядра. Это понятие помогает описывать одну из групп живых организмов.

Метаногены — архебактерии, образующие метан в ходе обмена веществ в бескислородной среде. Обмен веществ — совокупность процессов, благодаря которым клетка получает необходимые вещества и энергию. Метаногены обитают там, где кислорода нет или очень мало, например в болотных отложениях. По образованию метана можно распознать эту группу.

Термофилы — архебактерии, приспособленные к жизни при высокой температуре. Их жизненные процессы сохраняются в условиях, в которых многие другие организмы не могут нормально существовать. Такие организмы встречаются, например, в горячих источниках. Термин связывает особенности организма с температурой среды.

Галофилы — архебактерии, способные жить в среде с очень высокой концентрацией солей. Слово «галофилы» указывает на приспособленность к солёности, а не к нагреванию. Их находят в солёных водоёмах и других местах с большим количеством растворённых солей. По этому признаку их отличают от термофилов.

Как это устроено

Архебактерии относят к прокариотам, потому что у их клеток нет оформленного ядра. У эукариот наследственный материал окружён ядерной оболочкой, а у прокариот он находится в клетке без такой оболочки. Поэтому при определении типа клетки нужно смотреть именно на наличие или отсутствие ядра, а не на размер организма или место его обитания. Архебактерии могут быть микроскопическими, но это не меняет их принадлежности к прокариотам.

Отсутствие ядра сближает архебактерий с бактериями, однако строение их клетки имеет и отличия. Например, клеточная стенка архей не содержит пептидогликан — вещества, характерного для стенки многих бактерий. Отличаются и липиды мембраны: у архей они связаны с другими химическими связями, чем у бактерий. Значит, классифицируя организм, нельзя опираться только на признак «нет ядра».

Оболочка клетки отделяет её содержимое от окружающей среды, а мембрана участвует в обмене веществ и помогает поддерживать внутри клетки подходящие условия. У некоторых архебактерий особенности оболочки и мембранных веществ помогают сохранять устойчивость при нагревании или высокой солёности. Это не означает, что любая архебактерия способна жить при любых крайних значениях температуры и солёности. У каждого вида есть свои условия, к которым он приспособлен.

Метаногены живут без кислорода, потому что их обмен веществ приспособлен к бескислородной среде. В таких условиях они получают энергию в химических реакциях с участием доступных веществ, а одним из продуктов становится метан. Поэтому метаногенов находят в местах, где кислорода мало или нет, например в донных отложениях. Их нельзя описывать как организмы, которым для образования метана нужен кислород.

Горячие источники и очень солёные водоёмы подходят некоторым архебактериям благодаря их приспособленности к высокой температуре или солёности. Но необычные местообитания — не обязательный признак всей группы: есть архебактерии, живущие в обычных условиях. Среда обитания помогает понять особенности конкретного организма, но сама по себе не заменяет изучение его строения. Поэтому архебактерий отличают от бактерий не только по тому, где они найдены.

Группы архебактерий и их особенности

Сравнивайте группы по двум признакам: каким условиям они приспособлены и что характерно для их жизнедеятельности. Если в задаче указана высокая температура, ищите термофилов, а если большая концентрация солей — галофилов. Метаногенов распознают прежде всего по образованию метана в бескислородной среде.

Разбор задач

1. Организм не имеет оформленного ядра. Как определить, относится ли он к прокариотам?

В условии дано не название группы, а признак клеточного строения. Чтобы решить задачу, нужно сравнить его с определением прокариот и не делать выводов о среде обитания. Отсутствие ядра — достаточное основание отнести клетку к прокариотическому типу.

1. Выделяем главный признак: оформленного ядра у организма нет.
2. Вспоминаем, что у прокариот наследственный материал не отделён ядерной оболочкой.
3. Сопоставляем признаки: они совпадают, поэтому организм относится к прокариотам.

Ответ: да, организм является прокариотом, потому что у него нет оформленного ядра. По этому признаку нельзя определить, архебактерия это или бактерия. Для такого различения нужны сведения об особенностях строения клетки.

2. Микроорганизм обнаружен в очень солёном водоёме. Какую группу архебактерий следует предположить и почему?

Здесь важнее всего условие среды — очень высокая солёность. Вспоминаем, какая группа архебактерий приспособлена именно к такой среде. Не следует путать соль с высокой температурой: в условии ничего не сказано о нагревании.

1. Находим указание на необычный фактор: в водоёме высокая концентрация солей.
2. Сравниваем фактор с определениями: к высокой солёности приспособлены галофилы.
3. Делаем предположение о группе, не приписывая организму неуказанных свойств.

Ответ: вероятнее всего, это галофилы, поскольку они способны жить при высокой концентрации солей. Термофилов предполагать оснований нет: их отличает приспособленность к высокой температуре. Чтобы подтвердить определение, полезно учитывать и другие признаки организма.

3. В бескислородной среде живут прокариоты, выделяющие метан. Определите их группу и объясните, какие особенности условий и обмена веществ связаны с таким образом жизни.

В условии соединены три подсказки: организм является прокариотом, среда не содержит кислорода, а в ходе жизнедеятельности выделяется метан. Первого признака недостаточно для определения конкретной группы, потому что прокариотами являются и архебактерии, и бактерии. Решающее значение имеет сочетание бескислородных условий с образованием метана.

1. Отмечаем, что отсутствие оформленного ядра указывает на прокариотический тип клетки.
2. Учитываем отсутствие кислорода: обмен веществ организма происходит в бескислородной среде.
3. Сопоставляем образование метана с группой архебактерий, которая имеет такую особенность, — метаногенами.

Ответ: это метаногены. Их обмен веществ приспособлен к жизни без кислорода, а метан образуется как продукт происходящих в клетке процессов. Нельзя объяснять его выделение использованием кислорода: в условии прямо указана бескислородная среда.

Типичные ошибки

Ошибка: считать архебактерий обычными бактериями, потому что у тех и других нет оформленного ядра. Так рассуждают, если учитывают только один общий признак прокариот. Однако клеточные оболочки и мембраны этих групп отличаются по строению. Проверь себя: отделяешь ли ты признак прокариот от признаков, по которым различают архебактерий и бактерий?

Ошибка: утверждать, что все архебактерии живут только в экстремальных условиях. Это впечатление возникает из-за примеров горячих источников и очень солёных водоёмов. Некоторые архебактерии встречаются и в обычной среде. Проверь себя: не переносишь ли ты особенности отдельных групп на всё подцарство?

Ошибка: путать термофилов с галофилами. Названия могут казаться одинаково связанными с необычной средой, поэтому ученик запоминает только слово «экстремальные». Но термофилы приспособлены к высокой температуре, а галофилы — к высокой солёности. Проверь себя: назови отдельно фактор, характерный для каждой группы.

Ошибка: считать, что метаногены используют кислород для образования метана. Так можно решить, если забыть, что организмы получают энергию разными способами. Метаногены образуют метан в бескислородной среде, поэтому кислород не является необходимым условием этого процесса. Проверь себя: совместим ли твой ответ с указанием на отсутствие кислорода?

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в теме, нужно знать, чем прокариотическая клетка отличается от эукариотической. Полезно также понимать, какие части клетки образуют её оболочку: клеточную стенку и мембрану. Эти знания позволяют объяснить, почему архебактерий нельзя определить только по отсутствию ядра.

Тема продолжает изучение разнообразия прокариот и помогает сравнивать группы организмов по строению и обмену веществ. Связь между условиями среды и особенностями жизнедеятельности показывает, как организмы приспосабливаются к разным условиям. Такой подход пригодится и при изучении других групп живых организмов.

Что запомнить

• Архебактерии — прокариоты.
• Архебактерии отличаются от бактерий особенностями клеточной оболочки и мембраны.
• Метаногены образуют метан в бескислородной среде.
• Термофилы приспособлены к высокой температуре.
• Галофилы живут при высокой концентрации солей.
• Не все архебактерии обитают в экстремальных условиях.