Arquea

Definición de arquea

Hasta la década de 1970 se pensaba que las arqueas eran bacterias, debido a las similitudes en su estructura y aspecto general y a que estaban mucho menos estudiadas que las bacterias. Entonces, en 1977, Woese y Fox utilizaron el gen 16s del ARN ribosómico (ARNr), un marcador molecular que ayuda a determinar las relaciones evolutivas entre los organismos, y descubrieron que varios de estos "microorganismos bacterianos" estaban en realidad más estrechamente relacionados con los eucariotas que con las bacterias. Estudios posteriores revelaron que las arqueas comparten algunos rasgos con las bacterias y otros con los eucariotas, aunque también tienen características únicas.

Fig. 1: Imagen de microscopio electrónico de barrido de la cepa SLP de Metanohalophilus mahii.

Características de las arqueas

Antes de ser clasificadas como Archaea, una de las características que llevó inicialmente a situar a estos organismos como un tipo diferente de bacterias fue la observación de que muchas arqueas son extremófilas.

Viven en entornos con condiciones extremas. Aunque algunas bacterias también pueden vivir en entornos extremos, las arqueas son las que se encuentran con más frecuencia en estas condiciones y son las únicas que se encuentran en los hábitats más extremos.

Estructura y composición de las arqueas

Membrana celular: las membranas de las arqueas tienen una estructura similar a las de las bacterias y eucariotas, pero presentan importantes diferencias en su composición:

• Las membranas de las arqueas pueden estar compuestas por una bicapa de fosfolípidos (dos capas de moléculas lipídicas, como las bacterias y los eucariotas) o tener monocapas, una sola capa de lípidos (las colas de los fosfolípidos opuestos están fusionadas). La monocapa podría ser una clave para la supervivencia a altas temperaturas y/o a una acidez extremadamente ^baja2.

• Tienen cadenas de isopreno como cadenas laterales en los fosfolípidos de membrana en lugar de ácidos grasos.

• Las cadenas de isopreno están unidas a la molécula de glicerol mediante un enlace éter (sólo tiene un átomo de oxígeno, unido al glicerol) en lugar de un enlace éster (tiene dos átomos de oxígeno unidos, uno unido al glicerol y otro sobresaliendo de la molécula).

• Algunas de las cadenas de isopreno tienen ramificaciones laterales, que permiten a la cadena principal enroscarse sobre sí misma y formar un anillo, o unirse a otra cadena principal. Se cree que estos anillos dan más estabilidad a las membranas, sobre todo en ambientes extremos. Los ácidos grasos no forman ramas laterales.

• Las arqueas pueden tener uno o varios apéndices similares a los flagelos para desplazarse. Sin embargo, son estructuralmente diferentes de los flagelos bacterianos y eucariotas.

Fig. 2: Estructura y composición de la membrana de las arqueas. Arriba: membrana arqueal: cadena lateral 1-isopreno, enlace 2-éter, 3-L-glicerol, molécula de 4-fosfato. Medio: membrana bacteriana y eucariota: 5-ácido graso, enlace 6-éster, 7-D-glicerol, molécula de 8-fosfato. Parte inferior: Bicapa de 9 lípidos en bacterias, eucariotas y la mayoría de las arqueas, monocapa de 10 lípidos en algunas arqueas.

Pared celular: hay cuatro tipos de paredes celulares de arqueas, pero a diferencia de las bacterias, ninguna tiene peptidoglicano. Pueden estar compuestas de

• pseudopeptidoglicano (similar al peptidoglicano pero con diferentes azúcares en las cadenas de polisacáridos),
• polisacáridos,
• glicoproteínas,
• o sólo proteínas.

Modos de nutrición de las arqueas

Las arqueas pueden utilizar una gran variedad de fuentes de energía y carbono, como los procariotas en general. Pueden ser fotoheterótrofas (utilizan la luz como fuente de energía y descomponen moléculas orgánicas para obtener carbono), quimioautótrofas o quimioheterótrofas (ambas utilizan fuentes químicas de energía, pero las autótrofas utilizan fuentes inorgánicas de carbono, como_{el CO2}, y las heterótrofas descomponen moléculas orgánicas).

Distribución de las arqueas

Aunque muchas arqueas son amantes de las condiciones extremas, más tarde se descubrió que, en realidad, el grupo está ampliamente distribuido y también se encuentra en entornos más normales (como el suelo, los sedimentos de los lagos, las aguas residuales y el océano abierto), así como asociado a un huésped. Mientras que algunas arqueas son simplemente muy buenas para tolerar estas condiciones, las más extremas tienen una composición celular específica que sólo puede funcionar correctamente en estas condiciones extremas. Las arqueas pueden vivir en entornos extremos, como hábitats con alta salinidad(hiperhalófilos o halófilos extremos), temperatura(hipertermófilos o termófilos extremos), acidez (acidófilos) o una mezcla de estas condiciones.

Fig. 3: Vista aérea del Gran Manantial Prismático, Parque Nacional de Yellowstone. El color naranja brillante del borde lo dan los microorganismos, incluidas las bacterias y las arqueas.

Forman parte de la comunidad microbiana (que incluye bacterias, hongos y protistas) que vive en las tripas de los animales, sobre todo en los herbívoros (ganado, termitas y otros), pero también se han encontrado en humanos.

Ejemplos de arqueas

Veamos algunos ejemplos de especies arqueas y sus rasgos principales2^,3,4:

Tabla 1: Ejemplos de organismos arqueas y descripción de algunos de sus rasgos.

Fuente: Schäfer, 1999; Bräsen et al. 2014, y Kim, 2020.

Importancia de las arqueas

Las arqueas, al igual que las bacterias, son una parte vital de los ciclos del carbono y el nitrógeno. Como quimioautótrofos, convierten estos compuestos inorgánicos en formas fácilmente disponibles para otros organismos que, de otro modo, no podrían reutilizarlos. El metano también es un compuesto clave en el ciclo biogeoquímico del carbono y, como ya se ha mencionado, los únicos organismos capaces de producir metano son las arqueas metanogénicas.

Las arqueas también están siendo objeto de numerosos estudios evolutivos, ya que son una clave importante en el origen de los eucariotas. La hipótesis más aceptada (la teoría de la endosimbiosis) indica que los eucariotas se originaron a partir de la fusión de un organismo ancestral arqueo (o estrechamente relacionado con las arqueas) y una bacteria ancestral que acabó evolucionando hasta convertirse en el orgánulo mitocondria.

Archaea vs Bacterias vs Eucariotas

En la tabla^26,7 resumimos las principales similitudes y diferencias entre las arqueas y los otros dos dominios de la vida. Como ya se ha dicho, las Archaea comparten muchos rasgos procariotas con las Bacterias. Sin embargo, observa cómo la maquinaria para el procesamiento de la información genética (replicación, transcripción y traducción), representada aquí por los tipos de ARNt y ARN polimerasa y la composición de los ribosomas, está más estrechamente relacionada con Eukarya.

Tabla 2: Similitudes y diferencias entre los tres ámbitos de la vida.

Fuente: Urry et al., 2021 y Mary Ann Clark, 2022.