CAPÍTULO 7 / TEMA 3

Procariotas: dominio Archaea, reino Archaebacteria

Las arqueobacterias son casi tan antiguas como nuestro planeta. Surgieron cuando la Tierra se encontraba en su etapa naciente y las condiciones eran extremas. Hasta la fecha, estos organismos viven en condiciones tales en las que otros no podrían sobrevivir.

ORIGEN DEL REINO

Las arqueobacterias son un tipo de organismo unicelular tan diferente de otras formas de vida modernas que han desafiado la manera en que los científicos clasifican la vida.

El término achaio es una palabra griega que significa “antiguo”.

Los estudios genéticos y bioquímicos recientes en bacterias mostraron que una clase de procariotas era muy diferente de las bacterias actuales e incluso de todas las demás formas de vida modernas.

Se presume que estas células únicas son descendientes de un linaje muy antiguo de bacterias que evolucionaron alrededor de fuentes de aguas profundas ricas en azufre.

Nuevo árbol de la vida

El análisis genético y bioquímico ha llevado a un nuevo árbol filogenético de la vida, que hace uso del concepto de dominios para describir las divisiones de la vida que son más grandes y más generales que la del reino.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

VER INFOGRAFÍA

Las arqueobacterias tienen una estructura más similar a los eucariotas que a las bacterias. Hay varias características de este reino que ayudan a distinguirlas de las eubacterias.

  • Las arqueobacterias no tienen peptidoglicano en sus paredes celulares.
  • La pared celular está compuesta de glicoproteínas y polisacáridos.
  • Las arqueobacterias tienen un solo cromosoma redondo, como las bacterias, pero su transcripción genética es similar a la que ocurre en los núcleos de las células eucariotas.
¿Sabías qué?
La transcripción de genes en las arqueobacterias ha llevado a algunos científicos a proponer que las eucariotas descienden directamente de las arqueobacterias.
  • Las envolturas de la pared celular tienen una alta resistencia a los antibióticos debido a la diferencia en la composición de la pared celular.
  • Las proteínas ribosómicas en eucariotas y arqueas también son similares entre sí.
  • Solo las arqueobacterias son capaces de realizar la metanogénesis.

CLASIFICACIONES DENTRO DEL REINO ARCHAEBACTERIA

Hay tres tipos de arqueobacterias que se clasifican en función de su relación filogenética:

1. Crenarchaeota (Termoacidófilos)

Grupo de organismos extremadamente tolerantes al calor. Tienen proteínas especiales que funcionan a temperaturas tan altas como 100 °C y además sobreviven en ambientes muy ácidos.

Se han descubierto muchas especies que viven en aguas termales y alrededor de los respiraderos de aguas profundas.

2. Euryarchaeota (halófilos y metanógenos)

Los halófilos pueden sobrevivir en 10 veces la concentración de sal presente en el mar y los metanógenos reducen el CO2 para producir metano. Sin metanógenos, el ciclo del carbono de la Tierra se vería afectado.

Importancia ecológica

Euryarchaeota es la única forma de vida que puede realizar la respiración celular mediante el uso del carbono como su aceptor de electrones. Esto le da un nicho ecológico importante porque la descomposición del carbono en metano es el paso final en la descomposición de la mayoría de las formas de vida.

Las arqueobacterias metanogénicas se pueden encontrar en marismas y humedales, donde son responsables del llamado gas de pantano que da el olor característico a estos lugares. También en los estómagos de los rumiantes, como las vacas, donde descomponen los azúcares que se encuentran en el pasto.

3. Korarchaeota

Es el linaje más antiguo de las arqueobacterias y el tercero descubierto.

Se hallan en escasas cantidades y específicamente en ambientes hidrotermales. Se descubrieron gracias a un muestro filogenético realizado en el estanque Obsidiana de Yellowstone en Estados Unidos. Hoy en día, ya se pueden cultivar en laboratorios.

Los Korarchaeota son raros en la naturaleza tal vez porque otras formas de vida más nuevas están mejor adaptadas para sobrevivir en ciertos ambientes.

IMPORTANCIA BIOLÓGICA

  • Su capacidad para tolerar condiciones extremas ayuda a los investigadores a aprender sobre las condiciones climáticas, el medioambiente y su supervivencia en la tierra primitiva.
  • Los metanógenos pueden crecer en fermentadores de biogás y descomponer el estiércol de vaca en gas metano como subproducto. Por lo tanto, se utilizan para la producción de gas doméstico para cocinar.
¿Sabías qué?
Las arqueobacterias constituyen hasta el 20 % de todas las células microbianas en el océano.
  • Organismos como Methanobacterium ruminantium están presentes en el sistema digestivo de los animales rumiantes con la finalidad de ayudarles a digerir la celulosa.
  • Las arqueobacterias tienen un papel importante en muchos ciclos químicos, como el ciclo del carbono, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del azufre.

UTILIDAD INDUSTRIAL

Debido a su naturaleza extremófila, las arqueobacterias han demostrado ser de gran ayuda en el campo de la biotecnología, especialmente en la producción de enzimas que trabajan a temperaturas muy altas y de algunos antibióticos.

Visión hacia el futuro

Las características del reino de las arqueobacterias demuestran que la vida puede existir en cualquier lugar, bajo cualquier condición. La existencia de estos extremófilos nos da esperanza de que tal vez en un futuro cercano se logre descubrir vida en los otros planetas.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “Los seres vivos unicelulares”

Este recurso le permitirá obtener más información acerca de un gran grupo de seres vivos de tamaño considerablemente pequeño, con material genético y conformación simple que solo pueden ser observados bajo un microscopio.

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Vídeo “Reino Monera”

Este video le permitirá conocer las características del grupo de microorganismos pertenecientes a este reino.

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Infografía “Bacterias”

Con este recurso podrá dar a conocer la información sobre estos organismos unicelulares procariotas que no son visibles a simple vista y que abundan en la naturaleza.

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CAPÍTULO 7 / REVISIÓN

DIVERSIDAD Y CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS | ¿qué aprendimos?

Clasificación de los seres vivos

La clasificación de los seres vivos comenzó como un sistema jerárquico que dividió a todos los organismos conocidos en plantas y animales. Este modelo fue reemplazado en el siglo XVIII por Carlos Linneo, quien realizó una división en reinos y los estructuró en cinco niveles: clase, orden, género, especie y variedad. Luego se empleó el sistema de clasificación binomial para nombrar a los organismos, pero fue Robert H. Whittaker quien postuló una clasificación de cinco reinos llamados Monera, Protista, Fungi, Plantae y Animalia. El sistema de cinco reinos no está en uso en la actualidad, en cambio, lo que ahora se emplea es un sistema de seis reinos: Animalia, Plantae, Fungi, Protista, Monera y Archaea.

La complejidad de la estructura celular fue uno de los criterios que Whittaker tuvo en cuenta para la clasificación.

Procariotas: dominio Bacteria, reino Monera

Las bacterias son los organismos procarióticos más simples, y presentan características como: ausencia de membrana nuclear, cromosoma único y circular, carencia de organelos celulares y reproducción por formación de esporas o fisión binaria. Inicialmente, las bacterias fueron consideradas animales, plantas y hongos. Se clasifican de varias maneras, pero la más importante consta de dos grupos principales: Archaebacteria y Eubacteria. Las primeras son organismos que viven en condiciones extremas y carecen de pared celular; las segundas son las llamadas bacterias verdaderas. Su rasgo característico es la presencia de pared celular rígida.

La bacteria que naturalmente forma parte de la flora intestinal es muy importante para una digestión adecuada.

Procariotas: dominio Archaea, reino Archaebacteria

Las arqueobacterias surgieron cuando la Tierra se encontraba en sus primeros años de existencia y las condiciones reinantes eran extremas. Tienen una estructura más parecida a la de los eucariotas que a la de las bacterias. Tienen un solo cromosoma redondo, como las bacterias, pero su transcripción genética es similar a la que ocurre en los núcleos de las células eucariotas. Hay tres tipos principales: Crenarchaeota, que son organismos extremadamente tolerantes al calor y a ambientes muy ácidos; Euryarchaeota, que son organismos que pueden sobrevivir ambientes con 10 veces la concentración de sal del mar y que reducen el CO2; y Korarchaeota, que es el linaje más antiguo pero menos comprendido, y que presenta genes diferentes a los de los grupos anteriores.

Organismos como Methanobacterium ruminantium están presentes en el sistema digestivo de los animales rumiantes y ayudan a la digestión de la celulosa.

Eucariotas: dominio Eukarya, reino Protista o Protoctista

El término protista fue introducido por Ernst Haeckel. Este reino forma un vínculo entre otros reinos de plantas, animales y hongos. Son generalmente organismos eucariotas simples, unicelulares, aunque algunos son coloniales y otros multicelulares. Principalmente son de naturaleza acuática y realizan el movimiento mediante flagelos o cilios. Algunos protistas son semejantes a los animales y se conocen como protozoos; otros, son similares a plantas, y tienen clorofila. Entre estos últimos se encuentran las algas verdes, rojas, pardas, doradas y fuego. Por último, los protistas con aspecto de hongos son unicelulares, saprófitos y viven en suelo húmedo, plantas y árboles en descomposición.

Por su condición de parásitos, algunos protistas pueden causar muchas enfermedades en plantas, en animales e incluso en el hombre.

Eucariotas: dominio Eukarya, reino Fungi

El Reino Fungi incluye un grupo diverso de seres que no pueden ser catalogados como animales ni como plantas. Se caracterizan por ser heterótrofos y descomponer la materia orgánica. Poseen una pared celular rígida y pueden ser unicelulares o pluricelulares. Los hongos pluricelulares presentan estructuras filamentosas llamadas hifas y viven en lugares húmedos y sombríos. Este reino contiene cinco filos principales: Chytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota y Glomeromycota.

Los hongos producen naturalmente antibióticos que permiten inhibir el crecimiento de bacterias.

Eucariotas: dominio Eukarya, reino Animalia

El Reino Animalia está compuesto por todos los animales, vivos o extintos, del planeta. Son eucariotas, ya que el ADN se encuentra dentro del núcleo celular. No tienen paredes celulares. Son multicelulares, heterótrofos y tienen la capacidad de moverse y responder a su entorno. Todos los animales se pueden dividir en los grupos vertebrados e invertebrados. Además, cada reino se divide en categorías más pequeñas llamadas phylum (filo): Porifera, Coelenterata, Plathelminthes, Nematoda, Annelida, Arthropoda, Mollusca, Echinodermata, Protochordata y Vertebrata.

Los animales extintos también forman parte del reino Animalia.

Eucariotas: dominio Eukarya, reino Plantae

Este reino incluye a los diferentes tipos de plantas que se encuentran en el planeta. Cada grupo tiene características especiales y únicas, como la presencia de pared celular, nutrición autótrofa, clorofila, ausencia de sistema locomotor y reproducción sexual o asexual. Se clasifican en Briophyta, las cuales carecen de un sistema vascular y se desarrollan en dos fases, gametofito y esporofito; y Cormophyta, que es un grupo de plantas vasculares que tienen raíz, tallo y hojas. Éstas, a su vez se dividen en Pteridophyta y Spermatophyta. Además, éstas últimas se clasifican en gimnospermas y angiospermas.

La fotosíntesis de las plantas proporciona oxígeno a la atmósfera de nuestro planeta.

 

Ciclos biogeoquímicos

Los seis elementos más comunes asociados con las moléculas orgánicas como el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre, toman una variedad de formas químicas y pueden existir durante largos períodos en la atmósfera, en tierra, en agua o debajo de la superficie terrestre.

Procesos geológicos como la erosión, el drenaje de agua, el movimiento de las placas continentales y la meteorización, están involucrados en el ciclo de elementos en la Tierra. El reciclaje de materia inorgánica entre los organismos vivos y su medio ambiente se denomina ciclo biogeoquímico.

El término biogeoquímico proviene de los procesos biológicos, geológicos y químicos que causan la transferencia de materia.

Los ciclos biogeoquímicos pueden clasificarse como gaseosos, en los que el reservorio es el aire o los océanos (por evaporación) y sedimentarios, en el que el yacimiento es la corteza terrestre. Los gaseosos tienden a moverse más rápidamente que los sedimentarios y se ajustan más fácilmente a los cambios en la biosfera debido al gran reservorio atmosférico.

Ciclo del agua

Una molécula muy significativa en nuestro planeta que recorre los ecosistemas es la molécula de agua (H2O). Si bien generalmente se trata del ciclo del agua como los diversos estados que presenta la misma, al menos algunas moléculas de agua son absorbidas por las plantas y se dividen en átomos de hidrógeno y oxígeno; este último se libera en la atmósfera como oxígeno molecular (O2). Así, en virtud de los organismos fotosintéticos, el ciclo del agua es una parte importante de los ciclos del oxígeno y del hidrógeno.

La mayor parte del agua se encuentra en los océanos y las capas polares, aunque el agua también está presente en lagos y ríos de agua dulce, el cuerpo de los organismos y en el suelo como agua subterránea.

El agua se mueve entre los depósitos de almacenamiento por medio de la evaporación, la precipitación y por escurrimiento de la tierra.

El ciclo de sedimentación es una extensión del ciclo hidrológico. El agua transporta material de la tierra al océano, donde se añaden como sedimentos. El ciclo de sedimentos incluye la erosión física y química, el transporte de nutrientes y la formación de sedimentos a partir de los flujos de agua.

El ciclo de sedimentos está ligado con el flujo de seis elementos importantes, que son el hidrógeno, el carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre. Estos elementos, también conocidos como macroelementos, constituyen el 95 % de todos los seres vivos. El equilibrio de estas moléculas es necesario para sostener la vida.

Ciclo del carbono

El carbono es uno de los elementos más importantes para los organismos vivos, como lo demuestra su abundancia y presencia en todas las moléculas orgánicas. El ciclo del carbono ejemplifica la conexión entre los organismos en varios ecosistemas. El carbono se intercambia entre los heterótrofos y los autótrofos dentro y entre los ecosistemas principalmente a través del CO2 atmosférico, una versión completamente oxidada del carbono que sirve como bloque básico para que los autótrofos puedan construir moléculas orgánicas de alta energía como la glucosa.

¿Sabías qué...?
La liberación mundial de carbono a través de las actividades humanas ha aumentado de 1 billón de toneladas al año en 1940 a 6,5 millones de toneladas en el año 2000.

Los fotoautótrofos y los quimioautótrofos aprovechan la energía del Sol y de los compuestos químicos inorgánicos para unir los átomos de carbono y transformarlos en compuestos orgánicos reducidos cuya energía se puede absorber posteriormente a través de los procesos de respiración y fermentación.

Ciclo del carbono

Ciclo del nitrógeno

En el suelo, así como en las raíces de ciertas plantas, el nitrógeno es fijado por bacterias, rayos y radiación ultravioleta.

Las bacterias fijan el nitrógeno elemental en una forma que puede ser usada por los organismos.

Ciertas bacterias toman las formas en las que se fijó el nitrógeno y posteriormente lo procesan. Este proceso que se conoce como oxidación proporciona energía para que el ciclo del nitrógeno tenga lugar. Las plantas absorben nitratos o iones de amonio del suelo y los convierten en compuestos orgánicos; por su parte, los animales obtienen nitrógeno mediante el consumo de plantas u otros animales.

Los residuos de los animales contienen nitrógeno; por lo tanto, independientemente de la forma de excreción del animal, algún nitrógeno se libera de nuevo en el ecosistema a través de este proceso.

Muchos problemas ambientales son causados por la interrupción del ciclo del nitrógeno gracias a la actividad humana, desde la producción de smog troposférico hasta la perturbación del ozono estratosférico y la contaminación del agua subterránea. Un ejemplo de uno de los problemas causados es la formación de gases de efecto invernadero.

Ciclo de Azufre

El azufre es un elemento esencial para las macromoléculas de los seres vivos. Varios grupos de microorganismos son responsables de llevar a cabo los procesos implicados en el ciclo del azufre.

El ciclo del azufre contiene tanto procesos atmosféricos como terrestres.

Dentro de la porción terrestre, el ciclo comienza con el desgaste de las rocas, lo que hace que el azufre almacenado se libere; luego entra en contacto con el aire donde se convierte en sulfato. El sulfato es absorbido por plantas y microorganismos y se convierte en formas orgánicas; los animales consumen estas formas orgánicas a través de los alimentos, de tal manera que es movido a través de la cadena alimentaria. A medida que los organismos mueren y se descomponen, se libera de nuevo como sulfato y algunos entran en los tejidos de los microorganismos. También hay una variedad de fuentes naturales que emiten azufre directamente en la atmósfera, donde se incluyen las erupciones volcánicas, la descomposición de materia orgánica en pantanos y la evaporación del agua.

El azufre eventualmente se instala en la Tierra. Una pérdida continua de este elemento ocurre a través del drenaje en lagos y arroyos, y ocasionalmente en océanos. Dentro del océano se realizan algunos ciclos de azufre a través de las comunidades marinas, que se mueven a través de la cadena alimentaria; una parte de éste es emitida de nuevo a la atmósfera por la evaporación, el restante se pierde en las profundidades del océano, donde se combina con el hierro para formar el sulfuro ferroso que es el responsable del color negro de la mayoría de los sedimentos marinos.

Una tercera parte de todo el azufre que llega a la atmósfera proviene de las actividades humanas.

Ciclo del fósforo

El fósforo es un elemento importante para todas las formas de vida. Como fosfato, constituye una parte importante del marco estructural que mantiene el ADN y el ARN juntos. Al igual que el calcio, el fósforo es importante para los vertebrados; en el cuerpo humano, el 80 % del fósforo se encuentra en los dientes y huesos.

El ATP contiene tres moléculas de fosfato que requieren fósforo.

El ciclo de fósforo difiere de los otros ciclos biogeoquímicos en que no incluye una fase gaseosa; aunque pequeñas cantidades de ácido fosfórico pueden llegar a la atmósfera, lo que contribuye, en algunos casos, a la lluvia ácida. Muy poco fósforo circula en la atmósfera porque a las temperaturas y presiones normales de la Tierra, el fósforo y sus diversos compuestos no son gases. El fósforo se mueve en un ciclo a través del agua, el suelo, los sedimentos y los organismos, pero el mayor reservorio de fósforo está en la roca sedimentaria.

Los cambios en el ciclo del fósforo no tienen efectos directos sobre el clima, pero su disponibilidad condiciona la actividad vegetal y microbiana en los ecosistemas.

Con el tiempo, la lluvia y la intemperie causan que las rocas liberen iones de fosfato y otros minerales. Este fosfato inorgánico se distribuye entonces en el suelo y en el agua.

Las plantas absorben fosfato inorgánico del suelo y pueden ser consumidas por los animales; una vez en la planta o el animal, el fosfato se incorpora en moléculas orgánicas como el ADN. Cuando la planta o el animal mueren, se descomponen por la acción de bacterias, el fosfato orgánico se devuelve al suelo y puede estar disponible nuevamente para las plantas. Este proceso se conoce como mineralización.

El fósforo en el suelo puede terminar en los cursos de agua y eventualmente en los océanos. Una vez allí, se puede incorpora con el tiempo a los sedimentos.

El mismo proceso ocurre dentro del ecosistema acuático. El fósforo no es muy soluble, se une fuertemente a las moléculas en el suelo y alcanza principalmente las aguas donde viaja con las partículas de suciedad. Los fosfatos también entran en las vías fluviales a través de escurrimientos de fertilizantes, filtraciones de aguas residuales, depósitos minerales naturales y desechos de otros procesos industriales.

Aunque obviamente es beneficioso para muchos procesos biológicos, en aguas superficiales una concentración excesiva de fósforo se considera un contaminante. El fosfato estimula el crecimiento excesivo del plancton y las plantas, que tienden a consumir grandes cantidades de oxígeno disuelto, lo que potencialmente sofoca a los peces y otros animales marinos, al mismo tiempo que bloquea la luz solar disponible para las especies que habitan en el fondo. Esto se conoce como eutrofización.

Contaminación

Las actividades humanas han aumentado considerablemente los niveles de CO2 en la atmósfera y los niveles de nitrógeno en la biosfera. Los ciclos biogeoquímicos alterados combinados con el cambio climático aumentan la vulnerabilidad de la biodiversidad, la seguridad alimentaria, la salud humana y la calidad del agua.