Drei-Domain-System – Wikipedia

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Hypothese zur Klassifikation des Lebens

Das Drei-Domänen-System ist eine biologische Klassifikation von Carl Woese et al. in 1990[1][2] das zelluläre Lebensformen unterteilt in Archaeen, Bakterien, und Eukaryoten Domänen. Der Hauptunterschied zu früheren Klassifikationen ist die Aufteilung von Archaeen aus Bakterien.

Hintergrund[edit]

Auf der Grundlage von Unterschieden in den 16S-rRNA-Genen argumentierte Woese, dass Bakterien, Archaeen und Eukaryoten jeweils getrennt von einem Vorfahren mit schlecht entwickelter genetischer Maschinerie entstanden, der oft als Vorläufer bezeichnet wird. Um diese primären Abstammungslinien widerzuspiegeln, behandelte er jede als Domäne, die in mehrere verschiedene Königreiche unterteilt war. Ursprünglich war seine Aufspaltung der Prokaryoten in Eubakterien (jetzt Bakterien) und Archaebakterien (jetzt Archaeen). Woese verwendete ursprünglich den Begriff “Königreich”, um sich auf die drei primären phylogenen Gruppierungen zu beziehen, und diese Nomenklatur wurde weit verbreitet verwendet, bis der Begriff “Domäne” im Jahr 1990 angenommen wurde.[2]

Die Anerkennung der Gültigkeit der phylogenetisch gültigen Klassifikation von Woese war ein langsamer Prozess. Prominente Biologen wie Salvador Luria und Ernst Mayr protestierten gegen seine Teilung der Prokaryoten.[3][4] Nicht jede Kritik an ihm beschränkte sich auf die wissenschaftliche Ebene. Ein Jahrzehnt arbeitsintensiver Oligonukleotid-Katalogisierung machte ihm einen Ruf als „ein Spinner“ und Woese wurde von einem in der Zeitschrift abgedruckten Nachrichtenartikel als „Microbiology’s Scarred Revolutionary“ bezeichnet Wissenschaft.[5] Die wachsende Menge an unterstützenden Daten führte Mitte der 1980er Jahre dazu, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft die Archaea akzeptierte.[6] Heute halten nur wenige Wissenschaftler an der Idee eines vereinten Prokarya fest.[7]

Einstufung[edit]

Das Drei-Domänen-System fügt eine Klassifikationsebene (die Domänen) “oberhalb” der Königreiche hinzu, die in den zuvor verwendeten Fünf- oder Sechs-Königreich-Systemen vorhanden sind. Dieses Klassifikationssystem erkennt die grundlegende Kluft zwischen den beiden prokaryontischen Gruppen insofern an, als Archaea mit Eukaryonten näher verwandt zu sein scheinen als mit anderen Prokaryonten – bakterienähnlichen Organismen ohne Zellkern. Das System ordnet die bisher bekannten Königreiche in diese drei Domänen ein: Archaea, Bacteria und Eukarya.

Domain Archaeen[edit]

Die Archaea sind prokaryotisch, ohne Kernmembran, aber eindeutige Biochemie und RNA-Marker von Bakterien. Die Archäer besitzen eine einzigartige, uralte Evolutionsgeschichte, für die sie als einige der ältesten Organismenarten der Erde gelten, vor allem wegen ihres vielfältigen, exotischen Stoffwechsels.

Einige Beispiele für Archaeenorganismen sind:

Domänenbakterien[edit]

Die Bakterien sind auch prokaryotisch; ihre Domäne besteht aus Zellen mit bakterieller rRNA, ohne Kernmembran, und deren Membranen hauptsächlich Diacylglycerindiesterlipide. Traditionell als Bakterien klassifiziert, gedeihen viele in den gleichen Umgebungen, die von Menschen bevorzugt werden, und waren die ersten entdeckten Prokaryonten; sie wurden kurz die genannt Eubakterien oder “echte” Bakterien, als die Archaea erstmals als eigenständige Klade erkannt wurden.

Die meisten bekannten pathogenen prokaryotischen Organismen gehören zu Bakterien (siehe[8] für Ausnahmen). Aus diesem Grund und weil die Archaea normalerweise schwer in Labors zu züchten sind, werden Bakterien derzeit umfassender untersucht als Archaea.

Einige Beispiele für Bakterien sind:

Domain Eukarya[edit]

Eukarya sind Organismen, deren Zellen einen membrangebundenen Kern enthalten. Sie umfassen viele große einzellige Organismen und alle bekannten nicht-mikroskopischen Organismen. Eine unvollständige Liste eukaryotischer Organismen umfasst:

Königreich Pilze oder Pilze
Königreich Plantae oder Pflanzen
Königreich Animalia oder Tiere

Jeder der drei Zelltypen neigt dazu, in wiederkehrende Spezialitäten oder Rollen zu passen. Bakterien sind in der Regel die produktivsten Vermehrer, zumindest in gemäßigten Umgebungen. Archaeen neigen dazu, sich schnell an extreme Umgebungen wie hohe Temperaturen, hohe Säuren, viel Schwefel usw. anzupassen. Dazu gehört auch die Anpassung an die Nutzung einer Vielzahl von Nahrungsquellen. Eukaryoten sind im Hinblick auf die Bildung kooperativer Kolonien am flexibelsten, beispielsweise in mehrzelligen Organismen, einschließlich des Menschen. Tatsächlich ist die Struktur eines Eukaryoten wahrscheinlich aus einer Verbindung verschiedener Zelltypen entstanden, die Organellen bilden.

Parakaryon myojinensis (incertae sedis) ist ein einzelliger Organismus, der als einzigartiges Beispiel bekannt ist. “Dieser Organismus scheint eine Lebensform zu sein, die sich von Prokaryoten und Eukaryoten unterscheidet”,[9] mit Funktionen von beiden.

Alternativen[edit]

Alternative Versionen der drei Domänen der Phylogenie des Lebens

Teile der Drei-Domänen-Theorie wurden von Wissenschaftlern wie Ernst Mayr, Thomas Cavalier-Smith und Radhey S. Gupta in Frage gestellt.[10][11][12] Insbesondere argumentiert Gupta, dass die primäre Teilung innerhalb von Prokaryoten unter denen liegen sollte, die von einer einzigen Membran (Monoderm) umgeben sind, einschließlich grampositiver Bakterien und Archaebakterien, und solchen mit einer inneren und äußeren Zellmembran (Diderm), einschließlich gramnegativer Bakterien . Er behauptet, dass Sequenzen von Merkmalen und Phylogenien einiger hochkonservierter Proteine ​​nicht mit der Drei-Domänen-Theorie vereinbar sind und dass sie trotz ihrer weit verbreiteten Akzeptanz aufgegeben werden sollte.

Neuere Arbeiten haben vorgeschlagen, dass Eukarya tatsächlich von der Domäne Archaea abgezweigt sein könnte. Nach Spang et al. Lokiarchaeota bildet in phylogenomischen Analysen eine monophyletische Gruppe mit Eukaryoten. Die assoziierten Genome kodieren auch für ein erweitertes Repertoire an eukaryotischen Signaturproteinen, die auf ausgeklügelte Membranumbaufähigkeiten schließen lassen.[13] Diese Arbeit schlägt ein Zwei-Domänen-System vor, im Gegensatz zu dem nahezu universell angenommenen Drei-Domänen-System.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Woese CR, Fox GE (November 1977). “Phylogenetische Struktur der prokaryotischen Domäne: die primären Reiche”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (11): 5088–90. Bibcode:1977PNAS…74.5088W. mach:10.1073/pnas.74.11.5088. PMC 432104. PMID 270744.
  2. ^ ein B Woese CR, Kandler O, Wheelis ML (Juni 1990). “Auf dem Weg zu einem natürlichen System von Organismen: Vorschlag für die Domänen Archaea, Bacteria und Eucarya”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (12): 4576–9. Bibcode:1990PNAS…87.4576W. mach:10.1073/pnas.87.12.4576. PMC 54159. PMID 2112744.
  3. ^ Mayr, Ernst (1998). “Zwei Reiche oder drei?”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (17): 9720–9723. Bibcode:1998PNAS…95.9720M. mach:10.1073/pnas.95.17.9720. PMC 33883. PMID 9707542.
  4. ^ Sapp, Jan A. (Dezember 2007). „Die Struktur der mikrobiellen Evolutionstheorie“. Studium der Geschichte und Wissenschaftstheorie Teil C: Studium der Geschichte und Philosophie der biologischen und biomedizinischen Wissenschaften. 38 (4): 780–95. mach:10.1016/j.shpsc.2007.09.011. PMID 18053933.
  5. ^ Morell, V. (1997-05-02). „Der vernarbte Revolutionär der Mikrobiologie“. Wissenschaft. 276 (5313): 699–702. mach:10.1126/science.276.5313.699. ISSN 0036-8075. PMID 9157549.
  6. ^ Sapp, Jan A. (2009). Die neuen Grundlagen der Evolution: am Baum des Lebens. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-199-73438-2.
  7. ^ Koonin, Eugene (2014). “Carl Woeses Vision der zellulären Evolution und der Bereiche des Lebens”. RNA-Biologie. RNA Biol. 11 (3): 197–204. mach:10.4161/rna.27673. PMC 4008548. PMID 24572480.
  8. ^ Eckburg, Paul B.; Lepp, Paul W.; Relman, David A. (2003). “Archaea und ihre potenzielle Rolle bei menschlichen Krankheiten”. Infektion und Immunität. 71 (2): 591–596. mach:10.1128/IAI.71.2.591-596.2003. PMC 145348. PMID 12540534.
  9. ^ Yamaguchi M, Mori Y, Kozuka Y, Okada H, Uematsu K, Tame A, Furukawa H, Maruyama T, Worman CO, Yokoyama K (2012). “Prokaryote oder Eukaryote? Ein einzigartiger Mikroorganismus aus der Tiefsee”. Zeitschrift für Elektronenmikroskopie. 61 (6): 423–31. mach:10.1093/jmicro/dfs062. PMID 23024290.
  10. ^ Gupta, Radhey S. (1998). “Die dritte Domäne des Lebens (Archaeen): Eine etablierte Tatsache oder ein gefährdetes Paradigma?: Ein neuer Vorschlag zur Klassifizierung von Organismen anhand von Proteinsequenzen und Zellstruktur“. Theoretische Populationsbiologie. 54 (2): 91-104. mach:10.1006/tpbi.1998.1376. PMID 9733652.
  11. ^ Mayr, E. (1998). “Zwei Reiche oder drei?”. Proz. Natl. Akad. Wissenschaft USA. 95 (17): 9720–9723. Bibcode:1998PNAS…95.9720M. mach:10.1073/pnas.95.17.9720. PMC 33883. PMID 9707542.
  12. ^ Cavalier-Smith, Thomas (2002). “Der neomurische Ursprung der Archaebakterien, die negibakterielle Wurzel des Universalbaums und die bakterielle Megaklassifikation”. Int J Syst Evol Microbiol. 52 (1): 7–76. mach:10.1099/00207713-52-1-7. PMID 11837318.
  13. ^ Spang, Anja (2015). “Komplexe Archaeen, die die Lücke zwischen Prokaryoten und Eukaryoten schließen”. Natur. 521 (7551): 173–179. Bibcode:2015Natur.521..173S. mach:10.1038/natur14447. PMC 4444528. PMID 25945739.