¿Cómo se descubrieron las arqueas?
Las arqueas tal vez existieron en la Tierra durante las primeras etapas de la evolución de la vida, pero fueron clasificadas como bacterias antes de los años 1970. No fue hasta 1977 que los biólogos estadounidenses Carl Woese y George Fox los identificaron como la tercera forma de vida después de analizar su material genético.
A lo largo de la extensa evolución, las secuencias de ácidos nucleicos mutaron constantemente y al azar. La tasa de mutación se mantuvo relativamente constante, es decir, el número de bases reemplazadas a intervalos regulares es el mismo para un cierto fragmento de ADN. Debido a que las diferentes especies se separaron de un ancestro común, comparten ciertas secuencias de nucleótidos homólogas que los científicos estudian para explorar dónde se encuentran estas especies en el árbol evolutivo y cuándo se separaron. Carl Woese y George Fox utilizaron el ARN ribosómico de subunidad pequeña como un reloj molecular para confirmar las relaciones entre microorganismos. Este es altamente conservado porque es un componente crítico en la maquinaria de síntesis de proteínas que impulsa todas las actividades vitales.
Carl Woese y George Fox descubrieron que los metanógenos, previamente categorizados como bacterias, representan un tercer tipo de vida entre procariotas y eucariotas. Su estructura celular es similar a la de las bacterias, pero su información genética y la expresión de sus genes están más cerca de los eucariotas. Estos organismos se llaman arqueas porque sus entornos de vida pueden ser similares a los de la Tierra primitiva. Forman el sistema de tres dominios de la vida junto con las bacterias y los eucariotas.
Arqueas vs Bacterias: ¿cuál es la diferencia?
Pared celular: Gránulos de proteína
Casi toda pared celular bacteriana está construida por peptidoglicano (enlace glicosídico β-1,4), especialmente las bacterias grampositivas. Las arqueas carecen de este componente, pero algunas especies, como los metanógenos, tienen un componente similar cuyo enlace de azúcar es diferente (enlace glicosídico β-1,3) y no contiene ácido murámico ni aminoácidos D. Otras especies usan polisacáridos complejos para construir sus paredes celulares. Sin embargo, el componente principal de la mayoría de las paredes celulares arqueales es una capa proteica de 20-40 nm. Gránulos de proteína o glicoproteína están incrustados uno a uno en la membrana celular, como una armadura de escamas de antiguos guerreros. No es sorprendente que los antibióticos y la lisozima contra el peptidoglicano sean ineficaces para ellas.
Membrana celular: Enlace éter e hidrocarburos ramificados saturados
La bicapa de fosfolípidos es el componente principal de la mayoría de las membranas celulares. Los ácidos grasos no ramificados e insaturados están unidos al glicerol mediante esterificación. Sin embargo, la membrana celular de las arqueas es un lípido éter formado por la eterificación de hidrocarburos ramificados saturados y glicerol. Hidrocarburos más largos de al menos 20 átomos de carbono y enlaces éter más estables les ayudan a sobrevivir en entornos extremos. Algunas arqueas usan dos hidrocarburos, cada uno de alrededor de 40 carbonos, y dos gliceroles para sintetizar un lípido muy largo. Las membranas celulares que contienen este lípido son monocapa, y están unidas en el centro por enlaces covalentes en lugar del efecto hidrofóbico. Por lo tanto, su fuerte integridad es muy adecuada para resistir altas temperaturas.
Vías metabólicas
La mayoría de las bacterias y eucariotas obtuvieron la respiración aeróbica después del Gran Evento de Oxidación. Algunas esquinas en nuestro planeta todavía tienen un ambiente que es como la Tierra primitiva y adecuado para las arqueas. Es usualmente anaeróbico, reductor y extremo, como las ventilas hidrotermales de alta temperatura en el fondo del mar profundo, los lagos altamente salinos, y los manantiales ácidos o alcalinos. Por lo tanto, su metabolismo difiere mucho del de las bacterias.
Muchas arqueas obtienen energía de una vía glucolítica modificada en lugar de la glucólisis porque no pueden producir fructosa-6-fosfato. La glucosa se convierte en piruvato, ATP y NADH en solo cuatro pasos, pero la producción de ATP se reduce en un 50%. Los metanógenos incluso no pueden catabolizar glucosa para obtener energía. Ellos producen ATP a partir de gas hidrógeno, dióxido de carbono, alcoholes grasos de cadena corta y ácidos.
Algunas arqueas son fototróficas, pero su metabolismo para absorber la luz solar es completamente diferente de la fotosíntesis de las plantas. Las arqueas carecen de clorofila, y sus membranas celulares son ricas en carotenoides y rodopsinas. Los carotenoides capturan y transfieren fotones y previenen el daño de la luz solar. Las rodopsinas absorben la energía lumínica y bombean protones al espacio entre la membrana celular y la pared celular para crear un gradiente de protones. Luego, los protones impulsan la ATP sintasa para producir ATP. Esta es la fosforilación lumínica más simple que depende de un cambio conformacional de la rodopsina en lugar de una cadena de transporte de electrones. La ausencia de NADPH o NADH significa que no se acopla con la fijación de carbono.
ADP + Pi + luz solar → ATP + H₂O
Un ciclo reverso del ácido cítrico, la vía anaeróbica de la acetil-CoA (en metanógenos) u otras vías es usada por las arqueas para fijar carbono. Sin embargo, son independientes de la absorción de luz y no son el ciclo de Calvin común en plantas y bacterias. Por lo tanto, la luz no es una condición necesaria para que las arqueas conviertan fuentes de carbono inorgánico en materia orgánica.