2002 5 论述古细菌的特征和重要意义
总结古细菌的特点
总结古细菌的特点1. 引言古细菌（Archaea）是一类单细胞微生物，最早发现于20世纪70年代，最初被分类为细菌的一类。
然而，进一步的研究表明，古细菌与细菌和真核生物有着许多显著的区别，使其成为一个独立的生物界。
在本文中，我们将对古细菌的特点进行总结，以增加对这一神秘生物的认识。
2. 细胞结构古细菌的细胞结构与细菌和真核生物有所不同。
古细菌的细胞壁通常由蛋白质构成，而不是多糖，这使得其在抗生物质作用上有别于细菌。
此外，古细菌的细胞膜中含有特殊的脂类，称为异戊烷脂。
这种脂类能够帮助古细菌在极端环境中生存，如高温、高盐度和低酸度等条件。
3. 基因组特征古细菌的基因组结构也与细菌和真核生物有所区别。
古细菌的基因组通常较小且较简单，相对于真核生物而言，其基因数目较少。
此外，古细菌的基因组还存在一种独特的复制方式，称为环形复制，与真核生物和部分细菌的线性复制方式不同。
4. 系统发育在早期的分类系统中，古细菌被归类为细菌的一类。
然而，随着分子生物学技术的发展，研究人员发现古细菌与细菌和真核生物有很大的区别，因此被单独归为一个独立的生物界。
根据系统发育树的构建，古细菌被认为是生命进化的第三个域，与细菌和真核生物形成三个独立的分支。
5. 生存环境古细菌广泛存在于地球上各种极端环境中，如深海热液喷口、高温泉水、高盐度湖泊和极寒地区的冰川。
这些极端环境对于大多数其他生物来说是致命的，但古细菌却能够适应并繁衍生息。
这一适应能力使得古细菌成为了研究极端生命形式的重要模型。
6. 代谢特征古细菌的代谢特征也与细菌和真核生物有所不同。
一些古细菌能够进行厌氧呼吸，以产生能量。
此外，一些生活在高盐度环境中的古细菌还能够利用光合作用产生能量。
这些特殊的代谢特征使得古细菌在现代生物多样性中占据了独特的地位。
7. 应用价值古细菌的独特特点使得它们具有广泛的应用价值。
例如，由于其特殊的耐高温能力，古细菌酶已被应用于许多工业过程中，如制药和食品加工。
微生物之古细菌
真核生物的生存环 境很广泛，也是根 据不同真核生物的 代谢类型而有不同 的生存环境。
形态
细菌的基本形态有三： 真核生物范围很广， 球形、杆形和螺旋形。 有大有小，形态各 此外，有的细菌还有 异。 荚膜，鞭毛以及芽孢。 但在不利的生活环境 下或菌龄老时会出现 不规则的多形性。
特征
古细菌
细菌
真核
中间代谢
亚基)
d、甲烷螺菌：无细胞壁，只有 一层由蛋白质纤维组成的鞘
1、产甲烷菌
（2）培养方法 专性厌氧，需要在特殊环境下操作；
目前最好的是厌氧手套箱
厌氧培养箱
2、极端嗜盐古菌
分为5大群、8属、19种
生活环境：高盐环境 细胞形状：细胞形态为链状、 杆状、球状等多形态。革兰氏阴性， 极生鞭毛。好氧或兼性厌氧。
5、RNA聚合酶AB’B’型
营养类型：化能异养，不发酵（好氧或兼性厌氧有关）
3 热原体
• 无细胞壁、嗜热嗜酸、好氧、化能有机营养，所以被称为热
原体Thermoplasma
• 有的种具有多根鞭毛，能够运动 • 质膜的主要成分是一种带有甘露糖和葡萄糖单位的四醚类脂
(tetratherlipid)的脂多糖化合物。同时质膜中也含有糖肽，
但没有固醇类化合物，这样的质膜使热原体表现出对渗透压、 酸、热的稳定性。
嗜酸热原体
Thermoplasma acidophilum
4、古生硫酸盐还原菌 专性嗜热，好氧、兼性厌氧、严格厌氧，革兰 氏阴性，杆状、丝状或球状。大多数种是硫代谢菌，
经常在温泉中发现。
4、古生硫酸盐还 原菌
分布于深海海底、热泉和地层深部储油层。化能 自养，单极多生鞭毛，并产少量甲烷。
延胡索酸火叶菌
（Pyrolobus fumarii）， 一种生活在113℃大西洋 热液喷口的古菌。
古细菌
广古菌门(Euryarchaeota)
包含了古菌中的大多数种类，包括了经常能 在动物肠道中发现的产甲烷菌、在极高盐浓 度下生活的盐杆菌、一些超嗜热的好氧和厌 氧菌，也有海洋类群。在16S rRNA系统发育 树上，它们组成一个单系群。
古菌域(Archaea)－广古菌门
盐杆菌纲(Halobacteria) 甲烷杆菌纲(Methanobacteria) 甲烷球菌纲(Methanococci) 甲烷微菌纲(Methanomicrobia) 甲烷火菌纲(Methanopyri) 古球状菌纲(Archaeoglobi) 热原体纲(Thermoplasmata) 热球菌纲(Thermococci)
产甲烷古菌可能是火星生命形式
一个美国科学家小组2005年12月5日报告说，他们 在格陵兰岛地下冰芯中发现了产甲烷古菌生存的证 据。科学家称，这种能在极端严酷条件下生存的微 生物有可能在火星上生存。
研究人员认为产甲烷古菌很可能存在于火星上，并 且是火星大气中甲烷的来源。为了验证这一设想他 们制造一台荧光探测仪，用来探测产甲烷古菌新陈 代谢时产生的微弱荧光，这台仪器能探测出每毫升 土壤或地层中存在的1个古菌，安装在新的火星车 上寻找火星生命。
1977年，C. R. Woese等人在用各种原核生物的16S rRNA进行分子进化研究时，发现一类能利用CO2和H2产
生甲烷的厌氧细菌（产甲烷菌Methanococcus）的rRNA
序列与一般细菌的十分不同，不同的程度比一般细菌的 rRNA序列与真核生物的rRNA序列的差异还要大。
原来被认为是细菌的甲烷球菌代表着一种既不同于真核生物, 也不同于细菌的生命形式。他们认为这是地球上的第三生命 形式,并命名为古细菌。进一步的研究确证了古细菌与真细 菌之间的重大差异，同时发现古细菌的一系列分子生物学和 细胞生物学特征与真核生物有不少相似之处。
第三章 古菌
这种细菌是英国微生物 学家安东尼·瓦尔斯比于 瓦尔斯比于１９ 学家安东尼 瓦尔斯比于１９ ８０年发现的 年发现的， ８０年发现的，地点在红海 附近一个盐分含量很高的水 池里。它身长约0.15微米， 微米， 池里。它身长约 微米 呈方形，样子有点像邮票， 呈方形，样子有点像邮票， 这在细菌中极为罕见。 这在细菌中极为罕见。 在这种喜欢盐分的方形细菌被发现２０多年后， 在这种喜欢盐分的方形细菌被发现２０多年后， ２０多年后 科学家最近终于在实验室中成功培养了它， 科学家最近终于在实验室中成功培养了它，方形细菌 还对氯化镁有极强耐受力。 还对氯化镁有极强耐受力。太阳系的一些天体如木星 的卫星木卫二和木卫三上， 的卫星木卫二和木卫三上，有着氯化镁含量很高的盐 水。研究方形细菌有可能为在这些天体上寻找生命提 供线索。 供线索。
二、古菌的分类
按照古菌的生活习性和生理特点， 按照古菌的生活习性和生理特点，古菌可分为三大类 型：产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。 产甲烷菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌。
①产甲烷菌 产甲烷菌与其他微生物（水解菌、产酸菌）协同作用， 产甲烷菌与其他微生物（水解菌、产酸菌）协同作用， 能使有机物甲烷化， 能使有机物甲烷化，产生具有经济价值的生物能物 甲烷。 质—甲烷。 甲烷 产甲烷菌是严格厌氧菌，现把它分为3 产甲烷菌是严格厌氧菌，现把它分为3目、7科、19属、 19属 70种 70种。
产甲烷菌的培养方法： 产甲烷菌的培养方法： 的培养方法 由于产甲烷菌是严格厌氧的， 由于产甲烷菌是严格厌氧的，其分离和培养等要 求特殊的环境和方法。如厌氧的培养条件、 求特殊的环境和方法。如厌氧的培养条件、厌氧的操 作条件（如厌氧手套箱）。 作条件（如厌氧手套箱）。 在环境工程中，产甲烷菌具有特殊的意义。 在环境工程中，产甲烷菌具有特殊的意义。在厌 氧条件下，产甲烷菌与其他菌（水解菌、产酸菌等） 氧条件下，产甲烷菌与其他菌（水解菌、产酸菌等） 共同作用，将有机物转化为甲烷，这就是所谓的“ 共同作用，将有机物转化为甲烷，这就是所谓的“沼 气发酵” 气发酵”。
古细菌名词解释
古细菌名词解释一种称为古细菌的类似细菌，在沉积岩里的条带状硅质岩层中发现。
细胞大小从几微米到数十微米。
没有核膜或核孔。
每个细胞含多种细菌，并且是许多其他生物(如酵母菌)的食物。
很多种古细菌能将有机物分解成无机物。
5亿年前，当人类还只是一个细胞的时候，我们的地球妈妈就已经诞生了。
在那个时候，地球表面还非常温暖潮湿。
由于地壳运动，山脉隆起，形成高原和峡谷，并产生了各种化石。
许多年以后，太阳发生了变化，地球被严寒的冰川覆盖着。
白天，气温非常低，太阳发出的热量不能使冰川融化；夜晚，气温非常低，放出的热量也不能把冰川溶化。
地球上的动植物都被冻死了，只有很少数能耐寒而生存下来。
但地球上仍然有少数细菌，它们不怕冷，躲在冰块下，靠吃掉动植物残体而生活。
如果用原子弹轰击这些细菌，有些细菌会被炸死，有些细菌不会被炸死，却被炸碎了。
于是，细菌就分散开来，变成了一些互相连接、松散堆积的“石头”。
细菌被压扁了，里面的细菌却没事，反而因为缺氧而大量繁殖起来。
它们的身体呈红色、褐色或黑色。
直到50亿年后的今天，这些细菌的化石依然保存得好好的。
经过研究，科学家发现了细菌化石里的秘密。
原来，这些细菌不怕冷，它们有一个共同特点：它们都是古细菌。
现在，科学家知道，地球形成后，大约在5亿年前，宇宙空间充满了氢气。
当时，地球正处在温暖的环境中。
地壳中的含氢化合物经过复杂的化学变化，最终形成了水。
地球是一个大磁场，它使宇宙中的电子也能够在地球表面流动，形成电流。
地球自转的速度很快，因此引力也很强。
强大的引力造成了局部地区高温、高压。
有些地方的高温、高压把这里的碳、氮、氢和氧等元素分解出来，这样就在地壳中留下了丰富的有机物质。
科学家发现，在地球形成后不久，大气里就出现了第一批细菌。
它们生活在火山附近，利用火山喷发出的炽热的气体作为养料，从而迅速繁殖起来。
经过50亿年的演变，这些细菌变成了形态各异、颜色鲜艳的细菌。
这就是最早的细菌。
细菌主要分布在哪儿呢？你可别小看它，它虽然很小，但它可是地球上不可缺少的东西，它能分解有机物，从而释放出二氧化碳和水，有了它，植物才能生长，才能进行光合作用。
古细菌
古细菌的发展秦耕（生物技术3班生命科学学院黑龙江大学哈尔滨 150080）摘要：极端嗜盐菌(extreme halophiles)在它们生存环境中耐受或需要高盐浓度。
如Halobacterium(一种嗜盐菌)生活在盐湖、盐田及含盐的海水中，它们可污染海盐并引起咸鱼及腌制的动物腐败。
由于嗜盐菌细胞含类胡萝卜素，使大多数菌落呈红、粉红或橘红色。
类胡萝卜素有利于保护它们抵御环境中强烈的阳光照射。
有时嗜盐菌与某些藻类造成的污染将海水变成红色。
关键词：极端耐热、古细菌、嗜盐细菌、进化.The development of the bacteriaQingeng（The 3th class of Biological technology, College of Life Science, Heilongjiang University,Harbin, 150080)Abstract: Extreme a salt bacteria (extreme halophiles) in their survival environment toleranceor need high salt concentration. If Halobacterium (a kind of a salt bacteria) live in salt lake, saltern and salt water, they can cause pollution sea salt and salted fish and salted animal corruption. Because a bacteria cells containing salt carotenoids, most colonies are red, pink or orange. Of carotenoids to protect them against known as environment the bright sun. Sometimes a certain algae bacteria and the salt sea water will become the pollution caused by the red.Key words: Extreme heat、The ancient bacteria、Eosinophilic salt bacteria、evolution。
环境中的微生物(古细菌)
变成甲烷或甲烷和CO2而获得能量
• 古生菌最大的类群 • 5个目和27个属：甲烷杆菌目、甲烷球菌目、甲烷微菌目、
甲烷八叠球菌目和甲烷嗜高热菌目
• 形态、16S rRNA序列、细胞壁化学组成和结构，膜脂及其 他特性上有很大的差別
• 甲烷嗜高热菌属
• 革兰氏阴性古生菌在其质膜外有一层蛋白质 或糖蛋白 –厚度可达20-40 nm厚，有時候有两层 –其化学物质变化化相当大 • 古生菌的脂类和膜 –与细菌和真核生物都不同 –有分支的碳氢键与甘油相连连，而非与脂肪酸以酯键 相连 –两个甘油基相连形成一个四乙醚 –膜中有极性脂：磷酸脂、硫酸脂和糖脂 –极端嗜热菌的膜，几乎全部都是四乙醚单层膜
• 好氧化学能异养型，行呼吸代谢，生长需要复杂的营养，一 般为蛋白质和氨基酸 • 不能运动或以鞭毛运动 • 它們绝对依赖高浓度 NaCl
– 至少需要1.5 M NaCl – 通常最适浓度约3~4 M NaCl (17-23%) – 可生长在超饱和盐中(约36%)
• 当NaCl浓度降至约1.5 M其细胞壁就不完整
– 从海底的热火山口分离得到 – 最低温度84°C，最适温度98°C，在110°C下亦能生長
– 产甲烷古生菌是最早的生物体之一，在类似于地球早期环境的
条件下生存较好
• 代谢与一般细菌不一样
– 有几种独特的辅因子：四氢甲烷喋呤(H4MPT, tetrahydomethanopterin)、甲烷夫喃(MFR)、辅酶 M (2-硫 基乙烷磺酸)、辅酶F420、F 430
酶F420
主要古生物类群的特征 类群 一般特征 代表属
产甲烷古生菌 甲烷是主要代谢最终产物。S0 可以 甲烷杆菌属、甲烷球 绝对厌氧 还原成H2S不产生能量。细胞有輔酶 菌属、甲烷微菌属、 M、因子420和430和甲烷喋呤 甲烷八疊球菌属 硫酸还原古生 不规则革兰氏阴性类球狀細胞，从硫 古生球菌属 菌 代硫酸盐和硫酸盐生成H2S·-利用硫 (Archaeoglobus) 代硫酸盐和H2 自养性生长。能异养 生长，也形成少量甲烷，极端嗜热和 绝对厌氧，有因子420和甲烷喋呤 ， 没有辅酶M和因子430
古菌对生命起源的启示
古菌对生命起源的启示生命是地球上最神秘的存在。
多年来，科学家们一直在研究生命的起源和进化。
我们知道，生命的基础是由DNA和蛋白质组成的，但是这些分子并不足以解释生命的起源。
最近几年，古菌的研究给生命的起源提供了更深刻的启示。
什么是古菌？在生物分类学上，古菌是一个独立的生物领域，与细菌和真核生物是不同的。
最早被命名为“古细菌”的生物体是在20世纪70年代发现的。
古菌形状、大小、生活方式和代谢等特征与其他生物系统都不同，它们通常生活在极端环境下，如热泉、盐湖、深海热泉和冰冷的海洋中。
古菌提供的生命起源启示1. 古菌与生命起源的联系古菌和早期生命起源之间的联系被广泛研究。
首先，古菌的发现表明，生命可能起源于极端环境。
当地球上的环境发生巨大变化时，古菌可能是最早适应新环境并生存下来的生命形式。
其次，古菌与DNA和RNA合成和修复、蛋白质合成和折叠等方面的基本生物学过程密切相关，这些过程是所有生命所共有的。
2. 古菌是解决DNA复制和蛋白质折叠难题的关键DNA的复制和蛋白质的折叠是所有生命的基础过程。
这些过程仍然是生命起源研究中存在的难题。
然而，研究古菌的过程中，科学家们发现了许多让人震惊的发现。
例如，古菌的DNA复制和修复过程与现代生命的相似度很高，但古菌的DNA修复和复制能力却比现代生命强得多。
此外，古菌的蛋白质折叠和稳定性是所有已知的生物中最强的。
这些发现为生命起源的进一步研究提供了新的指导。
3. 古菌可能就是地球上最早的生命已知的地球上最古老的岩石可以追溯到大约40亿年前，如果我们相信生命可以在极端环境中存在和演化，那么古菌可能是地球上最早的生命形式。
因此，研究古菌可能有助于深入了解早期生命的来源和演变。
4. 古菌有助于研究类阳性细菌古菌与类阳性细菌的嵌合体ARC复合体在生物学中也是一个重要研究领域。
ARC复合体是指嵌合有古菌和类阳性细菌基因的复合体，包含着两者的生理学特征和功能。
研究ARC复合体有助于深入理解细菌免疫机制、DNA修复和合成等基本生物学过程。
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2002
5 论述古细菌的特征和重要意义。
（百度百科）古细菌是生命三大领域之一（另两大领域为细菌域和真核生物域）。
先前在细菌分类下被称作古原细菌，目前被认为与细菌不同，从而分离出来。
具有以下特征：（1）独特转运RNA和核糖体RNA；（2）缺少肽多糖细胞壁；（3）支链亚单位形成的乙醚结合脂类；（4）存在于罕见生存环境中。
古细菌在形态学和基因组构造方面与细菌相似，在基因组复制方式方面与真核生物相似。
该领域包括至少三届：圆齿古细菌界、阔古细菌界和硅古细菌界。
（博客）在细胞结构和代谢上，古菌在很多方面接近其它原核生物。
然而在基因转录和翻译（遗传学）这两个分子生物学的中心过程上，它们并不明显表现出细菌的特征，反而非常接近真核生物。
比如，古菌的转译使用真核的启动和延伸因子，且转译过程需要真核生物中的TATA框结合蛋白和TFIIB.古菌还具有一些其它特征。
与大多数细菌不同，它们只有一层细胞膜而缺少肽聚糖细胞壁。
而且，绝大多数细菌和真核生物的细胞膜中的脂类主要由甘油酯组成，而古菌的膜脂由甘油醚构成。
这些区别也许是对超高温环境的适应。
古菌鞭毛的成分和形成过程也与细菌不同。
（文献）与原核细胞相似的特征，如无核膜及内膜系统；与真核细胞相似的特征，以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA 具有内含子并结合组蛋白；此外还有不同于原核细胞和真核细胞的特征，如细胞膜中的脂类是不可皂化的、细胞壁缺少肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。
自古细菌被分为一个单独域以来，随着其新类群的不断发现，现在古细菌可分为广古细菌、泉古细菌、古古细菌以及纳米古细菌4个门古细菌介于细菌和真核生物之间，它的结构较真核生物简单，类似于细菌，而很多信息处理过程的组分更接近于真核生物，在DNA复制装置中该现象尤其显著。
因此，很多古细菌可以作为研究真核生物DNA代谢过程的模型，是较好的模式生物。
然而，古细菌发现比细菌晚，它的结构又与细菌有所区别，很多在细菌中可以使用的遗传操作技术无法在古细菌中使用。
古细菌作为生命的“第三种形式”，其生理习性、代谢途径、遗传机制等均呈现出不同于真核生物和细菌的特点。
研究古细菌的代谢过程不但有可能揭示生命起源的机制，而且对于有效的利用这种微生物以及来自其中的极端酶类等也具有重要的现实意义。
原来以为有细胞形态的生物只有原核细胞和真核细胞两大类。
自从发现古细菌以后,才将生物分为上述3大类，这就为探索生命起源和真核细胞起源提供了新的线索。