古菌

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介绍

生物体被分为细菌、古菌和真核生物。以前，古菌由于其体型小且没有明确的细胞核而被认为是细菌。后来，由于其独特的特征，它们被归为与细菌不同的独立类群。

古菌是**原核单细胞**微生物。“原核”一词揭示了其细胞结构。它们缺乏明确的细胞核，遗传物质是一个简单的环状染色体。它们具有在恶劣环境中生存的特殊能力，例如沸水（如温泉）、极度盐碱条件，甚至酸性环境。古菌既有需氧生物也有厌氧生物。

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什么是古菌？

“古菌”（Archae）一词源于希腊语“archaios”，意为古老或原始。它们是原始生物，被认为是通过进化首先出现的。古菌域下的生物是简单的单细胞原核生物。它们是微观的，肉眼无法看见。

古菌曾经被认为是细菌，因为在显微镜下它们与细菌细胞非常相似。然而，由于与细菌存在差异，它们被认为是一个独立的域。古菌缺乏肽聚糖细胞壁，并且与真核生物有一些相似之处。一些研究人员认为古菌是细菌和真核生物之间的桥梁。

古菌的例子

一些古菌的例子包括：嗜热栖热菌、硫化叶菌、史密斯甲烷短杆菌和烟灰杆菌。

古菌的特征

• 古菌被坚硬的**细胞壁**包裹，细胞壁由多糖和糖缀合物组成。细胞壁不含肽聚糖，这使得它们与细菌有所区别。坚硬的细胞壁通过保护内部渗透压来保护它们免受极端外部环境的影响。

• 古菌中的细胞膜在组成方面是该域独有的。它由**醚连接的磷脂**组成。

• 古菌中没有膜结合细胞器，因为它们是原核生物。它们缺乏明确的细胞核和其他细胞器，如线粒体、溶酶体、高尔基体和内质网。遗传物质是一个单一的、紧密缠绕的**环状染色体**，类似于细菌中存在的染色体。

• **质粒**可能存在于细胞质中。它们通常编码抗生素抗性酶。

• 细胞可能是螺旋形、球形或杆状的。

• 古菌的RNA聚合酶是独一无二的，并且在某种程度上类似于真核生物的RNA聚合酶。因此，基因转录也是该域独有的。

• 古菌既有需氧的也有厌氧的，一些古菌是**极端微生物**。它们生活在极端和恶劣的环境中，例如高温、酸性和盐度。一些物种也生活在富含硫的环境中。

• 古菌没有有性生殖。它们通过**二元裂变**进行无性繁殖。然而，遗传物质的交换是通过转化、接合和转导进行的。遗传交换导致遗传物质的重组，这对进化至关重要。

古菌的类型

古菌有三种类型：产甲烷菌、嗜盐菌和嗜热菌。

产甲烷菌

• 产甲烷菌是严格的厌氧菌。它们从分解产物中获取能量并产生甲烷。

• 它们生活在沼泽地带，如污水处理厂，以及作为反刍动物（如牛和水牛）肠道中的内共生体。

• 现今地球上存在的天然气是产甲烷菌的产物。这种能力被用于通过沼气池商业化生产甲烷。像甲烷球菌和甲烷杆菌这样的生物属于这一类。

嗜盐菌

• Halo 意为“盐”，philic 意为“喜爱”。它们是生活在极度**盐碱环境**中的生物。因此，它们被称为嗜盐菌。

• 它们是**需氧化能异养生物**。

• 高细胞盐含量和特殊的膜脂的存在帮助它们在盐湖和盐沼等盐碱环境中生存。例如，盐杆菌和盐球菌。

嗜热菌

• 顾名思义，嗜热菌是嗜热的（Thermo）和喜热的（philic）。它们是生活在极高温下的化能合成生物。它们利用硫进行氧化并产生能量。

• 它们可以是嗜热菌、超嗜热菌（耐受极高温，80℃）和嗜热酸菌（耐受高温以及pH值低至2的高酸性条件）。

• 特殊支链膜脂和在酸性环境中生存的酶的存在使得这些生物能够在如此恶劣的条件下生存。它们栖息在沸腾的温泉和热液喷口。

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古菌的重要性

• 产甲烷古菌能够通过利用有机化合物产生甲烷，这种能力被用于从有机废物中生产沼气。

• 嗜热古菌能够耐受极端温度条件。嗜热栖热菌是Taq DNA聚合酶的来源，Taq DNA聚合酶是一种耐热酶，在分子生物学技术中有着广泛的应用。

• 它们是耐热酶的来源，在洗涤剂制备中具有重要应用。

• 土壤中的古菌能够有效地循环利用养分，并促进植物生长。

• 由于它们是原始的生命形式，因此深入研究可以帮助科学家了解进化的过程以及远古地球上存在的条件。

• 古菌是属于极端条件的生态系统的生产者和消费者。

• 由于它们能够利用有机物质，因此古菌被用于与环境相关的过程，如生物修复和生物降解。

细菌和古菌的区别

• 细菌含有由肽聚糖层组成的细胞壁，而古菌则具有由多糖和糖缀合物组成的细胞壁。古菌不含肽聚糖细胞壁。

• 古菌的细胞膜含有醚连接的磷脂，这是该域的独特特征。与古菌不同，细菌含有酯连接的磷脂细胞膜。

• 古菌的繁殖方式是无性的，通过二元裂变进行。与细菌不同，古菌无法产生孢子进行繁殖。

结论

古菌是地球上原始的生物。它们是单细胞原核生物，由于其微观特性，曾经被认为是细菌。然而，随着先进生物技术的改进，人们了解到古菌具有一些与细菌不同的区别特征，因此被认为是一个独立的域。它们既有需氧生物也有厌氧生物。古菌以其在极端环境中生存的能力而闻名。它们有不同的类型，包括产甲烷菌、嗜盐菌、嗜热菌和嗜热酸菌。尽管它们的原始特征对于理解地球和生物的进化至关重要，但古菌也具有一些商业价值。它们的产甲烷能力被用于在沼气池中商业化生产甲烷。嗜热细菌是耐热酶的商业生产者。

常见问题

Q1. 反刍动物体内存在哪种类型的古菌？

A1. 产甲烷菌存在于反刍动物的肠道中，用于消化有机物质并产生甲烷。牛、水牛、鹿和羚羊属于反刍动物，它们体内有一个特殊的器官叫做瘤胃。瘤胃以存在大量微生物而闻名，尤其是在消化其饮食中的纤维含量方面。

Q2. 古菌如何进行运动？

A2. 古菌借助鞭毛进行运动。鞭毛是一种附着在外膜上的长而细的附属物。鞭毛可能是单个的、多个的或不存在的，这取决于物种的不同。

Q3. 古菌是否含有像叶绿素一样的色素？

A3. 古菌不含像叶绿体和叶绿素一样的膜结合细胞器。盐杆菌是唯一一种含有视紫红质色素的古菌。然而，盐杆菌不是光合自养生物。

Q4. 古菌对抗生素的反应如何？

A4. 某些种类的古菌对抗生素表现出很强的抗性，这是由质粒上存在的特殊基因编码的。

Q5. 古菌是否进行有性生殖？

A5. 古菌没有有性生殖，繁殖方式是无性的二元裂变。