Learning Objectives

1. Diferenciate between bacteria, archaea, and eukarya.
2. desenhe as relações filogenéticas entre bactérias, archaea, e eukarya.identificar formas de archaea e bactérias obterem energia e carbono.explique a evidência fóssil, química e genética de eventos chave para a evolução dos três domínios da vida (bactérias, archaea, eukarya) explique por que o florescimento de cianobactérias levou à oxigenação da atmosfera.,coloque a evolução dos três domínios da vida na escala de tempo geológico.descreva a importância dos procariontes (bactérias e archaea) no que diz respeito à saúde humana e aos processos ambientais.

três domínios da vida na Terra

comparações de sequências de ADN e comparações estruturais e bioquímicas categorizam consistentemente todos os organismos vivos em 3 domínios primários: bactérias, Archaea e Eukarya (também chamados eucariontes; estes termos podem ser usados indistintamente)., Bactérias e Archaea são procariotas, microorganismos unicelulares, sem núcleo, e Eukarya nos inclui e todos os outros animais, plantas, fungos, e unicelulares protists – todos os organismos cujas células têm núcleos para colocar o seu DNA, para além do resto da célula. O registro fóssil indica que os primeiros organismos vivos foram procariontes (bactérias e Archaea), e eucariontes surgiram um bilhão de anos depois.

dica do estudo: sugere-se que crie um gráfico para comparar e contrastar os três domínios da vida à medida que lê.,

As informações abaixo foi adaptado a partir de OpenStax Biologia 22.2

Archaea e bacteria compartilham uma série de recursos, mas também são distintos domínios da vida:

• Ambos Archaea e as Bactérias são organismos unicelulares. Desta forma, eles são diferentes dos eucariontes, que incluem tanto organismos unicelulares e multicelulares

Archaea e células bacterianas não possuem organelos ou outras estruturas internas ligadas à membrana., Portanto, ao contrário dos eucariontes, archaea e bactérias não têm um núcleo separando seu material genético do resto da célula.Archaea e bactérias geralmente têm um único cromossomo circular-um pedaço de DNA circular, de cadeia dupla localizado em uma área da célula chamada nucleóide. Em contraste, muitos eucariontes têm cromossomas múltiplos e lineares.Archaea e bactérias reproduzem-se através da fissão, um processo onde uma célula individual reproduz o seu cromossoma único e divide-se em dois., Os eucariontes reproduzem-se através da mitose, que inclui passos adicionais para replicar e dividir corretamente cromossomas múltiplos entre duas células-filhas. Muitos eucariotas também se reproduzem sexualmente, onde um processo chamado meiose reduz o número de cromossomos para metade para produzir células haplóides (tipicamente chamados espermatozóides ou ovos), e então duas células haplóides se fundem para criar um novo organismo. Archaea e bactérias não podem se reproduzir sexualmente.,quase todos os procariontes têm uma parede celular, uma estrutura protetora que lhes permite sobreviver em condições extremas, que está localizada fora de sua membrana plasmática. Em contraste, alguns eucariotas têm paredes celulares, enquanto outros não. A composição da parede celular difere significativamente entre os domínios bactérias e Archaea. As paredes das células bacterianas são compostas por peptidoglicano, um complexo de proteínas e açúcares, enquanto as paredes das células arcaicas são compostas por polissacáridos (açúcares)., A composição de suas paredes celulares também difere das paredes celulares eucarióticas encontradas em plantas (celulose) ou fungos e insetos (quitina). Algumas bactérias têm uma cápsula exterior fora da parede celular.outras estruturas estão presentes em algumas espécies procarióticas, mas não em outras. Por exemplo:

• a cápsula encontrada em algumas espécies permite que o organismo se apegue às superfícies, protege-o da desidratação e ataque por células fagocíticas, e torna os patógenos mais resistentes às nossas respostas imunitárias.,algumas espécies também têm flagela (singular, flagellum) usada para locomoção, e pili (singular, pilus) usado para fixação a superfícies.os plasmídeos, que consistem em ADN extra-cromossómico, também estão presentes em muitas espécies de bactérias e archaea.

procariontes, especialmente Archaea, podem sobreviver em ambientes extremos que são inóspitos para a maioria dos seres vivos.

diversidade Metabólica de procariotas

A informação abaixo foi adaptado a partir de OpenStax Biologia 22.3

Procariotas têm sido e são capazes de viver em qualquer ambiente, usando qualquer coisa de energia e fontes de carbono disponíveis. Os procariontes enchem muitos nichos na Terra, incluindo estar envolvido em ciclos de nutrientes como nitrogênio e ciclos de carbono, decompondo organismos mortos, e prosperando dentro de organismos vivos, incluindo humanos., A ampla gama de ambientes que os procariontes ocupam é possível porque eles têm diversos processos metabólicos. Os fototróficos (ou organismos fototróficos) obtêm a sua energia através da luz solar. Os quimiotróficos (ou organismos quimiossintéticos) obtêm a sua energia a partir de compostos químicos.os procariontes não só podem usar diferentes fontes de energia, mas também diferentes fontes de compostos de carbono. Lembre – se que os organismos que são capazes de fixar carbono inorgânico (por exemplo, dióxido de carbono) em carbono orgânico (por exemplo, glicose) são chamados autotróficos., Em contraste, heterotróficos devem obter carbono de compostos orgânicos. Os Termos que descrevem como procariontes obtêm energia e carbono podem ser combinados. Assim, os fotoautotróficos usam energia da luz solar, e carbono do dióxido de carbono e da água, enquanto os quimioheterótrofos obtêm energia e carbono de uma fonte química orgânica. Os quimiautotróficos obtêm a sua energia a partir de compostos inorgânicos, e constroem as suas moléculas complexas a partir do dióxido de carbono. Finalmente, os fotoheterótrofos usam a luz como fonte de energia, mas exigem uma fonte de carbono orgânico (eles não podem fixar dióxido de carbono em carbono orgânico)., Em contraste com a grande diversidade metabólica dos procariontes, os eucariontes são apenas fotoautotróficos (plantas e alguns protistas) ou quimioheterótrofos (animais, fungos e alguns protistas). A tabela abaixo resume as fontes de carbono e energia em procariontes.,d=”36c0e46128″>

relações Filogenéticas entre as Archaea, Bactérias, e Eukarya

Enquanto o termo procarioto (“antes-núcleo”) é amplamente usada para descrever as Archaea e bacteria, você pode ver a partir da Árvore filogenética da Vida que este termo não descreve um grupo monofilético:

Na verdade, Archaea e Eukarya formam um grupo monofilético, não Archaea e bacteria. Estas relações indicam que archaea estão mais intimamente relacionadas com eucariontes do que com bactérias, embora superficialmente archaea pareça ser muito mais semelhante a bactérias do que eucariontes.,

Key events and evidence in the evolution of the three domains of life on Earth

Early life on Earth: The Earth is approximately 4.6 billion years old based on radiometric dating. Embora seja formalmente possível que a vida tenha surgido durante o eon Hadeano, as condições podem não ter sido estáveis o suficiente no planeta para sustentar a vida porque um grande número de asteroides teria colidido com o planeta durante o final do Hadeano e início dos eons Archeanos. Evidências de microfossils (literalmente” fósseis microscópicos”) sugerem que a vida estava presente na terra pelo menos 3.,Há 8 biliões de anos. As primeiras evidências químicas da vida, na forma de assinaturas químicas produzidas apenas por organismos vivos, datam de aproximadamente 3,6 bilhões de anos atrás. Como eram estas primeiras formas de vida? Durante os primeiros bilhões de anos de existência da Terra, a atmosfera foi anóxica, o que significa que não havia oxigênio molecular (O2). Assim, os primeiros seres vivos eram anaeróbios procarióticos unicelulares (vivendo sem oxigênio) e provavelmente quimiotróficos.,

the Oxygen Revolution: The evolution of water-splitting and oxygen-generating photosynthesis by cyanobacteria led to the first free molecular oxygen about 2.6 billion years ago. O oxigênio livre produzido por cianobactérias imediatamente reagiu com ferro solúvel nos oceanos, fazendo com que o óxido de ferro (ferrugem) precipitasse para fora dos oceanos. O oxigênio não se acumulou todo de uma vez, e as evidências indicam que os oceanos não foram totalmente oxigenados até 850 milhões de anos atrás (Mya)., Hoje vemos evidências da lenta acumulação de oxigênio na atmosfera através de formações de Ferro listadas presentes em rochas sedimentares daquele período.

O aumento do oxigênio, chamado de “A revolução do oxigênio”, permitiu a evolução de corpos e órgãos maiores e tecidos, como cérebros, com altas taxas metabólicas. O aumento do oxigênio é um exemplo dramático de como a vida pode alterar o planeta., Evolução da oxygenic fotossíntese mudou a atmosfera do planeta ao longo de bilhões de anos, e por sua vez, causou mudanças radicais na biosfera: a partir de um ambiente anóxico preenchido por anaeróbicos, unicelulares procariotas, para eucariotas vivendo em um micro-aerophilic (baixo teor de oxigênio) de ambiente, para multicelular-organismos em um ambiente rico em oxigênio., O vídeo abaixo fornece uma visão geral do Oxigênio Revolução (aka, o Oxigênio Catástrofe), incluindo os seus efeitos prejudiciais para os organismos que viveram no tempo:

a Origem dos seres eucariontes: Como eucariotas surgir? A hipótese principal, chamada de teoria endossimbiótica, é que eucariontes surgiu como resultado de uma fusão de células arcaicas com bactérias, onde um arcaico antigo engoliu (mas não comeu) uma antiga célula bacteriana aeróbica., O envolvido (endosymbiosed) da célula bacteriana permaneceu dentro do arqueano célula no que pode ter sido uma relação mutualista: a tragado bactéria permitido o host archean célula de utilizar o oxigênio para liberar energia armazenada em nutrientes, e a célula hospedeira protegido da célula bacteriana a partir de predadores. As evidências em Microfossil sugerem que os eucariontes surgiram entre 1,6 e 2,2 bilhões de anos atrás. Os descendentes desta antiga célula engolfada estão presentes em todas as células eucarióticas hoje como mitocôndria. Discutiremos mais a teoria endossimbiótica para a origem dos eucariontes na próxima leitura., formas de vida complexas: grande parte da vida na terra foi selada até pouco antes da “explosão” cambriana, quando vemos o surgimento de todos os filos animais modernos. A radiação Cambriana (que significa rápida diversificação evolutiva) ocorreu aproximadamente. 540 Mya. O termo” explosão ” refere-se a um aumento da biodiversidade de organismos multicelulares no início do Cambriano, há 540 milhões de anos., A vida multicelular apareceu apenas várias dezenas de milhões de anos antes do início do Cambriano, como fósseis bizarros (fósseis Ediacaranos biota/Doushantuo) e exibindo planos corporais diferentes de qualquer coisa visto nos animais atuais. Estas espécies desapareceram em grande parte e foram substituídas pela fauna Cambriana, cuja variedade inclui todos os planos corporais encontrados nos filos animais atuais. O aparecimento da fauna Cambriana abrange milhões de anos; nem todos aparecem simultaneamente como o termo “explosão” imprecisamente implica.,como cada um destes eventos se mapeia para o tempo geológico? A maioria deles não são “instantânea” eventos”, e assim eles se estendem por vários períodos de tempo, da seguinte forma:

• Hadean eon (4.6-4 BYA): a vida presente na Terra
• Archean eon (4 2,5 BYA)
  • a Origem da vida (procariontes, anaeróbia), 2.8-2.6 BYA
  • Primeiro cianobactérias, capaz de produzir oxigênio através da fotossíntese, ~2.5 BYA
• Proterozoic eon (2.,5 BYA para 542 milhões de anos atrás)
  • Oxigênio revolução (ou catástrofe, dependendo do seu ponto de vista) e formação de Formações de Ferro Bandado, ocorre ao longo de um período de 2,5 1,9 BYA
  • Primeiro unicelulares eucariontes, ~1.6 BYA
  • Primeiro multicelulares algaes, ~1.,4 BYA
  • Primeiros animais multicelulares, ~635 milhões de anos atrás
• Phanerozoic eon (542 milhões de anos atrás até os dias atuais)
  • explosão Cambriana (a maioria dos principais filos animais apareceram no registro fóssil), 542 milhões de anos atrás
  • , Obviamente, muitos outros eventos ocorrem na Phanerozoic, e nós vamos passar a maior parte do restante deste módulo discuti-los

Links para a saúde humana e ambiental de processos

A informação abaixo foi adaptado a partir de OpenStax Biologia 22.,4 Algumas espécies procarióticas podem prejudicar a saúde humana como patógenos: doenças e pragas devastadoras, tanto virais como bacterianas na natureza, têm afetado os seres humanos desde o início da história humana, mas na época, a sua causa não era compreendida. Ao longo do tempo, as pessoas começaram a perceber que ficar longe de pessoas aflitas (e seus pertences) tendeu a reduzir as chances de uma pessoa ficar doente. Para que um patógeno cause doença, ele deve ser capaz de se reproduzir no corpo do hospedeiro e danificar o hospedeiro de alguma forma, e para se espalhar, ele deve passar para um novo hospedeiro., No século XXI, as doenças infecciosas permanecem entre as principais causas de morte em todo o mundo, apesar dos avanços na pesquisa e tratamentos médicos nas últimas décadas. A informação abaixo foi adaptada da biologia de OpenStax 22.5 nem todos os procariontes são patogênicos; os patógenos representam apenas uma porcentagem muito pequena da diversidade do mundo microbiano. Na verdade, a nossa vida não seria possível sem procariontes. Algumas espécies procarióticas são diretamente benéficas para a saúde humana:

• as bactérias que habitam a nossa pele e trato gastrointestinal fazem uma série de coisas boas para nós., Eles nos protegem de patógenos, nos ajudam a digerir nossa comida, e produzem algumas de nossas vitaminas e outros nutrientes. Mais recentemente, os cientistas recolheram provas de que estas bactérias podem também ajudar a regular os nossos humores, influenciar os nossos níveis de actividade e até ajudar a controlar o peso, afectando as nossas escolhas alimentares e os padrões de absorção. O projeto Microbioma Humano iniciou o processo de catalogação de nossas bactérias normais (e archaea) para que possamos entender melhor essas funções.,Os cientistas também estão descobrindo que a ausência de certos micróbios chave do nosso trato intestinal pode nos colocar em uma variedade de problemas. Isto parece ser particularmente verdadeiro no que diz respeito ao funcionamento adequado do sistema imunitário. Há descobertas intrigantes que sugerem que a ausência destes micróbios é um importante contribuinte para o desenvolvimento de alergias e alguns distúrbios auto-imunes. A investigação está actualmente em curso para testar se a adição de certos micróbios ao nosso ecossistema interno pode ajudar no tratamento destes problemas, bem como no tratamento de algumas formas de autismo.,um exemplo particularmente fascinante da nossa flora normal relaciona-se com os nossos sistemas digestivos. As pessoas que tomam doses elevadas de antibióticos tendem a perder muitas de suas bactérias intestinais normais, permitindo que uma espécie naturalmente resistente aos antibióticos chamado Clostridium difficile para crescer e causar problemas gástricos graves, especialmente diarréia crônica. Obviamente, tentar tratar este problema com antibióticos só o torna pior., No entanto, tem sido tratado com sucesso, dando aos pacientes transplantes fecais (chamados “pílulas de cocô”) de doadores saudáveis para restabelecer a comunidade microbiana intestinal normal. Estão em curso ensaios clínicos para garantir a segurança e eficácia desta técnica.

Outros procariotas indiretamente, mas drasticamente, o impacto para a saúde humana através de suas funções em processos ambientais:

• Procariotas desempenham um papel crítico na biogeoquímicos ciclagem de nitrogênio, carbono, fósforo e outros nutrientes. O papel dos procariontes no ciclo do nitrogênio é fundamental. O nitrogênio é um elemento muito importante para os seres vivos, porque é parte dos nucleótidos e aminoácidos que são os blocos de construção de ácidos nucleicos e proteínas, respectivamente., O nitrogênio é geralmente o elemento mais limitante nos ecossistemas terrestres, com nitrogênio atmosférico, N2, fornecendo o maior pool de nitrogênio disponível. No entanto, os eucariontes não podem usar nitrogênio gasoso e atmosférico para sintetizar macromoléculas. Felizmente, o nitrogênio pode ser “fixo”, o que significa que é convertido em amônia (NH3) biologicamente ou abioticamente. A fixação abiótica do nitrogênio ocorre como resultado de relâmpagos ou por processos industriais. A fixação biológica do azoto (BNF) é realizada exclusivamente por procariotas: bactérias do solo, cianobactérias e Frankia spp., (bactérias filamentosas que interagem com plantas actinorhizais como o alder, o bayberry e o feto doce). Após a fotossíntese, o BNF é o segundo processo biológico mais importante na Terra.
• Procariotas são também essenciais na microbiana de biorremediação, o uso de procariotes (ou do metabolismo microbiano) para remover poluentes, tais como produtos químicos agrícolas (pesticidas, fertilizantes) que lixiviação do solo para as águas subterrâneas e o subsolo, e certos metais tóxicos e óxidos, como o selênio e compostos de arsénio., Um dos mais úteis e interessantes exemplos de uso de procariotas para fins de biorremediação é a limpeza de derramamentos de óleo, incluindo o Exxon Valdez no Alasca (1989) e, mais recentemente, o derrame de petróleo da BP no Golfo do México (2010). Para limpar estes derrames, nutrientes inorgânicos adicionais que ajudam as bactérias a crescer são adicionados à área, e o crescimento de bactérias quebra o excesso de hidrocarbonetos.,