Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Bởi: Nguyễn Lân Dũng Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Cổ khuẩn biết đến vi sinh vật thích nghi với môi trường có điều kiện cực đoan (extreme) nhiệt độ cao (thermophilic), nơi lạnh giá (psychrophilic), nồng độ muối cao (halophilic) hay độ acid cao (acidophilic) v.v Đó lý giải thích cổ khuẩn lại khó phân lập nuôi cấy điều kiện phòng thí nghiệm Trong giới sinh vật, cổ khuẩn có đại diện cư trú điều kiện nhiệt độ cao (Bảng 3, Hình 3), nhiều loài sống nhiệt độ 100 °C áp suất cao miệng núi lửa đáy đại dương Cơ chế thích nghi tế bào vi sinh vật với nhiệt độ cao nghiên cứu Ở cổ khuẩn, số phương thức thích nghi với nhiệt độ cao biết đến tác dụng enzyme gyraza việc bảo vệ cấu trúc xoắn ADN tác động nhiệt, hay ete-lipid, C40-lipid màng tế bào cổ khuẩn, giúp làm tăng đô bền vững màng Tuy nhiên cổ khuẩn không sống môi trường cực đoan Ngoài đại dương cổ khuẩn tồn với số lượng lớn Trên đất liền loài cổ khuẩn sinh methane ưa ấm có mặt nhiều môi trường khác nhau, bể lên men chất thải hữu cơ, chân ruộng lúa ngập nước, đường tiêu hoá động vật v.v Bảng Nhiệt độ phát triển cao đại diện sinh vật trái đất Cá 38 °C Côn trùng 50 Động vật đơn bào 50 1/5 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Tảo 56 Nấm 60 Vi khuẩn thường Cổ khuẩn 90 113 Khả thích nghi điều kiện sống cực đoan cổ khuẩn sở để giả thuyết chúng sinh vật sống xuất trái đất Trái đất thời kỳ đầu có nhiệt độ cao, khoảng 100 °C trở lên, chứa nhiều ammon khí methane khí quyển, dạng sống phải sinh vật yếm khí ưa nhiệt cao (hyper-thermophiles) Với đặc điểm sinh lý tính ưa nhiệt, sống kỵ khí, sử dụng chất hữu vô nguồn lượng, loài cổ khuẩn ưa nhiệt cao có lẽ phù hợp với dạng sống nguyên thuỷ mô theo điều kiện trái đất thời kỳ đầu Trong thực tế, chất thị mạch isoprene-lipid thành phần màng tế bào cổ khuẩn tìm thấy lớp trầm tích có tuổi 3,8 tỷ năm Các nghiên cứu dựa trình tự 16S rARN cho thấy cổ khuẩn, đặc biệt nhóm cổ khuẩn ưa nhiệt cao, tiến hoá chậm đáng kể so với vi khuẩn sinh vật nhân thật Tuy nhiên tốc độ tiến hoá chậm cổ khuẩn so với hai lĩnh giới lại môi trường sống khắc nghiệt chúng tạo Cho đến câu hỏi nguồn gốc sống vai trò cổ khuẩn tiếp tục tranh luận ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** Hình Một nơi cổ khuẩn tìm thấy:suối nước nóng công viên Quốc gia Yellowstone (Mỹ) Phả hệ cổ khuẩn dựa trình tự 16S rARN Dựa so sánh trình tự 16S rARN đại diện cổ khuẩn phân lập chia thành hai nhóm Euryarchaeota Crenarchaeota (Hình 4,5) Euryarchaeota nhóm cổ khuẩn biết rõ nhất, bao gồm nhiều loài sinh methane, cổ khuẩn ưa mặn, khử sulfat (Archaeoglobales), Thermoplasmalates Thermococcales Nhóm Crenarchaeota gồm ba lớp Desulfococcales, Sulfolobales Thermoproteales Sau nhóm cổ khuẩn Korarchaeota đề xuất thêm (Hình 6), nhiên dựa trình tự 16S rADN có từ mẫu ADN tách trực tiếp từ môi trường chưa có đại diện phân lập nuôi cấy phòng thí nghiệm 2/5 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Hình Các đại diện hai nhóm cổ khuẩn Crenarchaeota Euryarchaeota 3/5 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Hình Hình thái số đại diện hai nhóm cổ khuẩn Euryarchaeota Crenarchaeota Gần (2002), nhóm nghiên cứu giáo sư Stetter, nhà nghiên cứu cổ khuẩn hàng đầu giới, công bố diện nhóm cổ khuẩn thứ tư, Nanoarchaeota, gồm cổ khuẩn có kích thước nhỏ với đại diện tìm thấy Nanoarchaeum equitans (Hình 7) Loài cổ khuẩn có tế bào hình cầu, đường kính 400 nm, sống bám bề mặt tế bào loài cổ khuẩn Ignicoccus sp., phân lập từ mẫu nước nóng độ sâu 106 m đáy biển Đây loài ưa nhiệt cực đoan, phát triển nhiệt độ tối ưu 75-98 °C Nhiều trình tự 16S rARDN trực tiếp có từ môi trường có nhiệt độ cao khẳng định tồn khác biệt nhóm Nanoarchaeota so với nhóm cổ khuẩn lại Đa dạng nhóm cổ khuẩn đại diện Xét đặc điểm sinh lý, cổ khuẩn phân thành bốn nhóm sinh methane (methanogens), cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyper-therrmophiles), cổ khuẩn ưa mặn 4/5 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất (halophiles) cổ khuẩn ưa acid (acidophiles) thuộc lớp Thermoplasmatales với nhiều đại diện phân lập nghiên cứu phòng thí nghiệm (Hình 8) Hình Đại diện nhóm cổ khuẩn 5/5 ... sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Hình Các đại diện hai nhóm cổ khuẩn Crenarchaeota Euryarchaeota 3/5 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Hình Hình thái.. .Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất Tảo 56 Nấm 60 Vi khuẩn thường Cổ khuẩn 90 113 Khả thích nghi điều kiện sống cực đoan cổ khuẩn sở để giả thuyết chúng sinh vật sống. .. sinh methane (methanogens), cổ khuẩn ưa nhiệt cao (hyper-therrmophiles), cổ khuẩn ưa mặn 4/5 Môi trường sống cổ khuẩn giả thuyết hình thành sống trái đất (halophiles) cổ khuẩn ưa acid (acidophiles)