Sampai abad ke 20 klasifikasi makhluk hidup : tanaman dan hewan 1950s – 1960s :ditambah dengan fungi, protista, bacteria 1970s : prokaryotic (bacteria) dan 4 eukaryotic kingdom (plants, animal, fungi, protists) Tetapi setelah tahun 1970, ditemukan domain baru dari kelompok organisme yaitu : arkea Dr. Carl Woese dan kolega nya dari University of Illinois Menggunakan DNA sequen, dan menemukan terdapat perbedaan yang mendasar antara kluster “bacteria” yang memproduksi methane dan hidup di lingkungan bertemperatur tinggi, dengan kelompok bakteri umum yang lainnya dan kelompok eukaryot Woese proposed that life be divided into three domains: Eukaryota, Eubacteria, and Archaebacteria. Sekarang dikenal dengan arkea
Pembagian genus menurut filogenetik
Ada 4 tipe Archaea 1. Crenarchaeota : dengan karakter memiliki kemampuan mentolerir kondisi suhu dan keasaman yang ekstrim, habitat marine dan suhu rendah 2. Euryarchaeota : termasuk kelompok bakteri metanogen, pereduksi sulfat, halofil ekstrim, termofil ekstrim dengan metabolisme sulfur 3. Korarchaeota : paling primitif, ciri fisiologis belum banyak dikenali dan sulit dikultur 4. Nanoarchaeota
2 filum Utama
Dalam ke empat tipe tersebut, masing-masing dibedakan dalam 4 subtipe : 1. Methanogen : archaea yang memproduksi gas methana sebagai produk dari metabolisme-nya. 2. Halofilik : archaea yang hidup dalam lingkungan dengan kadar garam yang tinggi 3. Thermofilik : archaea yang hidup pada suhu yang ekstrim panas 4. Psychrophiles : yang hidup pada suhu yang cukup dingin
Sifat
Eukariot
Bakteri
Arkaea
Konfigurasi sel
eukaryotic
prokaryotic
prokaryotic
Membran inti
ada
Tidak ada
Tidak ada
Jumlah kromosom
>1
1
1
Topologi kromosom
linier
sirkuler
sirkuler
Lipid pada membran Ester-linked sel glycerides; unbranches: polyunsaturated
Ester-linked glycerides; unbranches: saturated or monosaturated
Eter-linked branches: saturated
Organel (mitokondria dan kloroplas)
ada
Tidak ada
Tidak ada
Ukuran ribosom
80S
70S
70S
Meiosis dan mitosis
ada
Tidak ada
Tidak ada
MEMBRAN SEL ARCHAEA Archaea memiliki suata membran sel tunggal yang terdiri dari suatu dinding seperti peptidoglycan yang berbeda dengan bakteri, dimana membran tersusun dari gliserol-ether lipid. Perbedaan ini ditimbulkan sebagai cara adaptasi terhadap lingkungan ekstrim
arkeans , hidup pada lingkungan yang ekstrem Beberapa hidup pada kedalaman laut di daerah dekat “rift vent “ dengan suhu diatas 100oC Yang lain hidup pada mata air panas , atau pada air dengan pH sangat asam atau pH yang sangat basa Beberapa hidup pada saluran pencernaan sapi, rayap (termites) dan di laut, dimana kelompok tersebut memproduksi methane.
Beberapa arkeans dapat hidup pada lingkungan yang sangat asin. Salah satunya adalah kelompok Halobacterium, a well-studied arkean. The light-sensitive pigment bacteriorhodopsin gives Halobacterium its color and provides it with chemical energy. Bacteriorhodopsin has a lovely purple color and it pumps protons to the outside of the membrane. When these protons flow back, they are used in the synthesis of ATP, which is the energy source of the cell. This protein is chemically very similar to the light-detecting pigment rhodopsin, found in the vertebrate retina.
arkeans kemungkinan satu-satunya organisme yang bisa hidup pada tempat yang mempunyai habitat ekstrem seperti “thermal vent” atau “hypersaline water”, dimana organisme lain tidak bisa hidup. Penemuan baru, arkea, juga banyak terdapat pada permukaan air laut yang terdapat banyak plankton.
Tidak seperti golongan bacteria, arkea memiliki sedikit peptidoglikan pada dinding selnya, membran sel mempunyai ikatan lipid ether (ether linked), yang tidak ditemukan di golongan organisme lain. Struktur dan fungsi gen dari arkea, lebih mirip dengan eukaryot dibandingkan dengan bakteri. Selain itu terdapat perbedaan dalam hal metabolisme
Phylogenetic and Metabolic Diversity of Archaea Archaea share many characteristics with
both Bacteria and Eukarya Archaea are split into two major groups . Crenarchaeota Euryarchaeota
© 2012 Pearson Education, Inc.
krenarkeota : diantara anggotanya ada yang bisa hidup pada suhu air mendidih dan air beku. Mikroorganisme yang sudah dapat dikulturkan bersifat hipertermofil dengan suhu diatas 80, dan ada yang optimum pada suhu diatas suhu air mendidih Sebagian besar arkea hipertermofil dapat diisolasi dari tanah geotermal panas atau perairan yang mengandung unsur sulfur serta melangsungkan metabolisme sulfur. Pada lingkungan terestrial, mata air kaya sulfur, lumpur mendidih dan tanah bersuhu diatas 1000 C. Selain itu juga dapat hidup pada habitat artifisial yang panas, misalnya pada aliran yang keluar dari perusahaan industri. krenarkeota ada yang dapat hidup pada keadaan dingin yang diperoleh melalui pengambilan contoh gen ribosomal RNA. Krenarkeota marin dijumpai pada lautan es, berupa plankton dengan jumlah sekitar 10 4/ ml pada air miskin nutrien dan suhu 2 – 4 0C atau kurang
Hipertermofil habitat vulkanik terestrial : Sulfolobus, Acidianus, Thermoproteus, Pyrobaculum. Habitat vulkanik dengan suhu diatas 100 0C cocok untuk arkea termofil. Sulfolobus tumbuh pada sumber air panas kaya sulfur dengan suhu diatas 900 C dan pH 1-5, bersifat aerob kemolitotrof, mengoksidasi H2S atau S menjadi H2SO4 dengan CO2 sebagai sumber karbon
Hipertermofil dari habitat vulkanik submarin, genus utamanya : Pyrodictium, Pyrolobus, Ignicocus dan Staphylothermus. Pyrolobus fumari merupakan prokariot yang paling terrmofil dengan suhu maksimum 1130 C, hidup pada dinding cerobong awan hitam palung hidrothermal, dengan kemampuan autotrof, organisme ini menyumbangkan senyawa organik pada lingkungan anorganik tersebut.
Shallow-water
thermal springs and deep-sea hydrothermal vents harbor the most thermophilic of all known Archaea › Pyrodictium and Pyrolobus › Desulfurococcus and Ignicoccus › Staphylothermus
Optimum growth temperature above 100°C Pyrolobus fumarii is one of the most thermophilic Strain 121 can grow up to 121°C
© 2012 Pearson Education, Inc.
- Extremely Halophilic Archaea - Methanogenic Archaea - Thermoplasmatales - Thermococcales and Methanopyrus - Archaeoglobales - Nanoarchaeum and Aciduliprofundum
© 2012 Pearson Education, Inc.
Arkea halofil ekstrim, genus utamanya Halobacterium, Haloferax dan Natronobacterium. Organisme beragam yang menghuni lingkungan bergaram tinggi seperti kolam pembuatan garam, danau alami atau artifisial bergaram tinggi, habitat demikian disebut hipersalin. Organisme halofil ekstrim tidak hanya bersifat halofil tetapi kebutuhan garam sangat tinggi dan pada beberapa kasus jumlahnya mencapai keadaan jenuh. Kisaran NaCl 1,5 M (9%), 2-4 M (12-23%), 5,5 M (32%)
Perairan yang berwarna ungu kemerahan mencirikan adanya blooming dari arkea halofil yang mempunyai pigmen karotenoid Dengan bantuan sekuensing gen 16S rRNA diketahui ada 14 genus halofil ekstrem yang secara kelompok dinamakan halobakteria Arkea penghasil metan : metanogen, genus utama Methanobacterium, Methanocaldococcus dan methanosarcina. Metanogen memperlihatkan berbagai morfologi dan aspek kimia dinding sel
Substrat yang digunakan metanogen dapat dikelompokan menjadi 3 tipe yaitu : substrat CO2, metil dan asetotrof Genom hipertermofil metanogen Methanocaldococcus jannaschii, telah disekuen dan genom sirkularnya mencapai 1.66Mbp dengan 1700 gen, meliputi gen yang menyandikan metanogenesis dan fungsi kunci sel, yang menarik adalah sebagian gen yang menyandikan fungsi sel mirip bakteri, sedangkan yang menyandikan proses molekuler inti seperti transkripsi dan tranlasi mirip dengan eukariot Hal ini menyatakan bahwa kedudukan genom arkea berada diantara bakteria dan eukarya.
Thermoplasmatales, genus utama Thermoplasma, Ferroplasma, picrophilus. Asidofil, Picrophillus dapat tumbuh optimum pada pH 0,7. Membran sitoplasmanya diduga mempunyai susunan lipid yang tidak umum yang membentuk membran tak permeabel asam tinggi pada pH optimum. Namun dengan pH agak asam seperti pH 4 membran akan cepat menyusut dan mengalami disintegrasi. Hal ini berarti mikroorganisme hanya dapat bertahan pada habitat yang sangat asam.
Methanopyrus, methanogen hipertermofil berbentuk batang yang diisolasi dari sedimen palung submarine hydrotermal dan dinding cerobong awan hitam (black smoker). Suhu maksimum pertumbuhan 110 C dan metanogen sehingga posisinya pada pohon filogeni arkea sangat unik. Mikroorganisme menghasilkan metan hanya dari H2+CO2, dan tumbuh cepat sebagai autotrof dengan waktu generasi 1 jam pada suhu optimum 1000 C. Methanopyrus dengan ciri-ciri seperti posisi filogeni, sifat hipertermofil, metabolisme anaerob dan lipid primitif (lipid membran yang tergabung dengan eter dalam bentuk tidak jenuh), membuat organisme ini sebagai model dalam bentuk kehidupan paling awal.
Filum ini unik karena beranggotakan sel parasit yang kecil dan mempunyai genom yang kecil diantara prokariot yang sudah dikenal Nanoarchaeum, genus yang berbentuk kokoid yang sangat kecil dan hidup sebagai parasit atau mungkin simbion dari krenarkeota Ignicoccus. Sel berdiameter 0,4µm dan hanya 1% volume E.coli. Sel bereplikasi bila terikat pada permukaan sel Ignicocus. Sel dapat berupa tunggal, berpasangan atau berkelompok hingga lebih dari 10 sel per sel ignicocus. Tidak dapat tumbuh sebagai kultur murni kecuali apabila ada inang. Bersifat termofil dan tumbuh optimum pada suhu 900C. Isolat berasal dari palung hidrothermal submarine, sumber air panas belerang. Baru 1 spesies yang diketahui yaitu N.equitans
Nanoarkeota merupakan cabang paling dalam pada pohon filogeni arkea. Genom berukuran 0,49 Mbp, merupakan genom paling kecil. Nanoarchaeum mempunyai gen untuk semua enzim kunci yang diperlukan proses molekular penting seperti replikasi DNA, transkripsi dan translasi.
Methanogens › Key genera: Methanobacterium,
Methanocaldococcus, Methanosarcina Microbes that produce CH4 Found in many diverse environments Taxonomy based on phenotypic and phylogenetic features
Process
of methanogenesis first demonstrated over 200 years ago by Alessandro Volta
© 2012 Pearson Education, Inc.
The oldest known fossils are cyanobacteria from arkean rocks of western Australia, dated 3.5 billion years old. This may be somewhat surprising, since the oldest rocks are only a little older: 3.8 billion years old. Cyanobacteria are among the easiest microfossils to recognize. Morphologies in the group have remained much the same for billions of years, and they may leave chemical fossils behind as well, in the form of breakdown products from pigments. Small fossilized cyanobacteria have been extracted from Precambrian rock, and studied through the use of SEM and TEM (scanning and transmission electron microscopy). The autotrophic (auto = "self" tropho = "nourishment", Greek) cyanobacteria were once classified as "blue green algae" because of their superficial resemblance to eukaryotic green algae. Although both groups are photosynthetic, they are only distantly related: cyanobacteria lack internal organelles, a discrete nucleus and the histone proteins associated with eukaryotic chromosomes. Like all eubacteria, their cell walls contain peptidoglycan.
Cyanobacteria are actually believed to be the origin of chloroplasts in plants. It is these chloroplasts which allow the plant to photosynthesize. In the late Proterozoic period, it is believed that cyanobacteria took up residence in some eukaryotic cells. The process of a bacteria taking living within another cell is called endosymbiosis. As the eukaryotic cells began to divide and form multicellular organisms, each cell contained these cyanobacteria. Eventually, a fully functioning plant developed. Cyanobacteria also play a major role in the nitrogen cycle. They are able to convert atmospheric nitrogen into its organic form. All plants use organic nitrogen as a nutrient to promote growth. Without this source of nitrogen, the plants would die. Cyanobacteria are one of the few types of organisms that are able to make this conversion from atmospheric to organic nitrogen. These autotrophic bacteria have a very rich fossil record. The oldest known fossils are cyanobacteria. These fossils are dated at approximately 3.5 billion years old. An indication of how old these fossils are is the fact that the oldest rocks are estimated to be 3.8 billion years old. The idea that autotrophic bacteria are so old led many prominent scientists to believe that they were instrumental in the evolution of the world, as a whole. For example, 3.5 billion years ago, the earth's conditions were much different. The biosphere consisted of a primordial sea, ample hydrogen and ammonium gas, carbon dioxide, strong ultraviolet radiation and a limited amount of oxygen gas. The cyanobacteria were the first cells to photosynthesize and consequently produce oxygen gas as a byproduct. An atmosphere began to form as the oxygen gas continued to build up. When the atmosphere was completed, the world was now suitable for eukaryotic life, because there were large amounts of oxygen for cellular respiration and the harsh ultraviolet radiation was absorbed by the atmosphere. Essentially, without cyanobacteria, none of us would have be able to survive on planet Earth.
Ancient Fossil Bacteria : cyanobacteria
Mikrobiologi Esensial 1, Tedja Imas Sunatmo, 2009, penerbit Ardy Agency Jakarta. The internet Encyclopedia of science (WWW.daviddarling .info/encyclopedia/ETEmain.html) WWW.ucmp.berkeley.edu/arkea/arkea. html
