PRINCIPALI DIFFERENZE TRA ARCHAEA E BATTERI - BIOLOGIA - 2025

Le principali differenze tra archaea e batteri si basano su aspetti molecolare-strutturali e metabolici che svilupperemo di seguito. Il dominio Archaea raggruppa tassonomicamente microrganismi unicellulari che hanno la morfologia delle cellule procariotiche (senza membrana nucleare o membrane di organelli citoplasmatici), caratteristiche che assomigliano a batteri.

Esistono però anche tratti che li separano, poiché gli archei sono dotati di meccanismi di adattamento molto particolari che consentono loro di vivere in ambienti con condizioni estreme.

Figura 1. Batteri Escherichia coli. Fonte: NIAID, tramite Wikimedia Commons

Il dominio del batterio contiene le forme più abbondanti di batteri chiamati eubatteri, o veri batteri. Questi sono anche organismi unicellulari, microscopici e procarioti che vivono in qualsiasi ambiente con condizioni moderate.

Evoluzione della tassonomia di questi gruppi

Nel IV secolo aC, gli esseri viventi erano classificati in due soli gruppi: animali e piante. Van Leeuwenhoek, nel diciassettesimo secolo, utilizzando un microscopio da lui stesso costruito, poté osservare microrganismi che fino ad allora erano stati invisibili e descriveva protozoi e batteri sotto il nome di "animáculos".

Nel XVIII secolo, "animali microscopici" furono incorporati nelle classificazioni sistematiche di Carlos Linneo. A metà del diciannovesimo secolo, un nuovo regno raggruppa i batteri: Haeckel postulò una sistematica basata su tre regni; regno Plantae, regno Animalia e regno Protista, che raggruppava microrganismi con un nucleo (alghe, protozoi e funghi) e organismi senza nucleo (batteri).

Da questa data, diversi biologi hanno proposto diversi sistemi di classificazione (Chatton nel 1937, Copeland nel 1956, Whittaker nel 1969) e i criteri di classificazione dei microrganismi, inizialmente basati su differenze morfologiche e differenze di colorazione (colorazione di Gram), si sono basati su differenze metaboliche e biochimiche.

Nel 1990, Carl Woese, applicando tecniche di sequenziamento molecolare negli acidi nucleici (acido ribonucleico ribosomiale, rRNA), scoprì che tra i microrganismi raggruppati come batteri c'erano differenze filogenetiche molto grandi.

Questa scoperta ha mostrato che i procarioti non sono un gruppo monofiletico (con un antenato comune) e Woese ha quindi suggerito tre domini evolutivi che ha chiamato: Archaea, Bacteria ed Eukarya (organismi cellulari nucleati).

Caratteristiche differenziali di Archaea e batteri

Gli organismi Archaea e Bacteria hanno caratteristiche comuni in quanto entrambi sono unicellulari, liberi o aggregati. Non hanno un nucleo o organelli definiti, hanno dimensioni cellulari comprese in media tra 1 e 30μm.

Presentano differenze significative rispetto alla composizione molecolare di alcune strutture e alla biochimica del loro metabolismo.

Habitat

Le specie batteriche vivono in una vasta gamma di habitat: hanno colonizzato acque salmastre e dolci, ambienti caldi e freddi, terreni paludosi, sedimenti marini e fessure rocciose, e possono vivere anche nell'aria atmosferica .

Possono vivere con altri organismi all'interno dei tubi digestivi di insetti, molluschi e mammiferi, cavità orali, tratto respiratorio e urogenitale dei mammiferi e sangue dei vertebrati.

Figura 2. Sorgenti termali, habitat estremi in cui abitano gli organismi del gruppo Archaea, che di solito danno loro colori vivaci. Fonte: CNX OpenStax tramite wikipedia

Anche i microrganismi appartenenti a Bacteria possono essere parassiti, simbionti o commensali di pesci, radici e fusti di piante, di mammiferi; possono essere associati a funghi licheni e protozoi. Possono anche essere contaminanti alimentari (carne, uova, latte, frutti di mare, tra gli altri).

Le specie del gruppo Archaea hanno meccanismi di adattamento che ne consentono la vita in ambienti con condizioni estreme; possono vivere a temperature inferiori a 0 ° C e superiori a 100 ° C (una temperatura che i batteri non possono sopportare), a pH estremi alcalini o acidi e concentrazioni saline molto superiori a quelle dell'acqua di mare.

Anche gli organismi metanogeni (che producono metano, CH ₄ ) appartengono al dominio Archaea.

Membrana plasmatica

L'involucro delle cellule procariotiche è generalmente formato dalla membrana citoplasmatica, dalla parete cellulare e dalla capsula.

La membrana plasmatica degli organismi del gruppo Bacteria non contiene colesterolo o altri steroidi, ma piuttosto acidi grassi lineari legati al glicerolo da legami di tipo estere.

La membrana dei membri di Archaea può essere costituita da un doppio strato o da un monostrato lipidico, che non contengono mai colesterolo. I fosfolipidi di membrana sono costituiti da idrocarburi ramificati a catena lunga legati al glicerolo da legami di tipo etereo.

Parete cellulare

Negli organismi del gruppo dei batteri, la parete cellulare è costituita da peptidoglicani o mureina. Gli organismi Archaea possiedono pareti cellulari che contengono pseudopeptidoglicano, glicoproteine ​​o proteine, come adattamenti a condizioni ambientali estreme.

Inoltre, possono presentare uno strato esterno di proteine ​​e glicoproteine, che copre il muro.

Acido ribonucleico ribosomiale (rRNA)

L'RRNA è un acido nucleico che partecipa alla sintesi proteica -produzione delle proteine ​​di cui la cellula necessita per svolgere le sue funzioni e per il suo sviluppo-, dirigendo le fasi intermedie di questo processo.

Le sequenze nucleotidiche negli acidi ribonucleici ribosomiali sono diverse negli organismi Archaea e Bacteria. Questo fatto è stato scoperto da Carl Woese nei suoi studi del 1990, che ha portato alla separazione di questi organismi in due diversi gruppi.

Produzione di endospore

Alcuni membri del gruppo Bacteria possono produrre strutture di sopravvivenza chiamate endospore. Quando le condizioni ambientali sono molto avverse, le endospore possono mantenere la loro vitalità per anni, con un metabolismo praticamente nullo.

Queste spore sono estremamente resistenti al calore, agli acidi, alle radiazioni e a vari agenti chimici. Nel gruppo Archaea, non sono state segnalate specie che formano endospore .

Movimento

Alcuni batteri hanno flagelli che forniscono mobilità; le spirochete hanno un filamento assiale per mezzo del quale possono muoversi in mezzi liquidi e viscosi come fango e humus.

Alcuni batteri viola e verdi, cianobatteri e Archaea possiedono vescicole di gas che consentono loro di muoversi fluttuando. Le specie note di Archaea non hanno appendici come flagelli o filamenti.

Figura 3. Río Tinto, un ambiente estremo a Huelva, in Spagna, dove si sviluppano gli Arqueas dei generi Metallosphaera e Sulfolobus. Fonte: Riotinto2006, da Wikimedia Commons

Fotosintesi

All'interno del dominio dei batteri, ci sono specie di cianobatteri che possono svolgere la fotosintesi ossigenata (che produce ossigeno), poiché hanno clorofilla e ficobiline come pigmenti accessori, composti che catturano la luce solare.

Questo gruppo contiene anche organismi che svolgono la fotosintesi anossigenica (che non produce ossigeno) attraverso batterioclorofille che assorbono la luce solare, come: zolfo rosso o viola e batteri rossi non solforati, zolfo verde e batteri verdi non zolfo.

Nel dominio Archaea non sono state segnalate specie fotosintetiche, ma il genere Halobacterium, di estrema alofite, è in grado di produrre adenosina trifosfato (ATP), con l'uso della luce solare senza clorofilla. Hanno il pigmento viola della retina, che si lega alle proteine ​​di membrana e forma un complesso chiamato batteriorodopsina.

Il complesso batteriorodopsina assorbe energia dalla luce solare e quando viene rilasciato può pompare ioni H ⁺ all'esterno della cellula e promuovere la fosforilazione dell'ADP (adenosina difosfato) in ATP (adenosina trifosfato), da cui il microrganismo ottiene energia.

Riferimenti

1. Barraclough TG e Nee, S. (2001). Filogenetica e speciazione. Tendenze in ecologia ed evoluzione. 16: 391-399.
2. Doolittle, WF (1999). Classificazione filogenetica e albero universale. Scienza. 284: 2124-2128.
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4. Whittaker, RH (1969). Nuovi concetti di regni di organismi. Scienza. 163: 150-161.
5. Woese, CR, Kandler, O. e Wheelis, ML (1990). Verso un sistema naturale di organismi: proposta per i domini Archaea, Bacteria ed Eukarya. Atti dell'Accademia di scienze naturali. USI. 87: 45-76.