2 Archaea Texte

Archaea, Archäen

1 Archäen diverser als früher gedacht

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Salzbelastete Böden, erhebliche Drücke, siedende Hitze und klirrende Kälte,

Auch ätzende Säuren[1] und laugende Basen[2]

Bevorzugen sie, nicht nur entlegener Orte.

Extremophilie[3] heißt ihr treffend benanntes Verhalten.

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So definierten Forscher früher der Archäen Ökologie,

Weil nur in solchen Habitaten sie bis dahin entdeckt.

Durchforschten, wollten nicht wenige Wissenschaftler doch diese Exoten studieren,

Bevorzugt jene Ökosysteme, in denen ihr Vorkommen bereits belegt.

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Habhaft wollten ihrer Zellen sie werden,

Fischten danach, kultivierten unter deren Lebensbedingungen sie.

Erst später isolierten Experten aus verschiedenen Böden, aus Sedimenten,

Ubiquitär[4] diese Wesen, nur als DNA[5] jedoch, in großer Diversität.

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Unkultiviert blieben viele deswegen.

So lässt ihrer Verwandtschaften Hierarchie zumindest sich ableiten daraus,

Was ähnlich einander, zu Einheiten sich zusammenfügen:

In ungefähr zwanzig Abteilungen[6], Phyla[7], werden Sequenzen heute gruppiert.

Von acht nur gelang es, in Kultur sie zu nehmen,

Was heute man, vielleicht zurecht, als Arten so nennt.

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Sie steuern, so wird berichtet, etwa

Zwanzig Prozent womöglich der mikrobiellen Zellen der Meere bei.

In Tieftemperaturgebieten der Ozeane sind sie verbreitet;

In tausend bis zehntausend Meter Tiefe, in des Meeressediments

Ersten Metern bilden sie

Der lebenden Zellen überwiegenden Teil.

In Sümpfen[8] und Marschland[9] sind sie vertreten,

Generell in Böden, in Rhizosphären[10] – mit Bakterien durchmischt. –

Ein Zehntel der Prokaryoten[11] tragen Archäen

Im Verdauungssystem der Menschen[12] bei.

Leichter fällt es, Regionen, Ökotope[13], zu nennen,

Wo sie noch heute unbekannt.

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Wer dächte, ihre Zellen blieben unbehelligt von Viren[14],

Nur weil keine Bakterien sie sind, wird eines andern belehrt:

Ihre Viren unterscheiden sich erheblich von Bakterienviren.

Jede Domäne[15] hat davon somit den eignen Bestand.

Archäenviren verwirklichen gar eigene Formen von                  

Flaschen-, Spindel-, Spiralen- und Tropfengestalt.

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Legenden

[1] Säuren: Gemeint sind hier organische Säuren mit der Gruppe [–COOH]. Die Säurewirkung beruht auf der Dissoziation (Ablösen) des Protons [H⁺] von der [–OH]-Gruppe, wofür häufig die Schreibweise [–COO^– + H⁺] verwendet wird; bewirken einen pH kleiner als 7

[2] Basen: Basisch wirkende Substanzen, die einen pH höher als 7 bewirken,

[3] Extremophilie: Wachstum unter extremen Bedingungen, was pH-Wert (extreme Säuren, z. B. pH 1, extreme Basen, z.B. pH 11), hohe Drücke oder Temperaturen (hohe, tiefe) betrifft

[4] Ubiquitär: überall vorkommend

[5] Umwelt-DNA, Environmental DNA, eDNA: Bezieht sich auf genetische Spuren, die Organsimen hinterlassen, ohne davon Konkretes (Zelle, etc.) finden zu können

[6] Abteilung, Phylum (der Organismen): Hierarchische Ebene zwischen Unterabteilung und Reich

[7] Phylum: Stamm, Abteilung

[8] Sumpf: ständig feuchtes Gelände mit oft stehendem Wasser, besonders an Ufern von Flüssen und Seen

[9] Marschland: Generell flache Landstriche ohne natürliche Erhebungen, bestehen aus angeschwemmten Sedimenten und liegen in etwa auf Höhe des Meeresspiegels

[10] Rhizosphäre: Unmittelbarer, bis zu 3 mm entfernter Raum um lebende Wurzeln; dieser Bereich wird durch die Wurzeloberfläche und daran bzw. darin lebenden Organismen stark beeinflusst.

[11] Prokaro(n)t: Organismus, der keinen echten Zellkern besitzt, sondern einfache, meist ringförmige Chromosomen frei in einem zentralen Bereich liegen hat

[12] Moderner Mensch: Homo sapiens (Hominini – Homininae – Hominidae – Hominoidea – Catarrhini –…)

[13] Ökotop: Bezeichnet die räumliche Ausdehnung und seine unbelebten Bestandteile, in dem sich ein bestimmtes Zusammenwirken von Umweltfaktoren abspielt.

[14] Viren: (Viren – Bacteria)

[15] Domänen (der Organismen): Mit dem systematischen Begriff Domäne werden die drei sich stark voneinander unterscheidenden Organismensippen Bacteria, Archaea und Eukarya belegt

Eingestellt am 6. Juli 2024

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2 Was sie von Bakterien trennt

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Obwohl sie entstanden an Flanken schwarzwirbelnder Raucher

Und Jahrmilliarden erfolgreich besiedelten jeden verborgenen Ort,

Blieben sie harmlos für Pflanzen[1], Tiere[2] und Pilze[3], leben anders als

Viele Bakterien: schmarotzen auf anderen nicht.

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Hundert und mehr Celsiusgrade

Verbiegen beständig der Zellen Membran.

Vergebliches Mühen, denn einschichtig, spiegelgleich,

Sind dieser Zellen Glyceroldietherhüllen[4], trotzen so der Hitze Gewalt.

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Denn manche Archäen verknüpfen die Schichten kovalent[5] miteinander,

Werden vielleicht so gegen Hitze, gegen extremstsauren pH, hochresistent.

Bei einhundertundzweiundzwanzig Grad wächst eine[6] Archäe,

Eine andere bei pH Null[7] noch sogar.

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Nicht Fettsäuren[8] bilden, wie bei Eukarya und Bacteria, hydrophobe Schwänze ihrer Membran,

Vielmehr Isoprenoide[9] mit Seitenfunktionen, wie Cylopentanringen[10] und Cyclohexan[11].

Mit Ether-[12], nicht mit Esterbindung[13], wie sie Bacteria und Eukarya zeigen,

Hängt Glycerol[14] sich ans Isoprenoid.

Auch der Archäen Membranglycerl folgt eigenen Plänen:

Hängt im Vergleich zu den andern Domänen[15] hier als Spiegelbildform[16].

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Auch die Zellwand setzt auf eigne Strukturen.

Freilich besteht auch sie aus einem allesumfassendem Sack,

Von Pseudomureinen[17], nicht von Murein[18], wie Bakterien es bilden:

D-Aminosäuen[19] fehlen dem Pseudomurein,

N-Acetyl-Talasaminuronsäure[20] ersetzt N-Acetyl-Muraminsäure[21];

Proteine, mit Zuckern verknüpft, schützen noch hüllend die Wand.

So ausgestattet gegen extreme Hitze, außerordentliche Kälte und Säure,

Bildet für sie kein Habitat ein Problem.

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Ein Pseudomureinsack als Zellwand fehlt aber vielen Archäen:

Nur eine Proteinhülle, ein S-Layer[22], bleibt ihnen zum wirksamen Schutz.

Doch gegen Säuren, die aggressiv die Zelle bedrängen,

Binnen Tagesfrist Schaufeln aus Eisen lösen, verwenden sie Pseudomurein.

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Wie Bakterien synthetisieren auch sie Proteine an 70S Ribosomen[23],

Nehmen dazu ihre eigene spezielle tRNA[24],

Denn nicht Guanosin[25], Archaeosin[26] steht im Verbunde,

Das ihnen unbekannte Queuosin[27] kommt bisweilen nur in Bacteria und Eukarya vor.

Archäen beginnen mit Methionin[28] die Proteinsynthese,

Bakterien hingegen mit Formylmethionin[29].

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Obwohl manche Archäen sich wie Bakterien mit Flagellen bewegen,

Entsprechen Struktur und Bildung der Geißeln sich nicht:

Bakterien verlängern die hohlen Flagellen durch internen Transport an die Spitze,

Archäen hingegen, wohl wegen fehlender Höhlung,

Nur von der Basis her.

Flagellenmotoren der beiden, jeweils protonenpumpengetrieben[30],

Gleichen sich, folgen demselben Prinzip.

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Fußnoten

[1] Echte Pflanzen: Plantae

[2] Echte Tiere: Animalia

[3] Echte Pilze: Fungi

[4] Glyceroldietherhüllen: Zellmembran der Archaea, bestehend aus hydrophoben Isoprenoidketten, gebunden an zwei [–OH]-Gruppen des Glycerols, eine [–OH]-Gruppe ist mit Phosphat besetzt; das phosphatverbundene Glycerol wirkt als hydrophiles Ende der Membran. Die Isoprenoidketten sind über eine Ether-Bindung und nicht über eine Esterbindung mit dem Glycerol verknüpft, wie dies bei Bacteria und Eukarya der Fall ist.

[5] Kovalente Bindung: Die feste Bindung zwischen zwei Atomen in einem Molekül; im Gegensatz zu Wasserstoffbrückenbindungen, als Intermolekulare Anziehungskraft zwischen einem gebundenen Wasserstoffatom und einem freien Elektronenpaar eines Atoms, das sich an einem nahegelegenen Molekül befindet

[6] Metanopyrus kandleri (Euryarchaeota – Archaea)

[7] Picrophilus torridus (Euryarchaeota – Archaea)

[8] Fettsäuren: Langkettige Kohlenwasserstoffe mit einer Säuregruppe [–COOH] an einem ihrer Enden

[9] Isoprenoide: Lipophile, zusammengesetzte Moleküle die sich von Isopren [CH₂C(CH₃)CHCH₂] ableiten

[910] Cyclopentan: [–CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂–] zu einem Fünferring verbunden (zyklisiert)

[11] Cyclohexan: [–CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂–] zu einem Sechserring verbunden (zyklisiert)

[12] Ether, Äther: Verbindungen, bei denen zwei Kohlenstoffmolekülreste über ein zentrales Sauerstoffatom verbunden sind [–C–O–C–]; vorstellbar als eine Verbindung entstanden aus zwei Alkoholen unter Wasserabspaltung: [R1–C–O–C–R2], wobei R1 und R2 gleiche oder verschiedene organische Moleküle darstellen. Der einfachste Ether ist Dimethylether [H₃C–O–CH₃]

[13] Ester: Organische Verbindungen aus einem Alkohol mit einer Säure: Art der Verknüpfung [–C–C(=O)–O–C–]

[14] Glycerol, Glycerin: Dreifachalkohol, [CH₂OHCHOHCH₂OH], der zwischen Phosphat und den beiden Fettsäuremolekülen des Phospholipids vermittelt; Glycerin gehört noch zum hydrophilen Teil, während die beiden Fettsäureketten hydrophob sind

[15] Domänen (der Organismen): Mit dem systematischen Begriff Domäne werden die drei sich stark voneinander unterscheidenden Organismensippen Bacteria, Archaea und Eukarya belegt

[16] Spiegelbildform (Moleküle): Die Symmetrie- oder Spiegelebene beschreibt eine Ebene im Molekül, welche das Molekül in zwei symmetrisch übereinstimmende Hälften teilt, wird es entlang der Hauptachse des Moleküls betrachtet. Ob Spiegelbildlichkeit vorliegt, festzustellen, müssen die funktionellen Gruppen in räumlicher Anordnung erkannt und regelgerecht in eine Ebene gezeichnet werden. (Für ausführlichere Erklärungen ist hier nicht der Raum).

[17] Pseudomurein: Archaea bilden in ihren Zellwänden kein Murein sondern nur Pseudomurein.  Zwei Ketten aus N-Acetyl-Glucosamin und N-Acetyl-Talasaminuronsäure in regelmäßigem Wechsel verbinden die Aminosäuren Glutamin, Alanin und Lysin in geregelter Weise. N-Acetyl-Talasaminuronsäure kommt in Bacteria nicht vor.

[18] Murein: Zellwand fast aller Bakterien; an kettenförmig verbundenen Zuckermolekülen, hängen Ammoniumgruppen (–NH₂) und diese sind wieder mit verschiedenen Molekülen verknüpft. Charakteristisch dafür ist die N-Acetyl-Muraminsäure. Diese Ketten werden noch durch kurze Folgen von Aminosäuren verbunden und ergeben so einen sehr stabilen Sack um die Zelle.

[19] D-Aminosäuen, L-Aminosäuen: Proteinogene Aminosäuren sind grundsätzlich L-Aminosäuren. Sie können aber auch, wie D-Aminosäuren anderweitig auftreten; z. B. als D-Aminosäuren im Murein der Bacteria; bei Archaea kommen nur L-Aminosäuren vor. Der Unterschied lässt sich durch die Stellung der [–NH₂]-Gruppe in Bezug zur [–COOH]-Gruppe feststellen. Als einfache Regel gilt, wird die Aminosäure mit der [–COOH]-Gruppe nach oben orientiert geschrieben, dann liegt eine L-Aminosäure vor, weist die [–NH₂]-Gruppe nach links; wenn nach rechts orientiert, dann wird sie D-Aminosäure genannt. (Für ausführlichere Erklärungen ist hier nicht der Raum).

[20] N-Acetyl-Talasaminuronsäure: Ein Sechserzucker mit N-Acetylgruppe [–NHCOCH₃] am C2 und am C5 mit einer [–COOH]-Gruppe

[21] N-Acetyl-Muraminsäure: Ein Sechserzucker (Glucose) mit N-Acetylgruppe [–NHCOCH₃] am C2 und am C3 mit einer [–OCCH₃COOH]-Gruppe

[22] S-Layer, Surface-Layer: Oberflächenschicht von Bacteria und Archaea aus Hüllproteinen

[23] 70S-Ribosomen: Die Abkürzung S ist die Sedimentationskonstante beim Zentrifugieren von Teilchen, hier von Ribosomen. Je größer die Konstante, umso schwerer sind sie. Die bakteriellen Ribosomen, aus zwei ungleichgroßen Untereinheiten zusammengesetzt, 50S und 30S, sind mit 70S schwerer als die separierten Teile. Dass die Summe der beiden Untereinheiten 70 und nicht 80 ergibt, liegt an der größeren relativen Oberfläche der Einzelteile im Vergleich zur Doppelstruktur

[24] tRNAs, Transfer RNAs: Übersetzen die Informationen der mRNA in die verschiedenen Aminosäuren

[25] Guanosin: An Zucker gebundenes Guanin, eine bizyklische, eine Purinbase.

[26] Archaeosin: An Zucker gebundenes Archaein, eine bizyklische, eine Purinbase. Sie unterscheidet sich von Guanin anhand einer [–CNHNH₂]-Gruppe am Fünfer-Stickstoff-Heterozyklus

[27] Queuosin: An Zucker gebundenes Queuin, eine bizyklische, eine Purinbase. Sie unterscheidet sich von Guanin, durch ein [–CNH–]-vermittelt angehängtes Cyclopentan, das eine Doppelbindung besitzt und zwei [–OH]-Gruppen aufweist.

[28] Methionin: Schwefelhaltige-Aminosäure

[29] Formylmethionin, Formyliertes Methionin: Das Methionin, eine Aminosäure, trägt, wenn formyliert, am Stickstoff noch einen Formylrest (–CHO), eine Aldehydgruppe, oder anders ausgedrückt, das anstelle des (–NH₂) die Gruppe [–NHCHO] trägt

[30] Protonenpumpen: Transmembranproteine, die die positiv geladenen Protonen gegen einen elektrochemischen Gradienten transportieren

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Membranmoleküle der Archaea (ppt generiert, Reinhard Agerer)

Molekül einer halben Glyceroldiethermembran (links oben), zusammengesetzt aus Glycerol, an dem zwei Ketten aus Ether (früher Äther) hängen; die dritte [–OH]-Gruppe des Glycerols (rechts oben, separates Bild) ist durch ein Phosphat ersetzt (Mitte links, separates Bild); Glycerol mit Phosphat wirkt hydrophil. Die beiden Ethermoleküle sind aus Isopreneinheiten gebaut (Mitte rechts, separates Bild), die unter Aufheben der Doppelbindung verknüpft ein langgestrecktes, hydrophobes Molekül ergeben. Die Etherbindung entstand aus der Verknüpfung zweier Alkohole (unten rechts: zwei Alkohole, darunter die Ether-Bindung), im Gegensatz zur Esterbindung der Lipidmembran von Bacteria, bei der eine Verbindung zwischen einem Alkohol und einer Fettsäure entstand (links unten: Fettsäurerest und Alkohol, darunter die Ester-Bindung). Cyclopentan (unten Mitte links) und Cyclohexan (unten Mitte rechts) werden des Öftern in die Glyceroldiethermembranen eingebaut. Glyceroldiethermembranen werden oftmals ungenau als Lipidmembran bezeichnet; ihre Lipophilie führte wohl dazu.

Grau: Kohlenstoff; rot: Sauerstoff; violett: Wasserstoff; gelb: Phosphor; dünne grüne Linien: einfache Bindungen; dicke grüne Linien: Doppelbindungen. (Moleküle sind in eine Ebene gezeichnet; Moleküle aus Kohlenstoff und aus Phosphor, sind jedoch, wenn nicht doppelbindig, tetraedrisch gebaut, mit Kohlenstoff und Phosphor im Zentrum des Raums). Nach Slonczewski & Foster (2011)

Eingestellt am 6. Juli 2024

Glycerol Diether in Doppelmembrananordung (ppt generiert, Reinhard Agerer)

Zwei Glyceroldiether (links), wie sie in natürlicher Anordnung die hydrophoben Isoprenoidketten gegeneinander richten und Zweilagigkeit einnehmen. Zwei Glyceroldiehter (Mitte), deren Isopreoidketten an den Treffpunkten kovalent verbunden sind (damit zu Tetraethern werden) und im engeren Sinne keine Zweilagigkeit aufweisen, sondern eine durchgehende, einheitliche Schicht bilden. Zwei kovalent verbundene Glyceroldiether (rechts), in deren Isoprenoidketten Cyclopentane eingebaut sind.

Grau: Kohlenstoff; rot: Sauerstoff; violett: Wasserstoff; gelb: Phosphor; dünne grüne Linien: einfache Bindungen; dicke grüne Linien: Doppelbindungen. (Moleküle sind in eine Ebene gezeichnet; Moleküle aus Kohlenstoff und aus Phosphor, sind jedoch tetraedrisch gebaut, mit Kohlenstoff und Phosphor im Zentrum des Raums). Nach Slonczewski & Foster (2011)

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Einige archäentypische Moleküle (ppt generiert, Reinhard Agerer)

Guanosin (links oben), kommt sowohl in Bacteria als auch in Eukarya vor; dagegen wird Archaeosin (rechts oben) nur in Archaea gefunden. Queuosin (Mitte links) kommt nur in Bacteria und Eukarya gelegentlich vor, ist Archaea unbekannt. Anstelle von Formylmethionin (rechts, 3. Molekül von unten), mit dem Bacteria ihre Proteinsynthese beginnen, verwenden Archaea Methionin (darunter, rechts, 2. Molekül von unten). N-Acetyl-Glucosamin, das bei Animalia, Fungi, Archaea und Bacteria vorkommt (unten links), wird für den Zellwandbau der Archaea durch N-Acetyl-Talasaminuronsäure (unten rechts) ergänzt.

Grau: Kohlenstoff; rot: Sauerstoff; violett: Wasserstoff; gelb: Schwefel; dünne grüne Linien: einfache Bindungen; dicke grüne Linien: Doppelbindungen. (Moleküle sind in eine Ebene gezeichnet; Moleküle aus Kohlenstoff und aus Phosphor, sind jedoch, wenn nicht doppelbindig, tetraedrisch gebaut, mit Kohlenstoff und Phosphor im Zentrum des Raums). Nach diversen Quellen.

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Einige archäentypische Moleküle (ppt generiert, Reinhard Agerer)

Guanosin (links oben), kommt sowohl in Bacteria als auch in Eukarya vor; dagegen wird Archaeosin (rechts oben) nur in Archaea gefunden. Queuosin (Mitte links) kommt nur in Bacteria und Eukarya gelegentlich vor, ist Archaea unbekannt. Anstelle von Formylmethionin (rechts, 3. Molekül von unten), mit dem Bacteria ihre Proteinsynthese beginnen, verwenden Archaea Methionin (darunter, rechts, 2. Molekül von unten). N-Acetyl-Glucosamin, das bei Animalia, Fungi, Archaea und Bacteria vorkommt (unten links), wird für den Zellwandbau der Archaea durch N-Acetyl-Talasaminuronsäure (unten rechts) ergänzt.

Grau: Kohlenstoff; rot: Sauerstoff; violett: Wasserstoff; gelb: Schwefel; dünne grüne Linien: einfache Bindungen; dicke grüne Linien: Doppelbindungen. (Moleküle sind in eine Ebene gezeichnet; Moleküle aus Kohlenstoff und aus Phosphor, sind jedoch, wenn nicht doppelbindig, tetraedrisch gebaut, mit Kohlenstoff und Phosphor im Zentrum des Raums). Nach diversen Quellen.

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Pseudomurein der Archaea (ppt generiert, Reinhard Agerer)

Archaea bilden in ihren Zellwänden kein Murein sondern nur Pseudomurein.  Zwei Ketten aus N-Acetyl-Glucosamin und N-Acetyl-Talasaminuronsäure in regelmäßigem Wechsel (oben links, bzw. rechts, in β-1,3-Verknüpfung; und Mitte rechts, bzw. links) verbinden die Aminosäuren Glutamin (als Molekül unten links dargestellt), Alanin (als Molekül unten Mitte dargestellt) und Lysin (als Molekül unten rechts dargestellt) in geregelter Weise. Nach Pseudopeptidoglycan.png (aus Wikipedia) und diversen Quellen.

Grau: Kohlenstoff; rot: Sauerstoff; violett: Wasserstoff; gelb: Schwefel; dünne grüne Linien: einfache Bindungen; dicke grüne Linien: Doppelbindungen. (Moleküle sind in eine Ebene gezeichnet; Moleküle aus Kohlenstoff, sind jedoch, wenn nicht doppelbindig, tetraedrisch gebaut, mit Kohlenstoff im Zentrum des Raums). Aus Deutlichkeitsgründen sind die Bindungen an manchen Stellen langausgezogen dargestellt. Nach diversen Quellen.

Eingestellt am 6. Juli 2024

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3 Doch findet sich auch Gemeinsames

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Vermehren sich wie Bakterien durch Zweiteilung,

Fragmentierung oder Knospung; Endosporen[1] formen sie allerdings nicht.

Bilden Plasmide[2], wie die prokaryotischen[3] Schwestern,

Erhöhen genetische Variabilität durch horizontalen Gentransfer[4].

Tauschen wie Bakterien Plasmide durch

Aneinanderlegen der Zellen, durch Konjugation[5].

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Auch ihre Zellen zeigen große Vielfalt an Formen:

Als Kugeln, Stäbchen, Spiralen und Plättchen treten sie auf,

Gelappt oder wie dünnste Nadeln gestaltet,

Im Querschnitt erscheinen manche wie ein Quadrat.

Halten als quadratische Plättchen[6] sich gut in der Schwebe,

Vereinen zu vielzelligen Röhren[7] sich.

Eine Art lebt so eng und dicht versammelt,

Dass zu einer einzigen Zelle ihre gesamte Kolonie[8] verschmilzt.

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Von einem Zehntel Mikrometer Durchmesser,

Bis zu fünfzehn Mikrometer[9] kommen als Riesen sie vor;

Damit erreichen sie lange nicht die Größe des

Kürzlich entdeckten Bakteriums[10], das neun Millimeter lang sich zeigt.

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Bilden mit Bakterien nicht selten Assoziationen,

Wie sie in Biofilmen[11] typisch oft sind;

Arrangieren sich an fünfzehn Centimeter langen Bakterienfilamenten

Je wie Perlen in mehrzelliger Kolonie.  –

 .                     

Fußnoten

[1] Endosporen (Bacteria): Werden im Innern von Bakterienzellen gebildet und können lange Zeit überdauern; sie weisen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Kälte, Austrocknung, verschiedene Arten von Strahlung, chemische Agentien, Lysozyme und extreme pH-Werte auf.

[2] Plasmid: Kleines, ringförmiges, oft doppelsträngiges DNA-Molekül, das unabhängig von Chromosomen wirkt und bei Spaltung der Zelle an Tochterzellen oder über Transformation an andere Bakterien weitergegeben werden kann.

[3] Prokaro(n)t: Organismus, der keinen echten Zellkern besitzt, sondern einfache, meist ringförmige Chromosomen frei in einem zentralen Bereich liegen hat

[4] Horizontaler Gentransfer: Im Gegensatz zum vertikalen Gentransfer (von einer Generation zur anderen) wird beim horizontalen Gentransfer genetisches Material, DNA-Bruchstücke, auf andere Individuen, andere Arten oder sogar auf andere Organismengruppen übertragen; dies kann direkt erfolgen (Transformation) oder mit Fremdhilfe

[5] Zellkonjugation: Zellen legen sich zwecks Fortpflanzung eng aneinander, lösen Zellwände auf oder nutzen vorhandene Poren oder enge Hohlröhren (z. B. Escherichia coli), um genetisches Material zu transferieren.

[6] Haloquadratum wasbyi (Euryarchaeota – Archaea)

[7] Pyrodictium (Crenarchaeota – Archaea)

[8] Thermococcus coalescens (Euryarchaeota – Archaea)

[9] Mikrometer, µm: Tausendstel Millimeter (10^-3 mm); Millionstel Meter (10^-6 m)

[10] Thiomargarita magnifica (Thiotrichaceae – Thiotrichales; nicht behandelt; – Gammaproteobacteria –Gramnegative – Bacteria)

[11] Biofilme: Dünne, meist geschlossene Schichten aus verschiedenen Mikroorganismen

Eingestellt am 6. Juli 2024

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4 Was sie mit Eukarya verbindet, von Bacteria aber trennt

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Anders als Bakterien, doch ähnlich Eukarya,

Stellen tRNA[1]-Gene Archaea nicht zur geschlossenen Einheit,

Sind von nichtkodierenden DNA-Sequenzen getrennt voneinander;

Entfernen aber sie vor der Translation[2].

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Nur eine DNA-abhängige RNA-Polymerase[3] besitzen Bacteria und Archaea,

Eukarya dagegen, mit jeweils spezifischer Aufgabe, gar vier.

Der Archäen RNA-Polymerase zentrale Untereinheit

Zeigt ausgesprochene Homologien zur Eukarya rRNA-Polymerase II.

Zwei Transkriptionsfaktoren[4] der beiden Domänen sind identisch,

Bacteria besitzen nichts, was deren Strukturen entspricht.

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Auch der Archaea und Eukarya Histone[5] zeigen, wenn sie DNA verpacken,

Große Ähnlichkeiten in Ordnung und Zahl:

Ein Tetramer aus zwei verschied‘nen Histonen, H3 + H4, besitzen beide;

Eukarya flankieren mit dem Dimer H2A + H2B es, das Archaea fehlt.

In Bacteria hingegen wurden bislang keine entsprechenden Proteine gefunden,

Einige andere aber binden vielleicht DNA. –

Etwas überraschend besitzen auch Papillomaviren[6] Histone;

Haben sie H2A, H2B, H3 und H4 von Wirten akquiriert? –

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Obwohl, wie anfangs bemerkt, womöglich mehr als zwanzig Phyla[7]

In Archaea existieren, sind nur wenige Arten kultiviert, daher sind nur sie besser bekannt.

Alle andern basieren meist auf extrahierter DNA[8] diverser Substrate.

Deshalb sind heute lediglich einzelne Phyla valide publiziert.

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Fußnoten

[1] tRNAs, Transfer RNAs: Übersetzen die Informationen der mRNA in die verschiedenen Aminosäuren

[2] Translation: Synthese von Proteinen in Zellen lebender Organismen, die nach Vorgabe der Basensequenzen an den Ribosomen abläuft

[3] DNA-abhängige RNA-Polymerasen: DNA-abhängig heißen diese RNA-Polymerasen, weil sie RNA von DNA ausgehend, synthetisieren; oder einfach: RNA-Polymerasen

[4] Transkriptionsfaktoren:  Binden an bestimmte DNA-Abschnitte und regulieren wie viel Boten-RNA (mRNA) hergestellt wird (Transkriptionsrate). Dadurch steuern sie die Expression des Gens, so dass die kodierten Proteine in der richtigen Menge und zum richtigen Zeitpunkt produziert werden.

[5] Histone: Histone sind eine Klasse von basischen Kernproteinen der Eukarya, die die Verpackung der DNA zum Chromatin bilden und aufgrund von posttranslationalen Modifikationen auch regulatorisch in die Genexpression eingreifen. Sie werden in insgesamt 5 Hauptgruppen eingeteilt, nämlich H1, H2A, H2B, H3 und H4.

[6] Papillomaviridae, Gebärmutterwarzenviren: Herkömmlich transkribierende Doppelstrang-DNA-Viren – Doppelstrang-DNA-Viren – DNA-Viren – Viren – Bacteria)

[7] Phylum: Stamm, Abteilung

[8] eDNA, Umwelt-DNA, Environmental DNA: Bezieht sich auf genetische Spuren, die Organsimen hinterlassen, ohne davon Konkretes (Zelle, etc.) finden zu können

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Crenarchaeota, Kerbarchäoten

1 Ein einziges Hauptmerkmal

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Neben DNA-Sequenzen fasst ein typisches Merkmal alle Crenarchaeota zusammen:

Während Cyclopentanringe[1] offenbar allen Archäen zu eigen sind,

Kommen Cyclohexanringe[2] in Isoprenoidketten[3]

Nur bei Kerbarchaeoten vor; Crenarcheole[4] werden diese Isoprenoide genannt.

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Die weiteste Spanne Wachstumstemperaturen herrscht bei Crenarcheota

Verglichen mit allen anderen Sippen der Lebenswelt:

Hyperthermophile[5] mit Wachstumsoptima zwischen 90 und 120^o Celsius,

Mesophile[6], deren bevorzugte Temperatur zwischen 20 und 45^o Celsius liegt,

Und Psychrophile[7], Kälteliebende, sind im Phylum[8] vertreten,

Deren Wachstumsbereich unter 0^o, bis zu –10^o Celsius liegen kann.

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Ein Pseudomureinsacculus[9] fehlt Kerbarchäoten,

Doch umgibt ein widerstandsfähiger, biegsamer S-Layer[10] aus Glycoproteinen[11]

die Zellmembran[12].

Unregelmäßig gestaltet, oft gelappt erscheinen zumindest Hyperthermophile.

Dies brachte den Namen Crenarchaeota, Kerbarchäoten, ein.

Waren doch Hyperthermophile die zuerst entdeckten Archäen

Mit ausgesprochen unregelmäßiger Zellengestalt.

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Viele Cenarchaeota verwenden elementaren Schwefel[13]:

Oxidieren molekularen Wasserstoff[14] zu H₂S[15] damit,

Oder oxidieren Schwefel mit molekularem Sauerstoff[16]

Unter Bildung von H₂SO₄.[17]

Manche oxidieren mit Schwefelsäure

Das von anderen produzierte Methan[18],

Woraus Kohlensäure[19], Schwefelwasserstoff und

Wasser am Ende entsteh’n.

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Leben ebenso heterotroph[20] von toter Organik[21],

Anaerobier[22] und Aerobier[23] greifen zurück darauf;

Andere oxidieren Ammonium[24], Energie und Stickstoff zu gewinnen.

Extrem Hyperthermophile existieren oft unter erheblichem Druck[25],

Wachsen sie tief im Meer an unterseeischen Schloten,

An Schwarzen Rauchern[26], an denen das erste Leben womöglich entstand. –

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Ein besonderes Habitat[27] sind für Crenarchäoten hieße Quellen,

Wie sie besonders im Yellow-Stone Nationalpark[28] zur Verfügung steh’n:

Ein weites Spektrum besteht, vorliegend oft in Gradienten, an

Temperaturen, Mineraliengehalt, Säuregraden und Sauerstoffkonzenration.

Aber nicht nur Crenarchaeota, auch Bacteria[29], Cyanobacteria[30] und Firmicutes[31],

Nischten dort in verschiedenen Zonen sich ein.

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Eine Vielfalt von Habitaten besiedeln Crenarcheoten:

Ozeane und Böden; Wurzeln bieten Mesophilen und Psychrophilen Lebensraum.

Eine Schlüsselrolle nehmen Psychrophile

Im marinen Sediment, wenn Methan sie recyclen ein;

Ammonium oxidierende Arten tragen zum

Globalen Stickstoffkreislauf Wichtiges bei.

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Ein beeindruckendes Zusammenleben, womöglich in Symbiose[32]

Zeigt Cenarchaeum symbiosum[33] mit Axinella mexicana[34], einem Schwamm[35]:

Die beiderseitigen Vorteile lassen kaum sich bestimmen,

Doch deutet permanentes Zusammenleben etwas Symbioseähnliches an.

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Fußnoten

[1] Cyclopentan: [–CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂–] zu einem Fünferring verbunden (zyklisiert);

[2] Cyclohexan: [–CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂–] zu einem Sechserring verbunden (zyklisiert)

[3] Isoprenoide: Lipophile, zusammengesetzte Moleküle die sich von Isopren [CH₂C(CH₃)CHCH₂] ableiten

[4] Crenarchaeole: heißen Isopreoide der Archäen-Zellmembran, wenn Cyclohexan darin eingeschlossen ist

[5] Hyperthermophil: Mikroorganismen, deren Wachstumsoptima über 80°C betragen, und die je nach Art bei bis zu 113 °C wachsen können.

[6] Mesophil: Mikroorganismen, deren Wachstumsoptima zwischen 20 und 45^o C liegen

[7] Psychrophil: Mikroorganismen, deren Wachstumsoptima unter 0^o, bis zu –10^o C liegen

[8] Phylum: Stamm, Abteilung

[9] Pseudomurein: Archaea bilden in ihren Zellwänden kein Murein sondern nur Pseudomurein.  Zwei Ketten aus N-Acetyl-Glucosamin und N-Acetyl-Tálasamínurónsäure in regelmäßigem Wechsel verbinden die Aminosäuren Glutamin, Alanin und Lysin in geregelter Weise. N-Acetyl-Talasaminuronsäure kommt in Bacteria nicht vor.

[10] S-Layer, Surface-Layer: Oberflächenschicht von Bacteria und Archaea aus Hüllproteinen

[11] Glycoproteine: Substanzen aus Zuckern und Proteinen

[12] Zellmembran: Lipiddoppelmembran (Bacteria, Eukarya) oder Glyceroldiethermembran (Archaea), die das Zellinnere umgibt; bei Plantae als Plasmalemma bezeichnet

[13] Molekularer Schwefel: S₂

[14] Molekularer Wasserstoff: H₂

[15] H₂S: [H-S-H], ein geknicktes Molekül mit mittigem Schwefel

[16] Molekularer Sauerstoff: O₂

[17] H₂SO₄: Schwefelsäure

[18] Methan: [CH₄]: Kohlenstoffatom mit vier Wasserstoffatomen in Tetraederform, mit Kohlenstoff im Zentrum

[19] Kohlensäure: H₂CO₃

[20] Heterotrophe: Darunter werden alle Organismen subsumiert, die für ihr Leben auf bereits vorhandene organische Substanzen angewiesen sind

[21] Organik: Organische Stoffe

[22] Anaerob: sauerstofffrei; Anaerobier leben nur unter sauerstofffreien Bedingungen

[23] Aerob: sauerstoffhaltig; Aerobier leben nur unter sauerstoffreichen Bedingungen

[24] Ammonium (eigentlich Ammoniumion) [NH₄⁺]: Ammoniak [NH₃] mit drei Wasserstoffatomen, wird mit einem weiteren Wasserstoffatom versehen und bekommt dadurch eine positive Ladung

[25] Barophil: Mikroorganismen, die unter hohen Drücken leben

[26] Schwarze Raucher: Schornsteinförmige Struktur, die beim Austreten extrem erhitzen Seewassers über einer Magmakammer entsteht. Da der thermale Schlot unter Wasserdrucks steht, kann die Temperatur Werte um 400^oC erreichen, wodurch Minerale wie Eisen(II)-Sulfid (FeS) in hohen Konzentrationen gelöst sein können. Wenn das aufsteigende Wasser nach außen dringt, kühlt es sich schlagartig ab und lagert ausfallendes Eisensulfid, das schwarze Wolken bildet, am Rand des Schlotes ab. (Slonczewsky & Foster 2011)

[27] Habitat, Lebensräume, (ökologische) Nischen: Meist begrenzte Gebiete mit ziemlich einheitlichen Lebensbedingungen; durch spezifische abiotische und biotische Faktoren bestimmt

[28] Yellow-Stone Nationalpark: Liegt zum überwiegenden Teil im USA Bundesstaat Wyoming, erstreckt sich aber auch nach Montana und Idaho, und ist das Herz des Yellowstone-Ökosystems. Namensgeber ist der größte Fluss im Park, der Yellowstone River. Der Park ist berühmt für seine vulkanogene Landschaft mit Geysiren, Fumarolen, Schlammtöpfen und heißen Quellen.

[29] Bacteria: Eine der drei Organismendomänen

[30] Cyanobacteria: Blaualgen (Bacteria)

[31] Firmicutes: Grampositive (Bacteria)

[32] Symbiose, symbio(n)tisch: wechselseitiges Nehmen zu beiderseitigem Vorteil; auch als wechselseitigen Parasitismus verstehbar

[33] Cenarchaeum symbiosum (Crenarchaeota – Bacteria)

[34]Axinella mexicana (Porifera – Animalia – Opisthokonta – Eukarya)

[35] Schwämme: Porifera (Animalia – Opisthokonta – Eukarya)

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Mammoth Hot Springs, Yellowstone-Nationalpark

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Mammoth_hot_springs_yellowstone.jpg

Urheber: HylgeriaK

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Keine Änderungen vorgenommen

Eingestellt am 6. Juli 2024

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Euryarchaeota, Hauptarchäoten

1 Kaum Gemeinsames

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Außer Molekularphylogenie[1] hält sie allein ein negatives Merkmal[2] zusammen:

Ihrer Membran[3] Isoprenoide[4] besitzen ausschließlich Cyclopentan[5], kein Cyclohexan[6].

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Mesophile[7] und thermophile[8] Vertreter dominieren das Phylum[9],

Nur wenige Hyperthermophile[10] und Psychrophile[11] wurden bis dato bekannt.

In Wasser, im Boden, an Pflanzen, bestreiten sie oft ihr anaerobes[12] Leben.

Die bekanntesten Hauptarchäoten entwickeln Methan[13],

In Pansen[14] von Wiederkäuern[15], in der Termiten[16]Verdauungssystemen,

Wie auch Methanentstehung andernorts auf Euryarchaeota beruht.

Die lange Bakterien zugeschrieb‘ne Methanogenese[17] kam immer schon von Archäen.

Damals aber war der Archaea Domäne noch nicht bekannt und Bakterien zu Prokaryoten[18] synonym.

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Methan entwickeln Euryarchaeota auf recht unterschiedliche Weise, so wird deutlich,

Diese Fähigkeit entstand mehrfach, konvergent[19], in anaeroben Milieus:

Erzeugen Methan aus Kohlendioxid und Wasserstoff,

Aus Formiat[20], Acetat[21], Methanol[22], Methylamin[23] und Dimethylsulfid[24],

Leben dazu oft in Konsortien[25] mit Bacteria, die solche Substrate entwickeln,

Sichern sich somit nötige Quellen, bevor, was sie bräuchten, entflieht.

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In großen pH-Bereichen leben Euryarchaeota:

In äußerst saurem Milieu von pH[26] 0 bis zu alkalischem pH 10.

Halophile[27] Archaea beeindrucken durch Anpassung an hochangereicherte Lake[28].

Einige verwenden lichtgetrieb‘ne Chlorid- und Protonenpumpen[29] und leben fotoheterotroph[30].

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Methanogene und halophile Euryarchaeota

Stabilisieren sich nach außen mit

Glykoproteinen[31], Glucanen[32] und Pseudomureinen[33]:

Angriffsresistent deswegen die Zellen von außen.

Ob sie Gasvakuolen[34] von innen her beanspruchen

Und somit die Zellwand dem Druckabfang dient, ist unbekannt.

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Sehr variabel gestalten sie Zellen:

Coccen[35] mit Flagellen[36], einseitig angeheftet, kommen vor,

Andere besitzen keinerlei Geißeln[37], sind rundlich oder

Bedeutend in Länge gezogen, auch spiralförmig treten sie auf.

Dafür verantwortlich ist ihre feste Zellwand,

Die sie formstabil macht.

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Pyrococcus[38] und Thermococcus[39], Hyperthermophile mit

Lebensbereichen von über einhundert Grad,

Mussten zwangsläufig Polymerasen herrschenden Temperaturen anpassen.

Molekularbiologen isolierten diese Enzyme, DNA

Damit zu vermehren in der weltweit anewadntehn, für

Wissenschaft, Medizin und Forensik[40] kaum mehr wegzudenkende PCR[41].

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Legenden

[1] Molekularphylogenie: Auf Molekülähnlichkeiten (meistens von DNA, doch mitunter auch von Proteinen) basierende Schlüsse bezüglich Stammesgeschichte bzw. Verwandtschaftslinien von Organismen

[2] Negatives Merkmal: Ein Merkmal, das eine Verwandtschaft, eine Art, etc., nicht besitzt

[3] Zellmembran: Lipiddoppelmembran (Bacteria, Eukarya) oder Glyceroldiethermembran (Archaea), die das Zellinnere umgibt

[4] Isoprenoide: Lipophile, zusammengesetzte Moleküle die sich von Isopren [CH₂C(CH₃)CHCH₂] ableiten

[5] Cyclopentan: [–CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂–] zu einem Fünferring verbunden (zyklisiert)

[6] Cyclohexan: [–CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂–] zu einem Sechserring verbunden (zyklisiert)

[7] Mesophil: Microorganismen, deren Wachstumsoptima zwischen 20 und 45^o C liegen

[8] Thermophil: Sind Organismen, besonders Mikroorganismen, die höhere Temperaturen bevorzugen

[9] Phylum: Stamm, Abteilung

[10] Hyperthermophil: Mikroorganismen, deren Wachstumsoptima über 80 °C betragen, und die je nach Art bei bis zu 113 °C wachsen können.

[11] Psychrophil: Mikroorganismen, deren Wachstumsoptima unter 0^o, bis zu –10^o C liegen

[12] Anaerob: sauerstofffrei; Anaerobier leben nur unter sauerstofffreien Bedingungen

[13] Methan: [CH₄]: Kohlenstoffatom mit vier Wasserstoffatomen in Tetraederform, mit Kohlenstoff im Zentrum

[14] Pansen, Rumen: Hohlorgan der Wiederkäuer und der größte der drei Vormägen. Er ist eine große Gärkammer, die dem eigentlichen Drüsenmagen (Labmagen) vorgeschaltet ist.

[15] Wiederkäuer: Ruminantia (Cetruminantia – Übrige Cetartiodactyla – Cetartiodactyla – Ungulata – Übrige Laurasiatheria –…)

[16] Termiten: Termitidae (Isoptera – Blattodea – Dictyoptera – Polyneoptera – Neoptera –…)

[17] Methanogenese: Bildungsweise von Methan

[18] Prokaro(n)t: Organismus, der keinen echten Zellkern besitzt, sondern einfache, meist ringförmige Chromosomen frei in einem zentralen Bereich liegen hat

[19] Konvergent: Entwicklung von ähnlichen Merkmalen bei miteinander nicht verwandten Arten, die im Lauf der Evolution durch Anpassung an eine ähnliche Funktion und ähnliche Umweltbedingungen ausgebildet wurden.

[20] Formiat: Ameisensäure [H–COOH] in seiner ionischen Form [H–COO^- + H⁺]

[21] Acetat: Salz der Essigsäure, Essigsäureion: [CH₃COO⁻ + H⁺]

[22] Methanol, Methylalkohol: (CH₃OH)

[23] Methylamin: [CH₃NH₂]

[24] Dimethylsulfid: [CH₃SCH₃]

[25] Konsortium (Bakterien): Zusammenschluss von Mikroben zur besseren Verwertung von Nahrung; die einen nutzen, was andere in unmittelbarer Nähe produzieren

[26] pH-Wert: Abkürzung für Potential des Wasserstoffs; ein Maß für den sauren oder  basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Je höher die Konzentration der Wasserstoffionen (H⁺) in der Lösung ist, desto niedriger ist der pH-Wert, desto saurer ist die Lösung, je höher, desto basischer; er schwankt zwischen 0 und 14. Reines Wasser hat einen pH von 7

[27] Halophil: Sind Organismen, die hohe Salzkonzentrationen bevorzugen

[28] Lake, Salzlake: Wässrige (Koch)salzlösung

[29] Pumpenmoleküle: Transmembranproteine, die Ionen gegen einen elektrochemischen Gradienten transportieren

[30] Fotoheterotrophie: Im Gegensatz zur Chemoheterotrophie bezieht die Fotoheterotrophie Energie nicht aus Mineralien oder aus organischen Substanzen, sondern entnimmt die Energie dem Licht. Heterotrophie bezeichnet die Notwendigkeit, für den Baustoffwechsel auf bereits energiereiche Kohlenstoffverbindungen zurückgreifen zu müssen. Ein eigenständiger Aufbau energiereicher Kohlenstoffverbindungen aus CO₂ ist nicht möglich)

[31] Glycoproteine: Substanzen aus Zuckern und Proteinen

[32] Glucane: Generelle Bezeichnung für aus Zuckern entstandene Substanzen

[33] Pseudomurein: Archaea bilden in ihren Zellwänden kein Murein sondern Pseudomurein. Zwei Ketten aus N-Acetyl-Glucosamin und N-Acetyl-Talasaminuronsäure in regelmäßigem Wechsel verbinden die Aminosäuren Glutamin, Alanin und Lysin in geregelter Weise. N-Acetyl-Talasaminuronsäure kommt in Bacteria nicht vor.

[34] Gasvakuolen: Verschiedene Bacteria wie auch Archaea bilden im Cytoplasma liegende, gasgefüllte Vakuolen, die, Prokaryoten entsprechend, nicht von einer Membran umhüllt sind.

[35] Coccen (Bakterien): Rundliche bis ellipsoide Formen

[36] Flagellum, Geißel (Archäengeißel): Aus vielen globulären Proteinen zusammengesetzte, nichthohle Peitsche

[37] Geißel: Flagellum

[38] Pyrococcus (Euryarchaeota – Archaea)

[39] Thermococcus: (Euryarchaeota – Archaea)

[40] Forensik: Sammelbegriff für wissenschaftliche und technische Arbeitsgebiete, in denen kriminelle Handlungen systematisch untersucht werden.

[41] PCR-Methode, Polymerase Chain Reaction: die durch Taq-Polymerase vollzogene Vermehrung von Nucleinsäureabschnitten

Eingestellt am 6. Juli 2024

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2 Methanogen[1]

Tief versenkt am Meeresgrund

Lagern Herden von Archäen zwischen Matten der Bakterien,

Nehmen ihre Exkremente – Wasserstoff und CO₂ –

Als karge Nahrung gern zu sich.

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Enzymkomplexe[2], Coenzyme[3], Cofaktoren[4],

Wirken virtuos mit Wolfram[5], Nickel[6], Molybdän[7] und Eisen[8].

Große Mengen Natrium[9] im Außen- kaum im Innenraum,

Bringen ATP[10]-Synthesen benötigtes Protonenpotential[11].

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Nur wenig Energiegewinn entnehmen sie der Reaktion,

Doch hoch genug, um Kohlenstoff zu binden.

Gemächlichen Schritts Moleküle synthetisierend,

Bleibt als Abfall hochentzündliches Methan.[12]

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In Seen perlt das CH₄

In Ketten schnell den Höhen zu.

Ein Funke schon genügt,

Irren blaue Flämmchen tanzend durch die Nacht.

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Bei hohem Druck und Eiseskälte

Fangen Wassermoleküle achtlos abgegebenes Methan,

Deponieren‘s tief im Meeresgrund

Kristallin[13] als leicht zerfallendes Hydrat[14].

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Versenkt, gespeichert, liegt es dort seit langen Zeiten,

Weil die Kälte es gefangen hält.

Erwärmt der Grund sich, was die Wissenschaft befürchtet,

Durch fossilen Brennstoffs CO₂, den ungebremst der Mensch verbraucht

Und durch der Wiederkäuer[15] Rülpser, womit Methan sie von sich geben;

Zu viel davon, wie es heißt,  hält der Mensch sie doch in hohem Maß.

Methan wird so, vom Meeresboden perlend, sich der Atmosphäre CO₂ rasch zugesellen und

Weiter noch behindern des Globus‘ Möglichkeit,

Das Übermaß an Wärme abzugeben:

So heize sich – der Wissenschaften Schluss – beständig mehr und mehr die Erde auf.

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Permafrost[16], so ist gesichert,

Schließt Methan in Böden ein;

Wird dort ebenfalls entweichen,

Erwärmt der Boden sich an Land.

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Methanogene finden auch in unsern Därmen ein Zuhause.

Das Gas verlässt den Darm mit einem Pfurz.

Dort leben eng sie mit Bakterien zusammen,

Nutzen, was sich noch verwenden lässt.

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Fußnoten

[1] Methanogene: Methan bildende Organismen (Archäen)

[2] Enzymkomplexe: Meistens werden mehrere Enzyme zu einem Komplex verbunden, um eine räumliche Nähe zwischen den einzelnen, aufeinanderfolgenden Syntheseschritten herzustellen

[3] Co-Enzym: Ein Molekül, das für die Funktion eines Enzyms unbedingt nötig ist. Dies ist oft das sog. Co-Enzym A. In anderen Fällen kann ein Co-Enzym ein Metall-Ion aber auch ein Vitamin sein

[4] Cofaktoren: Niedermolekulare Substanzen (kleinere Moleküle), die zum Ablauf einer biochemischen Reaktion (in der Zelle) beitragen

[5] Wolfram (⁷⁴W): besitzt 74 Protonen; 104 – 114 Neutronen kommen noch hinzu (⁷⁴W, Anzahl der Protonen = Ordnungszahl 74)

[6] Nickel (²⁸Ni): besitzt 28 Protonen; 30 – 36 Neutronen kommen noch hinzu; (²⁸Ni, Anzahl der Protonen = Ordnungszahl 28)

[7] Molybdän: (⁴²Mo) besitzt 42 Protonen; 50 oder 52 – 56 Neutronen kommen noch hinzu; (⁴²Mo, Anzahl der Protonen = Ordnungszahl 42)

[8] Eisen (²⁶Fe) besitzt 26 Protonen; 30 Neutronen kommen noch hinzu; (²⁶Fe, Anzahl der Protonen = Ordnungszahl 26); wird meist als Fe²⁺, kaum als Fe³⁺ von Organismen aufgenommen

[9] Natrium (¹¹Na), besitzt elf Protonen; 12 Neutronen kommen noch hinzu; (¹¹Na, Anzahl der Protonen = Ordnungszahl 11); wird als Na⁺ aufgenommen

[10] ATP: Adenosin-Tri-Phosphat; bestehend aus Ribose und Adenin; Ribose trägt an seiner nicht in den Zuckerring einbezogenen Kohlenstoffgruppe drei hintereinander liegende Phosphatgruppen. Diese lineare Anordnung der Phosphate hat zur Folge, dass das dritte, äußerste Phosphat, mit seiner ihm dadurch innewohnenden Energie, diese leicht unter Abspaltung auf andere Moleküle übertragen kann

[11] Protonenpotential: Vorliegen eines Protonengradienten, der damit ein elektrisches Potential aufbaute

[12] Methan: [CH₄]: Kohlenstoffatom mit vier Wasserstoffatomen in Tetraederform, mit Kohlenstoff im Zentrum

[13] Kristallin: Festkörper, deren Bausteine (Atome, Ionen oder Moleküle) in regelmäßiger Struktur (zum Kristall) angeordnet sind; hier Methanhydrat

[14] Methanhydrat: Bildet eine kubische Kristallstruktur. Die sich wiederholende Einheit (Elementarzelle) besteht aus 46 Wassermolekülen und 8 Methanmolekülen.

[15] Wiederkäuer: Ruminantia (Cetruminantia – Übrige Cetruminantia – Cetartiodactyla – Ungulata – Übrige Laurasiatheria – …)

[16] Permafrostböden: Dauerhaft gefrorene Böden, die in polaren Regionen und Gebirgen auftreten. In Permafrostgebieten sind die Böden mindestens zwei aufeinanderfolgende Jahre permanent gefroren. Nur im Sommer tauen die Oberflächen der Dauerfrostböden ca. einen halben Meter tief auf. Im Permafrost sind riesige Mengen organischen Kohlenstoffs gespeichert.

Eingestellt am 6. Juli 2024

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3 Versalzen

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Abgetrennt von weiten Meeren

Liegt ein Graben hoch gefüllt.

Sonne brennt, entzieht ihm Wasser:

Kristalle zieren rot den Rand.

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Bakterien, aktiv und lebensmunter,

Sterben langsam, geben, sich zersetzend, recycelbare Stoffe frei.

Salzgewohnt und lebensfroh, blühen rosenrot Archäen,

Nähren dankend sich davon.

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Rhodoposin[1], ihr Schutzpigment,

Bewahrt vor mutagener Strahlung sie;

Konzentrierte Kochsalzlösung der Umgebung kompensiert

Osmotisch Kaliumchlorid[2] im Innenraum.

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Wassermoleküle legen sich an saure Proteine;

Halten sie in Lösung um des Erbguts Doppelstrang

Durch des Kaliums Wasserbindungskraft,

Konzentriertes Kalium zum Schutz des Erbguts aber fern.

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Zu große Mengen Kaliumchlorid behinderten der Chromosomen Neusynthese!

Hoher Anteil an GC[3]^,[4],[5] jedoch vermehrt der Helix Festigkeit,

Verlinken doch drei der Wasserstoffbrücken[6] diese beiden,

Nicht nur zwei, wie Thymin[7] und das Adenin[8].

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Schwebend halten luftgefüllte Vakuolen,

Eingehüllt von Protein,

Lichtnah diese Halophilen[9];

Wählten geißelschwingend diesen Ort.

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Der Lichtkollektor Retinal[10] des Rhodopsins

Entfernt Protonen[11] aus der Zelle.

Im Gegenzug bewegt Halorhodopsin[12] Chlorid nach innen,

Erhöhen so den Ladungsgradienten für Gewinn von ATP[13].

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Sensorhodopsin[14] in zwei verschied‘nen Formen,

Regelt der Archaengeißeln Schlag:                                                                     

Rotlicht lässt die Zellen zu sich schwimmen,

Bringt sie bestem Licht für lichtgetrieb’ne Pumpen nah,

Blaues, auch UV-Licht, treibt sie fort,

Kehrt, Erbgutschäden so verhindernd, der Motoren[15] Richtung einfach um.

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Auf diese Weise ausgestattet, leben die Archäen

In der konzentrierten Salzumgebung überraschend gut;

Tummeln sich im Toten Meer von des Jordans Mündung

Bis zur küstennahen, von Halophilen rosenrot gefärbten Sole[16].

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Töten, Antibiotika[17] verwendend, halophile, konkurrierende Bakterien,

Solang für sie erträglich noch der Salzgehalt:

Frei gewordene Substanzen nutzen Hal‘archaea[18]

Für den eignen Zellbetrieb.

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Verdunstung konzentriert der Lake[19] Lösung,

Bietet Hal‘archaea[20], in Unterzahl zunächst, die Möglichkeit,

Konkurrenz zu dominieren in den ständig sich ändernden Lebensräumen

Sobald Salzkonzentrationen für sie optimal.

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Immer höher werdende Ionenkonzentration in des Lebensraums Lösung

Fordern auch Haloarchaea schließlich heraus:

Werden doch gleichfalls schädliche Ionen darin angereichert.

Werden aber, falls in die Zelle gelangt, durch Ionenpumpen laufend nach außen gebracht. –

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Nicht nur Salzseen bevölkern Halophile,

Auch Sodaseen[21] hohen pHs[22] gelten für sie als Lebensraum.

So nischten[23] viele Arten bei pH sieben sich,

Andere bei neun bis zehn erfolgreich sich ein.

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Fußnoten

[1] Rhodopsin: Rhodopsin besteht aus einem Proteinanteil und dem kovalent gebundenen Chromophor 11-cis-Retinal. Eines der Sehpigmente von Wirbeltier- und Insektenaugen und auch von Photorezeptoren einiger anderer Wirbellosen. Rhodopsine kommen auch in Bakterien, Archäen, einigen einzelligen Algen und sogar in wenigen Viren vor.

[2] Kaliumchlorid: KCl

[3] GC, GC-Verhältnis: Die Häufigkeit von G (Guanin) und C (Cytosin) im Vergleich zu A (Adenin) und T (Thymin) ist ein Charakteristikum verschiedener Organismen

[4] Guanin: eine bizyklische, eine Purin-Base; abgekürzt G

[5] Cytosin: eine monozyklische, eine Pyrimidin-Base; abgekürzt C

[6] Wasserstoffbrückenbindung: Intermolekulare Anziehungskraft zwischen einem gebundenen Wasserstoffatom und einem freien Elektronenpaar eines Atoms, das sich an einem nahegelegenen Molekül befindet.

[7] Thymin: eine monozyklische, eine Pyrimidin-Base, abgekürzt T

[8] Adenin: eine bizyklische, eine Purin-Base; abgekürzt A

[9] Halophil: Sind Organismen, die hohe Salzkonzentrationen bevorzugen

[10] Retinal (11-cis-Retinal): Chromophor des Rhodopsins; wird aus Vitamin A gebildet

[11] Proton, H⁺: abdissoziiertes Wasserstoffion

[12] Halorhodopsin: Ein dem Bakteriorhodopsin strukturell und funktionell sehr ähnliches integrales Membranprotein der Purpurmembran halophiler Archäen.

[13] ATP: Adenosin-Tri-Phosphat; bestehend aus Ribose und Adenin; Ribose trägt an seiner nicht in den Zuckerring einbezogenen Kohlenstoffgruppe drei hintereinander liegende Phosphatgruppen. Diese lineare Anordnung der Phosphate hat zur Folge, dass das dritte, äußerste Phosphat, mit seiner ihm dadurch innewohnenden Energie, diese leicht unter Abspaltung auf andere Moleküle übertragen kann

[14] Sensorhodopsin: Ein Membranprotein von Archäen, verantwortlich, Signal für Phototaxis zu geben.

[15] Motoren (bakterielle Motoren): In der Lipiddoppelmembran verankerte etagierte Proteine, die rotierend ein Flagellum als Fortbewegungsorgan antreiben

[16] Sole: Wasser unterschiedlichen Salzgehalts

[17] Antibiotikum: Ein natürlich gebildetes, oft chemisch modifiziertes, niedermolekulares Stoffwechselprodukt von Pilzen oder Bakterien, das schon in geringer Konzentration das Wachstum anderer Mikroorganismen hemmt oder diese gar tötet

[18] Hal’archaea: Haloarchaea

[19] Lake, Salzlake: Wässrige (Koch)salzlösung

[20] Haloarchaea: Klasse der Euryarchaeota

[21] Sodaseen, Natronseen: Abflusslose Binnengewässer niederschlagsarmer Regionen mit ungewöhnlich hohen pH-Werten und gleichzeitig hohen Anteilen gelöster Mineralien. Den Schwerpunkt bilden dabei Natriumverbindungen

[22] pH-Wert: Abkürzung für Potential des Wasserstoffs; ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Je höher die Konzentration der Wasserstoffionen (H⁺) in der Lösung ist, desto niedriger ist der pH-Wert, desto saurer ist die Lösung, je höher, desto basischer; er schwankt zwischen 0 und 14. Reines Wasser hat einen pH von 7

[23] Einnischen: Ein Organismus, der sich allmählich in einer neuen ökologischen Nische ausbreitet

Eingestellt am 6. Juli 2024

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11-cis-Retinal (unten) und Vitamin A (oben); (ppt generiert, Reinhard Agerer)

Grau: Kohlenstoff; rot: Sauerstoff; violett: Wasserstoff; dünne grüne Linie: Einfachbindung; dicke grüne Linie: Doppelbindung.

Eingestellt am 6. Juli 2024

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