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Sistema de tres dominios

Un árbol filogenético basado en datos de ARNr , que enfatiza la separación de bacterias, arqueas y eucariotas como lo propuso Carl Woese et al. en 1990, [1] con el hipotético último ancestro común universal

El sistema de tres dominios es un sistema de clasificación taxonómica que agrupa toda la vida celular en tres dominios , a saber, Archaea , Bacteria y Eukarya , introducido por Carl Woese , Otto Kandler y Mark Wheelis en 1990. [1] La diferencia clave con las clasificaciones anteriores, como el sistema de dos imperios y la clasificación de cinco reinos, es la separación de Archaea (anteriormente llamada "archaebacteria") de Bacteria como organismos completamente diferentes. Ha sido desafiado por el sistema de dos dominios que divide a los organismos en Bacteria y Archaea solamente, ya que los eucariotas se consideran un clado de Archaea. [2] [3] [4]

Fondo

Woese argumentó, sobre la base de las diferencias en los genes ARNr 16S , que las bacterias, las arqueas y los eucariotas surgieron cada uno por separado de un ancestro con maquinaria genética poco desarrollada, a menudo llamado progenote . Para reflejar estas líneas primarias de descendencia, trató a cada una como un dominio, dividido en varios reinos diferentes . Originalmente, su división de los procariotas fue en Eubacteria (ahora Bacteria ) y Archaebacteria (ahora Archaea ). [5] Woese inicialmente usó el término "reino" para referirse a las tres agrupaciones filogenéticas primarias, y esta nomenclatura fue ampliamente utilizada hasta que se adoptó el término "dominio" en 1990. [1]

La aceptación de la validez de la clasificación filogenéticamente válida de Woese fue un proceso lento. Biólogos prominentes, entre ellos Salvador Luria y Ernst Mayr, objetaron su división de los procariotas. [6] [7] No todas las críticas que recibió se limitaron al nivel científico. Una década de laboriosa catalogación de oligonucleótidos le dejó una reputación de "chiflado", y Woese sería apodado "el revolucionario marcado por las cicatrices de la microbiología" en un artículo de prensa publicado en la revista Science en 1997. [8] La creciente cantidad de datos de apoyo llevó a la comunidad científica a aceptar las arqueas a mediados de la década de 1980. [9] Hoy en día, muy pocos científicos todavía aceptan el concepto de un Prokarya unificado. [10]

Clasificación

El sistema de tres dominios incluye las arqueas (representadas por Sulfolobus , izquierda), las bacterias (representadas por Staphylococcus aureus , medio) y los eucariotas (representados por la rana arbórea verde australiana , derecha).

El sistema de tres dominios añade un nivel de clasificación (los dominios) "por encima" de los reinos presentes en los sistemas de cinco o seis reinos utilizados anteriormente . Este sistema de clasificación reconoce la división fundamental entre los dos grupos procariotas, en la medida en que Archaea parece estar más estrechamente relacionada con los eucariotas que con otros procariotas (organismos similares a las bacterias sin núcleo celular ). El sistema de tres dominios clasifica los reinos previamente conocidos en estos tres dominios: Archaea , Bacteria y Eukarya . [2]

Dominio Archaea

Las arqueas son organismos procariotas , sin membrana nuclear, pero con una bioquímica y unos marcadores de ARN distintos de los de las bacterias. Las arqueas poseen una historia evolutiva única y antigua, por lo que se las considera una de las especies de organismos más antiguas de la Tierra, sobre todo por sus metabolismos diversos y exóticos.

Algunos ejemplos de organismos arqueológicos son:

Dominio Bacterias

Las bacterias también son procariotas ; su dominio consiste en células con ARNr bacteriano, sin membrana nuclear y cuyas membranas poseen principalmente lípidos de diéster de diacilglicerol . Tradicionalmente clasificadas como bacterias, muchas prosperan en los mismos entornos preferidos por los humanos y fueron las primeras procariotas descubiertas; se las llamó brevemente Eubacteria o bacterias "verdaderas" cuando las Archaea fueron reconocidas por primera vez como un clado distinto .

La mayoría de los organismos procariotas patógenos conocidos pertenecen a las bacterias (ver [11] para conocer las excepciones). Por esa razón, y debido a que las arqueas suelen ser difíciles de cultivar en laboratorios, actualmente las bacterias se estudian más extensamente que las arqueas.

Algunos ejemplos de bacterias incluyen:

Dominio Eukarya

Los eucariotas son organismos cuyas células contienen un núcleo rodeado por una membrana. Incluyen muchos organismos unicelulares grandes y todos los organismos no microscópicos conocidos . El dominio contiene, por ejemplo:

Nichos

Cada uno de los tres tipos de células tiende a encajar en especialidades o roles recurrentes. Las bacterias tienden a ser las reproductoras más prolíficas, al menos en ambientes moderados. Las arqueas tienden a adaptarse rápidamente a ambientes extremos, como altas temperaturas, altos niveles de acidez, alto nivel de azufre, etc. Esto incluye la adaptación para utilizar una amplia variedad de fuentes de alimento. Los eucariotas son los más flexibles en lo que respecta a la formación de colonias cooperativas, como en los organismos multicelulares, incluidos los humanos. De hecho, es probable que la estructura de un eucariota se haya derivado de una unión de diferentes tipos de células, formando orgánulos .

Parakaryon myojinensis ( incertae sedis ) es un organismo unicelular conocido por ser un ejemplo único. "Este organismo parece ser una forma de vida distinta de los procariotas y eucariotas ", [12] con características de ambos.

Alternativas

Versiones alternativas de los tres dominios de la filogenia de la vida

Partes de la teoría de los tres dominios han sido cuestionadas por científicos como Ernst Mayr , Thomas Cavalier-Smith y Radhey S. Gupta. [13] [14] [15]

Un trabajo reciente ha propuesto que Eukaryota puede haberse separado del dominio Archaea. Según Spang et al. Lokiarchaeota forma un grupo monofilético con eucariotas en análisis filogenómicos. Los genomas asociados también codifican un repertorio expandido de proteínas de firma eucariota que sugieren capacidades sofisticadas de remodelación de membrana. [16] Este trabajo sugiere un sistema de dos dominios en oposición al sistema de tres dominios. [3] [4] [2] Cómo y cuándo se desarrollaron exactamente las arqueas, las bacterias y Eucarya y cómo están relacionadas sigue siendo objeto de debate. [17] [2] [18]

Véase también

Referencias

  1. ^ abc Woese CR, Kandler O, Wheelis ML (junio de 1990). "Hacia un sistema natural de organismos: propuesta para los dominios Archaea, Bacteria y Eucarya". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 87 (12): 4576–9. Bibcode :1990PNAS...87.4576W. doi : 10.1073/pnas.87.12.4576 . PMC  54159 . PMID  2112744.
  2. ^ abcd Gabaldón, Toni (8 de octubre de 2021). «Origen y evolución temprana de la célula eucariota». Revisión anual de microbiología . 75 (1): 631–647. doi :10.1146/annurev-micro-090817-062213. ISSN  0066-4227. PMID  34343017. S2CID  236916203 . Consultado el 11 de agosto de 2022 . Una versión enraizada de este árbol de tres dominios colocó a Archaea y Eukarya como clados hermanos, lo que sugiere que los eucariotas estaban muy distantemente relacionados con las arqueas y no más relacionados con ningún grupo específico. Más recientemente, los análisis filogenéticos que utilizan modelos más sofisticados y conjuntos de datos genéticos ampliados han proporcionado un apoyo cada vez mayor a una topología de árbol alternativa en la que el clado eucariota se ramifica dentro de Archaea, en lugar de junto a él.
  3. ^ ab Nobs, Stephanie-Jane; MacLeod, Fraser I.; Wong, Hon Lun; Burns, Brendan P. (2022). "Eukarya la quimera: eucariotas, ¿una innovación secundaria de los dos dominios de la vida?". Tendencias en microbiología . 30 (5): 421–431. doi :10.1016/j.tim.2021.11.003. PMID  34863611. S2CID  244823103.
  4. ^ ab Doolittle, W. Ford (2020). "Evolución: ¿dos dominios de la vida o tres?". Current Biology . 30 (4): R177–R179. doi : 10.1016/j.cub.2020.01.010 . PMID  32097647.
  5. ^ Woese CR, Fox GE (noviembre de 1977). "Estructura filogenética del dominio procariota: los reinos primarios". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 74 (11): 5088–90. Bibcode :1977PNAS...74.5088W. doi : 10.1073/pnas.74.11.5088 . PMC 432104 . PMID  270744. 
  6. ^ Mayr, Ernst (1998). "¿Dos imperios o tres?". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 95 (17): 9720–9723. Bibcode :1998PNAS...95.9720M. doi : 10.1073/pnas.95.17.9720 . PMC 33883 . PMID  9707542. 
  7. ^ Sapp, Jan A. (diciembre de 2007). "La estructura de la teoría evolutiva microbiana". Estudios de historia y filosofía de la ciencia, parte C: Estudios de historia y filosofía de las ciencias biológicas y biomédicas . 38 (4): 780–95. doi :10.1016/j.shpsc.2007.09.011. PMID  18053933.
  8. ^ Morell, V. (2 de mayo de 1997). "La revolucionaria cicatriz de la microbiología". Science . 276 (5313): 699–702. doi :10.1126/science.276.5313.699. ISSN  0036-8075. PMID  9157549. S2CID  84866217.
  9. ^ Sapp, Jan A. (2009). Los nuevos fundamentos de la evolución: sobre el árbol de la vida . Nueva York: Oxford University Press. ISBN 978-0-199-73438-2.
  10. ^ Koonin, Eugene (2014). "La visión de Carl Woese sobre la evolución celular y los dominios de la vida". RNA Biology . 11 (3). RNA Biol.: 197–204. doi :10.4161/rna.27673. PMC 4008548 . PMID  24572480. 
  11. ^ Eckburg, Paul B.; Lepp, Paul W.; Relman, David A. (2003). "Archaea y su papel potencial en las enfermedades humanas". Infección e inmunidad . 71 (2): 591–596. doi :10.1128/IAI.71.2.591-596.2003. PMC 145348 . PMID  12540534. 
  12. ^ Yamaguchi M, Mori Y, Kozuka Y, Okada H, Uematsu K, Tame A, Furukawa H, Maruyama T, Worman CO, Yokoyama K (2012). "¿Procariota o eucariota? Un microorganismo único de las profundidades marinas". Journal of Electron Microscopy . 61 (6): 423–31. doi :10.1093/jmicro/dfs062. PMID  23024290.
  13. ^ Gupta, Radhey S. (1998). "El tercer dominio de la vida ( Archaea ): ¿un hecho establecido o un paradigma en peligro de extinción?: Una nueva propuesta para la clasificación de organismos basada en secuencias de proteínas y estructura celular". Biología de poblaciones teórica . 54 (2): 91–104. doi :10.1006/tpbi.1998.1376. PMID  9733652.
  14. ^ Mayr, E. (1998). "¿Dos imperios o tres?". Proc. Natl. Sci. USA . 95 (17): 9720–9723. Bibcode :1998PNAS...95.9720M. doi : 10.1073/pnas.95.17.9720 . PMC 33883 . PMID  9707542. 
  15. ^ Cavalier-Smith, Thomas (2002). "El origen neomurano de las arqueobacterias, la raíz negibacteriana del árbol universal y la megaclasificación bacteriana". Int J Syst Evol Microbiol . 52 (1): 7–76. doi : 10.1099/00207713-52-1-7 . PMID  11837318.
  16. ^ Spang, Anja (2015). "Arqueas complejas que cierran la brecha entre procariotas y eucariotas". Nature . 521 (7551): 173–179. Bibcode :2015Natur.521..173S. doi :10.1038/nature14447. PMC 4444528 . PMID  25945739. 
  17. ^ Callier, Viviane ( 8 de junio de 2022) . «Mitocondrias y el origen de los eucariotas». Revista Knowable . Consultado el 18 de agosto de 2022 .
  18. ^ McCutcheon, John P. (6 de octubre de 2021). "La genómica y la biología celular de las infecciones intracelulares beneficiosas para el huésped". Revisión anual de biología celular y del desarrollo . 37 (1): 115–142. doi : 10.1146/annurev-cellbio-120219-024122 . ISSN:  1081-0706. PMID:  34242059. S2CID  : 235786110.