Doména v biologii: třídoménový systém, Archaea, Bakterie, Eukarya

Doména v biologii: přehled třídoménového systému Carla Woeseho — Archaea, Bakterie a Eukarya, jejich evoluční vztahy, rozdíly a význam v moderní taxonomii.

V biologické taxonomii je doména (také superregnum, superříše nebo říše) taxon v nejvyšším stupni organismů, vyšší než říše.

Doména (nebo její synonyma) je nejobsáhlejší z těchto biologických skupin. Uspořádání taxonů odráží zásadní evoluční rozdíly v genomech. Existuje několik moderních alternativních doménových klasifikací života. Patří mezi ně např:

• Systém "dvou říší" s říšemi Prokaryota (nebo Monera) a Eukaryota na nejvyšší úrovni.
• Systém šesti říší s nejvyšší úrovní skupin Protista, Archaebacteria, Eubacteria, Fungi, Plantae a Animalia.
• Třídoménový systém Carla Woeseho, zavedený v roce 1990, s nejvyšší úrovní skupin Archaea, Bacteria a Eukaryota.

Poté, co Woese definoval Archaea jako novou doménu, překreslil taxonomický strom. Jeho systém tří domén je založen na genetických vztazích. Rozděluje život do 23 hlavních oddílů ve třech doménách: Bakterie, Archaea a Eukarya. Archaea nejsou ani bakterie, ani eukaryota. Podíváme-li se na ně z jiného úhlu, jsou to prokaryota, která nejsou bakteriemi.

Co znamená "doména" a proč je to důležité

Doména představuje nejvyšší hierarchickou úroveň v současné biologické klasifikaci. Jejím cílem je zachytit velmi hluboké evoluční větvení života, které nelze spolehlivě vyjádřit nižšími kategoriemi. Na této úrovni se posuzují především molekulární znaky (zejména sekvence ribozomální RNA), základní rozdíly v buněčné stavbě a klíčové biochemické vlastnosti.

Třídoménový systém a jeho základ

Třídoménový systém navrhl Carl Woese na základě srovnání sekvencí ribozomální RNA (16S/18S rRNA). Tyto molekuly jsou konzervované napříč všemi organismy a slouží jako spolehlivý evoluční „molekulární hodinový“ záznam. Analýzy ukázaly, že organismy tradičně nazývané "prokaryoty" tvoří dvě samostatné větve — Archaea a Bacteria — které se liší od sebe i od Eukarya.

Charakteristika tří domén

• Archaea
  • Buněčná struktura: prokaryotická (bez jádra), avšak s mnoha molekulárními vlastnostmi blízkými eukaryotám.
  • Buněčné membrány mají často etherové vazby a isoprenoidní řetězce (odlišné od esterových lipidů bakterií a eukaryot).
  • Stěna: nemaí peptidoglykan (může mít pseudopeptidoglykan nebo jiné složení).
  • Genetika a transkripce: RNA polymerázy a mechanismy genové exprese se více podobají eukaryotickým než bakteriálním verzím.
  • Metabolismy: zahrnují unikátní procesy jako metanogeneze; mnoho představitelů žije v extrémních podmínkách (termofilie, halofilie, acidofilie), ale existují i běžné pozemní a mořské archaea.
• Bacteria
  • Buněčná struktura: prokaryotická, s typickým peptidoglykanovým buněčným obalem.
  • Membránové lipidy s esterovými vazbami a mastnými kyselinami.
  • Obrovská diversita tvarů, metabolických strategií (fototrofie, chemoautotrofie, heterotrofie) a ekologií.
  • Mají klíčový význam pro koloběh látek v ekosystémech, zdraví člověka (mikrobiom) i biotechnologii; jsou také cílem mnoha antibiotik.
• Eukarya
  • Buněčná struktura s jádrem odděleným jadernou membránou a s membránovými organelami (mitochondrie, endoplazmatické retikulum, u rostlin i chloroplasty apod.).
  • Genom je obvykle větší, chromozomy jsou lineární a používají složitější mechanismy regulace genové exprese.
  • Patří sem jednobuněční i mnohobuněční organismy: Protista, rostliny, houby a živočichové.
  • Podle endosymbiotické teorie vznikly mitochondrie a chloroplasty z předchůdců bakterií, které byly pohlceny primitivními eukaryotickými buňkami.

Další poznámky k systematice

• Termín prokaryota tradičně zahrnoval Bacteria i Archaea. Dnes se však ví, že jde o parafyletickou skupinu — neobsahuje všechny potomky společného předka (chybějí Eukarya) — a z tohoto důvodu má omezenou systematickou užitečnost.
• Horizontální přenos genů (HGT) mezi mikroorganismy komplikuje jednoduchý „strom života“ a ukazuje, že evoluční vztahy nejsou vždy čistě větvené.
• Počet a pojmenování nižších taksonů (říše, kmeny/oddíly, třídy) se mění s přibývajícími genomickými daty; některé starší systémy (dvou říší, šesti říší) jsou historicky významné, ale moderní filogenetika upřednostňuje molekulární důkazy.

Proč je rozdělení na domény užitečné

Rozdělení života do domén pomáhá pochopit základní evoluční odlišnosti a poskytuje rámec pro srovnávací biochemii, molekulární biologii a ekologii. Má praktické dopady v medicíně (např. při návrhu antibiotik), biotechnologii (využití bakteriálních a archaeálních enzymů) i v hledání života mimo Zemi — vědomí rozdílů mezi doménami rozšiřuje naše pojetí možného „biochemického prostoru“ života.

Závěrem, pojem doména (superregnum) reflektuje hluboké evoluční dělení života založené především na molekulárních datech. Třídoménový systém (Archaea, Bacteria, Eukarya) je v současné biologii široce přijímán, přičemž detaily klasifikace se dál vyvíjejí s novými genomickými poznatky.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to doména v biologické taxonomii?

Otázka: Kolik existuje moderních alternativních klasifikací domén?

Otázka: Jaký je systém dvou říší?

Otázka: Co je to systém šesti říší?

Otázka: Jaký je systém tří domén Carla Woeseho?

Otázka: Jsou archea bakterie nebo eukaryota?

Hledání podle dopisu