Domēns (bioloģija) — dzīves augstākais taksons: Baktērijas, Arhejas, Eukārijas

Bioloģiskajā taksonomijā domēns (arī superregnums, superdzimtene vai impērija) ir augstākais organismu taksons, kas ir augstāks par valstību.

Domēns (vai tā sinonīmi) ir visplašākā no šīm bioloģiskajām grupām. Taksonu izkārtojums atspoguļo būtiskas evolūcijas atšķirības genomos. Pastāv vairākas mūsdienu alternatīvas dzīvības domēnu klasifikācijas. Starp tām ir šādas:

• "Divu impēriju" sistēma ar augstākā līmeņa Prokaryota (vai Monera) un Eukaryota impērijām.
• Sešu dzimtu sistēma ar augstākā līmeņa grupām Protista, Archaebacteria, Eubacteria, Fungi, Plantae un Animalia.
• 1990. gadā ieviestā Karla Vūza (Carl Woese) trīs domēnu sistēma ar augstākā līmeņa grupām Archaea, Bacteria un Eukaryota domēniem.

Pēc tam, kad Woese definēja Archaea kā jaunu domēnu, viņš pārveidoja taksonomisko koku. Viņa trīs domēnu sistēmas pamatā ir ģenētiskās attiecības. Tā iedala dzīvību 23 galvenajos iedalījumos trīs domēnos: Baktērijas, Arhejas un Eukārijas. Arhejas nav ne baktērijas, ne eikarioti. No citas puses raugoties, tās ir prokariotes, kas nav baktērijas.

Kas ir domēns un kāpēc tas svarīgs

Domēns ir taksonomisks līmenis, kas apkopo organismu grupas pēc ļoti fundamentālām un ilgstošām evolucionārām atšķirībām. Atšķirības starp domēniem parasti balstās uz molekulāriem pazīmju kopumiem — īpaši ribosomālā RNS (rRNA) secību, kā arī uz atšķirībām šūnas uzbūvē, bioķīmijā un genomikas raksturojumā. Domēnu atšķirību atzīšana palīdz izprast dziļas evolūcijas attiecības un dzīvības senču sazarojumus.

Trīs domēni — īss pārskats

• Baktērijas (Bacteria) — parasti vienšūnas prokarioti ar unikālu peptidoglikāna sienu (dažām grupām). Baktērijas ir plaši izplatītas, pilda svarīgas ekosistēmu funkcijas (piem., barības vielu ciklā) un ietver gan labvēlīgas, gan patogēnas sugas.
• Arhejas (Archaea) — arī prokarioti, taču molekulāri un bioķīmiski atšķirīgas no baktērijām. Arheju lipīdiem ir etera saites, to ģenētiskās mašīnas (piem., daži enzīmi, transkripcijas un translatācijas komponenti) ir tuvāk eikariotiem. Daudzas arhejas spēj izdzīvot ekstremālos apstākļos (aukstums, karstums, sāļums, skābums), taču tās sastopamas arī parastā vidē.
• Eukārijas (Eukaryota) — šūnas ar uztveramu kodolu un membrānas organelām (piem., mitohondriji, plastīdi augiem un alveolātiem). Eukarioti ietver protistus, sēnītes, augus un dzīvniekus; tajos ir gan vienšūnas, gan daudzšūnu formas.

Galvenās strukturālās un molekulārās atšķirības

• Šūnas tips: Baktērijas un arhejas ir prokariotes (nav īsta kodola), eukarioti — ar kodolu.
• Šūnas siena un lipīdi: Baktēriju sienā bieži ir peptidoglikāns; arhejām peptidoglikāna nav, to sienas un membrānas ir ķīmiski atšķirīgas (ar etera saišu lipīdiem). Eukariotiem bieži ir citi struktūru veidi (šūnsiena sēnēm, augu šūnām).
• Ribosomālā RNS: 16S/18S rRNA secību salīdzinājumi bija pamats Woese atklājumam, ka dzīve dalās trīs lielās grupās.
• Transkripcija/Translācija: Arheju transkripcijas un translācijas mehānismi daļēji līdzīgi eukariotiem, bet ar savām īpatnībām; baktērijas izmanto formilmetionīnu translācijas sākšanai, kamēr arhejām un eukariotiem biežāk tiek izmantota nemetilēta metionīna tRNA.
• Genoma organizācija un enzīmi: Dažas DNS repliksācijas un remonta enzīmu īpašības arhejām atgādina eukariotus vairāk nekā baktērijas.

Klasifikācijas metodes un mūsdienu izaicinājumi

Mūsdienās sadalījums domēnos balstās galvenokārt uz molekulāriem datiem (16S/18S rRNA, pilnu genomu salīdzinājumiem, filogenētisko analīžu kombinācijām). Tomēr vairāki faktori sarežģī vienkāršu "koka" risinājumu:

• Horizontālā gēnu pārnese (lateral gene transfer) starp domēniem un grupām var sajaukt filogenētiskos signālus.
• Metagenomika atklāj daudzas iepriekš nepazīstamas līnijas, kas prasa klasifikācijas paplašināšanu vai pārskatīšanu.
• Tīkls pret kokiem: dažiem zinātniekiem šķiet, ka dzīves vēsturi labāk attēlo tīkls nekā vienkāršs koks, it īpaši baktēriju un arheju gēnu apmaiņas dēļ.

Praktiskā nozīme

Zināšanas par domēniem ir svarīgas gan pamatzinātnē, gan lietišķi. Tās palīdz saprast evolūcijas gaitas, mikrobu lomu biogeohīmiskajos ciklos, cilvēka mikrobiomas struktūru, arī bioinženierijas un biotehnoloģiju pielietojumus (piem., enzīmi no termofīlu arheju rūpnieciskām vajadzībām). Turklāt atpazīstot, kurā domēnā pieder mikroorganisms, var prognozēt daļēju bioķīmisko un medicīnisko uzvedību.

Vēsturiska piezīme par Carlu Woese

Carl Woese bija pirmais, kurš, salīdzinot rRNA secības, redzēja, ka dzīve sadalās pamatīgi atšķirīgās grupās; viņa darbs 1970. gados un turpmākajos gados noveda pie trīs domēnu modeļa pieņemšanas. Šis atklājums būtiski mainīja taksonomijas izpratni un parādīja, ka daudzas līdzības starp organismiem var maskēt dziļākas molekulāras atšķirības.

Sagatavojies turpmākai lasīšanai

Ja vēlaties padziļināt zināšanas, meklējiet informāciju par:

• 16S/18S rRNA filogenētiku un tās interpretāciju;
• atšķirībām ģenēžu ekspresijā un proteīnu sintēzē starp domēniem;
• metagenomikas pētījumiem, kas atklāj jaunas, vēl nekategorizētas līnijas;
• praktiskiem piemēriem: baktēriju lomas veselībā un slimību izraisīšanā, arheju izmantošana biotehnoloģijā un eukariotu bioloģijas pamati.

Jautājumi un atbildes

J: Kas bioloģiskajā taksonomijā ir domēns?

J: Cik daudz ir mūsdienu alternatīvo domēnu klasifikāciju?

J: Kas ir divu empīru sistēma?

J: Kas ir sešu valstību sistēma?

J: Kas ir Kārļa Vūza (Carl Woese) trīs domēnu sistēma?

Vai arhejas ir baktērijas vai eikarionti?

Meklēt pēc burta