古菌的发现

“古细菌”这个概念是1977年由卡尔·沃斯和GeorgeFox提出的，原因是它们在16SrRNA的系统发生树上和其它原核生物的区别。这两组原核生物起初被定为古细菌（Archaebacteria）和真细菌（Eubacteria）两个界或亚界。Woese认为它们是两支根本不同的生物，于是重新命名其为古菌（Archaea）和细菌（Bacteria），这两支和真核生物（Eukarya）一起构成了生物的三域系统。如果将地球约46亿年的年龄比作一年，那么古菌早在3月20日就出现了，而人类诞生不过是12月31日的事。它们多生长于极端环境，如热泉、高压的海底火山口、盐湖等。人们对古菌的兴趣并非始于1970年代。事实上在我们这个星球上，古菌代表着生命的极限，确定了生物圈的范围。例如一种叫做热网菌（Pyrodictium）的古菌能够在高达113℃的温度下生长。这是迄今为止发现的最高生物生长温度。近年来利用分子生物学方法，人们发现，古菌还广泛分布于各种自然环境中，土壤、海水、沼泽地中均生活着古菌。目前可在实验室培养的古菌主要包括三大类：产甲烷菌、极端嗜热菌和极端嗜盐菌。产甲烷菌生活于富含有机质且严格无氧的环境中，如沼泽地、水稻田、反刍动物的反刍胃等，参与地球上的碳素循环，负责甲烷的生物合成；极端嗜盐菌生活于盐湖、盐田及盐腌制品表面，它能够在盐饱和环境中生长，而当盐浓度低于10%时则不能生长；极端嗜热菌通常分布于含硫或硫化物的陆相或水相地质热点，如含硫的热泉、泥潭、海底热溢口等，绝大多数极端嗜热菌严格厌氧，在获得能量时完成硫的转化。尽管生活习性大相径庭，古菌的各个类群却有共同的、有别于其他生物的细胞学及生物化学特征。例如古菌细胞膜含由分枝碳氢链与D型磷酸甘油，以醚键相连接而成的脂类，而细菌及真核生物细胞膜则含由不分枝脂肪酸与L型磷酸甘油，以酯键相连接而成的脂类。细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，而古菌细胞壁不含肽聚糖。有趣的是虽然与细菌相似，古菌染色体DNA呈闭合环状，基因也组织成操纵子（操纵子为原核生物基因表达和调控的基本结构单位，生物活性相关的基因常以操纵子的结构形式协调基因表达的开启和关闭），但在DNA复制、转录、翻译等方面，古菌却具有明显的真核特征：采用非甲酰化甲硫氨酰tRNA作为起始tRNA，启动子、转录因子、DNA聚合酶、RNA聚合酶等均与真核生物的相似。比较生物化学的研究结果表明，古菌与细菌有着本质的区别，这种区别与两者表现在系统发育学方面亲缘关系的疏远是一致的。