Biologisk domæne: definition og tre-domænesystem (Archaea, Bakterier, Eukarya)

Lær hvad et biologisk domæne er og forstå Woeses tre-domænesystem: Archaea, Bakterier og Eukarya — genetik, evolution og moderne klassifikation.

I biologisk taksonomi er et domæne (også kaldet superregnum, superrige eller imperium) et taxon i den højeste rang af organismer, altså en overordnet gruppe, der rummer flere rige eller store evolutionære linjer. Et domæne afspejler dybe, grundlæggende forskelle i cellers og genomers opbygning og evolutionær historie og er dermed den mest omfattende kategori i moderne klassifikation.

Hvad betyder "domæne" i praksis?

Begrebet domæne bruges til at gruppere alt kendt liv i store, gensidigt distinkte enheder. Ordningen af taxaer på dette niveau bygger i dag primært på molekylære data (især genetiske sekvenser) frem for kun morfologiske kendetegn. På grundlag af sådanne data findes flere forskellige måder at opdele livet i topniveaugrupper på. De mest citerede systemer omfatter:

• Systemet med "to imperier" med topniveaugrupper af Prokaryota- (eller Monera-) og Eukaryota-imperier. Dette skel skelnede først bredt mellem organismer uden en kerne (prokaryoter) og med en kerne (eukaryoter).
• Systemet med seks rigssystemer med grupperinger på øverste niveau af Protista, Archaebacteria, Eubacteria, Fungi, Plantae og Animalia. Dette system delte livet i flere traditionelle riger, men er i dag ofte set som et mellemstadie før molekylære data blev dominerende.
• Carl Woeseses tre-domænesystem, der blev indført i 1990, med topniveaugrupperinger af Archaea, Bacteria og Eukaryota-domæner. Dette er i dag det mest anvendte rammeværk i systematisk biologi.

Tre-domænesystemet (Woese): baggrund og metode

Carl Woese og hans kolleger opdagede i 1970'erne, ved at studere små underenheder af ribosomalt RNA (16S/18S rRNA), at nogle prokaryote organismer var fundamentalt forskellige fra traditionelle bakterier. Ved hjælp af rRNA-sekvensanalyse viste Woese, at livet kunne opdeles i tre store evolutionære linjer. I 1990 blev denne indsigt fastlagt som et formelt tre-domænesystem, der skelner mellem:

• Archaea (tidligere kaldt archaebacteria) — prokaryote, men med mange unikke gen- og membrankemiske træk.
• Bacteria (ofte kaldet Eubacteria) — de "klassiske" bakterier med egne signatures i deres rRNA og celletype.
• Eukarya (Eukaryota) — alle organismer med cellekerne, herunder protister, planter, svampe og dyr.

Woeses tre-domænesystem er baseret på molekylær fylogeni (sammenligning af rRNA og senere også genomer). Denne metode afslører dybe evolutionære relationer, som ikke altid er tydelige ud fra morfologi alene.

Væsentlige forskelle mellem de tre domæner

De vigtigste kendetegn, som adskiller domænerne, omfatter:

• Cellestruktur: Eukarya har en sand cellekerne og membranomsluttede organeller (fx mitokondrier og kloroplaster). Bacteria og Archaea er prokaryote og mangler indre membranafgrænsede organeller.
• Genetik og molekyler: Archaea og Eukarya deler visse proteiner og processer (fx i transskription og translation), som adskiller dem fra mange bakterier. Archaea har også unikke lipider i cellemembranen (etherbindinger) i modsætning til bakteriers esterlipider.
• Ribosomalt RNA: rRNA-sekvenser viser klare, konsistente forskelle, som er grundlaget for domæneopdelingen.
• Metabolisk mangfoldighed: Bakterier og archaea udviser stor metabolisk fleksibilitet (fx fotosyntese, kvælstoffiksering, metanogenese). Archaea omfatter mange ekstremofile arter (høj temperatur, høj salinitet, ekstrem pH), men findes også i almindelige miljøer.

Eksempler på organismer og biologiske roller

• Bacteria: Escherichia coli (tarmbakterie), cyanobakterier (fotosyntetiske bakterier), mange jordbakterier — vigtige for nedbrydning, næringsstofkredsløb og sygdom.
• Archaea: Methanogener (producerer metan i tarm og sumpmiljøer), halofiler (lever i meget salte miljøer), termofile (varme kilder). Archaea bidrager til kulstof- og kvælstofcyklusser og findes også i menneskers mikrobiomer.
• Eukarya: Multicellulære organismer som planter, dyr og svampe samt mange encellede eukaryoter. Mennesket hører til Eukarya.

Betydning for forståelsen af livets evolution

Opdelingen i tre domæner ændrede vores syn på livets tidlige evolution. Den understregede, at de store evolutionære spring ofte viser sig i molekylære træk, og at eukaryoternes oprindelse involverer komplekse begivenheder som endosymbiose (fx oprindelsen af mitokondrier fra en bakteriel forfader). Det har også øget fokus på mikrobiens rolle i jordens biogeokemiske processer og i menneskers sundhed.

Moderne perspektiver og alternative systemer

Siden Woese er metoderne blevet udvidet med hele genomsekvenser, metagenomik og forbedrede fylogenetiske analyser. Selvom tre-domænesystemet stadig er fremherskende, diskuteres og udvikles alternative modeller, fx varianter af "supergrupper" inden for Eukarya eller forslag, der endnu tydeligere integrerer horizontale genoverførsler mellem mikroorganismer. De ældre systemer (to imperier eller seks riger) omtales stadig i undervisning som historiske trin i rettelsen mod molekylær baseret klassifikation.

Opsummering

Et domæne er den højeste biologiske kategori i moderne klassifikation. Carl Woese's tre-domænesystem (Archaea, Bacteria og Eukarya) bygger på genetiske forskelle, især i rRNA, og har ændret vores forståelse af livets store udviklingslinjer. Archaea er prokaryoter, men er genetisk og biokemisk forskellige fra bakterier, og Eukarya omfatter alle organismer med cellekerne. Systematikken fortsætter med at udvikle sig i takt med, at nye molekylære data og analytiske metoder bliver tilgængelige.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er et domæne i biologisk taksonomi?

Spørgsmål: Hvor mange moderne alternative domæneklassifikationer findes der?

Spørgsmål: Hvad er to-imperie-systemet?

Spørgsmål: Hvad er systemet med seks riger?

Spørgsmål: Hvad er Carl Woeseses tre-domænesystem?

Spørgsmål: Er archaea bakterier eller eukaryoter?

Søg efter bogstav