Download 14. kERAGAMAN ARKEA









Sampai abad ke 20 klasifikasi makhluk hidup : tanaman dan
hewan
1950s – 1960s :ditambah dengan fungi, protista, bacteria
1970s : prokaryotic (bacteria) dan 4 eukaryotic kingdom (plants,
animal, fungi, protists)
Tetapi setelah tahun 1970, ditemukan domain baru dari
kelompok organisme yaitu : arkea
Dr. Carl Woese dan kolega nya dari University of Illinois
Menggunakan DNA sequen, dan menemukan terdapat
perbedaan yang mendasar antara kluster “bacteria” yang
memproduksi methane dan hidup di lingkungan bertemperatur
tinggi, dengan kelompok bakteri umum yang lainnya dan
kelompok eukaryot
Woese proposed that life be divided into three domains:
Eukaryota, Eubacteria, and Archaebacteria.
Sekarang dikenal dengan arkea
Pembagian genus menurut filogenetik
Ada 4 tipe Archaea
1. Crenarchaeota : dengan karakter memiliki
kemampuan mentolerir kondisi suhu dan
keasaman yang ekstrim, habitat marine dan
suhu rendah
2. Euryarchaeota : termasuk kelompok bakteri
metanogen, pereduksi sulfat, halofil
ekstrim, termofil ekstrim dengan
metabolisme sulfur
3. Korarchaeota : paling primitif, ciri fisiologis
belum banyak dikenali dan sulit dikultur
4. Nanoarchaeota
2 filum
Utama
Dalam ke empat tipe tersebut, masing-masing dibedakan dalam
4 subtipe :
1. Methanogen : archaea yang memproduksi gas methana sebagai
produk dari metabolisme-nya.
2. Halofilik : archaea yang hidup dalam lingkungan dengan kadar
garam yang tinggi
3. Thermofilik : archaea yang hidup pada suhu yang ekstrim panas
4. Psychrophiles : yang hidup pada suhu yang cukup dingin
Sifat
Eukariot
Bakteri
Arkaea
Konfigurasi sel
eukaryotic
prokaryotic
prokaryotic
Membran inti
ada
Tidak ada
Tidak ada
Jumlah kromosom
>1
1
1
Topologi kromosom
linier
sirkuler
sirkuler
Lipid pada membran Ester-linked
sel
glycerides;
unbranches:
polyunsaturated
Ester-linked
glycerides;
unbranches:
saturated or
monosaturated
Eter-linked
branches:
saturated
Organel
(mitokondria dan
kloroplas)
ada
Tidak ada
Tidak ada
Ukuran ribosom
80S
70S
70S
Meiosis dan mitosis
ada
Tidak ada
Tidak ada
MEMBRAN SEL ARCHAEA
Archaea memiliki suata membran sel tunggal yang terdiri dari suatu dinding
seperti peptidoglycan yang berbeda dengan bakteri, dimana membran tersusun
dari gliserol-ether lipid. Perbedaan ini ditimbulkan sebagai cara adaptasi
terhadap lingkungan ekstrim
arkeans , hidup pada lingkungan yang
ekstrem
 Beberapa hidup pada kedalaman laut di
daerah dekat “rift vent “ dengan suhu
diatas 100oC
 Yang lain hidup pada mata air panas ,
atau pada air dengan pH sangat asam
atau pH yang sangat basa
 Beberapa hidup pada saluran pencernaan
sapi, rayap (termites) dan di laut, dimana
kelompok tersebut memproduksi methane.




Beberapa arkeans dapat hidup pada lingkungan
yang sangat asin.
Salah satunya adalah kelompok Halobacterium, a
well-studied arkean.
The light-sensitive pigment bacteriorhodopsin gives
Halobacterium its color and provides it with chemical
energy. Bacteriorhodopsin has a lovely purple color
and it pumps protons to the outside of the
membrane. When these protons flow back, they are
used in the synthesis of ATP, which is the energy
source of the cell. This protein is chemically very
similar to the light-detecting pigment rhodopsin,
found in the vertebrate retina.
arkeans kemungkinan satu-satunya
organisme yang bisa hidup pada
tempat yang mempunyai habitat
ekstrem seperti “thermal vent” atau
“hypersaline water”, dimana organisme
lain tidak bisa hidup.
 Penemuan baru, arkea, juga banyak
terdapat pada permukaan air laut yang
terdapat banyak plankton.





Tidak seperti golongan bacteria, arkea memiliki
sedikit peptidoglikan pada dinding selnya,
membran sel mempunyai ikatan lipid ether
(ether linked), yang tidak ditemukan di
golongan organisme lain.
Struktur dan fungsi gen dari arkea, lebih mirip
dengan eukaryot dibandingkan dengan
bakteri.
Selain itu terdapat perbedaan dalam hal
metabolisme
Phylogenetic and Metabolic
Diversity of Archaea
 Archaea share many characteristics with
both Bacteria and Eukarya
 Archaea are split into two major groups .
 Crenarchaeota
 Euryarchaeota
© 2012 Pearson Education, Inc.
krenarkeota : diantara anggotanya ada yang bisa hidup
pada suhu air mendidih dan air beku. Mikroorganisme
yang sudah dapat dikulturkan bersifat hipertermofil
dengan suhu diatas 80, dan ada yang optimum pada
suhu diatas suhu air mendidih
 Sebagian besar arkea hipertermofil dapat diisolasi dari
tanah geotermal panas atau perairan yang mengandung
unsur sulfur serta melangsungkan metabolisme sulfur.
Pada lingkungan terestrial, mata air kaya sulfur, lumpur
mendidih dan tanah bersuhu diatas 1000 C. Selain itu juga
dapat hidup pada habitat artifisial yang panas, misalnya
pada aliran yang keluar dari perusahaan industri.
 krenarkeota ada yang dapat hidup pada keadaan dingin
yang diperoleh melalui pengambilan contoh gen
ribosomal RNA. Krenarkeota marin dijumpai pada lautan
es, berupa plankton dengan jumlah sekitar 10 4/ ml pada
air miskin nutrien dan suhu 2 – 4 0C atau kurang

Hipertermofil habitat vulkanik terestrial :
Sulfolobus, Acidianus, Thermoproteus,
Pyrobaculum.
 Habitat vulkanik dengan suhu diatas 100 0C
cocok untuk arkea termofil. Sulfolobus
tumbuh pada sumber air panas kaya sulfur
dengan suhu diatas 900 C dan pH 1-5,
bersifat aerob kemolitotrof, mengoksidasi
H2S atau S menjadi H2SO4 dengan CO2
sebagai sumber karbon

Hipertermofil dari habitat vulkanik submarin,
genus utamanya : Pyrodictium, Pyrolobus,
Ignicocus dan Staphylothermus.
 Pyrolobus fumari merupakan prokariot yang
paling terrmofil dengan suhu maksimum
1130 C, hidup pada dinding cerobong
awan hitam palung hidrothermal, dengan
kemampuan autotrof, organisme ini
menyumbangkan senyawa organik pada
lingkungan anorganik tersebut.

 Shallow-water
thermal springs and deep-sea
hydrothermal vents harbor the most
thermophilic of all known Archaea
› Pyrodictium and Pyrolobus
› Desulfurococcus and Ignicoccus
› Staphylothermus
Optimum growth temperature above 100°C
Pyrolobus fumarii is one of the most
thermophilic
Strain 121 can grow up to 121°C
© 2012 Pearson Education, Inc.






- Extremely Halophilic Archaea
- Methanogenic Archaea
- Thermoplasmatales
- Thermococcales and Methanopyrus
- Archaeoglobales
- Nanoarchaeum and Aciduliprofundum
© 2012 Pearson Education, Inc.




Arkea halofil ekstrim, genus utamanya
Halobacterium, Haloferax dan Natronobacterium.
Organisme beragam yang menghuni lingkungan
bergaram tinggi seperti kolam pembuatan garam,
danau alami atau artifisial bergaram tinggi, habitat
demikian disebut hipersalin.
Organisme halofil ekstrim tidak hanya bersifat halofil
tetapi kebutuhan garam sangat tinggi dan pada
beberapa kasus jumlahnya mencapai keadaan
jenuh.
Kisaran NaCl 1,5 M (9%), 2-4 M (12-23%), 5,5 M (32%)




Perairan yang berwarna ungu kemerahan
mencirikan adanya blooming dari arkea halofil
yang mempunyai pigmen karotenoid
Dengan bantuan sekuensing gen 16S rRNA
diketahui ada 14 genus halofil ekstrem yang
secara kelompok dinamakan halobakteria
Arkea penghasil metan : metanogen, genus
utama Methanobacterium,
Methanocaldococcus dan methanosarcina.
Metanogen memperlihatkan berbagai
morfologi dan aspek kimia dinding sel



Substrat yang digunakan metanogen dapat
dikelompokan menjadi 3 tipe yaitu : substrat CO2,
metil dan asetotrof
Genom hipertermofil metanogen
Methanocaldococcus jannaschii, telah disekuen dan
genom sirkularnya mencapai 1.66Mbp dengan 1700
gen, meliputi gen yang menyandikan
metanogenesis dan fungsi kunci sel, yang menarik
adalah sebagian gen yang menyandikan fungsi sel
mirip bakteri, sedangkan yang menyandikan proses
molekuler inti seperti transkripsi dan tranlasi mirip
dengan eukariot
Hal ini menyatakan bahwa kedudukan genom arkea
berada diantara bakteria dan eukarya.
Thermoplasmatales, genus utama
Thermoplasma, Ferroplasma, picrophilus.
 Asidofil, Picrophillus dapat tumbuh optimum
pada pH 0,7. Membran sitoplasmanya
diduga mempunyai susunan lipid yang
tidak umum yang membentuk membran
tak permeabel asam tinggi pada pH
optimum. Namun dengan pH agak asam
seperti pH 4 membran akan cepat
menyusut dan mengalami disintegrasi. Hal
ini berarti mikroorganisme hanya dapat
bertahan pada habitat yang sangat asam.



Methanopyrus, methanogen hipertermofil berbentuk
batang yang diisolasi dari sedimen palung submarine
hydrotermal dan dinding cerobong awan hitam
(black smoker). Suhu maksimum pertumbuhan 110 C
dan metanogen sehingga posisinya pada pohon
filogeni arkea sangat unik. Mikroorganisme
menghasilkan metan hanya dari H2+CO2, dan
tumbuh cepat sebagai autotrof dengan waktu
generasi 1 jam pada suhu optimum 1000 C.
Methanopyrus dengan ciri-ciri seperti posisi filogeni,
sifat hipertermofil, metabolisme anaerob dan lipid
primitif (lipid membran yang tergabung dengan eter
dalam bentuk tidak jenuh), membuat organisme ini
sebagai model dalam bentuk kehidupan paling
awal.
Filum ini unik karena beranggotakan sel parasit yang kecil
dan mempunyai genom yang kecil diantara prokariot
yang sudah dikenal
 Nanoarchaeum, genus yang berbentuk kokoid yang
sangat kecil dan hidup sebagai parasit atau mungkin
simbion dari krenarkeota Ignicoccus. Sel berdiameter
0,4µm dan hanya 1% volume E.coli. Sel bereplikasi bila
terikat pada permukaan sel Ignicocus. Sel dapat berupa
tunggal, berpasangan atau berkelompok hingga lebih
dari 10 sel per sel ignicocus.
 Tidak dapat tumbuh sebagai kultur murni kecuali apabila
ada inang. Bersifat termofil dan tumbuh optimum pada
suhu 900C.
 Isolat berasal dari palung hidrothermal submarine, sumber
air panas belerang. Baru 1 spesies yang diketahui yaitu
N.equitans

Nanoarkeota merupakan cabang
paling dalam pada pohon filogeni
arkea.
 Genom berukuran 0,49 Mbp, merupakan
genom paling kecil.
 Nanoarchaeum mempunyai gen untuk
semua enzim kunci yang diperlukan
proses molekular penting seperti replikasi
DNA, transkripsi dan translasi.

Methanogens
› Key genera: Methanobacterium,
Methanocaldococcus, Methanosarcina
 Microbes that produce CH4
 Found in many diverse environments
 Taxonomy based on phenotypic and
phylogenetic features
Process
of methanogenesis first
demonstrated over 200 years ago by
Alessandro Volta
© 2012 Pearson Education, Inc.

The oldest known fossils are cyanobacteria from arkean
rocks of western Australia, dated 3.5 billion years old. This
may be somewhat surprising, since the oldest rocks are
only a little older: 3.8 billion years old.
Cyanobacteria are among the easiest microfossils to
recognize. Morphologies in the group have remained
much the same for billions of years, and they may leave
chemical fossils behind as well, in the form of breakdown
products from pigments. Small fossilized cyanobacteria
have been extracted from Precambrian rock, and
studied through the use of SEM and TEM (scanning and
transmission electron microscopy).
The autotrophic (auto = "self" tropho = "nourishment",
Greek) cyanobacteria were once classified as "blue
green algae" because of their superficial resemblance to
eukaryotic green algae. Although both groups are
photosynthetic, they are only distantly related:
cyanobacteria lack internal organelles, a discrete
nucleus and the histone proteins associated with
eukaryotic chromosomes. Like all eubacteria, their cell
walls contain peptidoglycan.

Cyanobacteria are actually believed to be the origin of chloroplasts in plants. It is these chloroplasts
which allow the plant to photosynthesize. In the late Proterozoic period, it is believed that
cyanobacteria took up residence in some eukaryotic cells. The process of a bacteria taking living
within another cell is called endosymbiosis. As the eukaryotic cells began to divide and form
multicellular organisms, each cell contained these cyanobacteria. Eventually, a fully functioning plant
developed.
Cyanobacteria also play a major role in the nitrogen cycle. They are able to convert atmospheric
nitrogen into its organic form. All plants use organic nitrogen as a nutrient to promote growth. Without
this source of nitrogen, the plants would die. Cyanobacteria are one of the few types of organisms
that are able to make this conversion from atmospheric to organic nitrogen.
These autotrophic bacteria have a very rich fossil record. The oldest known fossils are cyanobacteria.
These fossils are dated at approximately 3.5 billion years old. An indication of how old these fossils are is
the fact that the oldest rocks are estimated to be 3.8 billion years old. The idea that autotrophic
bacteria are so old led many prominent scientists to believe that they were instrumental in the
evolution of the world, as a whole. For example, 3.5 billion years ago, the earth's conditions were much
different. The biosphere consisted of a primordial sea, ample hydrogen and ammonium gas, carbon
dioxide, strong ultraviolet radiation and a limited amount of oxygen gas. The cyanobacteria were the
first cells to photosynthesize and consequently produce oxygen gas as a byproduct. An atmosphere
began to form as the oxygen gas continued to build up. When the atmosphere was completed, the
world was now suitable for eukaryotic life, because there were large amounts of oxygen for cellular
respiration and the harsh ultraviolet radiation was absorbed by the atmosphere. Essentially, without
cyanobacteria, none of us would have be able to survive on planet Earth.

Ancient Fossil
Bacteria :
cyanobacteria
Mikrobiologi Esensial 1, Tedja Imas
Sunatmo, 2009, penerbit Ardy Agency
Jakarta.
 The internet Encyclopedia of science
(WWW.daviddarling
.info/encyclopedia/ETEmain.html)
 WWW.ucmp.berkeley.edu/arkea/arkea.
html
