Sampai abad ke 20 klasifikasi makhluk hidup : tanaman danhewan

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 bertemperaturtinggi, dengan kelompok bakteri umum yang lainnya dankelompok 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 Archaea1. Crenarchaeota : dengan karakter memiliki

kemampuan mentolerir kondisi suhu dankeasaman yang ekstrim, habitat marine dansuhu rendah

2. Euryarchaeota : termasuk kelompok bakterimetanogen, pereduksi sulfat, halofilekstrim, termofil ekstrim denganmetabolisme sulfur

3. Korarchaeota : paling primitif, ciri fisiologisbelum banyak dikenali dan sulit dikultur

4. Nanoarchaeota

2 filum Utama

Dalam ke empat tipe tersebut, masing-masing dibedakan dalam4 subtipe :

1. Methanogen : archaea yang memproduksi gas methana sebagaiproduk dari metabolisme-nya.

2. Halofilik : archaea yang hidup dalam lingkungan dengan kadargaram yang tinggi

3. Thermofilik : archaea yang hidup pada suhu yang ekstrim panas4. Psychrophiles : yang hidup pada suhu yang cukup dingin

Sifat Eukariot Bakteri ArkaeaKonfigurasi sel eukaryotic prokaryotic prokaryoticMembran inti ada Tidak ada Tidak adaJumlah kromosom > 1 1 1Topologi kromosom linier sirkuler sirkulerLipid pada membran sel

Ester-linked 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 70SMeiosis 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 didaerah dekat “rift vent “ dengan suhudiatas 100oC

Yang lain hidup pada mata air panas , atau pada air dengan pH sangat asamatau pH yang sangat basa

Beberapa hidup pada saluran pencernaansapi, rayap (termites) dan di laut, dimanakelompok tersebut memproduksi methane.

Beberapa arkeans dapat hidup pada lingkunganyang 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 memilikisedikit peptidoglikan pada dinding selnya, membran sel mempunyai ikatan lipid ether (ether linked), yang tidak ditemukan digolongan organisme lain.

Struktur dan fungsi gen dari arkea, lebih miripdengan eukaryot dibandingkan denganbakteri.

Selain itu terdapat perbedaan dalam halmetabolisme

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 hiduppada suhu air mendidih dan air beku. Mikroorganismeyang sudah dapat dikulturkan bersifat hipertermofildengan suhu diatas 80, dan ada yang optimum padasuhu diatas suhu air mendidih

Sebagian besar arkea hipertermofil dapat diisolasi daritanah geotermal panas atau perairan yang mengandungunsur sulfur serta melangsungkan metabolisme sulfur. Pada lingkungan terestrial, mata air kaya sulfur, lumpurmendidih dan tanah bersuhu diatas 1000 C. Selain itu jugadapat hidup pada habitat artifisial yang panas, misalnyapada aliran yang keluar dari perusahaan industri.

krenarkeota ada yang dapat hidup pada keadaan dinginyang diperoleh melalui pengambilan contoh gen ribosomal RNA. Krenarkeota marin dijumpai pada lautanes, berupa plankton dengan jumlah sekitar 10 4/ ml padaair 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. Sulfolobustumbuh pada sumber air panas kaya sulfur dengan suhu diatas 900 C dan pH 1-5, bersifat aerob kemolitotrof, mengoksidasiH2S 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 maksimum1130 C, hidup pada dinding cerobongawan hitam palung hidrothermal, dengankemampuan autotrof, organisme inimenyumbangkan senyawa organik padalingkungan 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 thermophilicStrain 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 utamanyaHalobacterium, Haloferax dan Natronobacterium.

Organisme beragam yang menghuni lingkunganbergaram tinggi seperti kolam pembuatan garam, danau alami atau artifisial bergaram tinggi, habitat demikian disebut hipersalin.

Organisme halofil ekstrim tidak hanya bersifat halofiltetapi kebutuhan garam sangat tinggi dan padabeberapa kasus jumlahnya mencapai keadaanjenuh.

Kisaran NaCl 1,5 M (9%), 2-4 M (12-23%), 5,5 M (32%)

Perairan yang berwarna ungu kemerahanmencirikan adanya blooming dari arkea halofilyang mempunyai pigmen karotenoid

Dengan bantuan sekuensing gen 16S rRNAdiketahui ada 14 genus halofil ekstrem yang secara kelompok dinamakan halobakteria

Arkea penghasil metan : metanogen, genus utama Methanobacterium, Methanocaldococcus dan methanosarcina.

Metanogen memperlihatkan berbagaimorfologi dan aspek kimia dinding sel

Substrat yang digunakan metanogen dapatdikelompokan menjadi 3 tipe yaitu : substrat CO2, metil dan asetotrof

Genom hipertermofil metanogenMethanocaldococcus jannaschii, telah disekuen dangenom sirkularnya mencapai 1.66Mbp dengan 1700 gen, meliputi gen yang menyandikanmetanogenesis dan fungsi kunci sel, yang menarikadalah sebagian gen yang menyandikan fungsi selmirip bakteri, sedangkan yang menyandikan prosesmolekuler inti seperti transkripsi dan tranlasi miripdengan eukariot

Hal ini menyatakan bahwa kedudukan genom arkeaberada diantara bakteria dan eukarya.

Thermoplasmatales, genus utamaThermoplasma, Ferroplasma, picrophilus.

Asidofil, Picrophillus dapat tumbuh optimum pada pH 0,7. Membran sitoplasmanyadiduga mempunyai susunan lipid yang tidak umum yang membentuk membrantak permeabel asam tinggi pada pH optimum. Namun dengan pH agak asamseperti pH 4 membran akan cepatmenyusut dan mengalami disintegrasi. Hal ini berarti mikroorganisme hanya dapatbertahan pada habitat yang sangat asam.

Methanopyrus, methanogen hipertermofil berbentukbatang yang diisolasi dari sedimen palung submarine hydrotermal dan dinding cerobong awan hitam(black smoker). Suhu maksimum pertumbuhan 110 C dan metanogen sehingga posisinya pada pohonfilogeni arkea sangat unik. Mikroorganismemenghasilkan metan hanya dari H2+CO2, dantumbuh cepat sebagai autotrof dengan waktugenerasi 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 eterdalam bentuk tidak jenuh), membuat organisme inisebagai model dalam bentuk kehidupan paling awal.

Filum ini unik karena beranggotakan sel parasit yang kecildan mempunyai genom yang kecil diantara prokariotyang sudah dikenal

Nanoarchaeum, genus yang berbentuk kokoid yang sangat kecil dan hidup sebagai parasit atau mungkinsimbion dari krenarkeota Ignicoccus. Sel berdiameter0,4µm dan hanya 1% volume E.coli. Sel bereplikasi bilaterikat pada permukaan sel Ignicocus. Sel dapat berupatunggal, berpasangan atau berkelompok hingga lebihdari 10 sel per sel ignicocus.

Tidak dapat tumbuh sebagai kultur murni kecuali apabilaada inang. Bersifat termofil dan tumbuh optimum padasuhu 900C.

Isolat berasal dari palung hidrothermal submarine, sumberair panas belerang. Baru 1 spesies yang diketahui yaituN.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 featuresProcess of methanogenesis first

demonstrated over 200 years ago by Alessandro Volta

© 2012 Pearson Education, Inc.

The oldest known fossils are cyanobacteria from arkeanrocks 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 cyanobacteriahave 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