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 danhidup di lingkungan bertemperatur tinggi, dengan kelompok bakteriumum yang lainnya dan kelompok eukaryot

Woese proposed that life be divided into three domains: Eukaryota, Eubacteria, and Archaebacteria.

Sekarang dikenal dengan arkea

arkea

arkea (The hot springs of Yellowstone National Park, USA)

arkea 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 tersebutmemproduksi methane.

arkea 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.

arkea arkeans kemungkinan satu-satunya organisme yang

bisa hidup pada tempat yang mempunyai habitat ekstrem seperti “thermal vent” atau “hypersalinewater”, dimana organisme lain tidak bisa hidup.

Penemuan baru, arkea, juga banyak terdapat padapermukaan air laut yang terdapat banyak plankton.

arkea Tidak seperti golongan bacteria, arkea memiliki sedikit

peptidoglikan pada dinding selnya, membran selmempunyai ikatan lipid ether (ether linked), yang tidakditemukan di golongan organisme lain.

Struktur dan fungsi gen dari arkea, lebih mirip denganeukaryot dibandingkan dengan bakteri.

Selain itu terdapat perbedaan dalam hal metabolisme arkea digolongkan dalam 2 filum utama yaitu : krenarkeota

(krenarkeota),dan Euryarchaeota (euriarkeota),sementara2 filum berikutnya yaitu : Koarchaeota (koarkeota) danNanoarchaeota (nanoarkeota) merupakan cabang dekatdengan pangkal pohon filogeni.

Klasifikasi arkea

arkea (Krenarkeota) krenarkeota : diantara anggotanya ada yang bisa hidup pada suhu air

mendidih dan air beku. Mikroorganisme yang sudah dapatdikulturkan bersifat hipertermofil dengan suhu diatas 80, dan ada yang optimum pada suhu diatas suhu air mendidih

Sebagian besar arkea hipertermofil dapat diisolasi dari tanah geotermalpanas atau perairan yang mengandung unsur sulfur sertamelangsungkan metabolisme sulfur. Pada lingkungan terestrial, mataair kaya sulfur, lumpur mendidih dan tanah bersuhu diatas 1000 C. Selain itu juga dapat hidup pada habitat artifisial yang panas, misalnyapada aliran yang keluar dari perusahaan industri.

krenarkeota ada yang dapat hidup pada keadaan dingin yang diperolehmelalui pengambilan contoh gen ribosomal RNA. Krenarkeota marindijumpai pada lautan es, berupa plankton dengan jumlah sekitar 10 4/ ml pada air miskin nutrien dan suhu 2 – 4 0C atau kurang

arkea (krenarkeota) Hipertermofil habitat vulkanik terestrial : Sulfolobus,

Acidianus, Thermoproteus, Pyrobaculum. Habitat vulkanik dengan suhu diatas 100 0C cocok

untuk arkea termofil. Sulfolobus tumbuh pada sumberair panas kaya sulfur dengan suhu diatas 900 C dan pH 1-5, bersifat aerob kemolitotrof, mengoksidasi H2S atau S menjadi H2SO4 dengan CO2 sebagai sumberkarbon

Sulfolobus

arkea (krenarkeota) Hipertermofil dari habitat vulkanik submarin, genus

utamanya : Pyrodictium, Pyrolobus, Ignicocus danStaphylothermus.

Pyrolobus fumari merupakan prokariot yang paling terrmofil dengan suhu maksimum 1130 C, hidup padadinding cerobong awan hitam palung hidrothermal, dengan kemampuan autotrof, organisme inimenyumbangkan senyawa organik pada lingkungananorganik tersebut.

arkea (krenarkeota)

Arkea (Euriarkeota) 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 halofiltetapi kebutuhan garam sangat tinggi dan padabeberapa kasus jumlahnya mencapai keadaan jenuh.

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

Arkea (Euriarkeota) Perairan yang berwarna ungu kemerahan mencirikan

adanya blooming dari arkea halofil yang mempunyaipigmen karotenoid

Dengan bantuan sekuensing gen 16S rRNA diketahuiada 14 genus halofil ekstrem yang secara kelompokdinamakan halobakteria

Arkea penghasil metan : metanogen, genus utamaMethanobacterium, Methanocaldococcus danmethanosarcina.

Metanogen memperlihatkan berbagai morfologi danaspek kimia dinding sel

Arkea (Euriarkeota) Substrat yang digunakan metanogen dapat dikelompokan

menjadi 3 tipe yaitu : substrat CO2, metil dan asetotrof Genom hipertermofil metanogen Methanocaldococcus

jannaschii, telah disekuen dan genom sirkularnyamencapai 1.66Mbp dengan 1700 gen, meliputi gen yang menyandikan metanogenesis dan fungsi kunci sel, yang menarik adalah sebagian gen yang menyandikan fungsi selmirip bakteri, sedangkan yang menyandikan prosesmolekuler inti seperti transkripsi dan tranlasi miripdengan eukariot

Hal ini menyatakan bahwa kedudukan genom arkea beradadiantara bakteria dan eukarya.

Arkea (Euriarkeota) Thermoplasmatales, genus utama Thermoplasma,

Ferroplasma, picrophilus. Asidofil, Picrophillus dapat tumbuh optimum pada pH

0,7. Membran sitoplasmanya diduga mempunyaisusunan lipid yang tidak umum yang membentukmembran tak permeabel asam tinggi pada pH optimum. Namun dengan pH agak asam seperti pH 4 membran akan cepat menyusut dan mengalamidisintegrasi. Hal ini berarti mikroorganisme hanyadapat bertahan pada habitat yang sangat asam.

Arkea (Euriarkeota) Methanopyrus, methanogen hipertermofil berbentuk

batang yang diisolasi dari sedimen palung submarine hydrotermal dan dinding cerobong awan hitam (black smoker). Suhu maksimum pertumbuhan 110 C danmetanogen sehingga posisinya pada pohon filogeni arkeasangat unik. Mikroorganisme menghasilkan metan hanyadari H2+CO2, dan tumbuh cepat sebagai autotrof denganwaktu generasi 1 jam pada suhu optimum 1000 C.

Methanopyrus dengan ciri-ciri seperti posisi filogeni, sifathipertermofil, metabolisme anaerob dan lipid primitif(lipid membran yang tergabung dengan eter dalam bentuktidak jenuh), membuat organisme ini sebagai model dalambentuk kehidupan paling awal.

Methanopyrus, Methanocaldococcus

Arkea (Nanoarkeota) Filum ini unik karena beranggotakan sel parasit yang kecil dan

mempunyai genom yang kecil diantara prokariot yang sudahdikenal

Nanoarchaeum, genus yang berbentuk kokoid yang sangat kecildan hidup sebagai parasit atau mungkin simbion darikrenarkeota Ignicoccus. Sel berdiameter 0,4µm dan hanya 1% volume E.coli. Sel bereplikasi bila terikat pada permukaan selIgnicocus. Sel dapat berupa tunggal, berpasangan atauberkelompok hingga lebih dari 10 sel per sel ignicocus.

Tidak dapat tumbuh sebagai kultur murni kecuali apabila adainang. 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

Arkea (Nanoarkeota) 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 pentingseperti replikasi DNA, transkripsi dan translasi.

Extremophiles

Acidophiles

Acidic mud pot in Yellowstone Park –home to the acidophile Sulfolobusacidocaldarius. Credit: US National Park Service

Acidophiles Mikrobe, termasuk bakteri dan arkea, yang bisa berkembang dengan cepat

pada lingkungan yang asam, seperti “sulfuric pools”, dengan pH sekitar 1 sampai 5.

Merupakan tipe extremophile, karena kondisi yang sangat asam akanmenyebabkan kerusakan pada molekul esensial sel termasuk DNA.

Organisme ini mempunyai kemampuan untuk memompa ion hidrogen keluarsel secara konstan.

Beberapa alga , seperti uniseluler red alga : Cyanidium caldarium dan green alga Dunaliella acidophila, merupakan pengecualian yang bisa hidup pada pH dibawah 1.

Sedangkan gol fungi yaitu : Acontium cylatium, Cephalosporium sp., and Trichosporon cerebriae, dapat tumbuh pada pH mendekati 0.

Spesies lain seperti : Ferroplasma acidarmanus, ditemukan tumbuh pada pH 0 in acid mine drainage in Iron Mountain in California.

polyextremophiles (tolerant to multiple environmental extremes) berkembangbiak pada sulfuric acid, dengan kadar yang tinggi dari copper, arsenic, cadmium, zinc, hanya dengan membran cell dan buka dinding sel.

psychrophile

Desulfofrigus oceanense

psychrophile Dikenal juga dengan nama a cryophile, organisme

yang bereproduksi dan tumbuh baik pada suhu -10 to 20°C (14 to 68°F).

Termasuk extremophile, beberapa ditemukan di lautArctic dan Antarctic . Lainnya ditemukan di lapisan espada kedalaman 3 km di Greenland.

Psychrophiles memiliki enzim yang dapat beradaptasipada suhu rendah, dan terdenaturasi pada suhu yang lebih tinggi. Organisme ini juga mempunyaipolyunsaturated fatty acids pada komposisi lipidnya.

Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans

Merupakan bakteri dan ekstremophile yang paling banyakdikenal, ditemukan pada kaleng makanan yang telahdisterilisasi dengan menggunakan sistem radiasi.

Deinococcus radiodurans, (nicknamed Conan the Bacterium), dapat bertahan dengan radiasi : 1.5 million rads – a thousand times lebih banyak dibanding bentukorganisme lain di bumi 3,000 kali lebih banyakdibandingkan dengan manusia bisa bertahan.

Kemampuan yang luar biasa ini bisa dimanfaatkan untukarea limbah nuklir.

Deinococcus radiodurans Kemampuan untuk bertahan pada kondisi extrem yang

lain seperti dehidrasi dan suhu rendah, ditemukan juga dinorth pole.

Kemampuan bertahan hidup ? Radiasi tinggi ? Planet Mars ?? DNA merupakan bagian pertama sel yang dirusak oleh

radiasi. Mekanisme perbaikan DNA (DNA repair) Sel termasuk sel manusia, dapat memperbaiki sendiri DNA

yang rusak sekitar 3 sd 5, tetapi D. radiodurans dapatmemperbaiki sebanyak 200.

Mempunyai enzym perbaikan DNA yang unik.

Deinococcus radiodurans DNA in a ring , penemuan th 2002 Avy Minsky dan kolega di

Weizmann Institute of Science's Organic Chemistry Department. Using various optical and electron microscopy methods,

DNA mikroba tersusun dalam suatu cincin yang unik , yang akanmencegah kerusakan DNA oleh radiasi.

Manganese and repair proteins , 2007 Michael Daily dariUniformed Services University of the Health Sciences in Bethesda, Maryland, and colleagues. Mangan mencegah kerusakan oksidatif pada repair protein.

Desulfotomaculum

Desulfotomaculumnigrificans (Postgate, 1984)

Desulfotomaculum Merupakan genus dari anaerob, rod shape bakteri, mereduksi sulfat,

sulfit dan campuran sulfur lainnya. Pewarnaan gram negatif, tetapi mempunyai dinding sel gram positif. Nama "Desulfotomaculum" mempunyai arti sulfur-reducing action

(de- + sulfo-) and the shape (the Latin tomaculum means "sausage"). Terdapat 3 species yaitu : nigrificans, ruminis, and orientis, yang telah

dikenal sejak th 1965. Terdapat 20 spesies yang berbeda yang menempati lingkungan : tanah,

air, area geothermal, intestines insect, dan pada saluran hewanruminansia .

Pada tahun 2006, strain baru dari Desulfotomaculum ditemukan padakedalaman 3 to 4 kilometers in the Mponeng gold mine, Johannesburg, South Africa.

The discovery of light-independent life forms is of great interest to astrobiologists since it increases the likelihood of finding similar creatures on other worlds, such as Mars.

endoliths

Endolithic cyanobacteria

endoliths Organisme yang tumbuh di batu atau pori-pori butiran mineral Sudah diketahui ribuan spesies termasuk bakteri dan arkea juga fungi Endoliths tumbuh di kerak bumi dengan kedalaman hampir 3 km Sebagian besar merupakan autotrof yang memproduksi sendiri

senyawa organik dari senyawa kimia inorganik pada batuan Hypertermophile, diketahui dapat bertahan hidup pada black smokers

dengan temperatur lebih dari 110°C. Pada tahun 1998, ditemukan "rock-eating" microbes pada kedalaman

sekitar 1.5 km (~1 mile) dibawah dasar laut. Tim dari Oregon State University menemukan sampel DNA pada

batuan dasar di tempat tersebut, teori yang mungkin adalah bahwaorganisme tersebut mencari micronutrient di batuan dalam bentukiron, potasium atau sulfur.

Hydrothermal vents The first extremophile to

have its genome sequenced was Methanococcusjannaschii, a microbe that lives near hydrothermal vents 2,600 meters below sea level, where temperatures approach the boiling point of water and the pressure is sufficient to crush an ordinary submarine

Bledug kuwu

Grobogan, Purwodadi Luas 40 Ha

halophiles

Salt flats at Lake Magadi, Kenya. The flats are red due to the proliferation of halobacteria

halophiles Mikroba termasuk didalamnya bakteri dan arkea, yang hidup dan berkembang

biak di lingkungan yang sangat asin, merupakan extremophile. Extreme halophiles, hampir semuanya adalah arkaea, sebagian dari kelompok

green alga Dunaliella salina, tinggal di lingkungan yang salinitasnya hampir 10 kali dibandingkan dengan air laut umumnya. (approximately 30 percent salt content), termasuk yang ditemukan di Great Salt Lake, Utah, Owens Lake , California, the Dead Sea, and saltines.

Sebagian besar adalah anaerob, mempunyai dinding sel yang unik, yang bekerjasama dengan pigmen dalam membentuk bakteriorhodopsin untukfotosintesis dan carotenoid untuk perlindungan sinar uv.

Untuk mencegah keluarnya air dari dalam sel, halophile mempunyaimekanisme dengan cara mengakumulasikan senyawa seperti potasium danglysine-betain, hal ini menyebabkan keseimbangan kadar garam didalam danluar sel.

hyperthermophiles

Red coloration on rocks near Naples, Italy, produced by the hyperthermophileSulfolobus solfataricus.

hyperthermophiles Mikroba yang bereproduksi dan tumbuh di lingkungan dengan temperatur yang sangat tinggi, antara

60 to 113°C. Yang pertama kali bisa diidentifikasi adalah kelompok Sulfolobus acidocaldarius, termasuk diantara

kelompok hyperthermophile dan acidophile. Ditemukan akhir tahun 1960s di mata air panassekaligus asam Yellowstone National Park, Wyoming.

Sejak saat itu tak kurang dari 50 hyperthermophiles telah bisa diisolasi. Sebagian besar adalah arkea, beberapa cyanobacteria dan anaerobic photosyntetic bacteria, , tumbuh

baik pada suhu 70 to 75°C . hyperthermophiles yang paling banyak dikenal yaitu anaerobic arkea, termasuk anggota genus

Pyrolobus, Pyrodictium, and Pyrococcus. Contohnya adalah Pyrolobus fumarii, krenarkeota, a nitrate-reducing chemolithotroph (an organism

that derives energy from minerals), grows on the walls of marine hydrothermal vent ("smokers"). It multiplies best at about 105°C (221°F), can reproduce at up to 113°C (235°F) and stops growing in "cooler" environments below 90°C (194°F).

Another hyperthermophile that lives in deep-sea vents, Methanopyrus, is of special interest because of its ancient genetic make-up. Analysis of its genes suggests that it may have been among the earliest organisms on Earth. Further study of it may help shed light on how the first cells survived .

The upper temperature limit of terrestrial life has yet to be determined. But, although the search is on for "super-hyperthermophiles", it would be surprising to find microbes thriving at 150°C (302°F) or more. At this temperature, current understanding suggests that no biological strategy could prevent the breakdown of chemical bonds that hold DNA and other vital molecules together. methanogen

hyperthermophiles Stabilitas protein dan DNA pada suhu tinggi penting untuk

organisme hipertermofil. Sebagian besar protein akan terdenaturasi pada suhu tinggi

sehingga perlu diidentifikasi protein yang termostabil. Protein tang demikian tergantung pada pelipatannya, sedangkan DNA memerlukan sesuatu yang membuatnya tetap kompak padasuhu tinggi.

Saperonin (chaperonin) merupakan protein renjatan panas (heat shock) yang berfungsi untuk melipat kembali sebagian protein yang mengalami denaturasi

Pada pyrodyctium saperonin utama yang merupakan kompleksprotein yang disebut termosom, berfungsi agar protein beradapada lipatan yang benar dan tetap berfungsi pada suhu tinggiserta membantu agar sel tetap bertahan pada suhu diatas suhumaksimum pertumbuhan.

Methanogen Methanogens. Credit:

Maryland Astrobiology Consortium, NASA, and STScI

Methanogen Microorganisme yang memproduksi metan sebagai by produk dari

hasil metabolismenya. Hampir semua methanogen yang dikenalmerupakan kelompok dari arkea, obligat anaerob, artinya organismetersebut tidak dapat hidup apabila ada oksigen.

Biasanya ditemukan di dataran yang lembab, pada alat pencernaanhewan seperti ruminansia.

More than 50 species of methanogens have been identified, including a number that are extremophiles. Live methanogens were recovered from a core sample taken from 3 kilometers under Greenland by researchers from the University of California, Berkeley. Another study discovered methanogens in soil and vapor samples from the vicinity of the Mars Desert Research Station in Utah. These findings add weigh to speculation by some scientists that methanogens may be responsible for the methane that has been in detected in the atmosphere of Mars.

cyanobacteria 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 rocksare 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 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 cyanobacteriawere 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.

cyanobacteria

Ancient Fossil Bacteria :cyanobacteria

Referensi 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