Nguồn gốc và tiến hóa của vi khuẩn cổ
Dù các hóa thạch tế bào sinh vật nhân sơ có thể có niên đại gần 3,5 tỷ năm về trước, thì hầu hết sinh vật nhân sơ đều không có đặc điểm hình thái đặc trưng và hình dạng hóa thạch không thể được sử dụng để xác định chúng là Archaea. Thay vào đó, hóa thạch ...
Dù các hóa thạch tế bào sinh vật nhân sơ có thể có niên đại gần 3,5 tỷ năm về trước, thì hầu hết sinh vật nhân sơ đều không có đặc điểm hình thái đặc trưng và hình dạng hóa thạch không thể được sử dụng để xác định chúng là Archaea. Thay vào đó, hóa thạch hóa học của các lipid đặc trưng lại có ý nghĩa bởi những hợp chất này không xuất hiện ở các sinh vật khác.Một số tư liệu xuất bản nêu ra rằng lipid của vi khuẩn cổ hay sinh vật nhân chuẩn còn hiện diện ở các đá phiến sét có niên đại vào 2,7 tỷ năm về trước; nhưng những dữ liệu này vẫn còn là nghi vấn. Một số lipid được phát hiện ở trong các mẫu vật từ thời Tiền Cambri. Những dấu hiệu cổ nhất ở vùng Isua, Tây Greenland, nơi lưu giữ các trầm tích cổ xưa nhất trên Trái Đất, được hình thành vào 3,8 tỷ năm trước. Thế hệ Archaea này có thể là thế hệ sơ khai nhất xuất hiện trên Trái Đất.
Cây phát sinh chủng loại cho thấy mối quan hệ giữa Archaea và các dạng khác của sự sống. Sinh vật nhân chuẩn được tô màu đỏ, vi khuẩn cổ màu xanh lục và vi khuẩn màu xanh lam. Dựa theo Ciccarelli et al.
Woese phát biểu rằng vi khuẩn, vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn là những dòng giống riêng biệt được rẽ nhánh khởi đầu từ một tập hợp các cá thể tổ tiên sơ khai. Tuy nhiên vài nhà sinh học lại cho rằng vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn được rẽ ra từ một nhóm vi khuẩn. Có thể tổ tiên chung cuối cùng của vi khuẩn và vi khuẩn cổ là một sinh vật ưa nhiệt, điều này gia tăng khả năng rằng nhiệt độ thấp hơn là những “môi trường cực đoan” đối với vi khuẩn cổ, và các cá thể sống trong môi trường lạnh hơn chỉ xuất hiện sau đó. Khi người ta thấy rằng mối liên hệ giữa vi khuẩn cổ với vi khuẩn còn kém gần gũi hơn cả giữa chúng với sinh vật nhân chuẩn, thuật ngữ prokaryote (sinh vật nhân sơ) chỉ còn mang nghĩa duy nhất là “không phải nhân chuẩn”, giới hạn lại ý nghĩa của từ này.
Mối quan hệ giữa vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn vẫn còn là vấn đề cần tranh luận. Bên cạnh những tương đồng về cấu trúc tế bào và chức năng mà được đưa ra dưới đây, nhiều cây di truyền đã tách biệt hai nhóm.
Những tuyên bố rằng mối quan hệ giữa sinh vật nhân chuẩn và ngành vi khuẩn cổ Euryarchaeota gần hơn mối quan hệ giữa hai ngành Euryarchaeota và Crenarchaeota; và sự hiện diện của các gen giống vi khuẩn cổ ở trong các loài chắc chắn là vi khuẩn, như Thermotoga maritima, tạo nên do sự chuyển gen ngang; tất cả tạo nên sự phức tạp của vấn đề. Một giả thuyết chủ đạo đó là tổ tiên của sinh vật nhân chuẩn tách ra ban đầu từ vi khuẩn cổ, và các sinh vật nhân chuẩn đi ra từ sự kết hợp của một vi khuẩn cổ và một vi khuẩn thật, trở thành nhân và tế bào chất; điều này giải thích cho nhiều tương đồng về di truyền khác nhau nhưng lại gặp khó khăn khi giải thích về cấu trúc tế bào.
So sánh kích thước của tế bào sinh vật nhân sơ với các tế bào khác và các phân tử sinh học (thang logarith).
Các cá thể vi khuẩn cổ có kích cỡ đường kính từ 0,1 micromet (μm) tới hơn 15 μm, tồn tại ở nhiều hình dạng khác nhau, phổ biến là hình cầu, hình que, hình xoắn và hình đĩa. Các hình thái khác trong ngành Crenarchaeota bao gồm các tế bào có thùy với hình dạng bất thường như Sulfolobus, các tơ hình kim có đường kính nhỏ hơn nửa micromet như ở Thermofilum, và tế bào hình que chữ nhật gần như hoàn hảo ở Thermoproteus và Pyrobaculum. Haloquadra walsbyi là các vi khuẩn cổ có hình vuông, phẳng sống ở các thủy vực có độ mặn rất cao. Những hình dạng không bình thường này có thể là được duy trì cố định bởi thành tế bào và bộ khung tế bào. Những protein có liên quan tới các thành phần của bộ khung tế bào của những sinh vật khác cũng xuất hiện ở vi khuẩn cổ, và có các cấu trúc dạng sợi nằm bên trong tế bào của chúng; tuy nhiên trái ngược với các sinh vật khác, cấu trúc tế bào của vi khuẩn cổ mới chỉ được hiểu rất ít ỏi. Ở Thermoplasma và Ferroplasma, việc thiếu đi thành tế bào có nghĩa là chúng không có hình dạng tế bào cố định, và có thể biến đổi giống như trùng amip.
Một vài loài có thể tập hợp hoặc tạo các thể sợi của các tế bào với độ dài lên tới 200 μm. Những tế bào này có thể trở nên nổi bật trong các biofilm. Đặc biệt, tập hợp các tế bào Thermococcus coalescens có thể hợp lại với nhau khi nuôi cấy, tạo thành những tế bào khổng lồ riêng lẻ.Các cá thể thuộc chi Pyrodictium lại tạo một tập đoàn đa bào phức tạp, gồm hệ thống các ống dài, mỏng và rỗng gọi là cannulae nằm ngoài bề mặt tế bào và gắn kết chúng tạo nên một khối đông đúc rậm rạp. Chức năng của các cannulae vẫn chưa được rõ ràng, nhưng có thể chúng giúp sự truyền thông tin hoặc trao đổi dinh dưỡng giữa các tế bào gần nhau.Có sự tồn tại của những tập đoàn đa loài, như cộng đồng “chuỗi ngọc trai” được phát hiện năm 2001 trong một đầm lầy ở Đức. Những tập đoàn hình tròn và màu trắng của một loài thuộc ngành Euryarchaeota chưa biết đến được đặt cách điều nhau dọc theo những sợi mỏng mà có thể kéo dài lên 15 centimet (5,9 in); những sợi tơ này được tạo bởi một loài vi khuẩn đặc biệt.
