Archaeal habitats — from the extreme to the ordinary

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Abstract:

The domain Archaea represents a third line of evolutionary descent, separate from Bacteria and Eucarya. Initial studies seemed to limit archaea to various extreme environments. These included habitats at the extreme limits that allow life on earth, in terms of temperature, pH, salinity, and anaerobiosis, which were the homes to hyper thermo philes, extreme (thermo)acidophiles, extreme halophiles, and methanogens. Typical environments from which pure cultures of archaeal species have been isolated include hot springs, hydrothermal vents, solfataras, salt lakes, soda lakes, sewage digesters, and the rumen. Within the past two decades, the use of molecular techniques, including PCR-based amplification of 16S rRNA genes, has allowed a culture-independent assessment of microbial diversity. Remarkably, such techniques have indicated a wide distribution of mostly uncultured archaea in normal habitats, such as ocean waters, lake waters, and soil. This review discusses organisms from the domain Archaea in the context of the environments where they have been isolated or detected. For organizational purposes, the domain has been separated into the traditional groups of methanogens, extreme halophiles, thermoacidophiles, and hyperthermophiles, as well as the uncultured archaea detected by molecular means. Where possible, we have correlated known energy-yielding reactions and carbon sources of the archaeal types with available data on potential carbon sources and electron donors and acceptors present in the environments. From the broad distribution, metabolic diversity, and sheer numbers of archaea in environments from the extreme to the ordinary, the roles that the Archaea play in the ecosystems have been grossly underestimated and are worthy of much greater scrutiny.Key words: Archaea, methanogen, extreme halophile, hyperthermophile, thermoacidophile, uncultured archaea, habitats.

Le domaine des archéens représente une troisième lignée de descendance dans l'évolution, distincte des bactéries et des eucaryotes. Les premières études ont semblé limiter les archéens à divers environnements extrêmes. Ceux-ci comprennent les habitats situés aux limites extrêmes permettant la vie sur Terre, en termes de température, de pH, de salinité et d'anaérobiose qui abritent les hyperthermophiles, thermoacidophiles extrêmes, halophiles extrêmes et méthanogènes. Des environnements typiques desquels des cultures pures d'espèces de archéens ont été isolées incluent les sources chaudes, les cheminées hydrothermales, les solfatares, les lacs salés, les lacs sodiques, les digesteurs d'égouts et le rumen. Au cours des deux dernières décennies, l'utilisation des techniques moléculaires, incluant l'amplification par PCR des gènes de l'ARNr 16S, a permis une évaluation indépendante de la culture de la diversité microbienne. Remarquablement, de telles techniques ont signalé l'existence d'une vaste distribution d'archéens souvent non cultivés dans des habitats « normaux » comme les eaux océaniques, les eaux de lacs et le sol. Cette revue aborde les organismes du domaine des archéens dans le contexte des environnements dans lesquels ils ont été isolés ou détectés. Par souci d'organisation, le domaine a été séparé en ses groupes traditionnels des méthanogènes, halophiles extrêmes, thermoacidophiles et hyperthermophiles de même que les archéens non cultivés détectés par des méthodes moléculaires. Lorsque possible, nous avons corrélé les réactions connues libérant de l'énergie et les sources de carbone des types d'archéens avec les données disponibles sur les sources de carbone potentielles, les donneurs d'électrons et les accepteurs présents dans les environnements. Nous déduisons à partir de la vaste distribution, de la diversité métabolique et du nombre important d'archéens dans les environnements allant de l'extrême à l'ordinaire, que les rôles joués par les archéens dans les écosystèmes ont été grossièrement sous-estimés et méritent un examen beaucoup plus poussé.Mots clés : archéens, méthanogènes, halophiles extrêmes, hyperthermophiles, thermoacidophiles, archéens non cultivés, habitats.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2006

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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