Karakteristik dan Klasifikasi Arkea (Archaea/Archaebacteria)

Arkea (en: Archaea atau Archaebacteria) adalah bakteri kuno yang mungkin merupakan penghuni tertua bumi ini. Mereka kebanyakan anaerobik dan hidup di tempat-tempat yang ekstrem.

Karakteristik Archea

1. Membran Sel
Membran Arkea dibuat oleh molekul-molekul yang sangat berbeda dengan organisme hidup yang lain, ini menunjukan Archaea memiliki hubungan kekerabatan yang jauh dengan Bacteria dan Eukarya. Pada semua organisme, membran sel dibuat dari molekul yang disebut sebagai fosfolipid. Molekul-molekul ini memiliki bagian polar yang larut dalam air, yaitu bagian kepala (fosfat), dan bagian yang tidak larut air, yaitu bagian ekor (lipid). Kedua bagian ini dihubungkan oleh gugus gliserol. Struktur utama dalam membran sel adalah dua lapis fosfolipid ini, yang disebut lipid bilayer. Fosfolipid pada Archea berbeda pada: ^[1]

• Bakteri dan Eukariota mempunyai membran yang tersusun sebagian besar oleh lipid gliserol-ester, sedangkan Arkea mempunyai membran yang disusun oleh lipid gliserol-eter. Perbedaan ini adalah jenis ikatan yang menghubungkan bagian lipid dengan gugus gliserol. Ikatan eter secara kimia lebih kuat dan stabil dari ikatan ester. Stabilitas ini mungkin alasan mengapa Archaebacteria dapat bertahan pada lingkungan ekstrem, seperti suhu ekstrem atau lingkungan asam maupun basa. Perhatikan warna kuning pada gambar.
• Gugus gliserol pada Arkea juga terbalik dibandingkan dengan organisme lain. Perhatikan pada warna merah, walaupun perbedaan hanya terlihat seperti pencerminan satu dengan yang lainnya, dalam kimia disebut kiralitas (Chirality), hal ini membuat fosfolipid yang digunakan pada bentuk tangan-kanan tidak dapat digunakan atau dibuat oleh enzim yang beradaptasi dengan tangan-kiri. Hal ini menunjukkan bahwa Archaea menggunakan enzim yang sama sekali berbeda dari Bacteria dan Eukariota untuk mensintesis fosfolipid. Ini mengindikasikan percabangan pada awal kehidupan, sehingga menjadikan Arkea dan Bakteri adalah dua domain yang berbeda. Semua organisme hidup (kecuali Arkea) hanya mengandung asam amino "tangan-kiri" dan gula "tangan-kanan." ^[2]
• Bagian ekor juga menunjukkan perbedaan rantai kimia.
• Pada beberapa Arkea, lipid bilayer digantikan oleh lipid monolayer.

2. Dinding Sel
Sebagian besar Arkea memiliki dinding sel yang berfungsi untuk perlindungan kimia dan fisika, dan dapat mencegah molekul makro untuk menyentuh membran sel. Tetapi tidak seperti Bacteria, Archaebacteria tidak memiliki peptidoglikan (en: peptidoglycan) pada dinding selnya. Ordo Methanobacteriales memiliki pseudopeptidoglikan yang memiliki kesamaan morfologi, fungsi, dan struktur fisik dengan peptidoglikan Bakteri, hanya saja berbeda dalam struktur kimianya.

3. Metabolisme
Arkea memiliki banyak variasi reaksi kimia dalam metabolisme dan menggunakan berbagai sumber untuk mendapatkan energi. Reaksi ini kemudian dikelompokkan bergantung dari sumber energi dan sumber karbon. Beberapa Arkea mendapatkan energi dari senyawa anorganik seperti sulfur atau amonia, kelompok ini disebut sebagai litotrof. Kelompok lain menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energi, kelompok ini disebut sebagai fototrof. Tetapi, fotosintesis yang menghasilkan oksigen tidak terjadi dalam organisme-organisme ini. Kemudian kelompok terakhir menggunakan senyawa organik (senyawa yang mengandung ikatan karbon dan ikatan hidrogen), kelompok ini disebut dengan organotrof.

Jenis Nutrisi dalam Metabolisme Arkea

*Fiksasi karbon atau asimilasi karbon adalah proses konversi dari karbon anorganik (karbondioksida) menjadi senyawa organik yang dilakukan oleh makhluk hidup.

Klasifikasi Archaea

Klasifikasi Arkea atau Prokariota secara umum masih menjadi perdebatan. Sistem klasifikasi saat ini bertujuan untuk mengatur Archaebacteria menjadi kelompok-kelompok yang memiliki fitur struktural dan leluhur yang sama. Sistem ini sangat bergantung pada urutan rRNA (filogenetik molekuler). Dua filum yang sudah banyak dikenal adalah Euryarchaeota dan Crenarchaeota. Mempelajari klasifikasi dengan filogenetik molekuler ini mungkin terlalu rumit dan kurang intuitif untuk pemula, sehingga ada baiknya kita mencoba menggolongkan Arkea berdasarkan fisiologisnya. Kelompok Arkea yang hidup di lingkungan ekstrem disebut dengan Arkea ekstremofil, terdapat empat kelompok utama Arkea ekstremofil ini, yaitu halofil, termofil, alkalifil, dan asidofil. Keempat ini tidak saling menggugurkan (mutually exclusive) karena bisa saja satu organisme memiliki "kemampuan" yang berbeda.

1. Halofil (Halophiles)
Organisme halofil adalah kelompok organisme yang hidup dan berkembang pada lingkungan dengan kadar garam tinggi. kelas Halobacteria termasuk dalam filum Euryarchaeota, yang ditemukan pada air jenuh atau mendekati jenuh dengan garam. Agar tidak rancu dengan Bakteri, Halobacteria ini disebut juga dengan Haloarchaea. Tingkat kepadatan tinggi Haloarchaea di air sering menyebabkan air berwarna merah mudah atau merah, karena selnya mengandung pigmen bacteriorhodopsin yang digunakan untuk menyerap cahaya. ^[3]

2. Termofil (Thermophiles)
Organisme termofil adalah organisme yang hidup dan berkembang pada suhu yang relatif tinggi, antara 41°C dan 122°C. Termofil ditemukan di berbagai wilayah geotermal, seperti sumber air panas pada Taman Nasional Yellowstone dan lubang geotermal laut dalam. ^[4] Lebih jauh lagi hipertermofil adalah organisme yang dapat hidup dan berkembang pada lingkungan yang sangat panas, di atas 60°C. Hipertermofil adalah bagian dari termofil yang juga selain dapat bertahan pada suhu sangat panas tetapi juga bisa bertahan dengan lingkungan ekstrim lain, seperti tingkat keasaman dan tingkat radiasi yang tinggi. ^[5] Arkea termofil dan hipertermofil, khususnya kelas Thermoprotei, filum Crenarchaeota, diketahui menempati lingkungan sumber air panas, lubang laut, dan geyser yang diketahui tidak dapat dihuni bentuk kehidupan yang lain. ^[6]

3. Alkalifil (Alkaliphiles)
Organisme alkalifil adalah organisme yang mampu bertahan hidup pada lingkungan basa (pH sekitar 8,5-11), tumbuh optimal pada pH 10. Organisme ini kemudian dapat dikategorikan lebih lanjut sebagai alkalifil obligat (yang membutuhkan pH tinggi untuk bertahan hidup), alkalifil fakultatif (dapat bertahan pada pH tinggi, tetapi juga dapat tumbuh pada kondisi normal), dan haloalkalifil (yang juga membutuhkan kadar garam tinggi untuk bertahan hidup). ^[7] Genus Natronomonas yang merupakan kelas Halobacteria, filum Euryarchaeota, adalah salah satu contoh organisme haloalkalifil yang tidak hanya membutuhkan konsentrasi NaCl yang tinggi, tetapi juga pH tinggi, dan konsentrasi Mg²⁺ yang rendah untuk tumbuh.

4. Asidofil (Acidophiles)
Organisme asidofil adalah organisme yang hidup dan berkembang pada kondisi dengan tingkat keasaman tinggi (biasanya pada pH 2,0 atau dibawahnya). Genus Picrophilus yang merupakan kelas Thermoplasmata, filum Euryarchaeota, diketahui sebagai organisme yang paling asidofil, yang dapat tumbuh pada pH -0,06. ^[8] Kombinasi antara termofil dan asidofil (termoasidofil) merupakan organisme yang selain dapat bertahan pada suhu tinggi, juga dapat bertahan pada tingkat keasaman tinggi. Ordo Sulfolobales misalnya, yang merupakan kelas Thermoprotei, filum Crenarchaeota, merupakan organisme yang dapat hidup pada pH 2-3 dan suhu 75°C-80°C. ^[9]