Las arqueas (Archaea; pronunciación española: , como "arquea"; latina clásica: , como "archæa"; del griego antiguo , romanizado: , lit. 'antiguos') son un gran grupo de microorganismos procariotas unicelulares que, al igual que las bacterias, no presentan núcleo (pero sí nucleolo) ni orgánulos membranosos internos, pero son fundamentalmente diferentes a estas, de tal manera que conforman su propio dominio.
En el pasado se agruparon en el antiguo reino Monera, y cuando fueron identificadas como grupo en 1977, recibieron el nombre de arqueobacterias (reino Archaebacteria), pero esta clasificación ya no se utiliza. En realidad, las arqueas tienen una historia evolutiva independiente y muestran muchas diferencias bioquímicas y genéticas con las otras formas de vida, por lo que se clasificaron en un dominio separado dentro del sistema de tres dominios: Archaea, Bacteria y Eukarya.
Las arqueas son un dominio que se divide en cuatro reinos. Los grupos Thermoproteota (Crenarchaeota) y Methanobacteriota (Euryarchaeota) son los más estudiados. La clasificación de las arqueas todavía es difícil, porque la gran mayoría nunca se han estudiado en el laboratorio dado que su cultivo es, generalmente, muy complejo. Muchas de ellas solo se han detectado mediante análisis de sus ácidos nucleicos en muestras tomadas de diversos ambientes.
Las arqueas y bacterias son bastante similares en tamaño y forma, aunque algunas arqueas tienen formas muy inusuales, como las células aplanadas y cuadradas de Haloquadratum walsbyi.No confundir con Haloarcula quadrata, que tiene forma similar y fue encontrada en las mismas lagunas salinas. A pesar de esta semejanza visual con las bacterias, las arqueas poseen genes y varias rutas metabólicas que son más cercanas a las de los eucariotas, en especial en las enzimas implicadas en la transcripción y la traducción. Otros aspectos de la bioquímica de las arqueas son únicos, como los éteres lipídicos de sus membranas celulares. Las arqueas explotan una variedad de recursos mucho mayores que los eucariotas, desde compuestos orgánicos comunes como los azúcares, hasta el uso de amoníaco, iones de metales o incluso hidrógeno como nutrientes. Las arqueas tolerantes a la sal (las haloarqueas) utilizan la luz solar como fuente de energía, y otras especies de arqueas fijan carbono; sin embargo, a diferencia de las plantas y las cianobacterias, no se conoce ninguna especie de arquea que sea capaz de ambas cosas. Las arqueas se reproducen asexualmente y se dividen por fisión binaria, fragmentación o gemación; a diferencia de las bacterias y los eucariotas, no se conoce ninguna especie de arquea que forme esporas.
Inicialmente, las arqueas eran consideradas todas metanógenas o extremófilas que vivían en ambientes hostiles tales como aguas termales y lagos salados, pero actualmente se sabe que están presentes en los más diversos hábitats, tales como el suelo, océanos, pantanos y en el colon humano. Las arqueas son especialmente numerosas en los océanos, y aquellas que forman parte del plancton podrían ser uno de los grupos de organismos más abundantes del planeta. Actualmente se consideran una parte importante de la vida en la Tierra y podrían desempeñar un papel importante tanto en el ciclo del carbono como en el ciclo del nitrógeno. No se conocen ejemplos claros de arqueas patógenas o parásitas, pero suelen ser mutualistas o comensales. Son ejemplos las arqueas metanógenas que viven en el intestino de los humanos y los rumiantes, donde están presentes en grandes cantidades y contribuyen a digerir el alimento. Las arqueas tienen su importancia en la tecnología, hay metanógenos que son utilizados para producir biogás y como parte del proceso de depuración de aguas, y las enzimas de arqueas extremófilas son capaces de resistir temperaturas elevadas y disolventes orgánicos, siendo por ello utilizadas en biotecnología.
miniaturadeimagen|Haloarqueas, cada célula mide aproximadamente 5 μm de longitud.
Historia El grupo de arqueas que se ha estudiado desde más antiguo es el de las metanógenas. La metanogénesis fue descubierta en el lago Mayor de Italia en 1776, al observar en él el burbujeo de «aire combustible». En 1882 se observó que la producción de metano en el intestino de animales se debía a la presencia de microorganismos (Popoff, Tappeiner, y Hoppe-Seyler).Ferry, J. G. (ed.) (1993) Methanogenesis: Ecology, Physiology, Biochemistry & Genetics. Chapman & Hall Microbiology Series. ISBN 978-0-412-03531-9
En 1936, año que marcó el principio de la era moderna en el estudio de la metanogénesis, H.A Barker brindó las bases científicas para el estudio de su fisiología y logró desarrollar un medio de cultivo apropiado para el crecimiento de los metanógenos. En ese mismo año se identificaron los géneros Methanococcus y Methanosarcina.Kluyver and van Niel 1936
Las primeras arqueas extremófilas se encontraron en ambientes calientes. En 1970, Thomas D. Brock de la Universidad de Wisconsin descubrió a Thermoplasma, un arquea termoacidófila y en 1972 a Sulfolobus, una hipertermófila.Brock, T. D.; Brock, K. M.; Belly, R. T. y Weiss, R. L. (1972). «Sulfolobus: a new genus of sulfur-oxidizing bacteria living at low pH and high temperature». Arch. Mikrobiol., 84(1): 54–68. . PMID 4559703. Brock se inició en 1969 en el campo de la biología de los hipertermófilos con el descubrimiento de la bacteria Thermus.
En 1977 se identifica a las arqueas como el grupo procariota más distante al descubrir que los metanógenos presentan una profunda divergencia con todas las bacterias estudiadas. Ese mismo año se propone la categoría de superreino para este grupo con el nombre de Archaebacteria. En 1978, el manual de Bergey le da la categoría de filo con el nombre de Mendosicutes y en 1984 divide al reino Procaryotae o Monera en 4 divisiones, agrupándolas en la división Mendosicutes.Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. 1.ª edición. 4 vols. (1984)
Las arqueas hipertermófilas se agruparon en 1984 bajo el nombre Eocyta, identificándolas como un grupo independiente de las entonces llamadas arqueobacterias (en referencia a los metanógenos) y las eubacterias, descubriéndose además que Eocyta era el grupo más cercano a las eucariotas.Lake, James A. et al. (1984). «Eocytes: A new ribosome structure indicates a kingdom with a close relationship to eukaryotes». PNAS, 81: 3786–3790. La relación filogenética entre metanógenos e hipertermófilos hace que en 1990 se renombre a Eocyta como Crenarchaeota y a las metanógenas como Euryarchaeota, formando el nuevo grupo Archaea como parte del sistema de tres dominios.
En febrero de 2023 se descubrió que un grupo de arqueas sí presentan nucléolo, rompiendo por completo el paradigma de la microbiología. El descubrimiento fue posible gracias a una colaboración entre la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (FC-UNAM), el Instituto de Biología (IB-UNAM) y la King Abdullah University of Science & Technology (KAUST) de Arabia Saudita.
Clasificación
Nuevo dominio A principios del , los procariotas se consideraban un único grupo de organismos y se clasificaban según su bioquímica, morfología y metabolismo. Por ejemplo, los microbiólogos intentaban clasificar los microorganismos según la estructura de su pared celular, su forma y las sustancias que consumían. Sin embargo, en 1965 se propuso un nuevo sistema, utilizando las secuencias genéticas de estos organismos para averiguar qué procariotas están realmente relacionadas entre sí. Este método, conocido como filogenia molecular, es el principal método utilizado desde entonces.
thumb|250px|Las arqueas extremófilas se detectaron inicialmente en ambientes extremos, tales como fuentes hidrotermales. (En la fotografía: vista aérea de la Gran Fuente Prismática, un lago en el Parque nacional de Yellowstone (EE. UU.). La laguna mide aproximadamente 75 × 91 m. Las arqueas se clasificaron inicialmente en 1977 como un superreino separado de las bacterias, por Carl Woese y George E. Fox en árboles filogenéticos basados en las secuencias de genes de ARN ribosómico (ARNr). Estos dos grupos se denominaron originalmente Eubacteria y Archaebacteria, lo que Woese y Fox denominaron «reinos originales». Woese argumentó que este grupo de procariotas es un tipo de vida fundamentalmente distinto. Para enfatizar esta diferencia, usaron el término dominio en 1990 y los rebautizaron Bacteria y Archaea. El nombre científico Archaea proviene del griego antiguo ἀρχαῖα, que significa «los antiguos».Archaea. (2008). Al Merriam-Webster Online Dictionary. Consultado el 1 de julio del 2008, de El término «arqueobacteria» proviene de la combinación de esta raíz y del término griego baktērion, que significa «pequeño bastón».
Originalmente, solo se clasificaron los metanógenos en este nuevo dominio, luego los considerados extremófilos que solo vivían en hábitats como aguas termales y lagos salados. A finales del , los microbiólogos se dieron cuenta de que Archaea son un grupo grande y diverso de organismos ampliamente distribuidos en la naturaleza, y que son comunes en hábitats mucho menos extremos, como suelos y océanos. Esta nueva toma de conciencia de la importancia y la omnipresencia de estos organismos vino del uso de la reacción en cadena de la polimerasa para detectar procariotas en muestras de agua o suelo a partir de, únicamente, sus ácidos nucleicos. Esto permite detectar e identificar organismos cuyo cultivo en el laboratorio es complejo.
Clasificación actual
La clasificación de las arqueas, y de los procariotas en general, es un tema en constante fluctuación. Los sistemas actuales de clasificación intentan organizar las arqueas en grupos que comparten rasgos estructurales y antepasados comunes. Estas clasificaciones se basan especialmente en el uso de secuencias de genes de ARN ribosómico para revelar las relaciones entre los organismos (análisis moleculares de ADN). En 2024 figuraban cuatro reinos en la LPSN (List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature, Lista de nombres de procariotas con pie en la nomenclatura). Estos eran: Methanobacteriati, Thermoproteati, Promethearchaeati y Nanobdellati. La mayoría de especies de arqueas cultivables y bien investigadas son miembros de dos grupos principales, Methanobacteriota y Thermoproteota (Thermoproteia). A la peculiar especie Nanoarchaeum equitans, que fue descubierta en 2003, se le ha atribuido su propio filo, Nanobdellota. El reciente candidato Korarchaeia contiene un número reducido de inusuales especies termófilas que comparten rasgos de los dos grupos principales, pero que son más cercanas a Thermoproteia (Thermoproteota).
Los análisis genómicos de las muestras tomadas del medio ambiente han revelado un gran número de especies nuevas de arqueas que tienen una relación distante con cualquiera de los grupos conocidos. Por ejemplo, los nanoorganismos arqueobacterianos acidófilos de la mina Richmond (ARMAN), que fueron descubiertos en 2006 y están entre los organismos conocidos más pequeños. Así, el número de filos candidatos en 2018 es de catorce. Zaremba-Niedzwiedzka, K., Caceres, E. F., Saw, J. H., Bäckström, D., Juzokaite, L., Vancaester, E., ... & Stott, M. B. (2017). Asgard archaea illuminate the origin of eukaryotic cellular complexity. Nature, 541(7637), 353. Los 19 taxones candidatos conocidos de arqueas se agrupan en cuatro supergrupos, usualmente con rango de filo o reino: Nanobdellati, Methanobacteriota, Thermoproteota o TACK y Promethearchaeota o Asgard.
thumb|250px|derecha|Los organismos ARMAN (filo Micrarchaeota y orden Parvarchaeales) son un grupo de arqueas descubierto en el año 2006 en los drenajes ácidos de minas. Encontrados por ejemplo en las minas de Río Tinto, Huelva, España.
Las características de los filos son: Methanobacteriota o Euryarchaeota: Es el grupo más variado, cuatro clases son metanógenas, tres son termoacidófilas y dos hiperhalófilas. También abundan en ambientes marinos. Thermoproteota o TACK: