Inicialmente, se clasificaba a todos los microorganismos unicelulares que no eran eucariotes como “procariotes” y más tarde, como Monera. Esta clasificación se basaba en la morfología primaria de Bacteria y Archeae, pero estudios moleculares más profundos llevaron a dividir a los procariotes en Bacteria y Archeae.
Los tres dominios de la vida en la Tierra incluyen a los Eucariotes, y a los dos grupos procariotes: Archaea y Bacteria. Las Archaea tienen diferencias filogenéticas y bioquímicas con las bacterias, aunque no existe un principio ecológico unificador para diferenciar a estos grupos. La hipótesis es que la adaptación al estrés energético crónico es el factor crucial que distingue a las arqueas de las bacterias. Los mecanismos bioquímicos que permiten a las arqueas hacer frente al estrés energético crónico incluyen membranas de baja permeabilidad y vías catabólicas específicas.
Archeae y eucariotes comparten algunas características genéticas y bioquímicas que están ausentes en las bacterias, como la presencia de histonas, complejos de ARN polimerasa, la ausencia de peptidoglicano en la pared celular, la estructura del genoma (con intrones, histonas y múltiples orígenes de replicación).
Mientras se descubre nuevas especies de Archeae, las semejanzas con los Eucariotes crecen. Pero los tres dominios tienen sus propias características genéticas y bioquímicas y celular, Sin embargo, las arqueas tienen más en común con los eucariotes que con las bacterias.
Las arqueas cultivadas se dividen en cinco grupos: tres fisiológicos (halófilos, termófilos y acidófilos) y dos metabólicos (nitrificadores y metanógenos). Ahora se ha definido un grupo metabólico adicional basándose en amplios análisis ambientales, de laboratorio y metagenómicos: los oxidantes anaeróbicos de metano.
Los microorganismos que no pueden ser cultivados en laboratorios suelen llamarse “la materia negra microbial”, pero debido a nuevas tecnologías de secuenciación de ADN se ha podido identificar al menos 20 phylum de Archaea. La frecuente recuperación de estos linajes ilustra cuán comunes, aunque desconocidos, son estos microorganismos.
Las Archaea ocupan una posición clave en el Árbol de la Vida y son una fracción importante de la diversidad microbiana. Abundantes en los suelos, los sedimentos oceánicos y la columna de agua, desempeñan funciones cruciales en los procesos que median los flujos globales de carbono y nutrientes.
Además, representan un componente importante del microbioma humano, aunque aún no está claro su papel en la salud y la enfermedad.
Muchas Archeae son extremófilas, es decir, que pueden vivir en ambientes extremos:
Las arqueas halófilas habitan en ambientes con concentraciones de sal superiores a 150-200 g l-1. Las arqueas halófilas deben evitar que el exceso de sodio ingrese a la célula, ya que este elemento es tóxico en niveles intracelulares elevados, debido a interacciones electroquímicas y osmóticas con ácidos nucleicos y proteínas.
El crecimiento óptimo de las arqueas acidófilas está por debajo del pH7. Las arqueas acidófilas extremas pueden prosperar en ambientes a veces con valores de pH inferiores a cero y, a menudo, en ambientes ácidos a temperaturas elevadas.
Las termófilas se desarrollan a temperaturas superiores a 45ºC. Las arqueas extremadamente termófilas se caracterizan por un crecimiento óptimo de 80 °C o más, con un récord actual de crecimiento a 122 °C, y altas presiones de 20 MPa, lo que ha ampliado el límite superior de temperatura de la vida en el planeta, y se acercan al límite para la integridad estructural de las células. Las adaptaciones de estas arqueas incluyen el desarrollo de una membrana con mayor permeabilidad y altas tasas de descomposición bioquímica. Estas condiciones son posibles siempre que exista agua en estado líquido, lo que se consigue si la presión es elevada como ocurre en las profundidades oceánicas).
La metanogénesis es un metabolismo antiguo e importante, específico de Archaea. Las metanógenas son un grupo de arqueas estrictamente anaeróbicas que se caracterizan por la capacidad única de producir metano como producto final catabólico. Estos organismos prosperan en una amplia gama de temperaturas, salinidades y pH. Arqueas metanogénicas se encuentran en los sedimentos profundos al intestino humano y de otros animales como insectos y rumiantes. El rol de la diversidad y el papel de los metanógenos de las arqueas en la salud y las enfermedades humanas es poco conocido aún. Arqueas metanogénicas han sido también aisladas también en sedimentos marinos y lacustres, alcantarillas, suelos y también sistemas digestivos animales (insectos, rumiantes, humanos). Metanogénesis dependiente de metilo es muy extendida, y a medida que avanzan las investigaciones de este grupo, se encuentran nuevas rutas metabólicas relacionadas con el ciclo del metano y, más generalmente, en el ciclo del carbono.
Las arqueas oxidantes anaeróbicos de metano comprenden tres o más grupos filogenéticos y están estrechamente relacionados con los metanógenos. Se cree que estos organismos forman asociaciones sintróficas con bacterias reductoras de sulfato o nitrato y crecen oxidando metano.
De particular interés a este respecto son algunas de las arqueas que habitan en sedimentos (grupo bentónico marino), que tienen distribuciones ambientales que son incompatibles con los seis grupos descritos anteriormente. Dada la baja disponibilidad de energía en los entornos donde prosperan estas arqueas, es probable que tengan funciones metabólicas distintivas y estén adaptadas a bajos flujos de energía.
Dada su gran diversidad metabólica, las arqueas juegan roles muy importantes en el ciclo de nutrientes y del Carbono en condiciones extremas como las descritas arriba.
Entre las arqueas más interesantes se encuentran los linajes Asgard, especialmente el grupo de las Lokiarchaeota, que han sido propuestas como los parientes más cercanos de los eucariotas, una especie de eslabón perdido entre los dos dominios de la vida. Fueron recolectados por primera vez en sedimentos marinos profundos (3283 m bajo el nivel del mar) en la Cordillera del Océano Ártico, en las proximidades del sitio hidrotermal del Castillo de Loki.
Los linajes Asgard son habitantes comunes de sedimentos anaeróbicos marinos, estuarinos y lacustres, y podrían tener un papel importante en el ciclo global del carbono.
Vastas regiones del océano oscuro tienen tasas de sedimentación de materia orgánica ultralentas y sus sedimentos están oxigenados a grandes profundidades, pero tienen niveles bajos de materia orgánica y células. La producción primaria en el fondo marino óxico está sustentada por arqueas que oxidan el amoníaco, mientras que en los sedimentos anóxicos, hay arqueas que tienen el potencial de producir H2 y CH4, alimentando la fijación anaeróbica de carbono. Las bacterias del fondo marino tienen tasas de mutación muy bajas.
Con la expansión del capitalismo hasta las zonas más remotas del Planeta, este grupo de organismos están también en peligro. Por ejemplo, las nuevas propuestas de hacer minería en el lecho marino es una amenaza para las arqueas.