Arkea
Arkea ekstremofil adalah anggota empat kelompok fisiologis utama. Kelompok-kelompok itu adalah halofili, termofili, alkalifili, dan asidofili. Kelompok-kelompok ini tidak komprehensif atau filum-spesifik, mereka juga tidak saling eksklusif, karena beberapa archaea termasuk dalam beberapa kelompok. Meskipun demikian, mereka adalah titik awal yang berguna untuk klasifikasi.
Halofili, termasuk genus "Halobacterium", hidup di lingkungan yang sangat asin seperti danau garam dan melebihi rekan-rekan bakteri mereka di salinitas lebih besar dari 20-25%. Termofili tumbuh terbaik pada suhu di atas, di tempat-tempat seperti mata air panas; arkea hipertermofilik tumbuh optimal pada suhu lebih besar dari. Arkea "Methanopyrus kandleri" Strain 116 bahkan dapat bereproduksi pada, suhu tertinggi tercatat dari organisme manapun.
Arkea lain hidup di kondisi yang sangat asam atau basa. Sebagai contoh, salah satu asidofil arkea paling ekstrem adalah "Picrophilus torridus", yang tumbuh pada pH 0, yang setara dengan berkembang di 1.2 molar asam sulfat.
Ketahanan pada lingkungan yang ekstrem ini telah membuat arkea menjadi fokus spekulasi tentang kemungkinan sifat kehidupan ekstraterestrial. Beberapa habitat ekstremofil tidak berbeda dengan Mars, yang mengarah ke sugesti bahwa mikroba yang layak dapat ditransfer antara planet-planet di meteorit.
Baru-baru ini, beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa arkea ada tidak hanya di lingkungan mesofilik dan termofilik tetapi juga hadir, kadang-kadang dalam jumlah yang tinggi, pada suhu rendah juga. Misalnya, arkea umum dalam lingkungan lautan dingin seperti lautan kutub. Bahkan lebih signifikan adalah sejumlah besar arkea
ditemukan di seluruh lautan di dunia pada habitat non-ekstrem antara komunitas plankton (sebagai bagian dari pikoplankton). Meskipun arkea ini dapat hadir dalam jumlah yang sangat tinggi (hingga 40% dari biomassa mikroba), hampir tidak ada spesies ini telah diisolasi dan dipelajari dalam kultur murni. Akibatnya, pemahaman kita tentang peran arkea di ekologi laut adalah
mendasar, sehingga pengaruh penuh mereka pada siklus biogeokimia global masih sebagian besar belum diselidiki. Beberapa Crenarchaeota laut mampu melakukan nitrifikasi, menunjukkan organisme ini dapat mempengaruhi siklus nitrogen samudra, meskipun Crenarchaeota laut ini juga dapat menggunakan sumber-sumber energi lain. Sejumlah besar arkea juga ditemukan dalam sedimen yang menutupi dasar laut, dengan organisme ini membentuk sebagian besar sel hidup pada kedalaman lebih dari 1 meter di bawah dasar laut.
Arkea mendaur ulang unsur-unsur seperti karbon, nitrogen dan belerang melalui berbagai habitat mereka. Meskipun kegiatan ini sangat penting untuk fungsi ekosistem normal, arkea juga dapat berkontribusi terhadap perubahan buatan manusia, dan bahkan menyebabkan polusi.
Arkea melaksanakan banyak langkah dalam siklus nitrogen. Ini meliputi reaksi yang dapat menghapus nitrogen dari ekosistem (seperti respirasi berbasis nitrat dan denitrifikasi) serta proses yang memperkenalkan nitrogen (seperti asimilasi nitrat dan fiksasi nitrogen). Para peneliti baru-baru ini menemukan keterlibatan arkea di reaksi oksidasi amonia. Reaksi-reaksi ini sangat penting dalam
lautan. Arkea juga tampaknya penting untuk oksidasi amonia di tanah. Mereka menghasilkan nitrit, dan mikroba lainnya mengoksidasi ke nitrat. Tumbuhan dan organisme lain mengkonsumsi nitrat.
Pada daur belerang, arkea yang tumbuh dengan mengoksidasi senyawa sulfur melepaskan elemen ini dari batuan, membuatnya tersedia untuk organisme lain. Namun, arkea yang melakukan hal ini, seperti "Sulfolobus", menghasilkan asam sulfat sebagai produk limbah, dan pertumbuhan organisme ini di tambang yang ditinggalkan dapat berkontribusi pada air asam tambang dan kerusakan lingkungan lainnya.
Dalam siklus karbon, arkea metanogen menghapus hidrogen dan memainkan peran penting dalam pembusukan bahan organik dengan populasi mikroorganisme yang berperan sebagai dekomposer dalam ekosistem anaerob, seperti sedimen, rawa-rawa dan pengolahan air limbah.
Interaksi antara arkea dan organisme lainnya baik mutual atau komensal. Tidak ada contoh yang jelas dari patogen atau parasit arkea yang dikenal. Namun, hubungan telah diusulkan antara beberapa spesies metanogen dan infeksi di mulut, dan "Nanoarchaeum equitans" mungkin parasit dari spesies lain dari arkea, karena hanya bertahan dan bereproduksi dalam sel-sel Crenarchaeon
"Ignicoccus hospitalis", dan tampaknya tidak memberikan manfaat bagi inangnya. Sebaliknya, Archaeal Richmond Mine Acidophilic Nanoorganisms (ARMAN) kadang-kadang berhubungan dengan sel arkea lainnya di biofilm drainase tambang asam. Sifat hubungan ini tidak diketahui. Namun, ini berbeda dari "Nanarchaeaum-Ignicoccus" bahwa sel ultrakecil ARMAN biasanya terlihat independen dari sel Thermoplasmatales.
Salah satu contoh dipahami dari mutualisme adalah interaksi antara protozoa dan arkea metanogen dalam saluran pencernaan hewan yang mencerna selulosa, seperti ruminansia dan rayap. Dalam lingkungan anaerobik ini, protozoa memecah selulosa tanaman untuk memperoleh energi. Proses ini melepaskan hidrogen sebagai produk limbah, tetapi tingkat tinggi hidrogen mengurangi
produksi energi. Ketika metanogen mengubah hidrogen menjadi metana, protozoa diuntungkan dari lebih banyak energi.
Dalam protozoa anaerobik, seperti "Plagiopyla frontata", arkea berada di dalam protozoa dan mengkonsumsi hidrogen diproduksi di hidrogenosom mereka. Arkea juga berasosiasi dengan organisme yang lebih besar. Sebagai contoh, arkea laut "Cenarchaeum symbiosum" hidup dalam (merupakan endosimbion dari) spons "Axinella mexicana".
Arkea juga bisa menjadi komensal, diuntungkan dari asosiasi tanpa membantu atau merugikan organisme lainnya. Sebagai contoh, metanogen "Methanobrevibacter smithii" adalah arkea paling umum dalam flora manusia, menyusun sekitar satu dari sepuluh dari semua prokariota dalam usus manusia. Dalam rayap dan pada manusia, metanogen ini mungkin sebenarnya mutualis,
berinteraksi dengan mikroba lain dalam usus untuk membantu pencernaan. Komunitas arkea juga berhubungan dengan berbagai organisme lain, seperti di permukaan karang, dan di wilayah tanah yang mengelilingi akar tanaman (rizosfer).
Arkea ekstremofili, terutama yang tahan baik panas atau keasaman dan alkalinitas ekstrem, merupakan sumber enzim yang berfungsi di bawah kondisi yang keras. Enzim-enzim ini memiliki banyak kegunaan. Misalnya, DNA polimerase termostabil, seperti Pfu DNA polimerase dari "Pyrococcus furiosus", merevolusi biologi molekuler dengan memungkinkan reaksi berantai polimerase digunakan dalam
penelitian sebagai teknik sederhana dan cepat untuk kloning DNA. Dalam industri, amilase, galaktosidase dan pullulanase pada spesies lain dari "Pyrococcus" yang berfungsi pada lebih dari memungkinkan pengolahan makanan pada suhu tinggi, seperti produksi susu rendah laktosa dan "whey". Enzim dari arkea termofilik ini juga cenderung sangat stabil dalam pelarut organik, memungkinkan penggunaannya
dalam proses ramah lingkungan dalam kimia hijau yang mensintesis senyawa organik. Stabilitas ini membuat mereka lebih mudah untuk digunakan dalam biologi struktural. Akibatnya, ekuivalen dari enzim bakteri atau eukariotik dari arkea ekstremofil sering digunakan dalam studi struktural.
Berbeda dengan berbagai aplikasi enzim arkea, penggunaan organisme sendiri di bidang bioteknologi kurang dikembangkan. Arkea metanogen adalah bagian penting dari pengolahan limbah, karena mereka adalah bagian dari komunitas mikroorganisme yang melaksanakan pencernaan anaerobik dan menghasilkan biogas. Dalam pengolahan mineral, arkea asidofilik menjanjikan untuk ekstraksi logam dari bijih, termasuk emas, kobalt dan tembaga.