Phả hệ cổ khuẩn dựa trên trình tự 16S rARN Dựa trên so sánh trình tự 16S rARN các đại diện cổ khuẩn đã phân lập được
chia thành hai nhóm chính là Euryarchaeota và Crenarchaeota (Hình 4,5).
Euryarchaeota là nhóm cổ khuẩn được biết rõ nhất, bao gồm nhiều loài sinh
methane, cổ khuẩn ưa mặn, khử sulfat (Archaeoglobales),
Thermoplasmalates và Thermococcales. Nhóm Crenarchaeota gồm ba lớp
Desulfococcales, Sulfolobales và Thermoproteales. Sau này nhóm cổ khuẩn
Korarchaeota được đề xuất thêm (Hình 6), tuy nhiên chỉ dựa trên các trình
tự 16S rADN có được từ các mẫu ADN tách trực tiếp từ môi trường chứ
chưa có đại diện nào được phân lập và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.
Hình 4. Các đại diện của hai nhóm cổ khuẩn Crenarchaeota và
Euryarchaeota.

Hình 5. Hình thái một số đại diện của hai nhóm cổ khuẩn Euryarchaeota
và Crenarchaeota

Hình 6 Mối liên quan phả hệ của ba
nhóm cổ khuẩn Euryarchaeota và
Crenarchaeota và Korarchaeota
Hình 7 Nanoarchaeum equitans
(cầu khuẩn nhỏ) trên bề mặt
Ignicoccus sp. (cầu khuẩn lớn)

Gần đây (2002), nhóm nghiên cứu của giáo sư Stetter, một trong
những nhà nghiên cứu cổ khuẩn hàng đầu thế giới, công bố sự hiện diện của
nhóm cổ khuẩn thứ tư, Nanoarchaeota, gồm những cổ khuẩn có kích thước

kỵ khí, trong đó chất nhận điện tử là CO
2
hoặc nhóm methyl trong các hợp
chất C
1
và acetat. Tuy nhiên, như ta thấy trong bảng 4, năng lượng được giải
phóng ra trong các phản ứng tạo methane đều rất nhỏ. Để so sánh ta có thể
lấy năng lượng giải phóng từ phản ứng oxygen hoá glucoza bằng oxygen
C
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
 6 CO
2
+ 6 H
2
O (∆G
0
’ = 2870 kJ/mol). Là những sinh vật
duy nhất có khả năng tạo ra khí methane, cổ khuẩn sinh methane có những
enzyme và coenzyme thiết yếu cho quá trình tổng hợp methane và đóng vai
trò chỉ thị cho nhóm, ví dụ như coenzyme F
420
và coenzyme M. Sự hiện diện
của coenzyme F
420

2
+ 2H
2
O 130,1
4 Isopropanol + CO
2
 CH
4
+ 4 Aceton + 2H
2
O  36,5
2 Etanol + CO
2
 CH
4
+ 2 Acetat 116,3
Metanol + H
2
 CH
4
+ H
2
O 112,5
4 Metanol  3CH
4
+ CO
2
+ 2H
2
O 104,9

4
+

 74,3
2 Dimethylsulfid + 2H
2
O  3CH
4
+ CO
2
+ H
2
S  73,8
Acetat  CH
4
+ CO
2
 31,0
Những nơi thông thường có thể tìm thấy cổ khuẩn sinh methane là
các bể lên men hữu cơ kỵ khí, các lớp trầm tích thiếu oxygen, đất ngập úng
và hệ đường ruột của động vật. Khi ở dạng chủng đơn cổ khuẩn sinh
methane rất nhạy cảm với oxygen, tuy vậy trong tự nhiên chúng có thể tồn
tại ở môi trường hiếu khí nhờ được bao bọc và bảo vệ bởi các vi sinh vật
hiếu khí và kỵ khí khác. Trong môi trường kỵ khí, cổ khuẩn sinh methane
phải cạnh tranh về cơ chất, đặc biệt là hydro và acetat, với các nhóm vi sinh
vật sử dụng chất nhận điện tử có hiệu điện thế khử dương tính hơn so với
CO
2
như là nitơrat, sulfat và ôxit sắt III. Như vậy cổ khuẩn sinh methane sẽ
chiễm lĩnh các môi trường nơi không có nhiều các loại chất nhận điện tử

tương ứng. Nhóm vi khuẩn cộng sinh này chỉ có thể thực hiện được trao đổi
chất khi nồng độ hydro và format trong môi trường xung quanh được giữ ở
mức rất thấp, và nhiệm vụ đó do cổ khuẩn sinh methane đảm nhiệm. Các
loài sinh methane thường có mặt trong mối liên kết cộng sinh bắt buộc là

Hình 9 : Cộng sinh giữa
Methanobrevibacter (tế bào trực khuẩn) và
Synthrophobacter (tế bào hình oval).
Methanoplanus endosymbiosus, các loài Methanobrevibacter, và
Methanobacterium formicicum.
Ở một số môi trường đặc biệt như các suối nước nóng hay các tầng
nham thạch núi lửa cổ khuẩn sinh methane thường có mặt với số lượng lớn.
Trong trường hợp này chúng sống tự do, không phụ thuộc vào các vi sinh
vật khác vì nguồn cơ chất chủ yếu được sử dụng ở đây là hydro, sản phẩm
có được từ con đường lý hoá chứ không qua con đường sinh học.
Hiện nay tổng số cổ khuẩn sinh methane được biết đến là 50 loài
thuộc 19 chi, sáu họ và ba lớp (Bảng 5 và 6). Sự phân loại này dựa trên trình
tự 16S rARN hiện có, tuy nhiên chúng ta có thể hình dung được rằng theo
thời gian khi những loài mới được biết thêm thì có thể bảng phân loại này sẽ
cần phải thay đổi.

Bảng 5. Các nhóm phân loại chính của cổ khuẩn sinh methane
Lớp Họ Chi
Methanobacteriales Methanobacteriaceae (T) Methanobacterium (T)
-nt- -nt- Methanobrevibacter
-nt- -nt- Methanosphaera
-nt- Methanothermaceae Methanothermus (T)
Methanococcales Methanococcaeae (T) Methanococcus (T)
Methanomicrobiales Methanosarcinaceae Halomethanococcus
-nt- -nt- Methanococcoides

+ CO
2
, một số loài sử dụng.