Archaea: Структура, характеристики и домейн

Archaea е сравнително нова класификация на живота, първоначално предложена от Карл Уоз, американски микробиолог, през 1977 г.

Той откри, че бактериите, които са прокариотни клетки без ядро, биха могли да бъдат разделени на две отделни групи въз основа на техния генетичен материал. И бактериите, и археите са едноклетъчни организми, но археите имат съвсем различни клетъчната мембрана структура, която им позволява да оцелеят в екстремни среди.

Отначало Уос предложи животът да бъде групиран в трите области на Еукария, Бактерии и Архебактерии. (Може да видите тези три имена, започващи с малки букви, но когато говорите за конкретните домейни, термините се пишат с главни букви.)

Когато повече изследвания разкриха, че клетките от домейна Archaebacteria всъщност са доста различни от бактериите, старият термин отпада. Новите имена на домейни са Бактерии, Архея и Еукария, където Еукария се състои от организми, чиито клетки имат ядро.

На дървото на живота клетките на домейна archaea са разположени между клетките на бактериите и тези на еукарията, които включват многоклетъчни организми и висши животни.

Археите се размножават безполово чрез бинарно делене; клетките се разделят на две като бактерии. По отношение на тяхната мембрана и химическа структура, археалните клетки споделят характеристики с еукариотни клетки. Уникалните характеристики на археите включват способността им да живеят в изключително гореща или химически агресивна среда и те могат да бъдат намерени по цялата земя, навсякъде бактерии оцелеят.

Археите, които живеят в екстремни местообитания като горещи извори и дълбоководни отвори, се наричат ​​екстремофили. Поради сравнително скорошната им идентификация като отделен домейн на дървото на живота, очарователен информация за археите, тяхното развитие, тяхното поведение и тяхната структура все още се съхранява открити.

Археите са прокариоти, което означава, че клетките нямат ядро или друго свързано с мембраната органели в клетките им.

•••Дана Чен | Наука

Подобно на бактериите, клетките имат навит пръстен на ДНК и клетъчната цитоплазма съдържа рибозоми за производството на клетъчни протеини и други вещества, от които клетката се нуждае. За разлика от бактериите, клетъчна стена и мембраната може да бъде твърда и да придава на клетката специфична форма като плоска, пръчковидна или кубична.

Видовете археи споделят общи характеристики като форма и метаболизъм и те могат да се размножават чрез бинарно делене, точно като бактериите. Хоризонталният генен трансфер е често срещано явление и археевите клетки могат да поемат плазмиди, съдържащи ДНК, от тяхната среда или да обменят ДНК с други клетки.

В резултат на това видовете археи могат да се развиват и да се променят бързо.

Основната структура на клетъчните стени на археите е подобна на тази на бактериите, тъй като структурата се основава на въглехидратни вериги.

Тъй като археите оцеляват в по-разнообразна среда от другите форми на живот, тяхната клетъчна стена и клетъчният метаболизъм трябва да бъдат еднакво разнообразни и адаптирани към заобикалящата ги среда.

В резултат на това някои клетъчни стени на археите съдържат въглехидрати, които са различни от тези на клетъчните стени на бактериите, а някои съдържат протеини и липиди, за да им придадат сила и устойчивост на химикали.

Някои от уникалните характеристики на клетките на археите се дължат на особеностите на тяхната клетъчна мембрана.

Клетъчната мембрана лежи вътре в клетъчната стена и контролира обмена на вещества между клетката и нейната среда. Подобно на всички други живи клетки, мембраната на археите е изградена от фосфолипиди с вериги на мастни киселини, но връзките във фосфолипидите на археите са уникални.

Всички клетки имат a фосфолипид двуслой, но в археи клетки, двуслой има етер връзки, докато клетките на бактериите и еукариотите имат естер облигации.

Етерните връзки са по-устойчиви на химическа активност и позволяват на архейните клетки да оцелеят в екстремни среди, които биха убили други форми на живот. Докато етерната връзка е ключова диференцираща характеристика на клетките на археите, клетъчната мембрана също се различава от тази на останалите клетки в детайлите на нейната структура и използването на дълги изопреноид вериги, за да направят своите уникални фосфолипиди с мастни киселини.

Разликите в клетъчните мембрани показват еволюционна връзка, при която бактериите и еукариотите се развиват след или отделно от археите.

Както всички живи клетки, археите разчитат на репликацията на ДНК, за да гарантират, че дъщерните клетки са идентични с родителските клетки. ДНК структурата на археите е по-проста от тази на еукариотите и подобна на бактериалната генна структура. ДНК се намира в единични кръгови плазмиди, които първоначално са навити и които се изправят преди клетъчното делене.

Докато този процес и последващото бинарно делене на клетките е като този на бактериите, репликацията и транслацията на ДНК последователности се извършва както при еукариотите.

След като клетъчната ДНК е разгърната, РНК полимеразният ензим, който се използва за копиране на гените, е по-подобен на еукариотната РНК полимераза, отколкото на съответния бактериален ензим. Създаването на ДНК копие също се различава от бактериалния процес.

Репликацията и транслацията на ДНК е един от начините, по които археите приличат повече на клетките на животните, отколкото на бактериите.

Както при бактериите, флагела позволяват на археите да се движат.

Структурата и механизмът им на действие са сходни при археите и бактериите, но как са се развивали и как са изградени, се различават. Тези разлики отново предполагат, че археите и бактериите са еволюирали поотделно, с точка на диференциация рано в еволюционно отношение.

Приликите между членовете на двата домена могат да бъдат проследени до по-късен хоризонтален обмен на ДНК между клетките.

Флагелумът в археите е дълга дръжка с основа, която може да развие въртеливо действие заедно с клетъчната мембрана. Ротационното действие води до движение, подобно на камшик, което може да изтласка клетката напред. В археите стъблото се изгражда чрез добавяне на материал в основата, докато при бактериите кухото стъбло се изгражда чрез преместване на материала нагоре по кухия център и отлагането му отгоре.

Флагелите са полезни при придвижването на клетките към храната и при разпространението им след клетъчно делене.

Основната диференцираща характеристика на археите е способността им да оцеляват в токсична среда и екстремни местообитания.

В зависимост от заобикалящата ги среда археите се адаптират по отношение на клетъчната стена, клетъчната мембрана и метаболизма. Archaea може да използва различни енергийни източници, включително слънчева светлина, алкохол, оцетна киселина, амоняк, сяра и фиксиране на въглерод от въглероден диоксид в атмосферата.

Отпадъчните продукти включват метан, а метаногенните археи са единствените клетки, способни да произведат този химикал.

Клетките на археите, способни да живеят в екстремна среда, могат да бъдат класифицирани в зависимост от способността им да живеят в специфични условия. Четири такива класификации са:

• Толерантност към високи температури: хипертермофилен.
  
• Способни да оцелеят в кисела среда: ацидофилен.
• Може да оцелее в силно алкални течности: алкалнофилен.
• Толерантност към високо съдържание на сол: халофилен.

Някои от най-враждебните среди на Земята са дълбоководните хидротермални отвори в дъното на Тихия океан и горещи извори като тези, открити в Националния парк Йелоустоун. Високите температури в комбинация с разяждащи химикали обикновено са враждебни към живота, но археите като игникокус нямат проблеми с тези места.

Устойчивостта на археите към такива условия е накарала учените да изследват дали археите или подобни организми могат да оцелеят в космоса или на иначе враждебни планети като Марс.

Със своите уникални характеристики и сравнително скорошна поява на известност, домейнът Archaea обещава разкриват по-интересни характеристики и възможности на тези клетки и може да предложи изненадващи разкрития в бъдеще.