Archaea: Struktura, charakteristiky a doména

Archaea je relativně nová klasifikace života, kterou původně navrhl americký mikrobiolog Carl Woese v roce 1977.

Zjistil, že bakterie, které jsou prokaryotické buňky bez jádra, lze rozdělit do dvou odlišných skupin na základě jejich genetického materiálu. Jak bakterie, tak archaea jsou jednobuněčné organismy, ale archaea má úplně jiný buněčná membrána struktura, která jim umožňuje přežít v extrémních podmínkách.

Woese nejprve navrhl, aby byl život seskupen do tří domén Eukarya, Bacteria a Archaebacteria. (Tyto tři názvy můžete vidět malými písmeny, ale když mluvíte o konkrétních doménách, termíny jsou psány velkými písmeny.)

Když více výzkumů odhalilo, že buňky domény Archaebacteria se ve skutečnosti zcela lišily od bakterií, byl starý termín zrušen. Nové názvy domén jsou Bacteria, Archaea a Eukarya, kde Eukarya sestává z organismů, jejichž buňky mají jádro.

Na stromě života jsou buňky domény archaea umístěny mezi buňkami bakterií a buňkami eukaryi, které zahrnují mnohobuněčné organismy a vyšší zvířata.

Archaea se množí nepohlavně prostřednictvím binárního štěpení; buňky se rozdělily na dvě podobné bakterie. Pokud jde o jejich membránu a chemickou strukturu, sdílejí buňky archaea rysy eukaryotické buňky. Mezi jedinečné vlastnosti archaea patří jejich schopnost žít v extrémně horkém nebo chemicky agresivním prostředí a lze je najít po celé Zemi, ať už jsou kdekoli bakterie přežít.

Ti archaea, kteří žijí v extrémních stanovištích, jako jsou horké prameny a hlubinné průduchy, se nazývají extremophiles. Vzhledem k jejich poměrně nedávné identifikaci jako samostatné domény na stromě života, fascinující informace o archeách, jejich vývoji, jejich chování a jejich struktuře stále existují objevil.

Archaea jsou prokaryoty, což znamená, že buňky nemají a jádro nebo jiné vázané na membránu organely ve svých celách.

•••Dana Chen | Vědění

Stejně jako bakterie mají buňky stočený kruh DNA a buněčná cytoplazma obsahuje ribozomy pro produkci buněčných proteinů a dalších látek, které buňka potřebuje. Na rozdíl od bakterií buněčná stěna a membrána může být tuhá a dát buňce specifický tvar, například plochý, tyčový nebo krychlový.

Druhy Archaea sdílejí společné vlastnosti, jako je tvar a metabolismus, a mohou se množit prostřednictvím binárního štěpení stejně jako bakterie. Horizontální přenos genů je však běžný a buňky archea mohou přijímat plazmidy obsahující DNA ze svého prostředí nebo si DNA vyměňovat s jinými buňkami.

Výsledkem je, že se druhy archaea mohou rychle vyvíjet a měnit.

Základní struktura buněčných stěn archea je podobná struktuře bakterií v tom, že struktura je založena na sacharidových řetězcích.

Protože archaea přežívají v rozmanitějších prostředích než jiné formy života, musí být jejich buněčná stěna a buněčný metabolismus stejně rozmanité a přizpůsobeny jejich okolí.

Výsledkem je, že některé buněčné stěny archaea obsahují sacharidy, které se liší od buněčných stěn bakterií, a některé obsahují proteiny a lipidy, které jim dodávají sílu a odolnost vůči chemikáliím.

Některé z jedinečných charakteristik buněk archea jsou způsobeny zvláštními vlastnostmi jejich buněčné membrány.

Buněčná membrána leží uvnitř buněčné stěny a řídí výměnu látek mezi buňkou a jejím prostředím. Stejně jako všechny ostatní živé buňky je buněčná membrána archea tvořena fosfolipidy s řetězci mastných kyselin, ale vazby v fosfolipidech archea jsou jedinečné.

Všechny buňky mají a fosfolipid dvojvrstva, ale v buňkách archaea dvojvrstva má éter vazby, zatímco buňky bakterií a eukaryot mají ester vazby.

Etherové vazby jsou odolnější vůči chemické aktivitě a umožňují buňkám archea přežít v extrémním prostředí, které by zabíjelo jiné formy života. Zatímco etherová vazba je klíčovou rozlišovací charakteristikou buněk archea, buněčná membrána se také liší od membrány ostatních buněk v podrobnostech své struktury a použití dlouhých isoprenoid řetězce, aby vyrobil své jedinečné fosfolipidy s mastnými kyselinami.

Rozdíly v buněčných membránách naznačují evoluční vztah, ve kterém se bakterie a eukaryoty vyvinuly po archaeách nebo odděleně od nich.

Jako všechny živé buňky, i archaea se spoléhá na replikaci DNA, aby zajistila, že dceřiné buňky jsou identické s mateřskou buňkou. Struktura DNA archea je jednodušší než struktura eukaryot a podobná struktuře bakteriálních genů. DNA se nachází v jednotlivých kruhových plazmidech, které jsou zpočátku stočeny a které se před buněčným dělením narovnávají.

Zatímco tento proces a následné binární štěpení buněk je podobné jako u bakterií, replikace a translace sekvencí DNA probíhá stejně jako u eukaryot.

Jakmile je buněčná DNA odvinutá, je enzym RNA polymerázy, který se používá ke kopírování genů, více podobný RNA polymeráze eukaryotu než odpovídajícímu bakteriálnímu enzymu. Vytvoření kopie DNA se také liší od bakteriálního procesu.

Replikace a translace DNA je jedním ze způsobů, kterými se archaea více podobají buňkám zvířat než buňkám bakterií.

Stejně jako u bakterií bičíky nechte archaea pohybovat se.

Jejich struktura a operační mechanismus jsou podobné u archaeí a bakterií, ale jak se vyvinuly a jak jsou postaveny, se liší. Tyto rozdíly opět naznačují, že archaea a bakterie se vyvinuly odděleně, s bodem diferenciace brzy v evolučních termínech.

Podobnosti mezi členy dvou domén lze vysledovat k pozdější horizontální výměně DNA mezi buňkami.

Bičík v archaea je dlouhá stonka se základnou, která může vyvinout rotační akci ve spojení s buněčnou membránou. Výsledkem rotační akce je vířivý pohyb, který může pohánět buňku dopředu. U archaea je stopka vytvořena přidáním materiálu na základnu, zatímco u bakterií je dutá stopka vytvořena přesunutím materiálu nahoru do dutého středu a jeho usazením nahoře.

Bičíky jsou užitečné při pohybu buněk směrem k jídlu a při následném šíření buněčné dělení.

Hlavní rozlišovací charakteristikou archea je jejich schopnost přežít v toxickém prostředí a extrémních stanovištích.

V závislosti na svém okolí jsou archea přizpůsobeny buněčné stěně, buněčné membráně a metabolismu. Archaea může využívat různé zdroje energie, včetně slunečního záření, alkoholu, kyseliny octové, amoniaku, síry a fixace uhlíku z oxidu uhličitého v atmosféře.

Mezi odpadní produkty patří metan a methanogenní archea jsou jediné buňky schopné produkovat tuto chemickou látku.

Buňky archaea schopné žít v extrémním prostředí lze klasifikovat v závislosti na jejich schopnosti žít ve specifických podmínkách. Čtyři takové klasifikace jsou:

• Tolerance pro vysoké teploty: hypertermofilní.
  
• Schopen přežít kyselé prostředí: acidofilní.
• Dokáže přežít ve vysoce alkalických kapalinách: alkalifilní.
• Tolerance pro vysoký obsah soli: halofilní.

Jedním z nejnepřátelštějších prostředí na Zemi jsou hlubinné hydrotermální průduchy na dně Tichého oceánu a horké prameny, jako jsou ty, které se nacházejí v Yellowstonském národním parku. Vysoké teploty v kombinaci s korozivními chemikáliemi jsou obvykle nepřátelské k životu, ale archaea, jako je ignicoccus, s těmito místy nemají problémy.

Odpor archaeí vůči těmto podmínkám vedl vědce ke zkoumání, zda by archaey nebo podobné organismy mohly přežít ve vesmíru nebo na jinak nepřátelských planetách, jako je Mars.

Díky svým jedinečným charakteristikám a poměrně nedávnému objevení se do popředí slibuje doména Archaea odhalí zajímavější vlastnosti a schopnosti těchto buněk a může nabídnout překvapivá odhalení v budoucnost.