Archaea: Struktur, egenskaber og domæne

Archaea er en relativt ny klassifikation af liv, der oprindeligt blev foreslået af Carl Woese, en amerikansk mikrobiolog, i 1977.

Han fandt, at bakterier, som er prokaryote celler uden en kerne, kunne opdeles i to forskellige grupper baseret på deres genetiske materiale. Både bakterier og arkæer er encellede organismer, men arkæer har en helt anden celle membran struktur, der lader dem overleve i ekstreme miljøer.

Woese foreslog først, at livet skulle grupperes i de tre domæner Eukarya, Bacteria og Archaebacteria. (Du kan muligvis se disse tre navne, der starter med små bogstaver, men når du taler om de specifikke domæner, er vilkårene store og små.)

Da mere forskning afslørede, at cellerne i domænet Archaebacteria faktisk var meget forskellige fra bakterier, blev det gamle udtryk droppet. De nye domænenavne er Bakterier, Archaea og Eukarya, hvor Eukarya består af organismer, hvis celler har en kerne.

På livets træ er celler fra domænet archaea placeret mellem cellerne i bakterier og cellerne i eukarya, som inkluderer flercellede organismer og højere dyr.

Archaea reproducerer aseksuelt gennem binær fission; cellerne delt i to som bakterier. Med hensyn til deres membran og kemiske struktur deler arkeacellerne funktioner med eukaryote celler. Unikke archaea-egenskaber inkluderer deres evne til at leve i ekstremt varme eller kemisk aggressive miljøer, og de kan findes overalt på jorden bakterie overleve.

De arkæer, der lever i ekstreme levesteder som varme kilder og dybhavsventiler kaldes ekstremofiler. På grund af deres ret nylige identifikation som et separat domæne på livets træ, fascinerende information om arkæer, deres udvikling, deres adfærd og deres struktur er stadig ved at blive opdaget.

Archaea er prokaryoter, hvilket betyder, at cellerne ikke har en kerne eller anden membranbundet organeller i deres celler.

•••Dana Chen | Videnskabelig

Ligesom bakterier har cellerne en oprullet DNA-ring, og cellecytoplasmaet indeholder ribosomer til produktion af celleproteiner og andre stoffer, som cellen har brug for. I modsætning til bakterier, cellevæg og membran kan være stiv og give cellen en specifik form såsom flad, stavformet eller kubisk.

Archaea-arter har fælles egenskaber som form og stofskifte, og de kan reproducere via binær fission ligesom bakterier. Horisontal genoverførsel er imidlertid almindelig, og arkæeceller kan optage plasmider indeholdende DNA fra deres miljø eller udveksle DNA med andre celler.

Som et resultat kan arkæearter udvikle sig og ændre sig hurtigt.

Den grundlæggende struktur af archaea cellevægge svarer til den for bakterier, idet strukturen er baseret på kulhydratkæder.

Fordi arkæer overlever i mere varierede miljøer end andre livsformer, skal deres cellevæg og cellemetabolisme være lige så varierede og tilpasset deres omgivelser.

Som et resultat indeholder nogle archaea cellevægge kulhydrater, der adskiller sig fra dem fra bakteriecellevægge, og nogle indeholder proteiner og lipider for at give dem styrke og modstandsdygtighed over for kemikalier.

Nogle af de unikke egenskaber ved archaea-celler skyldes de særlige træk ved deres cellemembran.

Cellemembranen ligger inde i cellevæggen og styrer udvekslingen af ​​stoffer mellem cellen og dens omgivelser. Som alle andre levende celler består archaea cellemembranen af ​​phospholipider med fedtsyrekæder, men bindingerne i archaea phospholipider er unikke.

Alle celler har en phospholipid dobbeltlag, men i arkæeceller har dobbeltlaget æter bindinger, mens cellerne i bakterier og eukaryoter har ester obligationer.

Etherbindinger er mere modstandsdygtige over for kemisk aktivitet og tillader arkæaceller at overleve i ekstreme miljøer, der ville dræbe andre livsformer. Mens etherbinding er et nøgle differentierende kendetegn ved archaea celler, adskiller cellemembranen sig også fra andre celler i detaljerne i dens struktur og dens anvendelse af lang isoprenoid kæder for at fremstille dets unikke fosfolipider med fedtsyrer.

Forskellene i cellemembraner indikerer et evolutionært forhold, hvor bakterier og eukaryoter udviklede sig efter eller separat fra arkæer.

Som alle levende celler er arkæer afhængige af replikation af DNA for at sikre, at datterceller er identiske med modercellen. Archaeas DNA-struktur er enklere end eukaryoter og ligner den bakterielle genstruktur. DNA'et findes i enkelt cirkulære plasmider, der oprindeligt er oprullet, og som retter sig ud inden celledeling.

Mens denne proces og den efterfølgende binære fission af cellerne er som for bakterier, finder replikationen og translationen af ​​DNA-sekvenser sted som i eukaryoter.

Når først celle-DNA er fjernet, ligner RNA-polymeraseenzymet, der bruges til at kopiere generne, mere eukaryot-RNA-polymerase, end det svarer til det tilsvarende bakterieenzym. Oprettelse af DNA-kopien adskiller sig også fra bakterieprocessen.

DNA-replikering og translation er en af ​​måderne, hvorpå arkæer ligner dyreceller end bakterier.

Som med bakterier, flagella lad arkæerne bevæge sig.

Deres struktur og driftsmekanisme er ens i arkæer og bakterier, men hvordan de udviklede sig, og hvordan de er bygget, adskiller sig. Disse forskelle antyder igen, at arkæer og bakterier udviklede sig hver for sig, med et differentieringspunkt tidligt i evolutionære termer.

Ligheder mellem medlemmer af de to domæner kan spores til senere vandret DNA-udveksling mellem celler.

Flagellum i archaea er en lang stilk med en base, der kan udvikle en roterende virkning i forbindelse med cellemembranen. Den roterende handling resulterer i en pisklignende bevægelse, der kan drive cellen fremad. I arkæer konstrueres stilken ved at tilføje materiale ved basen, mens den hule stilk i bakterier opbygges ved at flytte materiale op i det hule centrum og deponere det øverst.

Flagella er nyttige til at flytte celler mod mad og til at sprede sig efter celledeling.

Det vigtigste differentierende kendetegn ved arkæer er deres evne til at overleve i giftige miljøer og ekstreme levesteder.

Afhængigt af deres omgivelser tilpasses arkæer med hensyn til deres cellevæg, cellemembran og stofskifte. Archaea kan bruge en række energikilder, herunder sollys, alkohol, eddikesyre, ammoniak, svovl og kulstoffiksering fra kuldioxid i atmosfæren.

Affaldsprodukter inkluderer metan, og metanogen arkæer er de eneste celler, der er i stand til at producere dette kemikalie.

Arkæacellerne, der er i stand til at leve i ekstreme miljøer, kan klassificeres afhængigt af deres evne til at leve under specifikke forhold. Fire sådanne klassifikationer er:

• Tolerance for høje temperaturer: hypertermofil.
  
• I stand til at overleve sure miljøer: acidofil.
• Kan overleve i stærkt basiske væsker: alkalifil.
• Tolerance for højt saltindhold: halofil.

Nogle af de mest fjendtlige miljøer på jorden er de dybhavs-hydrotermiske åbninger i bunden af ​​Stillehavet og varme kilder som dem, der findes i Yellowstone National Park. Høje temperaturer i kombination med ætsende kemikalier er normalt fjendtlige over for livet, men arkæer som ignicoccus har ingen problemer med disse placeringer.

Arkæernes modstand mod sådanne forhold har fået forskere til at undersøge, om arkæer eller lignende organismer kunne overleve i rummet eller på anden måde fjendtlige planeter som Mars.

Med deres unikke karakteristika og relativt nyere fremkomst til fremtrædende plads, lover Archaea-domænet at afsløre mere interessante egenskaber og egenskaber ved disse celler, og det kan tilbyde overraskende afsløringer i fremtid.