Archaea ist eine relativ neue Klassifikation des Lebens, die ursprünglich 1977 von Carl Woese, einem amerikanischen Mikrobiologen, vorgeschlagen wurde.
Er fand heraus, dass Bakterien, die Prokaryotische Zellen ohne Kern, könnten aufgrund ihres genetischen Materials in zwei verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Sowohl Bakterien als auch Archaeen sind einzellige Organismen, aber Archaeen haben eine ganz andere Zellmembran Struktur, die sie in extremen Umgebungen überleben lässt.
Archaeen definieren
Woese schlug zunächst vor, das Leben in die drei Domänen Eukarya, Bakterien und Archaebakterien einzuteilen. (Diese drei Namen beginnen möglicherweise mit Kleinbuchstaben, aber wenn Sie über die spezifischen Domänen sprechen, werden die Begriffe groß geschrieben.)
Als weitere Forschungen ergaben, dass sich die Zellen der Domäne Archaebacteria tatsächlich ganz von Bakterien unterschieden, wurde der alte Begriff fallengelassen. Die neuen Domänennamen sind Bacteria, Archaea und Eukarya, wobei Eukarya aus Organismen besteht, deren Zellen einen Zellkern haben.
Auf dem Lebensbaum befinden sich Zellen der Domäne Archaea zwischen den Zellen der Bakterien und denen der Eukarya, zu denen auch vielzellige Organismen und höhere Tiere gehören.
Archaea vermehren sich ungeschlechtlich durch Doppelspaltung; die Zellen teilen sich wie Bakterien in zwei Teile. In Bezug auf ihre Membran und chemische Struktur teilen die Archaea-Zellen Merkmale mit eukaryotische Zellen. Zu den einzigartigen Merkmalen der Archaeen gehört ihre Fähigkeit, in extrem heißen oder chemisch aggressiven Umgebungen zu leben, und sie können überall auf der Erde gefunden werden Bakterien überleben.
Diejenigen Archaeen, die in extremen Lebensräumen wie heißen Quellen und Tiefseeschloten leben, werden als Extremophile bezeichnet. Aufgrund ihrer noch relativ jungen Identifizierung als separate Domäne auf dem Lebensbaum, faszinierend, Informationen über Archaeen, ihre Evolution, ihr Verhalten und ihre Struktur sind noch im Gange entdeckt.
Struktur der Archaeen
Archaea sind Prokaryoten, was bedeutet, dass die Zellen keine Kern oder andere membrangebundene Organellen in ihren Zellen.
•••Dana Chen | Wissenschaft
Wie Bakterien haben die Zellen einen gewundenen DNA-Ring, und das Zellzytoplasma enthält Ribosomen für die Produktion von Zellproteinen und anderen Substanzen, die die Zelle benötigt. Im Gegensatz zu Bakterien sind die Zellenwand und Membran können steif sein und der Zelle eine bestimmte Form geben, wie flach, stäbchenförmig oder kubisch.
Archaea-Arten haben gemeinsame Merkmale wie Form und Stoffwechsel und können sich wie Bakterien durch binäre Spaltung vermehren. Horizontaler Gentransfer ist jedoch üblich, und Archaea-Zellen können Plasmide mit DNA aus ihrer Umgebung aufnehmen oder DNA mit anderen Zellen austauschen.
Infolgedessen können sich Archaea-Arten schnell entwickeln und verändern.
Zellenwand
Die Grundstruktur der Zellwände von Archaeen ähnelt der von Bakterien, da die Struktur auf Kohlenhydratketten basiert.
Da Archaeen in vielfältigeren Umgebungen überleben als andere Lebensformen, müssen ihre Zellwand und ihr Zellstoffwechsel gleichermaßen variiert und an ihre Umgebung angepasst werden.
Infolgedessen enthalten manche Archaea-Zellwände Kohlenhydrate, die sich von denen von Bakterienzellwänden unterscheiden, und manche enthalten Proteine und Lipide, um ihnen Stärke und Beständigkeit gegen Chemikalien zu verleihen.
Zellmembran
Einige der einzigartigen Eigenschaften von Archaea-Zellen sind auf die besonderen Eigenschaften ihrer Zellmembran zurückzuführen.
Die Zellmembran liegt innerhalb der Zellwand und steuert den Stoffaustausch zwischen der Zelle und ihrer Umgebung. Wie alle anderen lebenden Zellen besteht die Zellmembran der Archaeen aus Phospholipiden mit Fettsäureketten, aber die Bindungen in den Phospholipiden der Archaeen sind einzigartig.
Alle Zellen haben a Phospholipid Doppelschicht, aber in Archaeenzellen hat die Doppelschicht Äther Bindungen, während die Zellen von Bakterien und Eukaryoten Ester Fesseln.
Etherbindungen sind widerstandsfähiger gegen chemische Aktivitäten und ermöglichen es Archaea-Zellen, in extremen Umgebungen zu überleben, die andere Lebensformen töten würden. Während die Ätherbindung ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal von Archaea-Zellen ist, unterscheidet sich die Zellmembran auch in den Details ihrer Struktur und der Verwendung von langen isoprenoid Ketten, um mit Fettsäuren seine einzigartigen Phospholipide herzustellen.
Die Unterschiede in den Zellmembranen weisen auf eine evolutionäre Verwandtschaft hin, in der sich Bakterien und Eukaryoten nach oder getrennt von Archaeen entwickelten.
Gene und genetische Informationen
Wie alle lebenden Zellen sind Archaeen auf die Replikation von DNA angewiesen, um sicherzustellen, dass Tochterzellen mit der Mutterzelle identisch sind. Die DNA-Struktur von Archaeen ist einfacher als die von Eukaryoten und ähnelt der bakteriellen Genstruktur. Die DNA befindet sich in einzelnen zirkulären Plasmiden, die zunächst gewunden sind und sich vor der Zellteilung aufrichten.
Während dieser Prozess und die anschließende binäre Spaltung der Zellen wie bei Bakterien abläuft, erfolgt die Replikation und Translation der DNA-Sequenzen wie bei Eukaryoten.
Sobald die Zell-DNA aufgerollt ist, ähnelt das RNA-Polymerase-Enzym, das verwendet wird, um die Gene zu kopieren, eher der eukaryotischen RNA-Polymerase als dem entsprechenden bakteriellen Enzym. Auch die Erstellung der DNA-Kopie unterscheidet sich vom bakteriellen Prozess.
Die DNA-Replikation und -Translation ist eine der Arten, in der Archaeen eher den Zellen von Tieren als denen von Bakterien ähneln.
Geißeln
Wie bei Bakterien, Geißeln Erlaube den Archaeen, sich zu bewegen.
Ihre Struktur und ihr Wirkmechanismus sind bei Archaeen und Bakterien ähnlich, aber wie sie sich entwickelt haben und wie sie aufgebaut sind, unterscheiden sich. Diese Unterschiede lassen wiederum vermuten, dass sich Archaeen und Bakterien getrennt entwickelt haben, mit einer frühen Differenzierung in evolutionärer Hinsicht.
Ähnlichkeiten zwischen Mitgliedern der beiden Domänen können auf einen späteren horizontalen DNA-Austausch zwischen Zellen zurückgeführt werden.
Das Flagellum bei Archaeen ist ein langer Stiel mit einer Basis, der in Verbindung mit der Zellmembran eine Rotationswirkung entfalten kann. Die Drehbewegung führt zu einer peitschenartigen Bewegung, die die Zelle vorwärts treiben kann. Bei Archaeen wird der Stiel durch Hinzufügen von Material an der Basis aufgebaut, während bei Bakterien der hohle Stiel aufgebaut wird, indem Material in der hohlen Mitte nach oben bewegt und oben abgelagert wird.
Flagellen sind nützlich, um Zellen in Richtung Nahrung zu bewegen und sich danach auszubreiten Zellteilung.
Wo überleben Archaeen?
Das Hauptunterscheidungsmerkmal von Archaeen ist ihre Fähigkeit, in toxischen Umgebungen und extremen Lebensräumen zu überleben.
Je nach Umgebung sind Archaeen hinsichtlich ihrer Zellwand, Zellmembran und ihres Stoffwechsels angepasst. Archaeen können eine Vielzahl von Energiequellen nutzen, darunter Sonnenlicht, Alkohol, Essigsäure, Ammoniak, Schwefel und Kohlenstoffbindung aus Kohlendioxid in der Atmosphäre.
Zu den Abfallprodukten gehört Methan, und methanogene Archaeen sind die einzigen Zellen, die diese Chemikalie produzieren können.
Die Archaea-Zellen, die in extremen Umgebungen leben können, können nach ihrer Fähigkeit, unter bestimmten Bedingungen zu leben, klassifiziert werden. Vier solcher Klassifikationen sind:
- Toleranz für hohe Temperaturen: hyperthermophil.
- Kann saure Umgebungen überleben: acidophil.
- Kann in stark alkalischen Flüssigkeiten überleben: alkaliphil.
- Toleranz für hohen Salzgehalt: halophil.
Einige der lebensfeindlichsten Umgebungen der Erde sind die hydrothermalen Tiefseeschlote am Grund des Pazifischen Ozeans und heiße Quellen, wie sie im Yellowstone-Nationalpark zu finden sind. Hohe Temperaturen in Kombination mit korrosiven Chemikalien sind in der Regel lebensfeindlich, aber Archaeen wie Ignicoccus haben dort kein Problem.
Die Resistenz von Archaeen gegenüber solchen Bedingungen hat Wissenschaftler dazu veranlasst, zu untersuchen, ob Archaeen oder ähnliche Organismen im Weltraum oder auf anderen feindlichen Planeten wie dem Mars überleben könnten.
Mit ihren einzigartigen Eigenschaften und ihrer vergleichsweise jungen Bekanntheit verspricht die Archaea-Domäne weitere interessante Eigenschaften und Fähigkeiten dieser Zellen aufzeigen, und es kann überraschende Enthüllungen in der Zukunft.