Αρχαία: Δομή, Χαρακτηριστικά & Τομέας

Το Archaea είναι μια σχετικά νέα ταξινόμηση της ζωής που προτάθηκε αρχικά από τον Carl Woese, έναν Αμερικανό μικροβιολόγο, το 1977.

Βρήκε ότι τα βακτήρια, που είναι προκαρυωτικά κύτταρα χωρίς πυρήνα, θα μπορούσε να χωριστεί σε δύο ξεχωριστές ομάδες με βάση το γενετικό τους υλικό. Τόσο τα βακτήρια όσο και τα αρχαία είναι μονοκύτταρα, αλλά η αρχαία έχει εντελώς διαφορετική κυτταρική μεμβράνη δομή που τους επιτρέπει να επιβιώσουν σε ακραία περιβάλλοντα.

Ο Woese πρότεινε αρχικά να ομαδοποιηθεί η ζωή στους τρεις τομείς Eukarya, Bacteria και Archaebacteria. (Μπορεί να δείτε αυτά τα τρία ονόματα ξεκινώντας με πεζά γράμματα, αλλά όταν μιλάτε για τους συγκεκριμένους τομείς, οι όροι γράφονται με κεφαλαία.)

Όταν περισσότερη έρευνα αποκάλυψε ότι τα κύτταρα του τομέα Archaebacteria ήταν στην πραγματικότητα αρκετά διαφορετικά από τα βακτήρια, ο παλιός όρος απορρίφθηκε. Τα νέα ονόματα περιοχών είναι βακτήρια, Archaea και Eukarya, όπου η Eukarya αποτελείται από οργανισμούς των οποίων τα κύτταρα έχουν έναν πυρήνα.

Στο δέντρο της ζωής, τα κύτταρα της περιοχής archaea βρίσκονται μεταξύ των κυττάρων των βακτηρίων και εκείνων του eukarya, τα οποία περιλαμβάνουν πολυκύτταρους οργανισμούς και ανώτερα ζώα.

Η Archaea αναπαράγεται άσεξα μέσω δυαδικής σχάσης. τα κύτταρα χωρίζονται σε δύο σαν βακτήρια. Όσον αφορά τη μεμβράνη και τη χημική τους δομή, τα κύτταρα archaea μοιράζονται χαρακτηριστικά με ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά της αρχαίας περιλαμβάνουν την ικανότητά τους να ζουν σε εξαιρετικά ζεστά ή χημικά επιθετικά περιβάλλοντα και μπορούν να βρεθούν σε ολόκληρη τη Γη, οπουδήποτε βακτήρια επιζώ.

Εκείνες οι αρχαίες που ζουν σε ακραία ενδιαιτήματα όπως θερμές πηγές και αεραγωγούς βαθέων υδάτων ονομάζονται ακροφύτες. Λόγω της αρκετά πρόσφατης ταυτοποίησής τους ως ξεχωριστού τομέα στο δέντρο της ζωής, συναρπαστικό Οι πληροφορίες σχετικά με τους αρχαίους, την εξέλιξή τους, τη συμπεριφορά τους και τη δομή τους εξακολουθούν να υπάρχουν ανακαλύφθηκε.

Το Archaea είναι προκαρυωτικά, που σημαίνει ότι τα κύτταρα δεν έχουν πυρήνας ή άλλη μεμβράνη οργανίδια στα κελιά τους.

•••Ντάνα Τσεν | Επιστήμη

Όπως τα βακτήρια, τα κύτταρα έχουν έναν κουλουριασμένο δακτύλιο DNA, και το κυτταρόπλασμα περιέχει ριβοσώματα για την παραγωγή κυτταρικών πρωτεϊνών και άλλων ουσιών που χρειάζεται το κύτταρο. Σε αντίθεση με τα βακτήρια, το κυτταρικό τοίχωμα και η μεμβράνη μπορεί να είναι άκαμπτη και να δώσει στο κελί ένα συγκεκριμένο σχήμα όπως επίπεδο, ράβδο ή κυβικό.

Τα είδη Archaea έχουν κοινά χαρακτηριστικά όπως το σχήμα και το μεταβολισμό και μπορούν να αναπαραχθούν μέσω δυαδικής σχάσης όπως τα βακτήρια. Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων είναι κοινή, ωστόσο, και τα κύτταρα archaea μπορεί να προσλαμβάνουν πλασμίδια που περιέχουν DNA από το περιβάλλον τους ή να ανταλλάσσουν DNA με άλλα κύτταρα.

Ως αποτέλεσμα, τα είδη της αρχαίας μπορούν να εξελιχθούν και να αλλάξουν γρήγορα.

Η βασική δομή των κυτταρικών τοιχωμάτων της αρχαίας είναι παρόμοια με εκείνη των βακτηρίων στο ότι η δομή βασίζεται σε υδατάνθρακες αλυσίδες.

Επειδή η αρχαία επιβιώνει σε πιο ποικίλα περιβάλλοντα από άλλες μορφές ζωής, ο κυτταρικός τοίχος και ο μεταβολισμός των κυττάρων τους πρέπει να είναι εξίσου ποικίλοι και προσαρμοσμένοι στο περιβάλλον τους.

Ως αποτέλεσμα, ορισμένα κυτταρικά τοιχώματα archaea περιέχουν υδατάνθρακες που είναι διαφορετικοί από εκείνους των κυτταρικών τοιχωμάτων βακτηρίων, και μερικοί περιέχουν πρωτεΐνες και λιπίδια για να τους δώσουν δύναμη και αντοχή στις χημικές ουσίες.

Μερικά από τα μοναδικά χαρακτηριστικά των κυττάρων της αρχαίας οφείλονται στα ειδικά χαρακτηριστικά της κυτταρικής μεμβράνης τους.

Η κυτταρική μεμβράνη βρίσκεται μέσα στο κυτταρικό τοίχωμα και ελέγχει την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντός του. Όπως όλα τα άλλα ζωντανά κύτταρα, η κυτταρική μεμβράνη archaea αποτελείται από φωσφολιπίδια με αλυσίδες λιπαρών οξέων, αλλά οι δεσμοί στα φωσφολιπίδια της αρχαίας είναι μοναδικοί.

Όλα τα κελιά έχουν ένα φωσφολιπίδιο διπλής στιβάδας, αλλά στα κύτταρα archaea, η διπλοστοιβάδα έχει αιθέρας δεσμούς ενώ τα κύτταρα των βακτηρίων και των ευκαρυωτικών αστήρ δεσμούς.

Οι αιθερικοί δεσμοί είναι πιο ανθεκτικοί στη χημική δραστηριότητα και επιτρέπουν στα κύτταρα archaea να επιβιώσουν σε ακραία περιβάλλοντα που θα σκότωναν άλλες μορφές ζωής. Ενώ ο αιθερικός δεσμός είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό διαφοροποίησης των κυττάρων archaea, η κυτταρική μεμβράνη διαφέρει επίσης από εκείνη άλλων κυττάρων στις λεπτομέρειες της δομής και της χρήσης του ισοπρενοειδές αλυσίδες για να φτιάξει τα μοναδικά φωσφολιπίδια με λιπαρά οξέα.

Οι διαφορές στις κυτταρικές μεμβράνες υποδηλώνουν μια εξελικτική σχέση στην οποία αναπτύσσονται βακτήρια και ευκαρυώτες μετά ή χωριστά από την αρχαία.

Όπως όλα τα ζωντανά κύτταρα, το archaea βασίζεται στην αντιγραφή του DNA για να διασφαλίσει ότι τα θυγατρικά κύτταρα είναι πανομοιότυπα με το γονικό κύτταρο. Η δομή του DNA της αρχαίας είναι απλούστερη από αυτήν των ευκαρυωτικών και παρόμοια με τη βακτηριακή δομή του γονιδίου. Το DNA βρίσκεται σε μονά κυκλικά πλασμίδια που αρχικά κουλουριάζονται και που ισιώνονται πριν από την κυτταρική διαίρεση.

Ενώ αυτή η διαδικασία και η επακόλουθη δυαδική σχάση των κυττάρων είναι παρόμοια με αυτή των βακτηρίων, η αντιγραφή και μετάφραση των αλληλουχιών DNA λαμβάνει χώρα όπως συμβαίνει στα ευκαρυωτικά.

Μόλις το κυτταρικό DNA ξετυλιχθεί, το ένζυμο πολυμεράσης RNA που χρησιμοποιείται για την αντιγραφή των γονιδίων είναι περισσότερο παρόμοιο με την πολυμεράση RNA ευκαρυωτικών από ότι με το αντίστοιχο βακτηριακό ένζυμο. Η δημιουργία του αντιγράφου DNA διαφέρει επίσης από τη βακτηριακή διαδικασία.

Η αναπαραγωγή και μετάφραση του DNA είναι ένας από τους τρόπους με τους οποίους η αρχαία μοιάζει περισσότερο με τα κύτταρα των ζώων από αυτά των βακτηρίων.

Όπως με τα βακτήρια, μαστίγια Αφήστε την αρχαία να κινηθεί.

Η δομή και ο μηχανισμός λειτουργίας τους είναι παρόμοια στην αρχαία και τα βακτήρια, αλλά ο τρόπος με τον οποίο εξελίχθηκαν και ο τρόπος κατασκευής τους διαφέρουν. Αυτές οι διαφορές υποδηλώνουν και πάλι ότι η αρχαία και τα βακτήρια εξελίχθηκαν χωριστά, με ένα σημείο διαφοροποίησης νωρίς σε εξελικτικούς όρους.

Οι ομοιότητες μεταξύ των μελών των δύο τομέων μπορούν να ανιχνευθούν σε μεταγενέστερη οριζόντια ανταλλαγή DNA μεταξύ κυττάρων.

Το μαστίγιο στην αρχαία είναι ένας μακρύς μίσχος με βάση που μπορεί να αναπτύξει περιστροφική δράση σε συνδυασμό με την κυτταρική μεμβράνη. Η περιστροφική δράση οδηγεί σε μια κίνηση που μπορεί να ωθήσει το κελί προς τα εμπρός. Στην αρχαία, ο μίσχος κατασκευάζεται με την προσθήκη υλικού στη βάση, ενώ στα βακτήρια, ο κοίλος μίσχος συσσωρεύεται μετακινώντας το υλικό στο κοίλο κέντρο και τοποθετώντας το στην κορυφή.

Η Flagella είναι χρήσιμη για την κίνηση των κυττάρων προς την τροφή και την εξάπλωσή τους μετά κυτταρική διαίρεση.

Το κύριο χαρακτηριστικό διαφοροποίησης της αρχαίας είναι η ικανότητά τους να επιβιώνουν σε τοξικά περιβάλλοντα και ακραία ενδιαιτήματα.

Ανάλογα με το περιβάλλον τους, η αρχαία προσαρμόζεται σε σχέση με το κυτταρικό τοίχωμα, την κυτταρική μεμβράνη και το μεταβολισμό. Η Archaea μπορεί να χρησιμοποιήσει μια ποικιλία πηγών ενέργειας, όπως ηλιακό φως, αλκοόλ, οξικό οξύ, αμμωνία, θείο και στερέωση άνθρακα από διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Τα απόβλητα περιλαμβάνουν το μεθάνιο και η μεθανογενής αρχαία είναι τα μόνα κύτταρα ικανά να παράγουν αυτή τη χημική ουσία.

Τα κύτταρα της αρχαίας ικανότητας να ζουν σε ακραία περιβάλλοντα μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με την ικανότητά τους να ζουν σε συγκεκριμένες συνθήκες. Τέσσερις τέτοιες ταξινομήσεις είναι:

• Ανοχή για υψηλές θερμοκρασίες: υπερθερμοφιλικός.
  
• Ικανό να επιβιώσει όξινο περιβάλλον: όξινοφιλος.
• Μπορεί να επιβιώσει σε εξαιρετικά αλκαλικά υγρά: αλκαλιφιλικό.
• Ανοχή για υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι: αλοφιλικός.

Μερικά από τα πιο εχθρικά περιβάλλοντα στη Γη είναι οι υδροθερμικοί αεραγωγοί βαθέων υδάτων στον πυθμένα του Ειρηνικού Ωκεανού και οι θερμές πηγές, όπως αυτές που βρίσκονται στο Εθνικό Πάρκο Yellowstone. Οι υψηλές θερμοκρασίες σε συνδυασμό με διαβρωτικές χημικές ουσίες είναι συνήθως εχθρικές για τη ζωή, αλλά archaea όπως το ignicoccus δεν έχουν κανένα πρόβλημα με αυτές τις τοποθεσίες.

Η αντίσταση της αρχαίας σε τέτοιες συνθήκες έχει οδηγήσει τους επιστήμονες να διερευνήσουν εάν η αρχαία ή παρόμοιοι οργανισμοί θα μπορούσαν να επιβιώσουν στο διάστημα ή σε διαφορετικά εχθρικούς πλανήτες όπως ο Άρης.

Με τα μοναδικά χαρακτηριστικά τους και τη συγκριτικά πρόσφατη εμφάνιση τους, ο τομέας Archaea υπόσχεται αποκαλύπτει πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά και δυνατότητες αυτών των κυττάρων, και μπορεί να προσφέρει εκπληκτικές αποκαλύψεις στο μελλοντικός.