Arheiad: struktuur, omadused ja domeen

Arheia on suhteliselt uus eluklassifikatsioon, mille algselt esitas Ameerika mikrobioloog Carl Woese 1977. aastal.

Ta leidis, et bakterid, mis on prokarüootsed rakud tuumata, võiks nende geneetilise materjali põhjal jagada kahte erinevasse rühma. Mõlemad bakterid ja arheiad on üherakulised organismid, kuid arheedel on see täiesti erinev rakumembraan struktuur, mis võimaldab neil ellu jääda äärmuslikes keskkondades.

Woese soovitas algul grupeerida elu Eukarya, bakterite ja arheebakterite kolme valdkonda. (Võite näha, et need kolm nime algavad väiketähtedega, kuid kui räägite konkreetsetest domeenidest, siis kasutatakse termineid suurtähtedega.)

Kui rohkemate uuringute tulemusel selgus, et domeeni Archaebacteria rakud erinesid tegelikult bakteritest, jäeti vana termin ära. Uuteks domeeninimedeks on Bacteria, Archaea ja Eukarya, kus Eukarya koosneb organismidest, mille rakkudel on tuum.

Elupuul asuvad domeeniarhea rakud bakterirakkude ja eukariarakkude vahel, kuhu kuuluvad mitmerakulised organismid ja kõrgemad loomad.

Arheed paljunevad binaarse lõhustumise teel mittesuguliselt; rakud jagunevad kaheks nagu bakterid. Oma membraani ja keemilise struktuuri poolest on arheiarakkudel ühised omadused eukarüootsed rakud. Ainulaadsete arheiaomaduste hulka kuulub nende võime elada ülikuumades või keemiliselt agressiivsetes keskkondades ning neid võib leida üle kogu Maa, ükskõik kus bakterid ellu jääma.

Neid arheeme, mis elavad äärmuslikes elupaikades, nagu kuumaveeallikad ja süvamere tuulutusavad, nimetatakse äärmuslikeks. Nende üsna hiljutise identifitseerimise tõttu elupuul eraldi domeenina on see põnev teave arheede, nende evolutsiooni, käitumise ja struktuuri kohta on endiselt alles avastatud.

Arheed on prokarüootid, mis tähendab, et rakkudel pole a tuum või muu membraaniga seotud organellid oma rakkudes.

•••Dana Chen | Teadmine

Sarnaselt bakteritega on rakkudel keerdunud DNA ring ja raku tsütoplasma sisaldab ribosoome rakuvalkude ja muude rakule vajalike ainete tootmiseks. Erinevalt bakteritest on raku sein ja membraan võivad olla jäigad ja anda rakule kindla kuju, näiteks lamedad, vardakujulised või kuupilised.

Archaea liikidel on ühised omadused, nagu kuju ja ainevahetus, ning nad võivad paljuneda kahendburdumise kaudu nagu bakterid. Geenide horisontaalne ülekanne on siiski tavaline ja arheiarakud võivad oma keskkonnast võtta DNA-d sisaldavad plasmiidid või vahetada DNA-d teiste rakkudega.

Selle tulemusena võivad arheeliigid kiiresti areneda ja muutuda.

Arheiarakkude seinte põhistruktuur sarnaneb bakterite omaga, kuna struktuur põhineb süsivesikute ahelatel.

Kuna arheed püsivad erinevates keskkondades kui teised eluvormid, tuleb nende rakuseina ja rakkude ainevahetust ühtemoodi varieerida ja ümbritsevaga kohandada.

Seetõttu sisaldavad mõned arheiarakkude seinad süsivesikuid, mis erinevad bakterirakkude seinte omadest, ja mõned sisaldavad valke ja lipiide, et anda neile tugevus ja vastupidavus kemikaalidele.

Mõned arheiarakkude ainulaadsed omadused tulenevad nende rakumembraani eripäradest.

Rakumembraan asub rakuseina sees ja kontrollib ainevahetust raku ja selle keskkonna vahel. Nagu kõik teised elusrakud, koosneb ka arheiarakkude membraan rasvhapete ahelatega fosfolipiididest, kuid arheiafosfolipiidide sidemed on ainulaadsed.

Kõigil lahtritel on a fosfolipiid kahekihiline, kuid arheiarakkudes on kahekihiline eeter sidemed samal ajal kui bakterite ja eukarüootide rakkudel on ester võlakirjad.

Eetri sidemed on keemilise aktiivsuse suhtes vastupidavamad ja võimaldavad arheiarakkudel ellu jääda ekstreemsetes keskkondades, mis surmaksid teisi eluvorme. Ehkki eeterside on arheiarakkude peamine eristav omadus, erineb rakumembraan teiste rakkude omast ka oma struktuuri üksikasjade ja pika kasutamise tõttu isoprenoid ahelatest oma ainulaadsete fosfolipiidide valmistamiseks rasvhapetega.

Rakumembraanide erinevused viitavad evolutsioonilisele seosele, milles bakterid ja eukarüoodid arenesid pärast arheesid või neist eraldi.

Nagu kõik elusrakud, tuginevad arheed DNA replikatsioonile, et tagada tütarrakkude identsus algrakuga. Arheede DNA struktuur on eukarüootide omast lihtsam ja sarnane bakteriaalse geenistruktuuriga. DNA-d leidub üksikutes ümmargustes plasmiidides, mis algselt keeratakse kokku ja mis sirguvad enne rakkude jagunemist.

Kuigi see protsess ja sellele järgnev rakkude binaarne lõhustumine on nagu bakteritel, toimub DNA järjestuste replikatsioon ja translatsioon nagu eukarüootides.

Kui raku DNA on lahti keeratud, on geenide kopeerimiseks kasutatav RNA polümeraasi ensüüm rohkem sarnane eukarüoot RNA polümeraasiga kui vastava bakteriaalse ensüümiga. DNA koopia loomine erineb ka bakteriprotsessist.

DNA replikatsioon ja translatsioon on üks viise, kuidas arheed sarnanevad rohkem loomade kui bakterite rakkudega.

Nagu bakterite puhul, lipuke laske arheedil liikuda.

Nende struktuur ja toimemehhanism on arheede ja bakterite poolest sarnased, kuid nende areng ja ehitus on erinev. Need erinevused viitavad jällegi sellele, et arheed ja bakterid arenesid eraldi, evolutsiooniliselt juba varakult diferentseerumisega.

Kahe domeeni liikmete sarnasusi saab jälgida hilisema horisontaalse DNA-vahetusega rakkude vahel.

Arkaias paiknev lipp on pika varrega, mille alus võib arendada rakumembraaniga pöörlevat toimet. Pöördtoimingu tulemuseks on visplike liikumine, mis võib raku edasi liikuda. Arheedes ehitatakse vars materjali lisamisel alusele, bakterites aga õõnes vars üles, liigutades materjali ülespoole õõnsust ja ladestades selle ülaosasse.

Lipukesed on kasulikud rakkude liikumisel toidu poole ja pärast seda levitamiseks raku pooldumine.

Arheede peamine eristav omadus on nende võime ellu jääda mürgistes keskkondades ja äärmuslikes elupaikades.

Sõltuvalt ümbrusest on arheed kohandatud rakuseina, rakumembraani ja ainevahetuse osas. Arheed võivad kasutada mitmesuguseid energiaallikaid, sealhulgas päikesevalgust, alkoholi, äädikhapet, ammoniaaki, väävlit ja atmosfääri süsinikdioksiidi sidumist süsinikuga.

Jäätmetoodete hulka kuulub metaan ja metanogeensed arheed on ainsad rakud, mis suudavad seda kemikaali toota.

Arheiarakke, mis on võimelised elama äärmuslikes keskkondades, saab klassifitseerida sõltuvalt nende võimest elada konkreetsetes tingimustes. Neli sellist klassifikatsiooni on:

• Tolerants kõrgetel temperatuuridel: hüpertermofiilne.
  
• Võimeline happelises keskkonnas ellu jääma: acidophilic.
• Võib ellu jääda väga leeliselistes vedelikes: alkalifiilne.
• Suure soolasisalduse tolerants: halofiilne.

Maa kõige vaenulikumad keskkonnad on Vaikse ookeani põhjas asuvad süvamere hüdrotermilised ventilatsiooniavad ja kuumaveeallikad, näiteks Yellowstone'i rahvuspargis leiduvad. Kõrged temperatuurid koos söövitavate kemikaalidega on tavaliselt elu suhtes vaenulikud, kuid arhail, nagu ignicoccus, pole nende asukohtadega probleeme.

Arheede vastupanu sellistele tingimustele on pannud teadlasi uurima, kas arheiad või sarnased organismid võivad kosmoses või muul viisil vaenulikul planeedil nagu Marss ellu jääda.

Oma ainulaadsete omaduste ja suhteliselt hiljuti esiletõstetud lubab Archaea domeen seda lubada paljastada nende lahtrite huvitavamad omadused ja võimalused ning see võib pakkuda üllatavaid paljastusi tulevik.