Arheje: struktura, obilježja i područje

Archaea je relativno nova klasifikacija života koju je u početku predložio Carl Woese, američki mikrobiolog, 1977. godine.

Otkrio je da bakterije, koje su prokariontske stanice bez jezgre, mogli bi se podijeliti u dvije različite skupine na temelju njihovog genetskog materijala. I bakterije i arheje jednoćelijski su organizmi, ali arheje imaju potpuno drugačije stanična membrana struktura koja im omogućuje preživljavanje u ekstremnim okruženjima.

Woese je isprva predložio da se život grupira u tri domene Eukarya, Bacteria i Archaebacteria. (Možda ćete vidjeti ova tri imena koja počinju malim slovima, ali kada govorite o određenim domenama, pojmovi su napisani velikim slovom.)

Kada je više istraživanja otkrilo da su se stanice domene Archaebacteria zapravo prilično razlikovale od bakterija, stari termin je izbačen. Nova imena domena su Bakterije, Arheje i Eukarije, gdje se Eukarija sastoji od organizama čije stanice imaju jezgru.

Na drvetu života stanice domenske arheje smještene su između stanica bakterija i stanica eukarije, koje uključuju višećelijske organizme i više životinje.

Arheje se razmnožavaju aseksualno binarnom cijepanjem; stanice se dijele na dvije poput bakterija. Što se tiče njihove membrane i kemijske strukture, arhejske stanice dijele značajke s eukariotske stanice. Jedinstvene karakteristike arheja uključuju njihovu sposobnost života u ekstremno vrućim ili kemijski agresivnim okruženjima i mogu se naći na cijeloj Zemlji, gdje god bakterija preživjeti.

Arheje koje žive na ekstremnim staništima poput vrućih izvora i dubokomorskih otvora nazivaju se ekstremofilima. Zbog njihove prilično nedavne identifikacije kao zasebne domene na drvetu života, fascinantno informacije o arheima, njihovom evoluciji, ponašanju i strukturi još uvijek postoje otkrio.

Arheje su prokarioti, što znači da stanice nemaju a jezgra ili na drugu membranu vezanu organele u svojim stanicama.

•••Dana Chen | Znanstveno

Poput bakterija, stanice imaju namotan prsten DNA, a stanična citoplazma sadrži ribosome za proizvodnju staničnih proteina i drugih tvari koje su stanice potrebne. Za razliku od bakterija, stanične stijenke a membrana može biti kruta i dati ćeliji specifičan oblik poput ravnog, štapičastog ili kubičnog.

Vrste arheja dijele zajedničke karakteristike poput oblika i metabolizma, a mogu se razmnožavati binarnom cijepanjem baš poput bakterija. Horizontalni prijenos gena uobičajen je, međutim, stanice arheje mogu uzimati plazmide koji sadrže DNA iz svog okruženja ili razmjenjivati ​​DNA s drugim stanicama.

Kao rezultat toga, vrste arheja mogu se brzo razvijati i mijenjati.

Osnovna struktura staničnih stijenki arheja slična je strukturi bakterija jer se struktura temelji na lancima ugljikohidrata.

Budući da arheje opstaju u raznovrsnijim okruženjima od ostalih oblika života, njihov stanični zid i stanični metabolizam moraju biti jednako raznoliki i prilagođeni njihovoj okolini.

Kao rezultat toga, neke stanične stijenke arheja sadrže ugljikohidrate koji se razlikuju od onih u staničnim stijenkama bakterija, a neki sadrže proteine ​​i lipide kako bi im dali snagu i otpornost na kemikalije.

Neke od jedinstvenih karakteristika stanica arheja posljedica su posebnosti njihove stanične membrane.

Stanična membrana leži unutar stanične stijenke i kontrolira razmjenu tvari između stanice i njezine okoline. Kao i sve druge žive stanice, membrana arhejske stanice sastoji se od fosfolipida s lancima masnih kiselina, ali veze u fosfolipidima arheje jedinstvene su.

Sve stanice imaju a fosfolipid dvosloj, ali u stanicama arheja dvosloj ima eter veze dok stanice bakterija i eukariota imaju ester obveznice.

Eterske veze otpornije su na kemijske aktivnosti i omogućuju preživljavanje stanica arheja u ekstremnim okruženjima koja bi ubila druge oblike života. Iako je eterska veza ključna karakteristika razlikovanja stanica arheje, stanična membrana također se razlikuje od memorije ostalih stanica u detaljima svoje građe i dugotrajnoj uporabi izoprenoid lanci za stvaranje svojih jedinstvenih fosfolipida s masnim kiselinama.

Razlike u staničnim membranama ukazuju na evolucijski odnos u kojem su se bakterije i eukarioti razvili nakon ili odvojeno od arheja.

Kao i sve žive stanice, arheje se oslanjaju na replikaciju DNA kako bi osigurale da stanice kćeri budu identične matičnoj stanici. DNA struktura arheja jednostavnija je od eukariota i slična je bakterijskoj genskoj strukturi. DNA se nalazi u pojedinačnim kružnim plazmidima koji su u početku smotani i koji se ispravljaju prije diobe stanica.

Iako je ovaj proces i naknadna binarna fisija stanica poput procesa bakterija, replikacija i translacija DNA sekvenci odvija se kao u eukariota.

Jednom kad se DNA stanice otklopi, enzim RNA polimeraza koji se koristi za kopiranje gena sličniji je eukariotskoj RNA polimerazi nego odgovarajućem bakterijskom enzimu. Stvaranje DNK kopije također se razlikuje od bakterijskog procesa.

Replikacija i prevođenje DNA jedan je od načina na koji su arheje sličnije stanicama životinja nego bakterijama.

Kao i kod bakterija, bičevi dopustite arheji da se kreće.

Njihova struktura i mehanizam djelovanja slični su kod arheja i bakterija, ali kako su se razvijali i kako su građeni razlikuju se. Te razlike opet sugeriraju da su se arheje i bakterije evoluirale odvojeno, s točkom diferencijacije na samom početku u evolucijskom smislu.

Sličnosti među članovima dviju domena mogu se pratiti do kasnije horizontalne razmjene DNA između stanica.

Pahuljica u arheji duga je peteljka s bazom koja može razviti rotacijsko djelovanje u sprezi sa staničnom membranom. Rotacijsko djelovanje rezultira pokretom poput biča koji može pokrenuti stanicu naprijed. U arhejama stabljika se gradi dodavanjem materijala u podnožju, dok se kod bakterija šuplja stabljika gradi pomicanjem materijala prema šupljem središtu i taloženjem na vrh.

Bičevi su korisni u kretanju stanica prema hrani i širenju nakon dijeljenje stanica.

Glavna karakteristika razlikovanja arheja je njihova sposobnost preživljavanja u otrovnim okolišima i ekstremnim staništima.

Ovisno o okolini, arheje se prilagođavaju s obzirom na staničnu stijenku, staničnu membranu i metabolizam. Archaea može koristiti razne izvore energije, uključujući sunčevu svjetlost, alkohol, octenu kiselinu, amonijak, sumpor i fiksiranje ugljika iz ugljičnog dioksida u atmosferi.

Otpadni proizvodi uključuju metan, a metanogene arheje jedine su stanice koje mogu proizvesti ovu kemikaliju.

Stanice arheje koje mogu živjeti u ekstremnim uvjetima mogu se klasificirati ovisno o njihovoj sposobnosti za život u određenim uvjetima. Četiri su takve klasifikacije:

• Tolerancija na visoke temperature: hipertermofilni.
  
• Sposoban preživjeti kiselo okruženje: acidofilni.
• Može preživjeti u visoko alkalnim tekućinama: alkalifilni.
• Tolerancija na visok udio soli: halofilni.

Neka od najneprijatnijih okruženja na Zemlji su dubokomorski hidrotermalni otvori na dnu Tihog oceana i vrući izvori poput onih pronađenih u nacionalnom parku Yellowstone. Visoke temperature u kombinaciji s nagrizajućim kemikalijama obično su neprijateljske prema životu, ali arheje poput ignicoccusa nemaju problema s tim mjestima.

Otpor arheja na takve uvjete naveo je znanstvenike da istraže mogu li arheje ili slični organizmi preživjeti u svemiru ili na inače neprijateljskim planetima poput Marsa.

Zahvaljujući svojim jedinstvenim karakteristikama i relativno novijem pojavljivanju na istaknutom položaju, domena Archaea to obećava otkrivaju zanimljivije karakteristike i mogućnosti ovih stanica i mogu pružiti iznenađujuća otkrića u budućnost.