Archeák: felépítés, jellemzők és tartomány

Az archaea egy viszonylag új életosztályozás, amelyet Carl Woese amerikai mikrobiológus kezdetben javasolt 1977-ben.

Megállapította, hogy a baktériumok, amelyek prokarióta sejtek mag nélkül genetikai anyaguk alapján két külön csoportra oszthatók. A baktériumok és az archeák egyaránt egysejtű organizmusok, de az archeáké teljesen más sejt membrán szerkezet, amely lehetővé teszi számukra a túlélést extrém környezetekben.

Woese először azt javasolta, hogy az életet csoportosítsák az Eukarya, a Bacteria és az Archaebacteria három területére. (Lehet, hogy ez a három név kisbetűvel kezdődik, de amikor az adott domainekről beszél, a kifejezések nagybetűvel íródnak.)

Amikor további kutatások kiderítették, hogy az Archaebacteria domén sejtjei valójában teljesen különböznek a baktériumtól, a régi kifejezést elvetették. Az új domainnevek a Bacteria, Archaea és Eukarya, ahol az Eukarya olyan szervezetekből áll, amelyek sejtjeinek magja van.

Az élet fáján a domén archaea sejtjei a baktériumok és az eukarya sejtjei között helyezkednek el, amelyek magukban foglalják a többsejtű szervezeteket és a magasabb rendű állatokat.

Az archeák nemi úton szaporodnak bináris hasadás révén; a sejtek baktériumként kettéválnak. Hártyájukat és kémiai szerkezetüket tekintve az archaea sejtek jellemzőkkel rendelkeznek eukarióta sejtek. Az egyedülálló archeák jellemzői közé tartozik az a képesség, hogy rendkívül forró vagy kémiailag agresszív környezetben élhetnek, és megtalálhatók a Föld szerte, bárhol baktériumok túlélni.

Azokat az archeákat, amelyek szélsőséges élőhelyeken élnek, mint például a forró források és a mélytengeri szellőzők, extrémophiloknak nevezzük. Mivel meglehetősen nemrégiben külön területként azonosították őket az élet fáján, lenyűgözőek az archeáról, evolúciójukról, viselkedésükről és felépítésükről még mindig vannak információk felfedezték.

Az archeák prokarióták, ami azt jelenti, hogy a sejteknek nincs a atommag vagy más membránhoz kötött sejtszervecskék sejtjeikben.

•••Dana Chen | Tudományosság

A baktériumokhoz hasonlóan a sejtek tekercselt DNS-gyűrűvel rendelkeznek, és a sejt citoplazma riboszómákat tartalmaz a sejtfehérjék és más, a sejt számára szükséges anyagok előállításához. A baktériumokkal ellentétben a sejtfal és a membrán lehet merev, és adott formát adhat a sejtnek, például lapos, rúd alakú vagy köbös.

Az archaea fajok közös jellemzőkkel rendelkeznek, például alakjukkal és anyagcseréjükkel, és bináris hasadás útján szaporodhatnak, akárcsak a baktériumok. A vízszintes géntranszfer azonban gyakori, és az archaea sejtek DNS-t tartalmazó plazmidokat vehetnek fel környezetükből, vagy kicserélhetik más sejtekkel a DNS-t.

Ennek eredményeként az archaea fajok gyorsan fejlődhetnek és változhatnak.

Az archaea sejtfalak alapvető szerkezete hasonló a baktériumokéhoz, mivel a szerkezet szénhidrátláncokra épül.

Mivel az archeák változatosabb környezetben maradnak fenn, mint más életformák, sejtfaluknak és sejtanyagcseréjüknek ugyanolyan változatosnak kell lennie, és alkalmazkodnia kell a környezetéhez.

Ennek eredményeként egyes archeák sejtfalai szénhidrátokat tartalmaznak, amelyek eltérnek a baktériumok sejtfalaitól, egyesek pedig fehérjéket és lipideket tartalmaznak, hogy erőt és ellenállást biztosítsanak a vegyi anyagokkal szemben.

Az archaea sejtek néhány egyedi jellemzője sejtmembránjuk sajátosságainak köszönhető.

A sejtmembrán a sejtfal belsejében fekszik, és ellenőrzi az anyagcserét a sejt és környezete között. Mint minden más élő sejt, az archeás sejtmembrán is zsírsavláncú foszfolipidekből áll, de az archeák foszfolipidjeiben lévő kötések egyedülállóak.

Minden sejtnek van egy foszfolipid kétrétegű, de az archaea sejtekben a kétrétegű éter kötődik, míg a baktériumok és az eukarióták sejtjei rendelkeznek észter kötvények.

Az éter kötések jobban ellenállnak a kémiai aktivitásnak, és lehetővé teszik az archeák sejtjeinek életben maradását olyan extrém környezetekben, amelyek más életformákat ölnének meg. Míg az éterkötés az archaea sejtek kulcsfontosságú megkülönböztető jellemzője, a sejtmembrán szerkezetének részleteiben és hosszú ideig tartó alkalmazásában is eltér a többi sejtétől izoprenoid láncok, hogy egyedi foszfolipidjeit zsírsavakkal állítsák elő.

A sejtmembránok közötti különbségek olyan evolúciós kapcsolatot jeleznek, amelyben a baktériumok és az eukarióták az archeák után vagy attól elkülönülve fejlődtek ki.

Mint minden élő sejt, az archeák is a DNS replikációjára támaszkodnak annak biztosítására, hogy a leánysejtek azonosak legyenek az anyasejttel. Az archeák DNS-szerkezete egyszerűbb, mint az eukariótáké, és hasonló a baktériumok génszerkezetéhez. A DNS egyetlen kör alakú plazmidban található, amely kezdetben tekercsel, és amely a sejtosztódás előtt kiegyenesedik.

Míg ez a folyamat és az azt követő bináris hasadás olyan, mint a baktériumoké, a DNS-szekvenciák replikációja és transzlációja ugyanúgy zajlik, mint az eukariótákban.

Miután a sejt DNS-je le van tekercselve, a gének másolásához használt RNS-polimeráz enzim jobban hasonlít az eukarióta RNS-polimerázra, mint a megfelelő bakteriális enzimre. A DNS-másolat létrehozása szintén eltér a bakteriális folyamattól.

A DNS-replikáció és transzláció az egyik módja annak, hogy az archeák jobban hasonlítanak az állatok, mint a baktériumok sejtjeihez.

Mint a baktériumoknál, flagella hagyja az archeát mozogni.

Szerkezetük és működési mechanizmusuk hasonló az archeákban és a baktériumokban, de hogyan fejlődtek és hogyan épülnek fel. Ezek a különbségek ismét arra utalnak, hogy az archeák és a baktériumok külön-külön fejlődtek, evolúciós szempontból korán megkülönböztethetővé váltak.

A két domén tagjai közötti hasonlóság a sejtek közötti későbbi horizontális DNS-cserére vezethető vissza.

Az archeában található flagellum egy hosszú szár, amelynek alapja rotációs hatást fejthet ki a sejtmembránnal együtt. A forgó művelet olyan síkmozgást eredményez, amely előremozdíthatja a sejtet. Az archeákban a szárat úgy építik meg, hogy anyagot adnak hozzá az aljához, míg a baktériumoknál az üreges szárat úgy építik fel, hogy az anyagot az üreg közepén felfelé mozgatják és a tetejére rakják.

A flagellák hasznosak a sejtek táplálék felé történő elmozdításában és a szétterjedésben sejtosztódás.

Az archeák fő megkülönböztető jellemzője, hogy mérgező környezetben és extrém élőhelyeken képesek túlélni.

Környezetüktől függően az archeák sejtfaluk, sejtmembránjuk és anyagcseréjük szempontjából adaptálódnak. Az archeák különféle energiaforrásokat használhatnak, ideértve a napfényt, az alkoholt, az ecetsavat, az ammóniát, a ként és a légköri szén-dioxidból történő szénmegkötést.

A hulladéktermékek közé tartozik a metán, és csak a metanogén archeák képesek előállítani ezt a vegyszert.

A szélsőséges körülmények között élő archeák sejtjei osztályozhatók attól függően, hogy képesek-e meghatározott körülmények között élni. Négy ilyen osztályozás a következő:

• Tolerancia magas hőmérséklet esetén: hipertermofil.
  
• Képes túlélni a savas környezetet: acidofil.
• Nagyon lúgos folyadékokban képes túlélni: alkalifil.
• Tolerancia a magas sótartalomra: halofil.

A Föld egyik legellenségesebb környezete a mélytengeri hidrotermikus szellőzők a Csendes-óceán fenekén, és a forró források, például a Yellowstone Nemzeti Parkban találhatók. A magas hőmérséklet korrozív vegyi anyagokkal kombinálva általában ellenséges az életben, de az olyan archeáknak, mint a ignicoccus, nincsenek gondjaik e helyekkel.

Az archeák ellenállása az ilyen körülmények között arra késztette a tudósokat, hogy megvizsgálják, vajon az archeák vagy hasonló organizmusok fennmaradhatnak-e az űrben vagy más ellenséges bolygókon, például a Marson.

Az Archaea tartomány egyedülálló jellemzőivel és a közelmúltban való kiemelkedő megjelenésével ígéri felfedi e cellák érdekesebb jellemzőit és képességeit, és meglepő felfedezéseket kínálhat a jövő.