Archaea: struttura, caratteristiche e dominio

Archaea è una classificazione della vita relativamente nuova proposta inizialmente da Carl Woese, un microbiologo americano, nel 1977.

Ha scoperto che i batteri, che sono cellule procariotiche prive di nucleo, potrebbero essere divise in due gruppi distinti in base al loro materiale genetico. Sia i batteri che gli archei sono organismi unicellulari, ma gli archei hanno un aspetto completamente diverso membrana cellulare struttura che consente loro di sopravvivere in ambienti estremi.

Woese all'inizio suggerì di raggruppare la vita nei tre domini di Eukarya, Bacteria e Archaebacteria. (Potresti vedere questi tre nomi che iniziano con lettere minuscole, ma quando parli dei domini specifici, i termini sono in maiuscolo.)

Quando ulteriori ricerche hanno rivelato che le cellule del dominio Archebacteria erano in realtà molto diverse dai batteri, il vecchio termine è stato abbandonato. I nuovi nomi di dominio sono Bacteria, Archaea ed Eukarya, dove Eukarya consiste di organismi le cui cellule hanno un nucleo.

Sull'albero della vita, le cellule del dominio archaea sono situate tra le cellule dei batteri e quelle degli eucarya, che comprendono organismi multicellulari e animali superiori.

Gli Archaea si riproducono asessualmente attraverso la fissione binaria; le cellule si dividono in due come i batteri. In termini di membrana e struttura chimica, le cellule degli archei condividono caratteristiche con cellule eucariotiche. Le caratteristiche uniche degli archaea includono la loro capacità di vivere in ambienti estremamente caldi o chimicamente aggressivi e possono essere trovati in tutta la Terra, ovunque batteri sopravvivere.

Gli archaea che vivono in habitat estremi come le sorgenti termali e le bocche di acque profonde sono chiamati estremofili. A causa della loro identificazione abbastanza recente come un dominio separato sull'albero della vita, affascinante le informazioni sugli arche, la loro evoluzione, il loro comportamento e la loro struttura sono ancora in corso scoperto.

Gli archaea sono procarioti, il che significa che le cellule non hanno a nucleo o altro legato alla membrana organelli nelle loro cellule.

•••Dana Chen | scienze

Come i batteri, le cellule hanno un anello a spirale di DNA e il citoplasma cellulare contiene ribosomi per la produzione di proteine ​​cellulari e altre sostanze di cui la cellula ha bisogno. A differenza dei batteri, il parete cellulare e la membrana può essere rigida e dare alla cellula una forma specifica come piatta, a forma di bastoncino o cubica.

Le specie di Archaea condividono caratteristiche comuni come la forma e il metabolismo e possono riprodursi tramite fissione binaria proprio come i batteri. Il trasferimento genico orizzontale è comune, tuttavia, e le cellule archaea possono assorbire plasmidi contenenti DNA dal loro ambiente o scambiare DNA con altre cellule.

Di conseguenza, le specie di archaea possono evolversi e cambiare rapidamente.

La struttura di base delle pareti cellulari dell'archaea è simile a quella dei batteri in quanto la struttura si basa su catene di carboidrati.

Poiché gli archaea sopravvivono in ambienti più vari rispetto ad altre forme di vita, la loro parete cellulare e il metabolismo cellulare devono essere ugualmente vari e adattati all'ambiente circostante.

Di conseguenza, alcune pareti cellulari degli archei contengono carboidrati diversi da quelli delle pareti cellulari dei batteri e alcune contengono proteine ​​e lipidi per conferire loro forza e resistenza alle sostanze chimiche.

Alcune delle caratteristiche uniche delle cellule degli archei sono dovute alle caratteristiche speciali della loro membrana cellulare.

La membrana cellulare si trova all'interno della parete cellulare e controlla lo scambio di sostanze tra la cellula e il suo ambiente. Come tutte le altre cellule viventi, la membrana cellulare degli archei è costituita da fosfolipidi con catene di acidi grassi, ma i legami nei fosfolipidi degli archei sono unici.

Tutte le cellule hanno a fosfolipide doppio strato, ma nelle cellule archaea, il doppio strato ha etere legami mentre le cellule dei batteri e degli eucarioti hanno estere obbligazioni.

I legami eterei sono più resistenti all'attività chimica e consentono alle cellule degli archei di sopravvivere in ambienti estremi che ucciderebbero altre forme di vita. Mentre il legame etereo è una caratteristica chiave di differenziazione delle cellule di archaea, la membrana cellulare differisce anche da quella di altre cellule nei dettagli della sua struttura e nel suo uso di lunghi isoprenoide catene per rendere i suoi fosfolipidi unici con acidi grassi.

Le differenze nelle membrane cellulari indicano una relazione evolutiva in cui batteri ed eucarioti si sono sviluppati successivamente o separatamente dagli archaea.

Come tutte le cellule viventi, gli archei si basano sulla replicazione del DNA per garantire che le cellule figlie siano identiche alla cellula madre. La struttura del DNA dell'archaea è più semplice di quella degli eucarioti e simile alla struttura del gene batterico. Il DNA si trova in singoli plasmidi circolari che sono inizialmente arrotolati e che si raddrizzano prima della divisione cellulare.

Mentre questo processo e la successiva fissione binaria delle cellule è simile a quello dei batteri, la replicazione e la traduzione delle sequenze di DNA avviene come avviene negli eucarioti.

Una volta srotolato il DNA cellulare, l'enzima RNA polimerasi utilizzato per copiare i geni è più simile all'RNA polimerasi eucariota che al corrispondente enzima batterico. Anche la creazione della copia del DNA differisce dal processo batterico.

La replicazione e la traduzione del DNA è uno dei modi in cui gli archaea sono più simili alle cellule degli animali che a quelle dei batteri.

Come con i batteri, flagelli permettere agli archei di muoversi.

La loro struttura e il meccanismo di funzionamento sono simili negli archei e nei batteri, ma il modo in cui si sono evoluti e come sono costruiti differisce. Queste differenze suggeriscono ancora una volta che archaea e batteri si sono evoluti separatamente, con un punto di differenziazione all'inizio in termini evolutivi.

Le somiglianze tra i membri dei due domini possono essere ricondotte al successivo scambio orizzontale di DNA tra le cellule.

Il flagello negli archaea è un lungo peduncolo con una base che può sviluppare un'azione rotatoria in congiunzione con la membrana cellulare. L'azione rotatoria si traduce in un movimento simile a una frusta che può spingere la cellula in avanti. Negli archaea, il gambo è costruito aggiungendo materiale alla base, mentre nei batteri, il gambo cavo viene costruito spostando materiale al centro cavo e depositandolo nella parte superiore.

I flagelli sono utili per spostare le cellule verso il cibo e per diffondersi dopo divisione cellulare.

La principale caratteristica differenziante degli archaea è la loro capacità di sopravvivere in ambienti tossici e habitat estremi.

A seconda dell'ambiente circostante, gli archei si adattano per quanto riguarda la parete cellulare, la membrana cellulare e il metabolismo. Archaea può utilizzare una varietà di fonti di energia, tra cui luce solare, alcol, acido acetico, ammoniaca, zolfo e fissazione del carbonio dall'anidride carbonica nell'atmosfera.

I prodotti di scarto includono il metano e gli archaea metanogeni sono le uniche cellule in grado di produrre questa sostanza chimica.

Le cellule di archaea in grado di vivere in ambienti estremi possono essere classificate in base alla loro capacità di vivere in condizioni specifiche. Quattro di queste classificazioni sono:

• Tolleranza alle alte temperature: ipertermofilo.
  
• In grado di sopravvivere in ambienti acidi: acidofilo.
• Può sopravvivere in liquidi altamente alcalini: alcalino.
• Tolleranza per alto contenuto di sale: alofilo.

Alcuni degli ambienti più ostili sulla Terra sono le bocche idrotermali di acque profonde sul fondo dell'Oceano Pacifico e le sorgenti termali come quelle che si trovano nel Parco Nazionale di Yellowstone. Le alte temperature in combinazione con sostanze chimiche corrosive sono generalmente ostili alla vita, ma gli archaea come l'ignicoccus non hanno problemi con quei luoghi.

La resistenza degli archei a tali condizioni ha portato gli scienziati a indagare se gli archei o organismi simili potrebbero sopravvivere nello spazio o su pianeti altrimenti ostili come Marte.

Con le loro caratteristiche uniche e l'emergere relativamente recente alla ribalta, il dominio Archaea promette di rivelare caratteristiche e capacità più interessanti di queste cellule e può offrire rivelazioni sorprendenti nel futuro.