ארכאה: מבנה, מאפיינים ותחום

ארכיאה הוא סיווג חדש יחסית של חיים שהוצע בתחילה על ידי קרל ווז, מיקרוביולוג אמריקאי, בשנת 1977.

הוא מצא כי חיידקים, שהם תאים פרוקריוטיים ללא גרעין, ניתן לחלק לשתי קבוצות נפרדות על בסיס החומר הגנטי שלהן. גם החיידקים וגם ארכאיים הם אורגניזמים תאיים בודדים, אך לארכאיות יש שונה לחלוטין קרום תא מבנה המאפשר להם לשרוד בסביבות קיצוניות.

ווייס הציע בתחילה לקבץ את החיים לשלושת התחומים של אוקראיה, חיידקים וארכיבקטריה. (ייתכן שתראה את שלושת השמות האלה מתחילים באותיות קטנות, אך כשאתה מדבר על התחומים הספציפיים, התנאים באותיות רישיות).

כאשר מחקר נוסף גילה כי התאים של התחום Archaebacteria היו למעשה שונים לגמרי מחיידקים, המונח הישן הושמט. שמות הדומיינים החדשים הם חיידקים, ארכיאאה ואוקריה, שם אוקרייה מורכבת מאורגניזמים שבתאיהם יש גרעין.

על עץ החיים, תאים של ארכיון הדומיין ממוקמים בין תאי החיידקים לתאי האוקריה, הכוללים אורגניזמים רב-תאיים ובעלי חיים גבוהים יותר.

ארכאה מתרבים בצורה מינית באמצעות ביקוע בינארי; התאים מתפצלים לשניים כמו חיידקים. מבחינת הממברנה והמבנה הכימי שלהם, תאי הארכאאה חולקים תכונות עם

אותם ארכאיים החיים בבתי גידול קיצוניים כמו מעיינות חמים ופתחי אוורור בים עמוק נקראים אקסטרופילים. בגלל הזיהוי האחרון שלהם לאחרונה כתחום נפרד על עץ החיים, מרתק מידע על קשתות, התפתחותם, התנהגותם ומבנהם עדיין קיים גילה.

ארכיא הם פרוקריוטים, כלומר לתאים אין גַרעִין או קשור קרום אחר אברונים בתאים שלהם.

•••דנה חן | מדע

בדומה לחיידקים, לתאים יש טבעת DNA מפותלת, וציטופלזמה של התאים מכילה ריבוזומים לייצור חלבוני תאים וחומרים אחרים שהתא זקוק להם. שלא כמו חיידקים, ה דופן תא והקרום יכול להיות נוקשה ולהעניק לתא צורה ספציפית כמו שטוח, בצורת מוט או מעוקב.

מיני ארכאיים חולקים מאפיינים נפוצים כמו צורה וחילוף חומרים, והם יכולים להתרבות באמצעות ביקוע בינארי ממש כמו חיידקים. העברת גנים אופקית שכיחה, עם זאת, ותאי ארכיאה עשויים לתפוס פלסמידים המכילים דנ"א מסביבתם או להחליף דנ"א עם תאים אחרים.

כתוצאה מכך, מינים ארכאיים יכולים להתפתח ולשנות במהירות.

המבנה הבסיסי של דפנות תאים ארכאיים דומה לזה של חיידקים בכך שהמבנה מבוסס על שרשראות פחמימות.

מכיוון שארכיות שורדות בסביבות מגוונות יותר מצורות חיים אחרות, דופן התא וחילוף החומרים בתאים צריכים להיות מגוונים באותה מידה ולהתאים אותם לסביבתם.

כתוצאה מכך, חלק מקירות תאי הארכאאה מכילים פחמימות השונות מאלו של דפנות תאי החיידק, וחלקם מכילים חלבונים ושומנים בכדי להעניק להם חוזק ועמידות בפני כימיקלים.

חלק מהמאפיינים הייחודיים של תאי ארכאה נובעים מהתכונות המיוחדות של קרום התא שלהם.

קרום התא שוכן בתוך דופן התא ושולט על חילופי החומרים בין התא לסביבתו. כמו כל התאים החיים האחרים, קרום תאי הארכאה מורכב מפוספוליפידים עם שרשראות חומצות שומן, אך הקשרים בארכאה פוספוליפידים הם ייחודיים.

לכל התאים יש פוספוליפיד דו שכבתי, אך בתאים ארכאיים יש שכבה דו שכבתית אֶתֶר נקשר בעוד שלתאים של חיידקים ואוקריוטים יש אסתר קשרים.

קשרי אתרים עמידים יותר לפעילות כימית ומאפשרים לתאי ארכיאה לשרוד בסביבות קיצוניות שהורגות צורות חיים אחרות. בעוד שקשר האתר הוא מאפיין המבדיל בין תאים ארכאיים, קרום התא שונה גם מזה של תאים אחרים בפרטי המבנה שלו והשימוש בו ארוך. איזופרנואיד שרשראות לייצור הפוספוליפידים הייחודיים שלו עם חומצות שומן.

ההבדלים בקרום התאים מצביעים על קשר אבולוציוני בו התפתחו חיידקים ואאוקריוטים לאחר ארכיא או בנפרד.

כמו כל התאים החיים, ארכיאות מסתמכות על שכפול ה- DNA כדי להבטיח שתאי הבת זהים לתא האם. מבנה ה- DNA של ארכיאאה הוא פשוט יותר מזה של האאוקריוטים ודומה למבנה הגן החיידקי. ה- DNA נמצא בפלסמידים מעגליים בודדים שמפותלים בתחילה ומתיישרים לפני חלוקת התאים.

בעוד שתהליך זה והבקיעה הבינארית שלאחר מכן של התאים הם כמו של חיידקים, שכפול ותרגום של רצפי DNA מתרחשים כפי שקורה באיקריוטים.

ברגע ש- DNA של התא אינו מפותל, האנזים של פולימראז RNA המשמש להעתקת הגנים דומה יותר לפולימראז של ה- eukaryote RNA מאשר לאנזים החיידקי המקביל. יצירת עותק ה- DNA שונה גם מתהליך החיידק.

שכפול דנ"א ותרגומו הם אחת הדרכים בהן ארכאיות דומות יותר לתאים של בעלי חיים מאשר לאלה של חיידקים.

כמו אצל חיידקים, flagella אפשר לארכיאאה לנוע.

המבנה ומנגנון ההפעלה שלהם דומים בארכאות ובחיידקים, אך איך הם התפתחו וכיצד הם בנויים שונים. הבדלים אלה מצביעים שוב על כך שארכאות וחיידקים התפתחו בנפרד, עם נקודת בידול כבר במונחים אבולוציוניים.

דמיון בין חברי שני התחומים ניתן לייחס להחלפת DNA אופקית מאוחרת יותר בין תאים.

הדגל בארכאה הוא גבעול ארוך עם בסיס שיכול לפתח פעולה סיבובית יחד עם קרום התא. הפעולה הסיבובית מביאה לתנועה דמוית שוט שיכולה להניע את התא קדימה. בארכאיות, הגבעול בנוי על ידי הוספת חומר בבסיס, ואילו אצל חיידקים, הגבעול החלול בנוי על ידי העברת חומר במעלה המרכז החלול והפקדתו בחלקו העליון.

Flagella שימושיים בהנעת תאים לעבר אוכל ובהתפשטות לאחר חלוקת תא.

המאפיין המבדיל העיקרי של ארכיאאה הוא יכולתם לשרוד בסביבות רעילות ובתי גידול קיצוניים.

בהתאם לסביבתם, ארכיאאה מותאמת ביחס לדופן התא, קרום התא ומטבוליזם. ארכאה יכולה להשתמש במגוון מקורות אנרגיה, כולל אור שמש, אלכוהול, חומצה אצטית, אמוניה, גופרית וקיבוע פחמן מפחמן דו חמצני באטמוספרה.

מוצרי הפסולת כוללים מתאן, וארכיא מתנוגנית הם התאים היחידים שמסוגלים לייצר כימיקל זה.

ניתן לסווג את תאי הארכאאה המסוגלים לחיות בסביבות קיצוניות בהתאם ליכולתם לחיות בתנאים ספציפיים. ארבע סיווגים כאלה הם:

• סובלנות לטמפרטורות גבוהות: היפרתרמופילי.
  
• מסוגל לשרוד סביבות חומציות: אסידופילי.
• יכול לשרוד בנוזלים מאוד אלקליין: אלקליפי.
• סובלנות לתכולת מלח גבוהה: הלופילית.

חלק מהסביבות העוינות ביותר על פני כדור הארץ הן פתחי האוורור ההידרותרמיים בים העמוק בקרקעית האוקיאנוס השקט ומעיינות חמים כמו אלה שנמצאו בפארק הלאומי ילוסטון. טמפרטורות גבוהות בשילוב עם כימיקלים מאכלים בדרך כלל עוינות לחיים, אך ארכאיות כמו איניקוקוקוס אינן מתקשות במיקומים אלה.

ההתנגדות של ארכיאאה לתנאים כאלה הביאה מדענים לחקור אם ארכיאולוגים או אורגניזמים דומים יכולים לשרוד בחלל או בכוכבי לכת עוינים אחרת כמו מאדים.

עם מאפייניהם הייחודיים והופעתם האחרונה יחסית לבולטות, מתחום ארכאה מבטיח לחשוף מאפיינים ויכולות מעניינים יותר של תאים אלה, והוא עשוי להציע גילויים מפתיעים ב עתיד.