არქეა: სტრუქტურა, მახასიათებლები და დომენი

არქეა არის ცხოვრების შედარებით ახალი კლასიფიკაცია, რომელიც პირველად შემოგვთავაზა კარლ ვუესმა, ამერიკელმა მიკრობიოლოგმა, 1977 წელს.

მან აღმოაჩინა, რომ ბაქტერიები, რომლებიც არიან პროკარიოტული უჯრედები ბირთვის გარეშე, შეიძლება დაიყოს ორ განსხვავებულ ჯგუფად მათი გენეტიკური მასალის საფუძველზე. ბაქტერიაც და არქეაც ერთუჯრედიანი ორგანიზმებია, მაგრამ არქეებს სულ სხვა აქვთ უჯრედის მემბრანა სტრუქტურა, რომელიც მათ ექსტრემალურ გარემოში გადარჩენის საშუალებას აძლევს.

თავდაპირველად ვოისემ შემოგვთავაზა, რომ ცხოვრება ჯგუფდებოდა სამ დარგში: ევკარია, ბაქტერიები და არქეაბაქტერიები. (შეიძლება ნახოთ ეს სამი სახელი დაწყებულია მცირე ასოებით, მაგრამ როდესაც კონკრეტულ დომენებზე საუბრობთ, ტერმინები კაპიტალიზებულია).

როდესაც მეტმა გამოკვლევამ ცხადყო, რომ არქეაბაქტერიის დომენის უჯრედები რეალურად განსხვავდებოდა ბაქტერიებისგან, ძველი ტერმინი ამოვარდა. ახალი დომენური სახელებია ბაქტერიები, არქეა და ეუკარია, სადაც ეუკარია შედგება ორგანიზმებისაგან, რომელთა უჯრედებს აქვთ ბირთვი.

სიცოცხლის ხეზე, არქეას დომენის უჯრედები განლაგებულია ბაქტერიების და ეუკარიას უჯრედებს შორის, რომლებიც მოიცავს მრავალუჯრედიან ორგანიზმებსა და უფრო მაღალ ცხოველებს.

არქეები მრავლდება სქესობრივი გზით ორობითი განხეთქილების გზით; უჯრედები ბაქტერიების მსგავსად ორად იყოფა. მათი მემბრანისა და ქიმიური სტრუქტურის თვალსაზრისით, არქეის უჯრედებს აქვთ თვისებები ეუკარიოტული უჯრედები. არქეის უნიკალურ მახასიათებლებში შედის მათი ცხოვრების უნარი უკიდურესად ცხელ ან ქიმიურად აგრესიულ გარემოში და მათი პოვნა დედამიწის ნებისმიერ წერტილშია ბაქტერიები გადარჩება.

იმ არქეებს, რომლებიც ცხოვრობენ ექსტრემალურ ჰაბიტატებში, როგორიცაა ცხელი წყაროები და ღრმა ზღვის ხვრელები, ექსტრემოფილებს უწოდებენ. მათი საკმაოდ ბოლოდროინდელი იდენტიფიკაციის, როგორც ცალკეული დომენის სიცოცხლის ხეზე, მომხიბლავი ინფორმაცია არქეების, მათი ევოლუციის, მათი ქცევისა და სტრუქტურის შესახებ ჯერ კიდევ მიმდინარეობს აღმოაჩინეს.

არქეები პროკარიოტებია, რაც ნიშნავს, რომ უჯრედებს არ აქვთ ა ბირთვი ან სხვა გარსით შეკრული ორგანელები მათ უჯრედებში.

•••დანა ჩენი | მეცნიერება

ბაქტერიების მსგავსად, უჯრედებს აქვთ დნმ-ის დახვეული რგოლი, ხოლო უჯრედის ციტოპლაზმა შეიცავს რიბოსომებს უჯრედული ცილებისა და უჯრედისთვის საჭირო სხვა ნივთიერებების წარმოებისთვის. ბაქტერიებისგან განსხვავებით, უჯრედის კედელი და მემბრანა შეიძლება იყოს მყარი და უჯრედს მისცეს სპეციფიკური ფორმა, როგორიცაა ბრტყელი, წნულის ფორმის ან კუბური.

არქეას სახეობებს აქვთ საერთო მახასიათებლები, როგორიცაა ფორმა და მეტაბოლიზმი, და მათ შეუძლიათ მრავლდებიან ორობითი გახლეჩით, ისევე როგორც ბაქტერიები. ჰორიზონტალური გენის გადატანა ხშირია, თუმცა არქეის უჯრედებმა შეიძლება გარემოდან მიიღონ დნმ შემცველი პლაზმიდები ან გაცვალონ დნმ სხვა უჯრედებთან.

შედეგად, არქეას სახეობებს შეუძლიათ სწრაფად განვითარდნენ და შეიცვალონ.

არქეის უჯრედების კედლების ძირითადი სტრუქტურა მსგავსია ბაქტერიების, რადგან სტრუქტურა ემყარება ნახშირწყლების ჯაჭვებს.

იმის გამო, რომ არქეები სიცოცხლის სხვა ფორმებთან შედარებით უფრო მრავალფეროვან გარემოში ცხოვრობენ, მათი უჯრედის კედელი და უჯრედული მეტაბოლიზმი თანაბრად მრავალფეროვანი უნდა იყოს და ადაპტირებული იყოს მათ გარემოცვაში.

შედეგად, ზოგიერთი არქეის უჯრედის კედელი შეიცავს ნახშირწყლებს, რომლებიც განსხვავდება ბაქტერიების უჯრედის კედლებისაგან, ზოგი შეიცავს ცილებს და ლიპიდებს, რათა მათ მიეცეთ ძალა და გამძლეობა ქიმიკატების მიმართ.

არქეის უჯრედების ზოგიერთი უნიკალური მახასიათებელი განპირობებულია მათი უჯრედის მემბრანის განსაკუთრებული მახასიათებლებით.

უჯრედის მემბრანა მდებარეობს უჯრედის კედელში და აკონტროლებს ნივთიერებათა გაცვლას უჯრედსა და მის გარემოს შორის. ყველა სხვა ცოცხალი უჯრედის მსგავსად, არქეას უჯრედის მემბრანა შედგება ფოსფოლიპიდებისგან, ცხიმოვანი მჟავების ჯაჭვებით, მაგრამ არქეების ფოსფოლიპიდების ბმულები უნიკალურია.

ყველა უჯრედს აქვს ფოსფოლიპიდი ორსაფენიანი, მაგრამ არქეის უჯრედებში, ორშრიანი აქვს ეთერი ობლიგაციები ბაქტერიებისა და ეუკარიოტების უჯრედებს აქვთ ესტერი ობლიგაციები.

ეთერის ბმები უფრო მდგრადია ქიმიური აქტივობის მიმართ და არქეის უჯრედებს საშუალებას აძლევს გადარჩნენ ექსტრემალურ გარემოში, რაც სიცოცხლის სხვა ფორმებს კლავს. მიუხედავად იმისა, რომ ეთერის ბმა არის არქეას უჯრედების ძირითადი განმასხვავებელი მახასიათებელი, უჯრედის მემბრანა ასევე განსხვავდება სხვა უჯრედებისგან მისი სტრუქტურის დეტალებით და იზოპრენოიდი ჯაჭვები ქმნიან მის უნიკალურ ფოსფოლიპიდებს ცხიმოვანი მჟავებით.

უჯრედული მემბრანის განსხვავებები მიუთითებს ევოლუციურ ურთიერთობაზე, რომელშიც ბაქტერიები და ეუკარიოტები განვითარდა არქეის შემდეგ ან მისგან დამოუკიდებლად.

ყველა ცოცხალი უჯრედის მსგავსად, არქეაც ეყრდნობა დნმ-ის გამრავლებას, რათა უზრუნველყოს ქალიშვილი უჯრედების იდენტურია მშობელი უჯრედისა. არქეას დნმ-ის სტრუქტურა უფრო მარტივია, ვიდრე ეუკარიოტებისა და მსგავსია ბაქტერიული გენის სტრუქტურისა. დნმ გვხვდება ერთ ცირკულარულ პლაზმიდებში, რომლებიც თავდაპირველად ხვეულობენ და გასწორდებიან უჯრედების დაყოფამდე.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს პროცესი და უჯრედების შემდგომი ორობითი გახლეჩა ბაქტერიების მსგავსია, დნმ-ის მიმდევრობების რეპლიკაცია და თარგმანი ხდება ისე, როგორც ეს ხდება ეუკარიოტებში.

უჯრედის დნმ-ის გახვევის შემდეგ, RNA პოლიმერაზას ფერმენტი, რომელიც გამოიყენება გენების კოპირებისთვის, უფრო ჰგავს ეუკარიოტის RNA პოლიმერაზას, ვიდრე შესაბამის ბაქტერიულ ფერმენტს. დნმ ასლის შექმნა ასევე განსხვავდება ბაქტერიული პროცესისგან.

დნმ – ის რეპლიკაცია და თარგმანი ერთ – ერთი გზაა, სადაც არქეები ცხოველების უჯრედებს უფრო ჰგავს, ვიდრე ბაქტერიებს.

როგორც ბაქტერიების შემთხვევაში, flagella არქეას გადაადგილების საშუალება.

მათი სტრუქტურა და მოქმედების მექანიზმი მსგავსია არქეებსა და ბაქტერიებში, მაგრამ როგორ განვითარდა ისინი და როგორ აშენდება, განსხვავდება. ეს განსხვავებები კვლავ მიანიშნებს იმაზე, რომ არქეა და ბაქტერიები ცალკე ვითარდნენ, დიფერენცირების წერტილი ადრეული იყო ევოლუციური თვალსაზრისით.

მსგავსება ორი დომენის წევრებს შორის შეიძლება განისაზღვროს უჯრედებს შორის შემდგომი ჰორიზონტალური დნმ-ის გაცვლაში.

არქეაში არსებული ფლაგმეუმი გრძელი ღეროა, რომელსაც აქვს ფუძე, რომელსაც შეუძლია განვითარდეს მბრუნავი მოქმედება უჯრედულ მემბრანასთან ერთად. მბრუნავი მოქმედების შედეგად ხდება მათრახის მსგავსი მოძრაობა, რომელსაც შეუძლია უჯრედის წინსვლა. არქეებში ყუნწს აშენებენ ძირში მასალის დამატებით, ხოლო ბაქტერიებში ღრუ ღერო აგებულია მასალის ღრუ ცენტრში გადაადგილებით და ზედა ნაწილში დეპონირებით.

Flagella სასარგებლოა უჯრედების საკვებისკენ გადასაადგილებლად და მის შემდეგ გავრცელებისას უჯრედის დაყოფა.

არქეას მთავარი განმასხვავებელი მახასიათებელია მათი გადარჩენის უნარი ტოქსიკურ გარემოში და ექსტრემალურ ჰაბიტატებში.

მათი გარემოდან გამომდინარე, არქეები ადაპტირებულია მათი უჯრედის კედლის, უჯრედის მემბრანისა და მეტაბოლიზმის გათვალისწინებით. არქეას შეუძლია გამოიყენოს ენერგიის სხვადასხვა წყარო, მათ შორის მზის სხივი, ალკოჰოლი, ძმარმჟავა, ამიაკი, გოგირდი და ნახშირბადის ფიქსაცია ატმოსფეროში.

ნარჩენების პროდუქტებს მიეკუთვნება მეთანი, ხოლო მეთანოგენური არქეა ერთადერთი უჯრედია, რომელსაც შეუძლია ამ ქიმიური ნივთიერების წარმოება.

არქეის უჯრედები, რომლებსაც შეუძლიათ ექსტრემალურ გარემოში ცხოვრება, შეიძლება კლასიფიცირდნენ, იმის გათვალისწინებით, რომ მათ შეუძლიათ სპეციფიკურ პირობებში ცხოვრება. ოთხი ასეთი კლასიფიკაციაა:

• ტოლერანტობა მაღალი ტემპერატურის მიმართ: ჰიპერთერმოფილური.
  
• შეუძლია გადარჩეს მჟავე გარემოში: მჟავეფილური.
• შეუძლია გადარჩეს ძლიერ ტუტე სითხეებში: ტუტე.
• ტოლერანტობა მარილის მაღალი შემცველობით: ჰალოფილური.

დედამიწაზე ყველაზე მტრული გარემოა წყნარი ოკეანის ფსკერზე ღრმა ზღვის ჰიდროთერმული ხვრელები და ცხელი წყაროები, როგორიცაა იელოუსტოუნის ეროვნულ პარკში. კოროზიულ ქიმიკატებთან ერთად მაღალი ტემპერატურა, როგორც წესი, მტრულია სიცოცხლისთვის, მაგრამ არქეებს, მაგალითად, ინიგოკუსს, პრობლემები არ აქვთ ამ ადგილებში.

არქეას ამგვარი პირობებისადმი წინააღმდეგობამ აიძულა მეცნიერები გამოეკვლიათ, შესაძლებელია თუ არა არქეა ან მსგავსი ორგანიზმების გადარჩენა კოსმოსში ან სხვაგვარად მტრულ პლანეტებზე, როგორიცაა მარსი.

თავისი უნიკალური მახასიათებლებით და შედარებით ბოლოდროინდელი პოპულარობით, არქეას დომენი გვპირდება ავლენენ ამ უჯრედების უფრო საინტერესო მახასიათებლებს და შესაძლებლობებს და შეიძლება შემოგვთავაზონ გასაკვირი გამოცხადებები ამ უჯრედებში მომავალი