Archėjos: struktūra, charakteristikos ir sritis

Archėjos yra gana nauja gyvenimo klasifikacija, kurią iš pradžių pasiūlė amerikiečių mikrobiologas Carlas Woese'as 1977 m.

Jis nustatė, kad bakterijos, kurios yra prokariotinės ląstelės be branduolio, būtų galima suskirstyti į dvi atskiras grupes pagal jų genetinę medžiagą. Abi bakterijos ir archėjos yra vienos ląstelės organizmai, tačiau archėjos turi visiškai kitokį ląstelės membrana struktūra, leidžianti jiems išgyventi ekstremalioje aplinkoje.

Iš pradžių Woese pasiūlė gyvenimą suskirstyti į tris sritis: Eukarya, Bacteria ir Archaebacteria. (Gali būti, kad šie trys pavadinimai prasideda mažosiomis raidėmis, bet kai kalbate apie konkrečius domenus, terminai rašomi didžiosiomis raidėmis.)

Kai atlikus daugiau tyrimų paaiškėjo, kad Archaebacteria domeno ląstelės iš tikrųjų labai skiriasi nuo bakterijų, senasis terminas buvo atmestas. Nauji domenų vardai yra Bacteria, Archaea ir Eukarya, kur Eukarya susideda iš organizmų, kurių ląstelės turi branduolį.

Gyvybės medyje domeno archaea ląstelės yra tarp bakterijų ir eukarya ląstelių, tarp kurių yra daugialąsčiai organizmai ir aukštesni gyvūnai.

Archėjos dauginasi nelytiniu būdu per dvejetainį dalijimąsi; ląstelės dalijasi į dvi kaip bakterijas. Kalbant apie savo membraną ir cheminę struktūrą, archėjos ląstelės turi savybių eukariotinės ląstelės. Unikalios archėjų savybės apima jų gebėjimą gyventi ypač karštoje ar chemiškai agresyvioje aplinkoje, ir jų galima rasti visoje Žemėje, kad ir kur būtų bakterijos išgyventi.

Tos archėjos, kurios gyvena ekstremaliose buveinėse, tokiose kaip karštosios versmės ir giliavandenės angos, vadinamos ekstremofilais. Įdomu, nes jie gana neseniai buvo identifikuoti kaip atskiras domenas ant gyvenimo medžio informacija apie arche, jų evoliuciją, elgesį ir struktūrą vis dar yra atrado.

Archėjos yra prokariotai, o tai reiškia, kad ląstelės neturi a branduolys ar kitos membranos organelės jų kamerose.

•••Dana Chen | Mokslo

Kaip ir bakterijos, ląstelės turi susuktą DNR žiedą, o ląstelės citoplazmoje yra ribosomų ląstelių baltymams ir kitoms ląstelėms reikalingoms medžiagoms gaminti. Skirtingai nuo bakterijų, ląstelių sienelės o membrana gali būti standi ir suteikti ląstelei specifinę formą, pavyzdžiui, plokščią, lazdelės formos arba kubinę.

Archaea rūšims būdingos bendros savybės, tokios kaip forma ir medžiagų apykaita, ir jos gali daugintis dvejetainiu dalijimusi kaip ir bakterijos. Vis dėlto įprastas genų perdavimas horizontaliai, o archėjos ląstelės gali iš savo aplinkos paimti plazmides, kuriose yra DNR, arba pasikeisti DNR su kitomis ląstelėmis.

Dėl to archajų rūšys gali greitai vystytis ir kisti.

Pagrindinė archajų ląstelių sienelių struktūra yra panaši į bakterijų, nes struktūra remiasi angliavandenių grandinėmis.

Kadangi archėjos išgyvena įvairesnėje aplinkoje nei kitos gyvybės formos, jų ląstelių sienelė ir ląstelių apykaita turi būti vienodai įvairios ir pritaikytos aplinkai.

Todėl kai kuriose archeo ląstelių sienelėse yra angliavandenių, kurie skiriasi nuo bakterijų ląstelių sienelių, o kai kuriuose yra baltymų ir lipidų, kurie suteikia joms stiprybės ir atsparumo cheminėms medžiagoms.

Kai kurias unikalias archaea ląstelių savybes lemia ypatingos jų ląstelių membranos savybės.

Ląstelės membrana yra ląstelės sienelės viduje ir kontroliuoja medžiagų mainus tarp ląstelės ir jos aplinkos. Kaip ir visos kitos gyvos ląstelės, archėjos ląstelių membrana susideda iš fosfolipidų su riebalų rūgščių grandinėmis, tačiau archėjos fosfolipidų jungtys yra unikalios.

Visos ląstelės turi a fosfolipidas dvisluoksnis, bet archėjos ląstelėse dvisluoksnis eteris jungiasi, o bakterijų ir eukariotų ląstelės turi esteris obligacijos.

Eteriniai ryšiai yra atsparesni cheminiam aktyvumui ir leidžia archėjos ląstelėms išgyventi ekstremalioje aplinkoje, kuri sunaikintų kitas gyvybės formas. Nors eterio ryšys yra pagrindinė archaea ląstelių skiriamoji savybė, ląstelių membrana taip pat skiriasi nuo kitų ląstelių struktūros detalėmis ir ilgų izoprenoidas grandines, kad pagamintų unikalius fosfolipidus iš riebalų rūgščių.

Ląstelių membranų skirtumai rodo evoliucinį ryšį, kai bakterijos ir eukariotai išsivystė po arkos ar atskirai nuo jų.

Kaip ir visos gyvos ląstelės, archėjos remiasi DNR replikacija, kad dukterinės ląstelės būtų identiškos pirminiai ląstelėms. Archėjų DNR struktūra yra paprastesnė nei eukariotų ir panaši į bakterijų genų struktūrą. DNR yra vienose apskritose plazmidėse, kurios iš pradžių susisuka ir kurios tiesiasi prieš dalijant ląsteles.

Nors šis procesas ir vėlesnis dvejetainis ląstelių dalijimasis yra panašus į bakterijų, DNR sekų replikacija ir vertimas vyksta kaip ir eukariotuose.

Išvyniojus ląstelės DNR, RNR polimerazės fermentas, naudojamas genams nukopijuoti, yra panašesnis į eukariotų RNR polimerazę nei į atitinkamą bakterijų fermentą. DNR kopijos sukūrimas taip pat skiriasi nuo bakterinio proceso.

DNR replikacija ir vertimas yra vienas iš būdų, kuriais archėjos panašesnės į gyvūnų, o ne į bakterijų ląsteles.

Kaip ir bakterijų atveju, vėliava leisti archejai judėti.

Jų struktūra ir veikimo mechanizmas yra panašūs archajose ir bakterijose, tačiau skiriasi jų vystymasis ir jų struktūra. Šie skirtumai dar kartą rodo, kad archėjos ir bakterijos vystėsi atskirai, o evoliucijos požiūriu ankstyvas diferenciacijos taškas.

Dviejų sričių narių panašumus galima atsekti vėliau vykusiais horizontaliais DNR mainais tarp ląstelių.

Archaea vėliava yra ilgas stiebas su pagrindu, kuris kartu su ląstelės membrana gali sukurti rotacinį poveikį. Sukamasis veiksmas sukelia judesį, kuris gali judėti į priekį. Archėjose stiebas sukonstruojamas pridedant medžiagos prie pagrindo, o bakterijose tuščiaviduris stiebas yra pastatytas judinant medžiagą tuščiaviduriu centru ir nusodinant ją viršuje.

Vėliavėlės yra naudingos judinant ląsteles link maisto ir paskleidus po jų ląstelių dalijimasis.

Pagrindinė skiriamoji archėjų savybė yra jų gebėjimas išgyventi toksiškoje aplinkoje ir ekstremaliose buveinėse.

Atsižvelgiant į jų aplinką, archėjos yra pritaikytos atsižvelgiant į jų ląstelių sienelę, ląstelių membraną ir medžiagų apykaitą. Archėjos gali naudoti įvairius energijos šaltinius, įskaitant saulės spindulių, alkoholio, acto rūgšties, amoniako, sieros ir anglies fiksavimą iš anglies dioksido atmosferoje.

Tarp atliekų yra metanas, o metanogeninės archėjos yra vienintelės ląstelės, galinčios gaminti šią cheminę medžiagą.

Archėjos ląstelės, galinčios gyventi ekstremalioje aplinkoje, gali būti klasifikuojamos atsižvelgiant į jų gebėjimą gyventi konkrečiomis sąlygomis. Keturios tokios klasifikacijos yra:

• Tolerancija aukštai temperatūrai: hipertermofilinis.
  
• Sugeba išgyventi rūgščią aplinką: acidofilinis.
• Gali išgyventi labai šarminiuose skysčiuose: alkalifilinis.
• Didelio druskos kiekio tolerancija: halofilinis.

Vienos priešiškiausių aplinkų Žemėje yra giliavandenės hidroterminės angos Ramiojo vandenyno dugne ir karštosios versmės, tokios, kokios yra Jeloustouno nacionaliniame parke. Aukšta temperatūra kartu su ėsdinančiomis cheminėmis medžiagomis paprastai yra priešiška gyvybei, tačiau tokios archėjos, kaip ignicoccus, neturi problemų su tomis vietomis.

Archajų atsparumas tokioms sąlygoms paskatino mokslininkus ištirti, ar archėjos ar panašūs organizmai gali išgyventi kosmose ar kitaip priešiškose planetose, tokiose kaip Marsas.

Archaea domenas žada savo unikalias savybes ir palyginti neseniai pasirodžiusį svarbų atskleisti įdomesnes šių ląstelių savybes ir galimybes, ir tai gali pasiūlyti stebėtinų apreiškimų ateityje.