Archaea: structuur, kenmerken en domein

Archaea is een relatief nieuwe classificatie van leven die oorspronkelijk werd voorgesteld door Carl Woese, een Amerikaanse microbioloog, in 1977.

Hij ontdekte dat bacteriën, die zijn... prokaryotische cellen zonder kern, kunnen worden verdeeld in twee verschillende groepen op basis van hun genetisch materiaal. Zowel bacteriën als archaea zijn eencellige organismen, maar archaea hebben een heel ander celmembraan structuur waardoor ze in extreme omgevingen kunnen overleven.

Woese stelde aanvankelijk voor om het leven te groeperen in de drie domeinen Eukarya, Bacteriën en Archaebacteriën. (Mogelijk ziet u deze drie namen die beginnen met kleine letters, maar als u het over de specifieke domeinen hebt, worden de termen met een hoofdletter geschreven.)

Toen uit meer onderzoek bleek dat de cellen van het domein Archaebacteria eigenlijk heel anders waren dan bacteriën, werd de oude term geschrapt. De nieuwe domeinnamen zijn Bacteria, Archaea en Eukarya, waarbij Eukarya bestaat uit organismen waarvan de cellen een kern hebben.

Op de levensboom bevinden zich cellen van het domein archaea tussen de cellen van bacteriën en die van de eukarya, waaronder meercellige organismen en hogere dieren.

Archaea reproduceren ongeslachtelijk door binaire splitsing; de cellen splitsen zich in tweeën als bacteriën. In termen van hun membraan en chemische structuur delen de archaea-cellen kenmerken met: eukaryotische cellen. Unieke archaea-kenmerken zijn onder meer hun vermogen om in extreem hete of chemisch agressieve omgevingen te leven, en ze kunnen overal op aarde worden gevonden, waar dan ook. bacteriën overleven.

Die archaea die in extreme habitats leven, zoals warmwaterbronnen en diepzee-openingen, worden extremofielen genoemd. Door hun vrij recente identificatie als apart domein aan de levensboom, fascinerend informatie over archae, hun evolutie, hun gedrag en hun structuur wordt nog steeds ontdekt.

Archaea zijn prokaryoten, wat betekent dat de cellen geen kern of andere membraangebonden organellen in hun cellen.

•••Dana Chen | Wetenschap

Net als bacteriën hebben de cellen een opgerolde ring van DNA en het celcytoplasma bevat ribosomen voor de productie van celeiwitten en andere stoffen die de cel nodig heeft. In tegenstelling tot bacteriën, celwand en het membraan kan stijf zijn en de cel een specifieke vorm geven, zoals plat, staafvormig of kubisch.

Archaea-soorten hebben gemeenschappelijke kenmerken zoals vorm en metabolisme, en ze kunnen zich net als bacteriën voortplanten via binaire splitsing. Horizontale genoverdracht is echter gebruikelijk en archaea-cellen kunnen plasmiden met DNA uit hun omgeving opnemen of DNA uitwisselen met andere cellen.

Als gevolg hiervan kunnen archaea-soorten snel evolueren en veranderen.

De basisstructuur van archaea-celwanden is vergelijkbaar met die van bacteriën doordat de structuur is gebaseerd op koolhydraatketens.

Omdat archaea in meer gevarieerde omgevingen overleven dan andere levensvormen, moeten hun celwand en celmetabolisme even gevarieerd zijn en aangepast aan hun omgeving.

Als gevolg hiervan bevatten sommige celwanden van archaea koolhydraten die verschillen van die van celwanden van bacteriën, en sommige bevatten eiwitten en lipiden om ze sterkte en weerstand tegen chemicaliën te geven.

Enkele van de unieke kenmerken van archaea-cellen zijn te danken aan de speciale kenmerken van hun celmembraan.

Het celmembraan ligt in de celwand en regelt de uitwisseling van stoffen tussen de cel en zijn omgeving. Net als alle andere levende cellen bestaat het celmembraan van archaea uit fosfolipiden met vetzuurketens, maar de bindingen in de archaea-fosfolipiden zijn uniek.

Alle cellen hebben een fosfolipide dubbellaag, maar in archaea-cellen heeft de dubbellaag ether bindingen terwijl de cellen van bacteriën en eukaryoten hebben ester obligaties.

Etherbindingen zijn beter bestand tegen chemische activiteit en zorgen ervoor dat archaea-cellen kunnen overleven in extreme omgevingen die andere levensvormen zouden doden. Hoewel de etherbinding een belangrijk onderscheidend kenmerk is van archaea-cellen, verschilt het celmembraan ook van dat van andere cellen in de details van de structuur en het gebruik van lange isoprenoïde ketens om zijn unieke fosfolipiden te maken met vetzuren.

De verschillen in celmembranen duiden op een evolutionaire relatie waarin bacteriën en eukaryoten zich na of afzonderlijk van archaea ontwikkelden.

Zoals alle levende cellen, vertrouwen archaea op de replicatie van DNA om ervoor te zorgen dat dochtercellen identiek zijn aan de oudercel. De DNA-structuur van archaea is eenvoudiger dan die van eukaryoten en lijkt op de bacteriële genstructuur. Het DNA wordt gevonden in enkelvoudige cirkelvormige plasmiden die aanvankelijk opgerold zijn en die vóór de celdeling recht worden.

Hoewel dit proces en de daaropvolgende binaire splitsing van de cellen vergelijkbaar is met dat van bacteriën, vindt de replicatie en translatie van DNA-sequenties plaats zoals bij eukaryoten.

Zodra het cel-DNA is afgewikkeld, lijkt het RNA-polymerase-enzym dat wordt gebruikt om de genen te kopiëren meer op het eukaryote RNA-polymerase dan op het overeenkomstige bacteriële enzym. Het maken van de DNA-kopie verschilt ook van het bacteriële proces.

DNA-replicatie en -translatie is een van de manieren waarop archaea meer op de cellen van dieren lijken dan op die van bacteriën.

Net als bij bacteriën, flagella laat de archaea bewegen.

Hun structuur en werkingsmechanisme zijn vergelijkbaar in archaea en bacteriën, maar hoe ze zijn geëvolueerd en hoe ze zijn gebouwd, verschilt. Deze verschillen suggereren opnieuw dat archaea en bacteriën afzonderlijk evolueerden, met een punt van differentiatie vroeg in evolutionaire termen.

Overeenkomsten tussen leden van de twee domeinen kunnen worden herleid tot latere horizontale DNA-uitwisseling tussen cellen.

De flagellum in archaea is een lange steel met een basis die samen met het celmembraan een roterende werking kan ontwikkelen. De roterende actie resulteert in een zweepachtige beweging die de cel naar voren kan stuwen. Bij archaea wordt de stengel geconstrueerd door materiaal aan de basis toe te voegen, terwijl bij bacteriën de holle stengel wordt opgebouwd door materiaal in het holle midden omhoog te bewegen en aan de bovenkant af te zetten.

Flagella zijn nuttig bij het verplaatsen van cellen naar voedsel en om zich daarna te verspreiden celverdeling.

Het belangrijkste onderscheidende kenmerk van archaea is hun vermogen om te overleven in giftige omgevingen en extreme habitats.

Afhankelijk van hun omgeving zijn archaea aangepast met betrekking tot hun celwand, celmembraan en stofwisseling. Archaea kan verschillende energiebronnen gebruiken, waaronder zonlicht, alcohol, azijnzuur, ammoniak, zwavel en koolstoffixatie uit koolstofdioxide in de atmosfeer.

Afvalproducten omvatten methaan en methanogene archaea zijn de enige cellen die deze chemische stof kunnen produceren.

De archaea-cellen die in extreme omgevingen kunnen leven, kunnen worden geclassificeerd afhankelijk van hun vermogen om in specifieke omstandigheden te leven. Vier van dergelijke classificaties zijn:

• Tolerantie voor hoge temperaturen: hyperthermofiel.
  
• In staat om zure omgevingen te overleven: acidofiel.
• Kan overleven in sterk alkalische vloeistoffen: alkalifiel.
• Tolerantie voor hoog zoutgehalte: halofiel.

Enkele van de meest vijandige omgevingen op aarde zijn de diepzee hydrothermale bronnen op de bodem van de Stille Oceaan en warmwaterbronnen zoals die in Yellowstone National Park. Hoge temperaturen in combinatie met bijtende chemicaliën zijn meestal vijandig voor het leven, maar archaea zoals ignicoccus hebben geen moeite met die locaties.

De weerstand van archaea tegen dergelijke omstandigheden heeft wetenschappers ertoe gebracht te onderzoeken of archaea of ​​soortgelijke organismen kunnen overleven in de ruimte of op anderszins vijandige planeten zoals Mars.

Met hun unieke kenmerken en relatief recente opkomst tot bekendheid, belooft het Archaea-domein: onthullen meer interessante kenmerken en mogelijkheden van deze cellen, en het kan verrassende onthullingen bieden in de toekomst.