Archaea: Struktur, egenskaper og domene

Archaea er en relativt ny klassifisering av livet som opprinnelig ble foreslått av Carl Woese, en amerikansk mikrobiolog, i 1977.

Han fant ut at bakterier, som er prokaryote celler uten en kjerne, kunne deles inn i to forskjellige grupper basert på deres genetiske materiale. Både bakterier og archaea er encellede organismer, men archaea har en helt annen cellemembran struktur som lar dem overleve i ekstreme miljøer.

Woese foreslo først at livet skulle grupperes i de tre domenene Eukarya, Bacteria og Archaebacteria. (Du kan se disse tre navnene som begynner med små bokstaver, men når du snakker om de spesifikke domenene, blir vilkårene store og små.)

Da mer forskning avslørte at cellene i domenet Archaebacteria faktisk var ganske forskjellige fra bakterier, ble den gamle betegnelsen droppet. De nye domenenavnene er Bakterier, Archaea og Eukarya, der Eukarya består av organismer hvis celler har en kjerne.

På livets tre er celler fra domenearkeaen lokalisert mellom cellene til bakterier og de fra eukarya, som inkluderer flercellede organismer og høyere dyr.

Archaea reproduserer aseksuelt gjennom binær fisjon; cellene deles i to som bakterier. Når det gjelder membran og kjemisk struktur, deler arkeacellene funksjoner med eukaryote celler. Unike arkeegenskaper inkluderer deres evne til å leve i ekstremt varme eller kjemisk aggressive miljøer, og de kan finnes over hele jorden bakterie overleve.

De arkæene som lever i ekstreme habitater som varme kilder og dypvannsventiler kalles ekstremofiler. På grunn av deres ganske nylige identifikasjon som et eget domene på livets tre, fascinerende informasjon om arke, evolusjon, atferd og struktur fremdeles oppdaget.

Archaea er prokaryoter, noe som betyr at cellene ikke har en cellekjernen eller annen membranbundet organeller i cellene.

•••Dana Chen | Vitenskap

I likhet med bakterier har cellene en spiralring av DNA, og cellecytoplasmaet inneholder ribosomer for produksjon av celleproteiner og andre stoffer cellen trenger. I motsetning til bakterier, er celleveggen og membran kan være stiv og gi cellen en spesifikk form som flat, stavformet eller kubisk.

Archaea-arter har felles egenskaper som form og metabolisme, og de kan reprodusere via binær fisjon akkurat som bakterier. Horisontal genoverføring er imidlertid vanlig, og arkeaceller kan ta opp plasmider som inneholder DNA fra omgivelsene eller utveksle DNA med andre celler.

Som et resultat kan arkaearter utvikle seg og endre seg raskt.

Den grunnleggende strukturen til archaea cellevegger er lik den for bakterier ved at strukturen er basert på karbohydratkjeder.

Fordi archaea overlever i mer varierte miljøer enn andre livsformer, må celleveggen og cellemetabolismen være like variert og tilpasset omgivelsene.

Som et resultat inneholder noen arkeacellevegger karbohydrater som er forskjellige fra bakteriecelleveggene, og noen inneholder proteiner og lipider for å gi dem styrke og motstand mot kjemikalier.

Noen av de unike egenskapene til archaea-celler skyldes de spesielle egenskapene til cellemembranen.

Cellemembranen ligger inne i celleveggen og styrer utvekslingen av stoffer mellom cellen og dens omgivelser. Som alle andre levende celler består archaea cellemembranen av fosfolipider med fettsyrekjeder, men bindingene i archaea fosfolipider er unike.

Alle celler har en fosfolipid dobbeltlag, men i arkaarea celler har dobbeltlaget eter binder mens cellene til bakterier og eukaryoter har ester obligasjoner.

Etherbindinger er mer motstandsdyktige mot kjemisk aktivitet og lar arkeaceller overleve i ekstreme miljøer som vil drepe andre livsformer. Mens eterbindingen er en nøkkeldifferensieringskarakteristikk for arkeaceller, skiller cellemembranen seg også fra den for andre celler når det gjelder detaljene i strukturen og bruken av lange isoprenoid kjeder for å lage sine unike fosfolipider med fettsyrer.

Forskjellene i cellemembraner indikerer et evolusjonært forhold der bakterier og eukaryoter utviklet seg etter eller separat fra archaea.

Som alle levende celler er archaea avhengig av replikering av DNA for å sikre at datterceller er identiske med stamcellen. DNA-strukturen til archaea er enklere enn den for eukaryoter og ligner den bakterielle genstrukturen. DNA er funnet i enkle sirkulære plasmider som opprinnelig er viklet og som retter seg ut før celledeling.

Mens denne prosessen og den påfølgende binære fisjonen av cellene er som for bakterier, finner replikasjonen og translasjonen av DNA-sekvenser sted slik den gjør i eukaryoter.

Når celle-DNA er avviklet, er RNA-polymeraseenzymet som brukes til å kopiere genene mer lik eukaryot-RNA-polymerase enn det er det tilsvarende bakterieenzymet. Oppretting av DNA-kopien skiller seg også fra bakterieprosessen.

DNA-replikering og translasjon er en av måtene som archaea er mer som celler fra dyr enn bakterier.

Som med bakterier, flagella la arkeaene bevege seg.

Deres struktur og driftsmekanisme er lik i archaea og bakterier, men hvordan de utviklet seg og hvordan de er bygget, er forskjellige. Disse forskjellene antyder igjen at archaea og bakterier utviklet seg hver for seg, med et poeng av differensiering tidlig i evolusjonære termer.

Likheter mellom medlemmer av de to domenene kan spores til senere horisontal DNA-utveksling mellom celler.

Flagellum i archaea er en lang stilk med en base som kan utvikle en roterende handling i forbindelse med cellemembranen. Den roterende handlingen resulterer i en piskelignende bevegelse som kan drive cellen fremover. I archaea konstrueres stilken ved å legge til materiale ved basen, mens i bakterier bygges den hule stilken opp ved å flytte materialet opp i det hule senteret og deponere det på toppen.

Flagella er nyttige for å flytte celler mot mat og spre seg etter celledeling.

Det viktigste kjennetegnet ved archaea er deres evne til å overleve i giftige omgivelser og ekstreme habitater.

Avhengig av omgivelsene tilpasses archaea med hensyn til cellevegg, cellemembran og metabolisme. Archaea kan bruke en rekke energikilder, inkludert sollys, alkohol, eddiksyre, ammoniakk, svovel og karbonfiksering fra karbondioksid i atmosfæren.

Avfallsprodukter inkluderer metan, og metanogen archaea er de eneste cellene som kan produsere dette kjemikaliet.

Archaea-celler som er i stand til å leve i ekstreme miljøer, kan klassifiseres avhengig av deres evne til å leve under spesifikke forhold. Fire slike klassifiseringer er:

• Toleranse for høye temperaturer: hypertermofil.
  
• I stand til å overleve sure miljøer: acidofil.
• Kan overleve i sterkt alkaliske væsker: alkalifil.
• Toleranse for høyt saltinnhold: halofil.

Noen av de mest fiendtlige miljøene på jorden er de hydrotermale ventilasjonene på bunnen av Stillehavet og varme kilder som de som finnes i Yellowstone nasjonalpark. Høye temperaturer i kombinasjon med etsende kjemikalier er vanligvis livsfiendtlige, men arkeaer som ignicoccus har ingen problemer med disse stedene.

Motstanden til archaea mot slike forhold har ført til at forskere har undersøkt om archaea eller lignende organismer kan overleve i rommet eller på ellers fiendtlige planeter som Mars.

Med sine unike egenskaper og relativt nylig fremvekst til fremtredende, lover Archaea-domenet avsløre mer interessante egenskaper og evner til disse cellene, og det kan tilby overraskende åpenbaringer i framtid.