Археи: структура, характеристики и домен

Археи - это относительно новая классификация жизни, предложенная американским микробиологом Карлом Вёзе в 1977 году.

Он обнаружил, что бактерии, которые прокариотические клетки без ядра, могут быть разделены на две отдельные группы на основе их генетического материала. И бактерии, и археи - одноклеточные организмы, но у архей совершенно разные клеточная мембрана структура, которая позволяет им выжить в экстремальных условиях.

Вёзе сначала предположил, что жизнь будет разделена на три области: Eukarya, Bacteria и Archaebacteria. (Вы можете увидеть эти три имени, начинающиеся со строчных букв, но когда вы говорите о конкретных доменах, термины пишутся с заглавной буквы.)

Когда дальнейшие исследования показали, что клетки домена Archaebacteria на самом деле сильно отличаются от бактерий, старый термин был отброшен. Новые доменные имена - Bacteria, Archaea и Eukarya, где Eukarya состоит из организмов, клетки которых имеют ядро.

На древе жизни клетки домена архей расположены между клетками бактерий и клетками эукарий, которые включают многоклеточные организмы и высшие животные.

Археи размножаются бесполым путем посредством двойного деления; клетки делятся на две части, как бактерии. С точки зрения их мембраны и химической структуры, клетки архей имеют общие черты с эукариотические клетки. Уникальные характеристики архей включают их способность жить в чрезвычайно жарких или химически агрессивных средах, и их можно найти по всей Земле, где бы они ни находились. бактерии выживать.

Археи, обитающие в экстремальных средах обитания, таких как горячие источники и глубоководные жерла, называются экстремофилами. Из-за того, что они сравнительно недавно были идентифицированы как отдельная область на древе жизни, информация об архах, их эволюции, их поведении и строении все еще сохраняется. обнаруженный.

Археи - прокариоты, а это значит, что клетки не имеют ядро или другой мембраносвязанный органеллы в своих камерах.

•••Дана Чен | Наука

Подобно бактериям, клетки имеют спиральное кольцо ДНК, а цитоплазма клетки содержит рибосомы для производства клеточных белков и других веществ, в которых нуждается клетка. В отличие от бактерий, клеточная стенка и мембрана может быть жесткой и придавать ячейке определенную форму, такую ​​как плоская, стержнеобразная или кубическая.

Виды архей обладают общими характеристиками, такими как форма и метаболизм, и они могут воспроизводиться посредством бинарного деления, как и бактерии. Однако горизонтальный перенос генов является обычным явлением, и клетки архей могут захватывать плазмиды, содержащие ДНК, из своего окружения или обмениваться ДНК с другими клетками.

В результате виды архей могут быстро развиваться и меняться.

Основная структура клеточных стенок архей похожа на структуру бактерий в том смысле, что в основе структуры лежат углеводные цепи.

Поскольку археи выживают в более разнообразных средах, чем другие формы жизни, их клеточная стенка и клеточный метаболизм должны быть одинаково разнообразны и адаптированы к окружающей среде.

В результате некоторые клеточные стенки архей содержат углеводы, которые отличаются от углеводов клеточных стенок бактерий, а некоторые содержат белки и липиды, которые придают им силу и устойчивость к химическим веществам.

Некоторые из уникальных характеристик клеток архей обусловлены особенностями их клеточной мембраны.

Клеточная мембрана находится внутри клеточной стенки и контролирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Как и все другие живые клетки, клеточная мембрана архей состоит из фосфолипидов с цепями жирных кислот, но связи в фосфолипидах архей уникальны.

Все ячейки имеют фосфолипид бислой, но в клетках архей, бислой имеет эфир связывает, в то время как клетки бактерий и эукариот имеют сложный эфир облигации.

Эфирные связи более устойчивы к химической активности и позволяют клеткам архей выжить в экстремальных условиях, которые могут убить другие формы жизни. Хотя эфирная связь является ключевой отличительной характеристикой клеток архей, клеточная мембрана также отличается от мембраны других клеток деталями своей структуры и использованием длинных промежутков. изопреноид цепи, чтобы сделать его уникальные фосфолипиды с жирными кислотами.

Различия в клеточных мембранах указывают на эволюционные отношения, в которых бактерии и эукариоты развивались после или отдельно от архей.

Как и все живые клетки, археи полагаются на репликацию ДНК, чтобы гарантировать, что дочерние клетки идентичны родительской клетке. Структура ДНК архей проще, чем у эукариот, и похожа на структуру бактериальных генов. ДНК находится в одиночных кольцевых плазмидах, которые изначально свернуты и распрямляются перед делением клеток.

Хотя этот процесс и последующее бинарное деление клеток подобны процессу бактерий, репликация и трансляция последовательностей ДНК происходят так же, как и у эукариот.

После того, как клеточная ДНК развернута, фермент РНК-полимеразы, который используется для копирования генов, больше похож на РНК-полимеразу эукариот, чем на соответствующий бактериальный фермент. Создание копии ДНК также отличается от бактериального процесса.

Репликация и трансляция ДНК - один из способов, которым археи больше похожи на клетки животных, чем на клетки бактерий.

Как и в случае с бактериями, жгутики позвольте архее двигаться.

Их структура и рабочий механизм схожи у архей и бактерий, но то, как они развивались и как устроены, различаются. Эти различия снова предполагают, что археи и бактерии развивались отдельно, с точкой дифференциации на ранней стадии эволюции.

Сходство между членами двух доменов можно проследить до более позднего горизонтального обмена ДНК между клетками.

Жгутик у архей представляет собой длинный стебель с основанием, которое может вращаться вместе с клеточной мембраной. Вращательное действие приводит к хлыстоподобному движению, которое может продвигать клетку вперед. У архей стебель создается путем добавления материала к основанию, в то время как у бактерий полый стебель создается путем перемещения материала вверх по центру полости и размещения его наверху.

Жгутики полезны в перемещении клеток к пище и в распространении после деление клеток.

Основная отличительная черта архей - их способность выживать в токсичных средах и экстремальных средах обитания.

В зависимости от своего окружения археи адаптируются в отношении своей клеточной стенки, клеточной мембраны и метаболизма. Археи могут использовать различные источники энергии, включая солнечный свет, спирт, уксусную кислоту, аммиак, серу и связывание углерода из углекислого газа в атмосфере.

Отходы включают метан, и метаногенные археи - единственные клетки, способные производить это химическое вещество.

Клетки архей, способные жить в экстремальных условиях, можно классифицировать в зависимости от их способности жить в определенных условиях. Четыре таких классификации:

• Допуск к высоким температурам: гипертермофильный.
  
• Способен выживать в кислой среде: ацидофильный.
• Может выжить в сильно щелочных жидкостях: алкалифильный.
• Допуск на высокое содержание соли: галофильный.

Одни из самых враждебных сред на Земле - это глубоководные гидротермальные источники на дне Тихого океана и горячие источники, такие как те, что находятся в Йеллоустонском национальном парке. Высокие температуры в сочетании с агрессивными химическими веществами обычно враждебны для жизни, но у архей, таких как игникокк, нет проблем с этими местами.

Устойчивость архей к таким условиям заставила ученых исследовать, могут ли археи или подобные организмы выжить в космосе или на других враждебных планетах, таких как Марс.

Благодаря своим уникальным характеристикам и сравнительно недавнему появлению на видном месте, владения архей обещают раскрыть более интересные характеристики и возможности этих клеток, и это может предложить удивительные открытия в будущее.