Archaea: Struktura, značilnosti in področje

Archaea je razmeroma nova klasifikacija življenja, ki jo je leta 1977 prvotno predlagal Carl Woese, ameriški mikrobiolog.

Ugotovil je, da bakterije, ki so prokariontske celice brez jedra, bi jih lahko razdelili v dve ločeni skupini na podlagi njihovega genskega materiala. Tako bakterije kot arheje so enocelični organizmi, vendar imajo arheje povsem drugačne celična membrana struktura, ki jim omogoča preživetje v ekstremnih okoljih.

Woese je sprva predlagal, da bi bilo življenje združeno v tri področja evkarije, bakterije in arhebakterije. (Ta tri imena boste morda videli z malimi črkami, ko pa govorite o določenih domenah, so izrazi napisani z veliko začetnico.)

Ko je več raziskav pokazalo, da se celice domene Archaebacteria dejansko precej razlikujejo od bakterij, so stari izraz opustili. Nova domenska imena so Bakterije, Arheje in Evkarije, kjer Evkarja je sestavljena iz organizmov, katerih celice imajo jedro.

Na drevesu življenja so celice domenske arheje med celicami bakterij in celic evkarije, ki vključujejo večcelične organizme in višje živali.

Arheje se razmnožujejo nespolno z binarno cepitvijo; celice se razdelijo na dve kot bakterije. Kar zadeva membransko in kemijsko strukturo, imajo arhejske celice značilnosti evkariontske celice. Edinstvene značilnosti arhej vključujejo njihovo sposobnost življenja v izredno vročem ali kemično agresivnem okolju in jih je mogoče najti po vsej Zemlji, kjer koli bakterije preživeti.

Arheje, ki živijo v ekstremnih habitatih, kot so vroči izviri in globokomorski odprtine, imenujemo ekstremofili. Zaradi njihove dokaj nedavne identifikacije kot ločene domene na drevesu življenja, fascinantno informacije o arhah, njihovem razvoju, njihovem vedenju in strukturi še vedno obstajajo odkriti.

Arheje so prokarionti, kar pomeni, da celice nimajo a jedro ali druga vezana na membrano organele v njihovih celicah.

•••Dana Chen | Učenje

Tako kot bakterije imajo tudi celice zvit obroč DNA, celična plast pa vsebuje ribosome za proizvodnjo celičnih beljakovin in drugih snovi, ki jih celica potrebuje. Za razliko od bakterij celične stene in membrana je lahko toga in daje celici specifično obliko, kot je ravna, paličasta ali kubična.

Vrste arhej imajo skupne značilnosti, kot sta oblika in metabolizem, in se lahko razmnožujejo z binarno cepitvijo, tako kot bakterije. Horizontalni prenos genov pa je pogost in arhejske celice lahko iz svojega okolja zavzamejo plazmide, ki vsebujejo DNA, ali si izmenjujejo DNA z drugimi celicami.

Posledično se lahko vrste arhej hitro razvijajo in spreminjajo.

Osnovna struktura celičnih sten arhej je podobna strukturi bakterij, saj temelji na ogljikohidratnih verigah.

Ker arheje preživijo v bolj raznolikih okoljih kot druge oblike življenja, je treba njihovo celično steno in celični metabolizem enako spremeniti in prilagoditi svoji okolici.

Posledično nekatere stene arhej vsebujejo ogljikove hidrate, ki se razlikujejo od tistih v celičnih stenah bakterij, nekatere pa vsebujejo beljakovine in lipide, da jim dajo moč in odpornost na kemikalije.

Nekatere edinstvene značilnosti arhejskih celic so posledica posebnosti njihove celične membrane.

Celična membrana leži znotraj celične stene in nadzoruje izmenjavo snovi med celico in njenim okoljem. Kot vse druge žive celice je tudi membrana arhejske celice sestavljena iz fosfolipidov z verigami maščobnih kislin, vendar so vezi v arhejskih fosfolipidih edinstvene.

Vse celice imajo fosfolipid dvoplast, v arhejskih celicah pa ima dvoplast eter vezi, medtem ko imajo celice bakterij in evkariontov ester obveznice.

Eterne vezi so bolj odporne na kemično aktivnost in arhejskim celicam omogočajo preživetje v ekstremnih okoljih, ki bi ubila druge oblike življenja. Medtem ko je eterska vez ključna značilnost razlikovanja arhejskih celic, se celična membrana od membran drugih celic razlikuje tudi v podrobnostih o svoji strukturi in dolgotrajni uporabi. izoprenoid verige za izdelavo svojih edinstvenih fosfolipidov z maščobnimi kislinami.

Razlike v celičnih membranah kažejo na evolucijsko razmerje, v katerem so se bakterije in evkarionti razvili po arhejah ali ločeno od njih.

Kot vse žive celice se tudi arheje zanašajo na razmnoževanje DNK, da zagotovijo, da so hčerinske celice enake matičnim celicam. Struktura DNK arhej je preprostejša od strukture evkariontov in podobna strukturi bakterijskih genov. DNA najdemo v enojnih krožnih plazmidih, ki so prvotno naviti in se poravnajo pred delitvijo celic.

Medtem ko je ta proces in posledična binarna cepitev celic podoben procesu bakterij, se replikacija in translacija zaporedij DNA odvija tako kot pri evkariontih.

Ko je celična DNA odvita, je encim RNA polimeraza, ki se uporablja za kopiranje genov, bolj podoben evkariontski RNA polimerazi kot ustreznemu bakterijskemu encimu. Ustvarjanje kopije DNK se prav tako razlikuje od bakterijskega procesa.

Replikacija in prevajanje DNA je eden izmed načinov, kako so arheje bolj podobne celicam živali kot bakterijam.

Tako kot pri bakterijah bičkov omogoči premikanje arhej.

Njihova zgradba in mehanizem delovanja sta si pri arhejah in bakterijah podobna, a način njihovega razvoja in način gradnje se razlikujeta. Te razlike spet kažejo na to, da so se arheje in bakterije razvile ločeno, z evolucijskim izrazom že zgodaj.

Podobnosti med člani obeh domen lahko zasledimo v kasnejši horizontalni izmenjavi DNA med celicami.

Bič v arhejah je dolgo steblo z dnom, ki lahko razvije rotacijsko delovanje v povezavi s celično membrano. Rotacijsko delovanje povzroči bičasto gibanje, ki lahko celico potisne naprej. V arhejah je steblo zgrajeno z dodajanjem materiala na dnu, medtem ko se pri bakterijah votlo steblo gradi tako, da se material premika po votlem središču in ga odlaga na vrhu.

Bičevi so koristni pri premikanju celic proti hrani in pri širjenju po njih delitev celic.

Glavna značilnost razlikovanja arhej je njihova sposobnost preživetja v strupenih okoljih in ekstremnih habitatih.

Arheje so glede na okolico prilagojene glede na celično steno, celično membrano in presnovo. Archaea lahko uporablja različne vire energije, vključno s sončno svetlobo, alkoholom, ocetno kislino, amoniakom, žveplom in vezavo ogljika iz ogljikovega dioksida v ozračju.

Odpadni proizvodi vključujejo metan, metanogene arheje pa so edine celice, ki lahko proizvajajo to kemikalijo.

Arhejske celice, ki lahko živijo v ekstremnih okoljih, lahko razvrstimo glede na njihovo sposobnost življenja v posebnih pogojih. Štiri take klasifikacije so:

• Toleranca za visoke temperature: hipertermofilni.
  
• Sposoben preživeti kislo okolje: acidofilni.
• Lahko preživi v zelo alkalnih tekočinah: alkalifilna.
• Toleranca za visoko vsebnost soli: halofilni.

Nekatera najbolj sovražna okolja na Zemlji so globokomorski hidrotermalni odprtine na dnu Tihega oceana in vroči izviri, kakršni najdemo v narodnem parku Yellowstone. Visoke temperature v kombinaciji z jedkimi kemikalijami so običajno sovražne do življenja, vendar arheje, kot je ignicoccus, nimajo težav na teh lokacijah.

Odpornost arhej na takšne razmere je vodila znanstvenike k raziskovanju, ali bi arheje ali podobni organizmi lahko preživeli v vesolju ali na drugače sovražnih planetih, kot je Mars.

S svojimi edinstvenimi značilnostmi in razmeroma nedavnim pojavljanjem na pomenu domeno Archaea obljubljajo razkrijejo bolj zanimive značilnosti in zmožnosti teh celic, v storitvi pa lahko ponudi presenetljiva razkritja prihodnosti.