Archaea: struktur, egenskaper och domän

Archaea är en relativt ny klassificering av livet som ursprungligen föreslogs av Carl Woese, en amerikansk mikrobiolog, 1977.

Han fann att bakterier, som är prokaryota celler utan en kärna, kunde delas in i två olika grupper baserat på deras genetiska material. Både bakterier och archaea är encelliga organismer, men archaea har en helt annan cellmembranet struktur som låter dem överleva i extrema miljöer.

Woese föreslog först att livet skulle grupperas i de tre domänerna Eukarya, Bacteria och Archaebacteria. (Du kanske ser dessa tre namn som börjar med små bokstäver, men när du pratar om de specifika domänerna är termerna stora.)

När mer forskning avslöjade att cellerna i domänen Archaebacteria faktiskt skiljer sig mycket från bakterier, tappades den gamla termen. De nya domännamnen är Bakterier, Archaea och Eukarya, där Eukarya består av organismer vars celler har en kärna.

På livets träd är cellerna från domänen archaea belägna mellan cellerna i bakterierna och cellerna i eukarya, som inkluderar flercelliga organismer och högre djur.

Archaea reproducerar asexually genom binär fission; cellerna delas i två liknande bakterier. När det gäller deras membran och kemiska struktur delar arkeacellerna funktioner med eukaryota celler. Unika archaea-egenskaper inkluderar deras förmåga att leva i extremt heta eller kemiskt aggressiva miljöer, och de finns över hela jorden, varhelst bakterie överleva.

De archaea som lever i extrema livsmiljöer som varma källor och djuphavsöppningar kallas extremofiler. På grund av deras ganska nyligen identifiering som en separat domän på livets träd, fascinerande information om arke, deras utveckling, deras beteende och deras struktur finns fortfarande upptäckt.

Archaea är prokaryoter, vilket innebär att cellerna inte har en kärna eller andra membranbundna organeller i deras celler.

•••Dana Chen | Sciencing

Liksom bakterier har cellerna en lindad DNA-ring och cellcytoplasman innehåller ribosomer för produktion av cellproteiner och andra ämnen som cellen behöver. Till skillnad från bakterier, cellvägg och membran kan vara styvt och ge cellen en specifik form såsom platt, stavformad eller kubisk.

Archaea-arter har gemensamma egenskaper som form och ämnesomsättning, och de kan reproducera sig via binär fission precis som bakterier. Horisontell genöverföring är dock vanligt, och arkeaceller kan ta upp plasmider som innehåller DNA från sin omgivning eller utbyta DNA med andra celler.

Som ett resultat kan archaea arter utvecklas och förändras snabbt.

Den grundläggande strukturen hos archaea cellväggar liknar den hos bakterier genom att strukturen är baserad på kolhydratkedjor.

Eftersom archaea överlever i mer varierade miljöer än andra livsformer, måste deras cellvägg och cellmetabolism varieras lika och anpassas till sin omgivning.

Som ett resultat innehåller vissa arkeacellväggar kolhydrater som skiljer sig från bakteriecellväggarna, och vissa innehåller proteiner och lipider för att ge dem styrka och motståndskraft mot kemikalier.

Några av de unika egenskaperna hos archaea-celler beror på de speciella egenskaperna hos deras cellmembran.

Cellmembranet ligger inuti cellväggen och styr utbytet av ämnen mellan cellen och dess omgivning. Liksom alla andra levande celler består archaea cellmembranet av fosfolipider med fettsyrakedjor, men bindningarna i archaea fosfolipiderna är unika.

Alla celler har en fosfolipid dubbelskikt, men i arkeaceller har dubbelskiktet eter bindningar medan cellerna i bakterier och eukaryoter har ester obligationer.

Etherbindningar är mer motståndskraftiga mot kemisk aktivitet och låter arkeaceller överleva i extrema miljöer som skulle döda andra livsformer. Medan eterbindningen är en nyckeldifferentierande egenskap hos archaea-celler skiljer sig cellmembranet också från det hos andra celler när det gäller detaljerna i dess struktur och dess användning av långa isoprenoid kedjor för att göra sina unika fosfolipider med fettsyror.

Skillnaderna i cellmembran indikerar ett evolutionärt förhållande där bakterier och eukaryoter utvecklades efter eller separat från archaea.

Liksom alla levande celler är archaea beroende av replikering av DNA för att säkerställa att dotterceller är identiska med modercellen. DNA-strukturen i archaea är enklare än den hos eukaryoter och liknar den bakteriella genstrukturen. DNA finns i enstaka cirkulära plasmider som initialt lindas och som rätas ut före celldelning.

Medan denna process och den efterföljande binära klyvningen av cellerna är som för bakterier, sker replikering och translation av DNA-sekvenser som i eukaryoter.

När cell-DNA har tagits bort, liknar RNA-polymerasenzymet som används för att kopiera generna mer eukaryot-RNA-polymeras än motsvarande bakterieenzym. Skapandet av DNA-kopian skiljer sig också från bakterieprocessen.

DNA-replikering och translation är ett av de sätt på vilka archaea är mer som celler från djur än bakterier.

Som med bakterier, flagella låt archaea röra sig.

Deras struktur och funktionsmekanism liknar archaea och bakterier, men hur de utvecklades och hur de byggs skiljer sig åt. Dessa skillnader antyder igen att arkebakterier och bakterier utvecklats separat, med en tidpunkt för differentiering i evolutionära termer.

Likheter mellan medlemmarna i de två domänerna kan spåras till senare horisontellt DNA-utbyte mellan celler.

Flagellum i archaea är en lång stjälk med en bas som kan utveckla en roterande verkan i samband med cellmembranet. Den roterande åtgärden resulterar i en piskliknande rörelse som kan driva cellen framåt. I archaea konstrueras stjälken genom att lägga till material vid basen, medan i bakterier byggs den ihåliga stjälken upp genom att flytta material upp i det ihåliga centrumet och deponera det på toppen.

Flagella är användbara för att flytta celler mot mat och sprida sig efter celldelning.

Det viktigaste kännetecknet för archaea är deras förmåga att överleva i giftiga miljöer och extrema livsmiljöer.

Beroende på omgivningen anpassas archaea med hänsyn till deras cellvägg, cellmembran och metabolism. Archaea kan använda en mängd olika energikällor, inklusive solljus, alkohol, ättiksyra, ammoniak, svavel och kolfixering från koldioxid i atmosfären.

Avfallsprodukter inkluderar metan, och metanogen archaea är de enda celler som kan producera denna kemikalie.

Arkeacellerna som kan leva i extrema miljöer kan klassificeras beroende på deras förmåga att leva under specifika förhållanden. Fyra sådana klassificeringar är:

• Tolerans för höga temperaturer: hypertermofil.
  
• Kan överleva sura miljöer: acidofil.
• Kan överleva i mycket alkaliska vätskor: alkalifil.
• Tolerans för högt saltinnehåll: halofil.

Några av de mest fientliga miljöerna på jorden är de hydrotermiska ventilerna längst ner i Stilla havet och varma källor som de som finns i Yellowstone National Park. Höga temperaturer i kombination med frätande kemikalier är vanligtvis fientliga mot liv, men arkeaer som ignicoccus har inga problem med dessa platser.

Archaeas motstånd mot sådana förhållanden har fått forskare att undersöka om archaea eller liknande organismer kan överleva i rymden eller på andra sätt fientliga planeter som Mars.

Med sina unika egenskaper och relativt nyligen framträdande till framträdande lovar Archaea-domänen att avslöja mer intressanta egenskaper och funktioner hos dessa celler, och det kan erbjuda överraskande avslöjanden i framtida.