Архея: структура, характеристики та область

Архея - відносно нова класифікація життя, спочатку запропонована Карлом Вузом, американським мікробіологом, в 1977 році.

Він виявив, що бактерії, які є клітини прокаріотів без ядра, можна розділити на дві окремі групи на основі їх генетичного матеріалу. І бактерії, і археї є одноклітинними організмами, але у архей є зовсім інші клітинна мембрана структура, яка дозволяє їм вижити в екстремальних умовах.

Спершу Вуз запропонував згрупувати життя у три домени: Еукарія, Бактерії та Архебактерії. (Ви можете побачити ці три імена, що починаються з малих літер, але коли ви говорите про конкретні домени, терміни ставляться з великої літери.)

Коли в результаті подальших досліджень було виявлено, що клітини домену Archaebacteria насправді досить сильно відрізнялися від бактерій, старий термін був відкинутий. Нові доменні імена - Бактерії, Археї та Еукарії, де Еукарія складається з організмів, клітини яких мають ядро.

На дереві життя клітини доменних арх розташовані між клітинами бактерій та клітин еукарії, до яких належать багатоклітинні організми та вищі тварини.

Археї розмножуються безстатевим шляхом за допомогою бінарного поділу; клітини поділяються на дві подібно до бактерій. З точки зору своєї мембрани та хімічної будови клітини архей мають спільні особливості еукаріотичні клітини. Унікальні характеристики архей включають їх здатність жити в надзвичайно жарких або хімічно агресивних середовищах, і їх можна знайти по всій Землі, де б бактерії вижити.

Ті археї, які мешкають в екстремальних місцях існування, таких як гарячі джерела та глибоководні отвори, називаються екстремофілами. Через їх досить недавнє визначення як окремого домену на дереві життя, захоплююче інформація про архе, їх еволюцію, їх поведінку та їх структуру все ще існує виявив.

Археї - це прокаріоти, а це означає, що клітини не мають ядро або інший мембранний зв’язок органели у своїх клітинах.

•••Дана Чен | Наукове

Як і бактерії, клітини мають згорнуте кільце ДНК, а клітинна цитоплазма містить рибосоми для виробництва клітинних білків та інших речовин, необхідних клітині. На відміну від бактерій, Клітинна стінка а мембрана може бути жорсткою і надавати клітині специфічну форму, таку як плоска, паличкоподібна або кубічна.

Види архей мають спільні характеристики, такі як форма та метаболізм, і вони можуть розмножуватися за допомогою бінарного поділу, подібно до бактерій. Однак горизонтальний перенос генів є загальним, і клітини архей можуть забирати плазміди, що містять ДНК, із свого середовища або обмінюватися ДНК з іншими клітинами.

Як результат, види архей можуть швидко еволюціонувати і змінюватися.

Основна структура клітинних стінок архей подібна до структури бактерій, оскільки в основі структури лежать вуглеводні ланцюги.

Оскільки археї виживають у більш різноманітному середовищі, ніж інші форми життя, їх клітинна стінка та клітинний метаболізм повинні бути однаково різноманітними та адаптованими до їх оточення.

У результаті деякі клітинні стінки архей містять вуглеводи, які відрізняються від клітинних стінок бактерій, а деякі містять білки та ліпіди, щоб надати їм міцності та стійкості до хімічних речовин.

Деякі унікальні характеристики клітин архей обумовлені особливими особливостями їх клітинної мембрани.

Клітинна мембрана лежить всередині клітинної стінки і контролює обмін речовин між клітиною та її середовищем. Як і всі інші живі клітини, клітинна мембрана археї складається з фосфоліпідів з ланцюгами жирних кислот, але зв'язки в фосфоліпідах архей унікальні.

Усі клітини мають a фосфоліпід двошару, але в клітинах архей двошар має ефір зв'язки, поки клітини бактерій та еукаріотів мають складний ефір облігації.

Ефірні зв’язки більш стійкі до хімічної активності і дозволяють клітинам архей виживати в екстремальних умовах, які вбивають інші форми життя. Хоча ефірний зв’язок є ключовою диференційованою характеристикою клітин архей, клітинна мембрана також відрізняється від мембрани інших клітин деталями своєї будови та використанням довгого ізопреноїд ланцюгів, щоб виробляти унікальні фосфоліпіди з жирними кислотами.

Відмінності в клітинних мембранах вказують на еволюційний взаємозв'язок, при якому бактерії та еукаріоти розвивалися після або окремо від архей.

Як і всі живі клітини, археї покладаються на реплікацію ДНК, щоб забезпечити ідентичність дочірніх клітин батьківській клітині. Структура ДНК архей простіша за структуру еукаріотів і схожа на структуру бактеріального гена. ДНК міститься в одиночних кругових плазмідах, які спочатку згортаються і які випрямляються до поділу клітин.

Хоча цей процес та подальший бінарний поділ клітин подібний до процесу бактерій, реплікація та трансляція послідовностей ДНК відбувається, як це відбувається у еукаріотів.

Як тільки клітинна ДНК розмотується, фермент РНК-полімерази, який використовується для копіювання генів, більше схожий на еукаріотну РНК-полімеразу, ніж на відповідний бактеріальний фермент. Створення копії ДНК також відрізняється від бактеріального процесу.

Реплікація та трансляція ДНК є одним із способів, яким археї більше схожі на клітини тварин, ніж на бактерії.

Як і бактерії, джгутики дозволити археям рухатися.

Їх структура та механізм дії схожі на археї та бактерії, але те, як вони еволюціонували та як вони побудовані, відрізняються. Ці відмінності знову припускають, що археї та бактерії еволюціонували окремо, з точкою диференціації на ранніх термінах в еволюційному плані.

Подібність між членами двох доменів можна простежити до пізнішого горизонтального обміну ДНК між клітинами.

Джгутик у архей - це довга ніжка з основою, яка може розвивати обертальну дію разом із клітинною мембраною. Обертальна дія призводить до руху, схожого на батоги, який може рухати клітину вперед. У архей стебло будується шляхом додавання матеріалу біля основи, тоді як у бактерій порожнистий стебель нарощується шляхом переміщення матеріалу вгору по порожнистому центру і відкладення його у верхній частині.

Джгутики корисні для переміщення клітин до їжі та для розповсюдження після поділ клітин.

Головною диференційованою характеристикою архей є їх здатність виживати в токсичному середовищі та екстремальних середовищах існування.

Залежно від оточення, археї пристосовані щодо їх клітинної стінки, клітинної мембрани та метаболізму. Археї можуть використовувати різні джерела енергії, включаючи сонячне світло, алкоголь, оцтову кислоту, аміак, сірку та вуглецеву фіксацію з вуглекислого газу в атмосфері.

Відходи продуктів включають метан, а метаногенні археї - єдині клітини, здатні виробляти цю хімічну речовину.

Клітини архей, здатні жити в екстремальних умовах, можна класифікувати залежно від їх здатності жити в конкретних умовах. Чотири такі класифікації:

• Толерантність до високих температур: гіпертермофільні.
  
• Здатний вижити в кислому середовищі: ацидофільні.
• Може виживати у високолужних рідинах: алкаліфільний.
• Толерантність до високого вмісту солі: галофільний.

Одними з найбільш ворожих середовищ на Землі є глибоководні гідротермальні отвори на дні Тихого океану та гарячі джерела, такі як ті, що знаходяться в Єллоустонському національному парку. Високі температури в поєднанні з їдкими хімічними речовинами зазвичай ворожі життю, але археї, такі як ігнікок, не мають проблем з цими місцями.

Стійкість архей до таких умов змусила вчених дослідити, чи могли археї або подібні організми вижити в космосі або на інших ворожих планетах, таких як Марс.

Завдяки своїм унікальним характеристикам та порівняно недавньому появі на видному рівні домен Archaea обіцяє виявити більш цікаві характеристики та можливості цих клітин, і це може запропонувати дивовижні відкриття в майбутнє.