Αρχαία: Δομή, Χαρακτηριστικά & Τομέας

Περιεχόμενο

• Ορίζοντας την Αρχαία
• Δομή της Αρχαίας
• Cell Wall
• Κυτταρική μεμβράνη
• Γονίδια και γενετικές πληροφορίες
• Flagella
• Πού επιβιώνει ο Αρχαία;

Η Αρχαία είναι μια σχετικά νέα ταξινόμηση της ζωής που προτάθηκε αρχικά από τον αμερικανικό μικροβιολόγο Carl Woese το 1977.

Βρήκε ότι τα βακτηρίδια, τα οποία είναι προκαρυωτικά κύτταρα χωρίς πυρήνα, θα μπορούσαν να χωριστούν σε δύο ξεχωριστές ομάδες με βάση το γενετικό τους υλικό. Τόσο τα βακτήρια όσο και τα αρχαία είναι μονόκυκλοι οργανισμοί, αλλά τα αρχαία έχουν μια εντελώς διαφορετική κυτταρική μεμβράνη που τους επιτρέπει να επιβιώσουν σε ακραία περιβάλλοντα.

Ορίζοντας την Αρχαία

Ο Woese πρότεινε αρχικά να συσσωρευτεί η ζωή στους τρεις τομείς της Ευκαρυάς, των Βακτηρίων και των Αρκαεβακτηρίων. (Μπορείτε να δείτε αυτά τα τρία ονόματα ξεκινώντας με μικρά γράμματα, αλλά όταν μιλάτε για τους συγκεκριμένους τομείς, οι όροι κεφαλαιοποιούνται.)

Όταν περισσότερες έρευνες αποκάλυψαν ότι τα κύτταρα του τομέα Archaebacteria ήταν στην πραγματικότητα αρκετά διαφορετικά από τα βακτηρίδια, ο παλαιός όρος έπεσε. Τα νέα ονόματα περιοχών είναι τα βακτήρια, τα Archaea και η Eukarya, όπου η Eukarya αποτελείται από οργανισμούς των οποίων τα κύτταρα έχουν πυρήνα.

Στο δέντρο της ζωής, τα κύτταρα της περιοχής αρχαίοι βρίσκονται μεταξύ των κυττάρων των βακτηριδίων και εκείνων της ευκαρυίας, τα οποία περιλαμβάνουν πολύκυκλους οργανισμούς και ανώτερα ζώα.

Τα Αρχαία αναπαράγονται ασεξουαλικά μέσω δυαδικής σχάσης. τα κύτταρα χωρίζονται σε δύο παρόμοια βακτήρια. Όσον αφορά τη μεμβράνη και τη χημική τους δομή, τα κύτταρα των αρχαίων έχουν κοινά χαρακτηριστικά με ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά του αρχαίου περιλαμβάνουν τη δυνατότητά τους να ζουν σε εξαιρετικά καυτά ή χημικά επιθετικά περιβάλλοντα και μπορούν να βρεθούν σε ολόκληρη τη Γη, όπου επιβιώνουν τα βακτηρίδια.

Αυτοί οι αρχαίοι που ζουν σε ακραίες οικότοπους, όπως οι θερμές πηγές και οι ανοιχτές θάλασσες, ονομάζονται ακραίοφιλοι. Λόγω της αρκετά πρόσφατης ταυτοποίησής τους ως ξεχωριστής περιοχής στο δέντρο της ζωής, ανακαλύπτονται ακόμα συναρπαστικές πληροφορίες για τους αρχαίους, την εξέλιξη, τη συμπεριφορά τους και τη δομή τους.

Δομή της Αρχαίας

Τα Archaea είναι προκαρυωτικά, πράγμα που σημαίνει ότι τα κύτταρα δεν έχουν πυρήνα ή άλλα οργανίδια που δεσμεύονται με μεμβράνη στα κύτταρα τους.

••• Dana Chen | Sciencing

Όπως τα βακτήρια, τα κύτταρα έχουν ένα σπειροειδές δακτύλιο DNA και το κυτταρόπλασμα κυττάρων περιέχει ριβοσώματα για την παραγωγή κυτταρικών πρωτεϊνών και άλλων ουσιών που τα κύτταρα χρειάζονται. Σε αντίθεση με τα βακτηρίδια, το κυτταρικό τοίχωμα και η μεμβράνη μπορεί να είναι άκαμπτα και να δίνουν στο κύτταρο ένα συγκεκριμένο σχήμα όπως το επίπεδο, το ραβδόμορφο ή κυβικό.

Τα είδη Archaea έχουν κοινά χαρακτηριστικά όπως το σχήμα και ο μεταβολισμός και μπορούν να αναπαραχθούν μέσω δυαδικής σχάσης όπως τα βακτήρια. Ωστόσο, η οριζόντια γονιδιακή μεταφορά είναι κοινή και τα κύτταρα των αρχαίων μπορούν να καταλάβουν πλασμίδια που περιέχουν DNA από το περιβάλλον τους ή να ανταλλάξουν ϋΝΑ με άλλα κύτταρα.

Ως αποτέλεσμα, τα είδη των αρχαίων μπορούν να εξελιχθούν και να αλλάξουν γρήγορα.

Cell Wall

Η βασική δομή των κυτταρικών τοιχωμάτων των αρχαίων είναι παρόμοια με αυτή των βακτηριδίων, καθώς η δομή βασίζεται σε αλυσίδες υδατανθράκων.

Επειδή τα αρχαία επιβιώνουν σε πιο ποικίλα περιβάλλοντα από άλλες μορφές ζωής, ο κυτταρικός τοίχος και ο μεταβολισμός των κυττάρων τους πρέπει να είναι εξίσου ποικίλοι και προσαρμοσμένοι στο περιβάλλον τους.

Ως αποτέλεσμα, ορισμένα τοιχώματα των αρχαϊκών κυττάρων περιέχουν υδατάνθρακες διαφορετικούς από εκείνους των βακτηριακών κυτταρικών τοιχωμάτων, ενώ μερικοί περιέχουν πρωτεΐνες και λιπίδια για να τους προσδώσουν δύναμη και ανθεκτικότητα στις χημικές ουσίες.

Κυτταρική μεμβράνη

Μερικά από τα μοναδικά χαρακτηριστικά των κυττάρων των αρχαίων οφείλονται στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της κυτταρικής μεμβράνης τους.

Η κυτταρική μεμβράνη βρίσκεται μέσα στο τοίχωμα του κυττάρου και ελέγχει την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος του. Όπως όλα τα άλλα ζωντανά κύτταρα, η κυτταρική μεμβράνη των αρχαίων αποτελείται από φωσφολιπίδια με αλυσίδες λιπαρών οξέων, αλλά οι δεσμοί στα φωσφολιπίδια των αρχαίων είναι μοναδικοί.

Όλα τα κύτταρα έχουν διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων, αλλά στα κύτταρα των αρχαϊκών, η διπλοστοιβάδα έχει αιθέρας δεσμούς ενώ τα κύτταρα των βακτηριδίων και των ευκαρυωτικών έχουν αστήρ δεσμούς.

Οι δεσμοί αιθέρα είναι πιο ανθεκτικοί στη χημική δραστηριότητα και επιτρέπουν στα κύτταρα των αρχαίων να επιβιώσουν σε ακραία περιβάλλοντα που θα μπορούσαν να σκοτώσουν άλλες μορφές ζωής. Ενώ ο αιθερικός δεσμός είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό διαφοροποίησης των κυττάρων των αρχαίων, η κυτταρική μεμβράνη διαφέρει επίσης από εκείνη άλλων κυττάρων στις λεπτομέρειες της δομής της και τη χρήση της μακράς ισοπρενοειδές αλυσίδες για να κάνουν τα μοναδικά φωσφολιπίδια του με λιπαρά οξέα.

Οι διαφορές στις κυτταρικές μεμβράνες δείχνουν μια εξελικτική σχέση στην οποία τα βακτήρια και τα ευκαρυωτικά αναπτύχθηκαν μετά ή ξεχωριστά από την αρχαία.

Γονίδια και γενετικές πληροφορίες

Όπως όλα τα ζωντανά κύτταρα, τα αρχαία βασίζονται στην αναπαραγωγή του DNA για να εξασφαλίσουν ότι τα θυγατρικά κύτταρα είναι πανομοιότυπα με το μητρικό κύτταρο. Η δομή DNA του αρχαίου είναι απλούστερη από αυτή των ευκαρυωτικών και παρόμοια με τη δομή των βακτηριακών γονιδίων. Το DNA ευρίσκεται σε απλά κυκλικά πλασμίδια τα οποία είναι αρχικά περιτυλιγμένα και που ευθυγραμμίζονται πριν από την κυτταρική διαίρεση.

Ενώ αυτή η διαδικασία και η επακόλουθη δυαδική σχάση των κυττάρων είναι παρόμοια με εκείνη των βακτηρίων, η αντιγραφή και η μετάφραση αλληλουχιών ϋΝΑ λαμβάνει χώρα όπως συμβαίνει στα ευκαρυωτικά.

Αφού ξετυλιχθεί το ϋΝΑ του κυττάρου, το ένζυμο RNA πολυμεράσης που χρησιμοποιείται για την αντιγραφή των γονιδίων είναι περισσότερο παρόμοιο με την πολυμεράση του RNA του ευκαρυωτικού από το αντίστοιχο βακτηριακό ένζυμο. Η δημιουργία του αντιγράφου DNA διαφέρει επίσης από τη βακτηριακή διαδικασία.

Ο αναδιπλασιασμός και η μετάφραση του DNA είναι ένας από τους τρόπους με τους οποίους τα αρχαία είναι περισσότερο σαν τα κύτταρα των ζώων από εκείνα των βακτηρίων.

Flagella

Όπως και με τα βακτήρια, τα μαστίγια επιτρέπουν στον αρχάριο να κινηθεί.

Η δομή και ο μηχανισμός λειτουργίας τους είναι παρόμοια με τα αρχαία και τα βακτηρίδια, αλλά ο τρόπος με τον οποίο εξελίχθηκαν και ο τρόπος με τον οποίο κατασκευάζονται διαφέρουν. Αυτές οι διαφορές υποδηλώνουν και πάλι ότι η αρχαία και τα βακτήρια εξελίχθηκαν ξεχωριστά, με ένα σημείο διαφοροποίησης νωρίς σε εξελικτικούς όρους.

Παρόμοιες μεταξύ των μελών των δύο τομέων μπορούν να ανιχνευθούν σε μεταγενέστερη οριζόντια ανταλλαγή DNA μεταξύ κυττάρων.

Το μαστίγιο στην αρχαία είναι ένας μακρύς μίσχος με βάση που μπορεί να αναπτύξει μια περιστροφική δράση σε συνδυασμό με την κυτταρική μεμβράνη. Η περιστροφική δράση έχει σαν αποτέλεσμα μια κίνηση που μοιάζει με μαστίγιο και μπορεί να προωθήσει την κυψέλη προς τα εμπρός. Στην αρχαία, ο μίσχος κατασκευάζεται με την προσθήκη υλικού στη βάση, ενώ στα βακτήρια, ο κοίλος κορμός δημιουργείται με την κίνηση υλικού μέχρι το κοίλο κέντρο και την εναπόθεση στην κορυφή.

Οι Flagella είναι χρήσιμες στη μετακίνηση των κυττάρων προς τα τρόφιμα και στην εξάπλωση μετά την κυτταρική διαίρεση.

Πού επιβιώνει ο Αρχαία;

Τα κύρια χαρακτηριστικά διαφοροποίησης της αρχαίας είναι η ικανότητά τους να επιβιώνουν σε τοξικά περιβάλλοντα και ακραίες περιοχές.

Ανάλογα με το περιβάλλον τους, τα αρχαία προσαρμόζονται σε σχέση με το κυτταρικό τοίχωμα, την κυτταρική μεμβράνη και το μεταβολισμό τους. Η Archaea μπορεί να χρησιμοποιήσει μια ποικιλία ενεργειακών πηγών, συμπεριλαμβανομένου του φωτός του ήλιου, του αλκοόλ, του οξικού οξέος, της αμμωνίας, του θείου και της δέσμευσης του άνθρακα από το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Τα απόβλητα περιλαμβάνουν το μεθάνιο και τα μεθανονικά αρχαία είναι τα μόνα κύτταρα που μπορούν να παράγουν αυτό το χημικό προϊόν.

Τα κύτταρα των αρχαίων που μπορούν να ζουν σε ακραία περιβάλλοντα μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με την ικανότητά τους να ζουν σε συγκεκριμένες συνθήκες. Τέτοιες ταξινομήσεις είναι:

Μερικά από τα πιο εχθρικά περιβάλλοντα στη Γη είναι οι υδροθερμικές βαθμίδες στο βάθος του Ειρηνικού Ωκεανού και οι θερμές πηγές όπως αυτές που βρίσκονται στο Εθνικό Πάρκο του Yellowstone. Οι υψηλές θερμοκρασίες σε συνδυασμό με τις διαβρωτικές χημικές ουσίες είναι συνήθως εχθρικές απέναντι στη ζωή, αλλά οι αρχάδες, όπως ο λόγχος, δεν έχουν κανένα πρόβλημα με αυτές τις θέσεις.

Η αντίσταση της αρχαίας σε τέτοιες συνθήκες οδήγησε τους επιστήμονες να διερευνήσουν εάν οι αρχαιές ή παρόμοιοι οργανισμοί θα μπορούσαν να επιβιώσουν στο διάστημα ή σε άλλους εχθρικούς πλανήτες όπως ο Άρης.

Με τα μοναδικά χαρακτηριστικά τους και τη συγκριτικά πρόσφατη εμφάνιση τους, η περιοχή των Αρχαίων υπόσχεται να αποκαλύψει πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά και δυνατότητες αυτών των κυττάρων και μπορεί να προσφέρει εκπληκτικές αποκαλύψεις στο μέλλον.