Arhejas (Archaea): definīcija, īpašības un ekoloģiskā nozīme

Arhejas (jeb Archea) ir vienšūnu organismu grupa. Nosaukums cēlies no grieķu αρχαία, "vecie". Tās ir galvenais dzīvo organismu iedalījums.

Arhejas ir sīki, vienkārši organismi. Sākotnēji tās tika atklātas ekstrēmās vidēs (ekstrēmofili), bet tagad tiek uzskatīts, ka tās ir izplatītas arī vidējos apstākļos. Daudzas no tām var izdzīvot ļoti augstā (virs 80 °C) vai ļoti zemā temperatūrā vai ļoti sāļā, skābā vai sārmainā ūdenī. Daži no tiem ir atrasti geizeros, melnajos dūmvados, naftas urbumos un karstās ūdenstilpēs okeāna dzīlēs. Nesen veiktajos pētījumos amonjaku barojošas arhejas ir atrastas augsnē un jūras ūdenī.

Agrāk tās tika klasificētas kopā ar baktērijām kā prokariotes (jeb Monera valstība) un nosauktas par arhebaktērijām, taču tā ir kļūda. Arheijām ir neatkarīga evolūcijas vēsture, un to bioķīmijā ir daudz atšķirību no citām dzīvības formām. Tagad tās tiek klasificētas kā atsevišķa joma trīs jomu sistēmā. Šajā sistēmā trīs atšķirīgas evolūcijas atzarojuma nozares ir arhejas, baktērijas un eikarietas.

Arhejas, tāpat kā baktērijas, ir prokariotes - vienšūnas organismi, kuriem nav eikariošu tipa kodolu un šūnu organoīdu.

Raksturīgās iezīmes

• Šūnu membrāna: arheju membrānu lipīdi atšķiras no baktēriju lipīdiem — tie ir saistīti ar etera saitēm un izveidoti no isoprenoīdiem. Dažiem hipertermofiliem membrāna veido vienkāršu monolājeru, kas palielina stabilitāti augstās temperatūrās.
• Šūnas siena: daudzām arhejām nav peptidoglikāna (mureīna), kas raksturīgs baktērijām; vietā var būt pseudomureīns (pseudopēdīdīns) vai S-slānis no proteīniem/glekoproteīniem.
• Genētiskās un bioķīmiskās īpašības: ribosomālie 16S rRNS secības atšķir arhejas no baktērijām; arheju transkripcijas un translatācijas aparāts ir daudz līdzīgāks eikariotu sistēmai (daudzi kopīgi proteīni un sarežģītāka RNS polimerāze).
• Metabolisma daudzveidība: tajās ir atrodami metanogēni (metāna ražotāji), halofili (sāļā vidē), termo- un hipertermofili (augstas temperatūras mīļotāji), kā arī amonjaku oksidētāji un anaerobi oksidētāji.
• Reprodukcija: galvenokārt bināra dalīšanās, bet novērota arī pumpurošanās, fragmentācija un ģenētiskās materiāla apmaiņa, tostarp horizontālā gēnu pārnese.

Morfoloģija un taksonomija

Arheju formas un izmēri ir līdzīgi baktērijām — no apļveida un stiegrveida līdz spirālveida un kompleksākiem koloniālajiem veidiem. Tradicionāli arhejas dalīja lielās grupās kā Euryarchaeota un Crenarchaeota, taču mūsdienu filogenētiskie pētījumi ir atklājuši vairākus klīnus un pavisam jaunas nodaļas, piemēram, Thaumarchaeota un citas. Taksonomija mainās strauji, pateicoties metagenomikai un vidēs balstītajiem sekvenēšanas pētījumiem.

Metabolisma loma un ekoloģiskā nozīme

Arhejas spēlē būtisku lomu globālajos biogeohīmiskajos ciklos:

• Metāna cikls: metanogēnas arhejas anaerobos apstākļos sintezē metānu no oglekļa dioksīda un ūdeņraža — tas ir būtiski purvu, zarnu mikrobiomu un dažādu anaerobu vidi enerģētikai.
• Slāpekļa cikls: amonjaku barojošas arhejas oksidē amonjaku līdz nitritam un veicina slāpekļa apriti gan augsnē, gan jūru ekosistēmās.
• Ekstremofila ekoloģija: halofili kontrolē sāļo ezeru un sālsūdeņu ekoloģiju; termofili un hipertermofili kolonizē karstos avotus, geizerus un hidrotermālos ventus, kur tie veido pamata biomasu un baro citus organismu kopienu locekļus.

Cilvēks un tehnoloģija

Dažas arhejas sastopamas cilvēka organisms mikrobiomā (piem., zarnu un mutes dobuma metanogēnas sugas), tomēr līdz šim nav konstatētas plaši izplatītas arheju izraisītas slimības, kā tas biežāk notiek ar baktērijām. Arhejas sniedz arī biotehnoloģisku vērtību — to fermenti (īpaši termostabilie enzīmi) ir noderīgi rūpnieciskos procesos, molekulārās bioloģijas metožu izstrādē un bioremediācijā.

Pētīšanas metodes un atklājumu vēsture

Arheju izšķirību no baktērijām pirmo reizi uzsvēra Carl Woese un kolēģi, analizējot 16S rRNS sekvences, kas noveda pie trīs domēnu sistēmas pieņemšanas. Mūsdienās arheju daudzveidību atklāj metagenomika, vides DNS sekvenēšana un fosfātu bagāto vidi pētniecība, kas rāda, ka arhejas ir plaši izplatītas un morfoloģiski un funkcionāli daudzveidīgas, bieži veidojot nozīmīgu daļu mikrobu kopienu.

Kopsavilkums

Arhejas ir unikāla un senatnīga dzīvības joma ar specifiskām šūnu struktūrām, atšķirīgu bioķīmiju un svarīgu lomu planētas biogeokosmiskajos procesos. Lai gan tās bieži asociē ar ekstrēmajiem apstākļiem, mūsdienu pētījumi rāda, ka tās ir izplatītas gandrīz visur — no okeānu dziļumiem līdz cilvēka zarnām — un to pētīšana turpina paplašināt mūsu izpratni par dzīvības evolūciju un pielāgošanos.

Jautājumi un atbildes

J: Kā sauc vienšūnu organismu grupu?

J: No kurienes cēlies šis nosaukums?

J: Vai arhejas ir prokariotes vai eikariotes?

J: Kādā vidē tās sākotnēji tika atklātas?

J: Vai tagad tiek uzskatīts, ka arhejas ir sastopamas vidējos apstākļos?

J: Kādā temperatūrā var izdzīvot dažas arhejas?

J: Kā arhejas klasificē trīs domēnu sistēmā?

Meklēt pēc burta