Археите (Археа) — домейн на едноклетъчни организми и екстремофили

Археите (или Archea) са група едноклетъчни организми. Името идва от гръцкото αρχαία, "стари". Те представляват основно подразделение на живите организми, което е генетично и биохимично различно както от бактериите, така и от еукариотите.

Археите са малки и прости организми. Първоначално те са открити в екстремни среди (екстремофили), но сега се смята, че са характерни и за по-умерени условия. Много от тях могат да оцелеят при много високи (над 80 °C) или много ниски температури, както и при силно солена, киселинна или алкална вода. Някои от тях са открити в гейзери, черни пушеци, петролни кладенци и горещи извори в дълбокия океан. Скорошни изследвания откриха амонякоядни археи в почвата и морската вода.

В миналото те са били класифицирани заедно с бактериите като прокариоти (или царство Monera) и наречени архебактерии, но това е неточно и подвеждащо. Археите имат независима еволюционна история и показват много различия в биохимията си от другите форми на живот. Сега те се класифицират като отделен домейн в системата на трите домейна. В тази система трите отделни клона на еволюционен произход са археите, бактериите и еукариотите.

Подобно на бактериите, археите са прокариоти: едноклетъчни организми, които нямат ядра и клетъчни органели от типа на еукариотите.

Структура и молекулярни особености

Клетъчната мембрана на археите се различава съществено от тази на бактериите и еукариотите: липидите са с етерни връзки към глицерол и често представляват разклонени изопреноидни вериги. При някои хипертермофилни археи липидите образуват монолайър (тетраетери), което спомага за стабилността при високи температури.

Клетъчната стена обикновено не съдържа пептидогликан (муреин), характерен за бактериите; при някои археи има псевдопептидогликан или S-слой от протеини. Археите нямат чувствителност към някои класически антибиотици, които атакуват бактериалния пептидогликан.

Молекулярни процеси: механизмите на транскрипция и транслация при археите са по-близки до тези при еукариотите — напр. някои РНК-полимерази и фактори за иницииране на транслация напомнят на еукариотните. В същото време някои метаболитни пътища са уникални или по-близки до бактериалните.

Пилки и придвижване: археалните „флагели“ (наричани архаели) се отличават морфологично и биогенетично от бактериалните флагели и имат различен механизъм на сглобяване и движение.

Разнообразие и класификация

Археите включват няколко основни групи/фила — класическата система ги дели на Euryarchaeota (включва метаногени и някои екстремофили), Crenarchaeota (много термо- и хидротермални форми), както и по-ново описани групи като Thaumarchaeota, Korarchaeota, Nanoarchaeota и Asgard (включително Lokiarchaeota), при които има интересни връзки с произхода на еукариотите.

Метаболизъм и екологична роля

• Метаногенеза — метаногенните археи (изключително в Euryarchaeota) образуват метан при анаеробно разграждане на органични вещества; важни са за естествени и икономически процеси (напр. в храносмилателната система на преживните животни, в биогазовите инсталации).
• Окисление на амоняк — амонякоядните археи (частично представители на Thaumarchaeota) играят ключова роля в азотния цикъл и са разпространени в почви и в океана.
• Сяросъдържащи метаболизми — някои археи са способни да използват сяра или водород за енергия (напр. в хидротермални вентили).
• Халофили — солелюбиви археи, които виреят при много висока соленост и участват в солените екосистеми.

Разпространение и местообитания

Въпреки първоначалните открития в екстремни среди, археите са широко разпространени: в океанските води и седименти, почви, горната и долната част на водните колони, в горещи извори, в солни басейни и дори в човешкия микробиом (напр. Methanobrevibacter smithii в човешкия стомашно-чревен тракт). Много археи обаче остават некултивирани и са известни само чрез молекулярни методи.

История на откриването и еволюционно значение

През 1970-те години Карл Уос (Carl Woese) и неговите колеги използваха сравнителен анализ на 16S рРНК, за да покажат, че прокариотите се разделят на поне два древни, еволюционно различни клона — бактериите и археите. Това доведе до предложението за тридоменна система: археи, бактерии и еукариоти. Откритията на групи като Asgard археите подсказват, че родословието на еукариотите може да е свързано с определени археални линии.

Методи за изследване

За изучаване на археите учените използват:

• 16S рРНК анализ и метагеномика за идентификация и оценка на разнообразието;
• култивиране в специални условия (много таксони са трудни за култивиране);
• микроскопия, метаболни анализи и молекулярна биология за изясняване на физиологията.

Приложения и значение за човека

Археалните ензими (екстремозими) са ценени заради своята стабилност при екстремни условия и намират приложения в промишлеността и биотехнологиите — например в синтеза на биотопливо, устойчиви катализатори и в молекулярните методи (някои полимерази от археи се използват при PCR и секвениране). Археите също така участват важни процеси в глобалните биогеохимични цикли на въглерода, азота и сярата.

Особености и митове

Въпреки че често се смята, че археите са само екстремофили, много представители живеят в умерени условия и оказват влияние върху ежедневни екосистеми. Повечето археи не са патогенни за хората; в микробиома някои видове са commensal и имат роля в метаболизма.

Общо взето, археите представляват уникална и разнообразна клонална линия на живота с множество биохимични и еволюционни особености. Новите молекулярни техники непрекъснато разширяват нашето познание за тяхното разнообразие, екология и потенциални приложения.

Въпроси и отговори

В: Как се нарича групата едноклетъчни организми?

В: Откъде идва това име?

В: Археите са прокариоти или еукариоти?

В: В какви среди са открити първоначално?

В: Сега се смята, че археите са разпространени в по-средни условия?

В: При какви температури могат да оцелеят някои археи?

В: Как се класифицират Archaea в системата на трите домейна?

Търсене по буква