Arkebakteriler (Arkeler, Archaea), tek hücreli mikroorganizmaların bir alanıdır. Hücreleri içinde hücre çekirdeği veya başka organelleri yoktur. Geçmişte, Arkebakteriler (Archaea) sıra dışı bir bakteri grubu olarak sınıflandırılmış ve archaebacteria olarak adlandırılmıştır. Ancak, Arkebakteriler (Archaea) bağımsız bir evrimsel tarihe sahip olduğundan ve biyokimyasında diğer yaşam biçimlerinden sayısız farklılıklar gösterdiğinden, şimdi üç ayrı bölgede ayrı bir alan olarak sınıflandırılmıştır. etki alanı sistemi. Bu sistemde evrimsel inişin üç ana dalı Archaea, Eukarya ve Bakteridir. Diğer filumlar mevcut olsa da, arkeler ayrıca dört tanınmış filoya ayrılır. Bu gruplardan Crenarchaeota ve Euryarchaeota en yoğun olarak incelenmiştir. Archaea’nın sınıflandırılması biraz zor, çünkü büyük çoğunluk hiç incelenmedi.
Arkebakteriler (Arkeler, Archaea), ikili fizyon olarak bilinen bir işlemde asexually replike. Arkebakteriler (Archaea), bir ya da daha fazla kuyruk benzeri kamçı ile bir yüzme motilitesine ulaşır. Birçok arkeoloji, aşırı çevresel tolerans, tuzluluk ve hatta radyoaktif ortamlar elde etmek için ekstremofillerdir. Küresel jeokimyasal döngüde archaea’nın önemli olduğu düşünülmektedir, çünkü bunlar dünyadaki biyokütlenin tahmini yüzde 20’sini oluşturmaktadır; Bununla birlikte, özellikle deniz ve derin deniz bentik çeşitleri olmak üzere alan hakkında çok az şey bilinmektedir.
Arkebakteriler (Arkeler, Archaea) Evrimsel Süreci
Çok erken olası prokaryotik hücre fosilleri, günümüzden yaklaşık 3.5 milyar yıl öncesine tarihlendirilmiş, bu da onları Dünya üzerindeki en ilkel ve eski yaşam formlarından biri haline getirmiştir; bununla birlikte, prokaryotlar genellikle belirgin morfolojilerden yoksundurlar, bu nedenle fosil şekilleri onları arke olarak tanımlamak için kullanılamaz. Bunun yerine, benzersiz lipidlerin kimyasal fosilleri daha fazla bilgi barındırırlar, çünkü bu tür bileşikler diğer organizmalarda meydana gelmez. Bazı araştırmalar, arkeolojik ya da ökaryotik lipid kalıntılarının 2.7 milyar yıl kadar eski şeyllerde mevcut olduğunu göstermektedir. Bu tür lipidler, en eskileri Batı Grönland’ın Isua yeşiltaş kuşağında bulunan Prekambriyen formasyonlarda tanımlanmıştır. Bu bölge dünyadaki 3.8 milyar yıllık en yaşlı tortulara sahiptir.
Carl Woese, bakteri, archaea ve ökaryotların, atalardan kalma bir organizma kolonisinden çok uzak bir noktada ayrılan ayrı evrimsel soy çizgileri olduğunu öne süren ilk kişi oldu. Archaea ve virüslerin günümüzden 2 milyar yıl öncesine kadar olan bir ilişkisi olması muhtemeldi, bazı araştırmacılar bu tür gruplar arasında bu evrimsel oluşumun böyle erken bir zamanda meydana gelebileceğini düşünüyorlardı. Bakterilerin ve archaeaların son ortak atasının bir termofil olduğu ileri sürülmüştür; bu da düşük sıcaklıkların gerçekten bir atalar arke noktasından bakıldığında ortaya çıkan aşırı ortamlar ve soğuk koşullara tahammül edebilen organizmaların ancak daha sonra ortaya çıkma ihtimalini arttırmaktadır. evrimsel zaman.
Arkebakteriler (Arkeler, Archaea) Taksonomisi
1977 yılına kadar, Archaea’nın Woese ve Fox’un çalışmasıyla ayrı bir prokaryotlar alanı olarak tanınması değildi. 1965’e kadar mikroorganizmaları ayırt etmenin başlıca teknikleri, morfoloji ve metabolik fonksiyonların kullanılmasıydı. Woese ve Fox, 1960’lı yılların başlarında, DNA materyalinin gen kodlamasının organizmaya bağlılık için daha temel bir teknik olarak görüldüğü bir dizi araştırmacının başlattığı bir araştırma yönelimi ile sonuçlandı. 20. yüzyılın kapanışıyla, arkeonların öneminin ve her yerde bulunmasının daha iyi anlaşılması, sadece nükleik asitlerine dayanan su veya toprak örneklerinde prokaryotları tespit etmek için polimeraz zincir reaksiyonu kullanılarak ortaya çıkmıştır.
Kalan en büyük bulmaca, arkeolojik alandaki türlerin kabul edilip edilmeyeceğidir. Morfolojik ve DNA bulguları türlerin tanınmasını desteklerken, önemli gen transferinin yasak olduğu ve bu nedenle türlerin geçerliliğini ortadan kaldırdığı açık değildir. Her halükarda, mevcut tedavide, yayınlanmış araştırma atamalarını takip etmek ve isimlendirmenin sadeliğinden başka bir sebep olmaksızın, türlerin atfedilmesine izin vereceğiz.
Arkebakterilerin (Archaea) Morfolojisi
Archaea ve bakteri, boyut ve şekil bakımından yüzeysel olarak benzerdir, ancak bazı arkeolojik türler, bazı Haloquadra üyelerinin düz ve kare şekilli hücreleri gibi dikkat çekici geometrik şekillere sahiptir . Bakterilere bu görsel benzerliğe rağmen, arkeler, ökaryotlar ile daha yakından ilişkili olan genlere ve çeşitli metabolik yolaklara sahiptir: özellikle gen transkripsiyon ve translasyonda yer alan enzimler. Archaean biyokimyasının diğer yönleri, hücre zarları içinde eter lipidleri üzerinde meydana gelme gibi benzersizdir.
Bakterilerde olduğu gibi, arkelerin iç zarları veya organelleri yoktur. Hücre zarları tipik olarak bir hücre duvarı tarafından sınırlandırılır ve bir veya daha fazla flagellar kuyruk yapısı kullanılarak motilite sağlanır. Archaea en çok gram pozitif bakterilere benziyor. Çoğu arke, periplazmik bir alan içermeyen, tek bir plazma membranı ve hücre duvarı sergiler; Bununla birlikte, Ignicoccus, bir dış zar ile kapatılmış, zar-bağlı keseciklerle oldukça büyük bir periplazmayı gösterir.
Hücre filamanlarını 200 nanometre kadar uzun bir süre için veren belirli archaea agregası – bu tür formlar biyofilmde belirgindir. Diğer taraftan, Thermococcus coalescens, canavar tek hücreler üretmek için kültürlemede kaynaşabilen hücrelere sahiptir.
Genus Pyrodictium archaea , hücresel yüzeyden çıkıntı yapan ve yoğun bir aglomerasyona bağlanan ince uzun içi boş tüpler denilen kanül dizilerini gösteren ayrıntılı bir çok hücreli koloni oluşturur; Bu çıkıntılı form, aynı cinsin komşu hücreleriyle bağlantıyı veya besin değişimini teşvik eder.
Crenarchaeota, düzensiz şekilli loblu hücreler, enine kesitli ve şaşırtıcı dikdörtgen çubuklarda 500 nanometreden daha az olan iğneli filamanlar gibi çeşitli geometriler sergiler. Bu garip morfolojiler muhtemelen hem hücre duvarları hem de prokaryotik bir sitoskeleton tarafından üretilir. Archaea’da diğer organizmaların hücre iskelet elementleri ile ilişkili proteinler bulunur.
Kamçı
Archaeal flagella, bazındaki rotatif motorlar tarafından yönlendirilen uzun sapları olan bakteriyel benzerleri gibi işlev görür. Motorların kendisi, membranın karşısındaki elektrokimyasal gradyan ile güçlendirilir. Ancak, arkeolojik ve bakteriyel flagella farklı atalardan geldi. Bakteriyel flagellum içi boştur ve merkezi gözeneği flagella’nın ucuna doğru hareket ettiren alt birimler tarafından monte edilirken, arkasındaki flagella tabandaki alt birimlerin ilavesiyle oluşturulur.
Zarlar
Archaea’nın zarları, diğer yaşam formlarındakilerin aksine moleküllerden inşa edilir; Bu morfoloji, bakteri ve ökaryotlardan atası mesafesini gösterir. Her organizma için, hücre zarları fosfolipit moleküllerinden yapılır. Bu fosfolipitler suda çözünmeyen bir polar kısım (bir fosfat başı) ve suda çözünmeyen hidrofobik polar olmayan kısım (bir lipit kuyruğu) sergiler. Bu farklı olmayan uçlar bir gliserol grubuyla bağlanır. Suda, fosfolipitler kümelenmiş, kafaları suya ve kuyrukları karşı yöne bakmaktadır. Hücre zarlarındaki ana yapı, genellikle lipit iki tabakalı olarak adlandırılan çift katmanlı bir fosfolipit tabakasıdır.
Bu fosfolipitler bir dizi nedenden dolayı farklıdır:
Bakteriler ve ökaryotlar durumunda, zarlar esas olarak glikol ester lipitlerden oluşur, ancak arkelerin gliserol-eter lipitlerden yapılmış zarları vardır. Eter bağları, kimyasal bağlar, ester bağlarından daha stabildir ve aşırı sıcaklıklarda ve aşırı pH ortamlarında hayatta kalmada archaea’ya yardımcı olurlar.
Gliserol grubunun stereokimyası, diğer organizmalarda bulunanın tersidir. Bu, archaea’nın fosfolipitleri sentezlemek için tamamen farklı enzimlerin bakteri ve ökaryotlardan daha çok kullanıldığını ima eder. Bu tür enzimler, çok eski jeolojik zamanlarda geliştiler ve diğer iki bölgeden erken ayrıldığını düşündürdüler.
Bazı arklarda, iki bağımsız fosfolipit molekülünün kuyruklarının iki kutup başı ile tek bir molekül halinde kaynaştığı bir tek tabakalı lipit çift tabakası değiştirilir. Bu füzyon, zarlarını daha sert ve zorlu ortamlara karşı daha dayanıklı hale getirebilir. Ferroplazma bir örnektir — bu organizmanın yüksek asidik habitatında hayatta kalması, bu tür kuyruk füzyonu ile aşılanır. Archea lipit kuyrukları diğer organizmalardan kimyasal olarak farklıdır.
Archaea lipidleri izopren yan zincirine dayanır: karmaşık yan zincirlere ve sıklıkla siklopropan veya sikloheksan halkalarına sahip uzun zincirlerdir. Her ne kadar izoprenoidler birçok organizmanın biyokimyasında önemli bir rol oynasa da, sadece arke onları fosfolipit yapmak için kullanır. Bu dallı zincirler, arkaplan zarlarının yüksek sıcaklıklarda sızıntı yapmasına yardımcı olabilir.
Metabolizma
Birçok temel metabolik yol, tüm yaşam formları arasında paylaşılmaktadır. Bir durum olarak, arke, modifiye bir glikoliz biçimini ve ya tam ya da kısmi bir sitrik asit döngüsünü çağırır. Diğer organizmalara benzeyen bu benzerlikler, arkeolojik erken kökenleri ve ayrıca yüksek metabolik etkinliği yansıtmaktadır.
Metabolik davranışlarını desteklemek için çok çeşitli kimyasal reaksiyonlar arke tarafından uygulanır. Bir dizi enerji kaynağının kullanılması, bu reaksiyonlar beslenme gruplarına ayrılabilir. Bazı durumlarda inorganik bileşikler (örn., Amonyak ve sülfür), enerjiyi lithotroph olarak bilinen arşive besler. Diğer archaea grubu güneş enerjisini kullanır; gerçek oksijen üreten fotosentezi yapmamakla birlikte, bu arkeolojik grup fototroflar olarak bilinir. (Archaea’nın fotosentezi kullanmadığı bilinmektedir.) Fototrofik arke, güneş enerjisini ATP şeklinde kimyasal enerji üretmek için kullanır.
Halobacteria’da, bacteriorhodopsin gibi ışıkla aktive olan iyon pompaları, iyonları hücre zarından plazma membranı içinden pompalayarak iyon gradyanları üretir. Bu elektrokimyasal gradyanlarda depolanan enerji daha sonra ATP sentaz tarafından bir fotofosforilasyon şekli olan bir işlemde ATP’ye dönüştürülür. Bu hafif tahrikli pompaların membranlar boyunca iyonları taşıma kabiliyeti, protein merkezinde gömülü bir retinol kofaktörünün yapısındaki güneş ışığına dayalı değişikliklere bağlıdır.
Bazı bataklık konutları anaerobik ortamlarda gelişir; Aslında, bu ilkel metabolizma biçimi, ilk serbest yaşayan organizmayı güçlendirmiş olabilir. Bu tür metanojenik metabolizma, hidrojeni okside etmek için bir elektron alıcısı olarak karbondioksite dayanır. Methanogenesis, koenzim M ve metanofuran dahil olmak üzere bu arkata özgü bir koenzim gamını çağrıştırır. Bazen çeşitli alkoller ve asetik veya formik asit, metanojenik elektron alıcıları olarak kullanılır. Bu reaksiyonlar bağırsaklarda yaşayan archaeada yaygındır. Asetik asit ayrıca asetotrofik arke ile metan ve karbondioksite ayrıştırılır. Bu asetotroflar, Methanosarcinales sırasına göre arke olup, biyogaz üreten ekolojik mikroorganizma topluluklarının önemli bir parçasıdır.
Atmosferik karbon, karbon fiksasyonu yayan ototrofik arke için başka bir enerji girdisi kaynağıdır. Bu işlem aşağıdakileri içerir: (i) Calvin döngüsünün yüksek oranda modifiye edilmiş bir formu veya (ii) 3-hidroksipropionat / 4-hidroksibutirat döngüsü olarak adlandırılan bir metabolik yol.
Üreme
Hücre çekirdeği bulunmayan arke, mitoz yoluyla çoğalmaz; daha ziyade, ikili fisyon olarak adlandırılan bir süreç kullanarak üretiyorlar. Bu ikili fisyon işleminde, ark DNA’sı çoğalır ve iki iplikçik hücre büyüdükçe çekilir. Bazı durumlarda ikiden fazla kız kromozomu yaratılabilir ve daha sonra çoklu fizyon olarak adlandırılan bir süreçte parçalara ayrılabilir.
Archael kromozomları, muadil ökaryotik enzimlere benzeyen DNA polimerazlar kullanılarak çoğul replikasyon kaynaklarından çoğalırlar. Bununla birlikte, hücre etrafında bir büzme halkası oluşturan hücre Fraksiyonu gibi hücre bölünmesini yönlendiren proteinler ve hücrenin merkezi boyunca inşa edilmiş olan septumun bileşenleri, bakteriyel benzerliklerine benzemektedir.
Onyenwoke ve diğ. Birçok bakteri ve ökaryottan farklı olarak arketin hiç spor yapmadığını göstermiştir.
İlk olarak en çok argonun abiyotik faktör aralıklarının çevresel sınırlarında mevcut olan ekstremofiller olduğu düşünülmüştür. Son zamanlarda, geniş bir habitat ve çevre koşullarında çok sayıda archaea yaşamının olduğu bulunmuştur.
Bazı Haloarchaea fenotipik geçişe uğrar ve ozmotik şoka çok dirençli kalın duvarlı yapılar dahil olmak üzere birkaç farklı hücre tipi olarak büyür. Bu kalınlaşmış duvarlar, hiposalin (düşük tuz) koşulları altında hayatta kalmayı mümkün kılar, ancak bu alternatif fenotipler, gerçek üreme yapıları değildir; daha ziyade, archaea’nın yeni yaşam alanlarına ulaşmasında yardımcı olabilirler.
Gerçekten de, bazı arke, genellikle 100 derece C’nin üzerinde, aşırı sıcaklıklarda gelişir; örneğin geyserler, siyah sigara içenler ve petrol kuyularında görülürler. Diğer canlı ortamlar arasında çok soğuk ortamlar ve oldukça tuzlu, asidik veya alkali ortam bulunur. Örneğin, bir aşırı arnean asidofili olan Picrophilus torridus, esas olarak sıfır olan pH değerinde, 1.2-molar konsantrasyonda sülfürik aside eş değerdir. Archaea ayrıca kutup denizleri de dahil olmak üzere çok soğuk okyanus ortamlarında bulunur. Birçok archaea ayrıca, dünya okyanusları boyunca, plankton toplulukları arasında pikoplanktonun bir parçası olarak ortaya çıkar. Ayrıca, archaea, yumuşak şartlarda, bataklıklarda, kanalizasyonlarda, okyanuslarda ve topraklarda yetişen mezofilleri içerir.
Halobacterium cinsi de dahil olmak üzere Halofiller, tuz gölleri gibi hipersalin ortamlarda hayatta kalmakta ve yüzde 20’den fazla tuzluluklarda bakteriyel karşıtları aşabilmektedir. Thermophiles, sıcak su kaynakları gibi lokallerde 45 ° C’nin üzerindeki sıcaklıklarda en iyi şekilde büyür; Hipertermofilik arke 80ºC’den daha yüksek sıcaklıklarda optimal olarak büyür. Archaean Methanopyrus kandleri’nin 166 suşu, herhangi bir organizma için kaydedilen en yüksek sıcaklık olan 122ºC’de hayatta kalmaktadır.