ХТО ТАКІ АРХЕЇ?

У цьому гарячому озері, що у Національному парку Єловстон (США), живуть Археї. Джерело ілюстрації: http://www.en.wikipedia.org

 

Андрій М. ЗАМОРОКА

 

Археї, вони ж Древні, не є героями фантастичних серіалів про подорожі іншими планетами чи комп’ютерних забавок, як може хто необачно подумав… Це абсолютно приземлені істоти, причому у цілковитому розумінні цього слова. Вони живуть поруч з нами, але ми про їх існування навіть не здогадуємось, вони є джерелом природного газу метану, який ми щодня запалюємо для приготування їжі, вони наші предки… То хто ж такі Археї?

 

Кілька місяців тому на “Станіславівському натуралісті” я опублікував статтю “Три революції у біології“, розповівши про найвагоміші відкриття у цій науці, котрі змінили не лише її, а й усе людське суспільство та світогляд людей. Третьою великою революцією було розшифрування ґенетичного коду. Саме ця революційна подія спричинила цілковитий перегляд уявлень та досягнень біології за час від її початків до 1960-х років. У 1965 році науковці вперше застосували новий метод аналізу родинних зв’язків між орґанізмами, який назвали філоґенетикою, а нині це найважливіший метод у систематиці. Завдяки численним аналізам та порівнянням ДНК й РНК різних живих істот стало можливим побудувати концептуально нову, базовану на ґенетичній спорідненості, картину живого світу.

Наприкінці 1970-х років групою вчених під головуванням Карла Веза із Ілінойського університету (США), після детальних досліджень рибосомальної РНК різних прокаріотів, оголошено про відкриття живих істот, які дуже відрізняються від усіх інших. Однак лише через два десятиліття їх було виокремлено у новий домен Археї (Archaea Woese, Kandler & Wheelis, 1990). Такий крок був обґрунтований тим, що Археї поєднують ознаки бактерій та евкаріотичних орґанізмів (до останніх належимо і ми з Вами), що є унікальним у світі живої природи. Грубо кажучи (але це тільки грубе порівняння – авт.), Археї є проміжною ланкою між бактеріями і нами. Справа в тому, що більша частина життєвих процесів Археїв відбувається за принципами евкаріотів, а будова їх орґанізму аналогічна до прокаріотів… Найважливіші у будь-якій живій клітині біологічні процеси передачі інформації із ДНК на РНК (транскрипція – авт.) і далі на білок (трансляція – авт.) у Археїв відбуваються за аналогічними до евкаріот схемами. У них відсутні ядро, ендоплазматична мережа, апарат Ґольджі, мітохондрії, пластиди та інші мембранні орґанели, що притаманно бактеріям. В той же час вони мають цілу низку особливостей непритаманних представникам інших доменів. Зокрема, у ДНК Археїв наявні інтрони (невеличкі частинки ДНК, що не несуть жодної інформації, а лише розділяють інформативні ділянки екзони – авт.), які відрізняються від бактеріальних та евкаріотичних. Окрім інтронів, у археїв інша структура клітинних стінок, мембран, а також “джгутиків”, метаболічних шляхів, тощо…

Ниткові колонії Археїв із холодних метанових джерел із дна океану. Джерело ілюстрації: http://www.people.whitman.edu

Археї є одноклітинними орґанізмами, зовні схожими на бактерій, однак із доволі незвичною формою клітини, наприклад, деякі їх види мають вигляд куба, паралелепіпеда, а декотрі навіть амеби. Одначе, найбільш типовими є паличкоподібні та сферичні форми клітин. Археї є дрібними істотами, найменші із них досягають 50 мікрометрів у довжину, а найбільші – 150 мкм.

Вчені вважають Археїв дуже древніми орґанізмами, однак, прямих доказів цього не існує. Низка непрямих фактів, як то особливості їх будови та метаболізму, наводять на думку, що Археї виникли приблизно у той же час, що і бактерії, можливо трошки пізніше. Перші достовірні знахідки залишків скам’янілих орґанізмів – бактерій, датуються часом 3,8 мільярди років до наших днів. Це здебільшого мінерали, що утворились в результаті життєдіяльності бактеріальних колоній, проте, самих скам’янілих бактерій у них не виявлено. Деякі вчені заявили, що знайшли сліди Археїв у дуже древніх мінералах. Їхні висновки ґрунтуються на тому, що клітинні мембрани Археїв складаються із дуже незвичних жирів (ліпідів – авт.), до складу яких входить орґанічний компонент естер (складний етер карбонових кислот і спиртів – авт.). Сліди таких ліпідів знайдені у мінералах віком 2,7 та 3,8 мільярди років! Але їх приналежність саме Археям дискусійна, адже могли існувати інші, тепер вимерлі, мікроорґанізми, що були побудовані із них…

Сучасне уявлення про систему орґанічного світу (схема) і місце Археїв на ньому. Джерело ілюстрації: http://www.universe-review.ca

Сучасна біологія дуже прискіпливо вивчає Археїв, адже вони мають комбінацію ознак і бактерій, і евкаріотів, а отже, можуть слугувати ключем до розкриття загадки походження останніх. Сьогодні, пануючою є синтетична гіпотеза виникнення евкаріот, згідно якої евкаріотична клітина є комплексом прокаріотичних орґанізмів-симбіонтів. Спершу, гіпотетичний без’ядерний предок внаслідок низки мутацій розвинув внутрішньоклітинні мембрани і у нього виникло клітинне ядро. Згодом, він вступив у симбіоз зі спірохетоподібною бактерією і в результаті горизонтального переносу ґенів отримав можливість синтезувати білок тубулін, відтак виник процес мітозу (поділ ядра зі збереженням числа хромосом), а згодом і мейоз (редукційний поділ ядра), що дало можливість евкаріотам розмножуватись статево і багаторазово прискорило їх еволюцію. Уже евкаріотичні пращури здобули ще двох симбіонтів: альфа протеобактерію – еволюціонувала у мітохондрію, та ціанобактерію – у пластиду. Власне, деякі науковці розглядають Археїв як “отих гіпотетичних” прокаріотичних предків, особливо з амебоїдними типами клітин. Зрозуміло, що сучасні групи Археїв не могли бути предками евкаріотів, однак, мали спільного із ними пращура. Тому на “еволюційних деревах” Археїв та Евкаріот зображують як дві гілки одного стовбура, у ой час, як бактерії є окремим стовбуром.

Тільки в останньому десятилітті було встановлено, що Археї заселяють усі екосистеми Землі, а до кінця ХХ століття вважалось, що ці дивовижні істоти населяють лише екстремальні середовища, такі як озера із ропою, ґейзери, термальні джерела, білі та чорні палії тощо. Це було пов’язано з тим, що вони, часом, були єдиними жителями таких біотопів. Проте, на нинішній день відкрито види, які населяють холодні метанові джерела, океанічний планктон, ґрунти, льодовики Антарктиди, шлунки ратичних, кишківники термітів, клітини коралів тощо. За приблизними оцінками вчених ці мікроорґанізми становлять близько 20% біомаси Біосфери!

Піродиктиум (Pyrodictium Stetter, König et Stackebrandt, 1984) - Археї, які живуть у термічних джерелах при температурах 80-105°С. Джерело ілюстрації: http://www.academic.pgcc.edu

Середовища, у яких живуть Археї, є надзвичайно екстремальними, де не можуть існувати інші живі істоти. Наприклад, Галобактерія сольова (Halobacterium salinarium (Harrison and Kennedy 1922) Elazari-Volcani 1957) заселяє озера із солоністю не менше 20-25‰ (1‰[проміле] = 1 граму солі/літр води – авт.). Інша Архея – Метанопірус Кандлера (Methanopyrus kandleri Kurr et cet. 1992) заселяє чорні курці на дні Каліфорнійської затоки при температурі +120°С, це єдиний відомий науці орґанізм, що здатен розмножуватись при таких температурах. Пікрофілюс торідус (Picrophilus torridus Schleper et cet. 1996) єдиний відомий орґанізм, що здатен виживати у 1,2 молярному (близько 120 г/л – авт.) розчині сульфатної кислоти! Пікрофілюс заселяє заповнені кислотами кратери погаслих вулканів, виробки копалень, хвостосховища хімічних виробництв тощо.

Ґеоґема (Geogemma Kashefi, Holmes et Lovley, 2006) - термофільні бактерії із глибоковлдних гарячих джерел. Джерело ілюстрації: http://www.academic.pgcc.edu

Багато Археїв є мутуалістами (симбіонтами – авт.) та коменсалами (нахлібники – авт.) багатьох видів тварин. Наприклад, метаноґенні Археї перетравлюють целюлозу у кишківниках термітів та ратичних. Деякі з них є внутрішньоклітинними симбіонтами анаеробних одноклітинних, наприклад, Інфузорії-плаґіопіли (Plagiopyla frontata), де Археї поглинають надлишки гідроґену, який продукується гідроґеносомами інфузорії. Схожий симбіоз виявлено між губкою Аксинелою мексиканською (Axinella mexicana) та Ценархеєю симбіонтною (Cenarchaeum symbiosum). Деякі Археї живуть у наших орґанізмах, до прикладу, кожен десятий мікроорґанізм людського кишківника – це Метанобревібактер Сміта (Methanobrevibacter smithii Balch and Wolfe 1981), де допомагає перетравлювати клітковину та поліцукри. Вони також живуть у коралах і у коренях рослин.

Нещодавно, вчені відкрили антибіотики, які виробляють Археї. Ці речовини суттєво відрізняються від грибних і синтетичних, тому успішно можуть бути застосовані у боротьбі із багатьма недугами людини.

Загалом, Археї залишаються ще дуже слабо вивченими, науці невідомі а ні їх фізіологія, а ні роль у ґеохімічних колообігах. Ми лише привідкрили завісу над дивовижними і древніми істотами…

admin Written by:

12 Comments

  1. Грудень 11, 2010
    Reply

    А що ці чудесні створіння живуть і в нашому кишечнику ???

  2. Грудень 14, 2010
    Reply

    І не тільки у нашому… А ще вони є нашими двоюрідними братами і сестрами!

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

8 + 2 =