Arheje so enocelični organizmi, ki poleg bakterij in evkariontov tvorijo eno od treh domen življenja na Zemlji.
Za razliko od bakterij imajo arheje edinstvene genetske in biokemijske lastnosti, zaradi katerih izstopajo. Arhejam pravimo tudi ekstremofili, organizmi, ki uspevajo v razmerah, ki so škodljive za večino drugih bitij. Arheje uspevajo v raznolikih okoljih, med drugim v nekaterih najbolj surovih krajih na Zemlji.
V tem spletnem učbeniku za biologijo boste spoznali, kaj so arheje in kako jih razvrščamo. Raziskali bomo tudi, kaj so metanogene arheje in termofilne bakterije.
Če želite izboljšati svoje učne navade preberite, kako se učiti hitro in lažje, kjer boste našli odlične nasvete. Pripravili smo tudi najboljše metode za učenje branja. Vas morda zanimajo prednosti in slabosti spletnega učenja? Preberite tudi o šolanju na domu. Če pripravljate življenjepis, si preberite naš priročnik za pisanje življenjepisa. Vse to in še več najdete v kategoriji: nasveti za učenje.
Arheje–osnove hitro in preprosto
Se vam mudi? Ne skrbite. Na kratko smo povzeli vse pomembne podatke o tem, kaj so arheje in kaj je značilno za metanogene arheje:
🟠 Arheje so enocelični prokariontski mikroorganizmi, ki se razlikujejo od bakterij in evkariontov.
🟠 Arheje uspevajo v ekstremnih okoljih, med drugim v vročih izvirih (termofili) in slanih jezerih (halofili). So ekstremofili.
🟠 Metanogene arheje proizvajajo metan in sodelujejo pri razgradnji v anaerobnih okoljih.
🟠 Arheje imajo v svojih celičnih membranah edinstvene lipide, vezane na eter, za razliko od lipidov, vezanih na estre, ki jih najdemo pri bakterijah in evkariontih.
Ne veš, kako razlikovati arheje in termofilne bakterije? Nič hudega! Inštruktor biologije ti lahko ponudi individualne učne ure, prilagojene tvojemu stilu učenja. Razišči še več bioloških tem in razširi svoje znanje z brezplačnimi učbeniki za biologijo.
Kaj so arheje?
Arheje so prokariontski mikroorganizmi, kar pomeni, da nimajo definiranega celičnega jedra. Najdemo jih v ekstremnih okoljih, kot so vroči vrelci in slana jezera, ter na bolj znanih mestih, kot so oceani in zemlja. Njihova raznolikost v obliki, velikosti in presnovi je izjemna.
Definicija arhej
Arheje definiramo po njihovih edinstvenih celičnih membranah, ki namesto estrskih lipidov, ki jih najdemo pri bakterijah in evkariontih, vsebujejo etrske lipide. Zaradi posebnih lipidov so zmožne preživeti v ekstremnih pogojih, kot so visoke temperature, slanost in kisla okolja. Arheje ne spadajo v domeno bakterij, saj imajo gene in presnovne poti, ki so bolj podobne evkariontom kot bakterijam.
Kdo je odkril arheje in kako jih delimo
Arheje sta leta 1977 odkrila Carl Woese in George E. Fox, in sicer s preučevanjem njihovih zaporedij ribosomske RNA (rRNA). To odkritje je bilo zaslužno, da so arheje dobile priznanje kot ločena skupina življenja na Zemlji (poleg bakterij in evkariontov). Sprva so znanstveniki mislili, da arheje živijo le v ekstremnih okoljih, vendar so raziskave kasneje pokazale, da so prisotne tudi v bolj običajnih okoljih, kot so oceani, tla in celo človeško telo.
Arheje so razdeljene v več debel, med katerimi sta najbolj znani debli Euryarchaeota (prave arheje) in Crenarchaeota (krenarheje). V deblo Euryarchaeota oziroma deblo pravih arhej spadajo metanogene arheje, ki proizvajajo metan, in halofilne arheje, ki uspevajo v okoljih z visoko vsebnostjo soli. V deblu Crenarchaeota, oziroma deblu krenarhej, so večinoma termofili, ki živijo v vročih, kislih krajih, kot so vroči izviri in hidrotermalni vrelci.
S preučevanjem arhej so znanstveniki pridobili vpogled v evolucijo življenja na Zemlji in možnosti za življenje v ekstremnih okoljih drugod v vesolju. S svojo odpornostjo in prilagodljivostjo ti ekstremofili še naprej navdušujejo raziskovalce ter ponujajo vpogled v raznolike možnosti življenja.
So cianobakterije pomembne za proizvodnjo kisika? Oglejte si tudi biogeokemijsko kroženje hranil, kot sta kroženje kisika in ogljika.
Posebne značilnosti arhej
Arheje imajo edinstvene značilnosti, ki jih ločijo od bakterij in evkariontov. Bakterije in arheje razlike so: celična membrana, genetski zapis in presnovne poti. V spodnjem poglavju bomo raziskali značilnosti arhej in si ogledali razlike med bakterijami in arhejami.
Edinstvene celične membrane arhejah
Celične membrane arhej namesto estrskih lipidov vsebujejo etrske lipide, zaradi česar so bolj stabilne v ekstremnih pogojih, kot so visoke temperature, visoka slanost in kisla okolja. Celične membrane arhej imajo razvejane izoprenske verige, ki jim pomagajo preživeti okoljski stres. Nekatere arheje imajo namesto običajnih dvoslojnih membran enoslojne membrane, kar še poveča njihovo odpornost na ekstremne razmere.
Genetske in presnovne značilnosti
Arheje so genetsko in presnovno izredno raznolike. Njihovi geni in presnovne poti so pogosto bolj podobni evkariontom kot bakterijam. Na primer, encimi, ki sodelujejo pri transkripciji in prevajanju arhej, so podobni tistim pri evkariontih. Arheje lahko uporabljajo različne vire energije, kot so organske spojine, amonijak, kovinski ioni in plinasti vodik. Metanogene arheje proizvajajo metan, medtem ko halofili energijo s pomočjo sončne svetlobe z edinstvenim procesom, ki se razlikuje od fotosinteze.
Bakterije in arheje razlike
Čeprav so arheje in bakterije prokarionti, jih med sabo loči kar nekaj značilnosti. Ena glavnih razlik je njihova celična stena. Bakterijske celične stene vsebujejo peptidoglikan, ki zagotavlja trdnost. Celične stene arhej nimajo peptidoglikana – namesto tega imajo psevdopeptidoglikan, beljakovine ali polisaharide, zato so bolj odporne na ekstremne pogoje.
Druga razlika je v njihovem genetskem in biokemijskem mehanizmu. Arheje imajo edinstvena zaporedja rRNA, kar jih opredeljuje kot ločeno domeno življenja. Procesi podvojevanja DNK, transkripcije in prevajanja so bolj podobni tistim pri evkariontih. Arheje in evkarionti kot začetno aminokislino za sintezo beljakovin uporabljajo metionin, medtem ko bakterije uporabljajo formilmetionin.
Arheje imajo v primerjavi z bakterijami več različnih presnovnih poti. Preživijo in uspevajo v ekstremnih razmerah, ki so za bakterije pogosto negostoljubne. Ta prilagodljivost izhaja iz njihovih edinstvenih celičnih struktur in presnovnih procesov, ki so se razvili za izkoriščanje različnih okoljskih niš.
Bakterije in arheje razlike v tabli
| Značilnost | Bakterija | Arheja |
| Sestava celične stene | Vsebuje peptidoglikan | Ne vsebuje peptidoglikana; vsebuje psevdopeptidoglikan, beljakovine ali polisaharide |
| Zaporedja rRNA | Specifični za bakterije | Specifični za arheje, kar jih opredeljuje kot ločeno domeno |
| Začetek sinteze beljakovin | Kot začetno aminokislino uporablja formilmetionin | Kot začetno aminokislino uporablja metionin, podobno kot evkarionti |
| Podvojevanje DNK | Bakterijski mehanizmi | Bolj podobno evkariontskim mehanizmom |
| Transkripcija in prevajanje | Bakterijski mehanizmi | Bolj podobno evkariontskim mehanizmom |
| Značilnosti presnove | Omejeno na manjše število okolij, večinoma neekstremnih | Širše območje, tudi v ekstremnih okoljih (npr. vroči vrelci, slana jezera) |
| Prilagodljivost okolju | Slabša prilagodljivost na ekstremne razmere | Izjemna prilagodljivost na ekstremne pogoje |
Preberite, kako proizvajalci, potrošniki in razkrojevalci sodelujejo v prehranjevalni verigi in raziščite različne simbiontske odnose, kot so mutualizem, komenzalizem in parazitizem.
Arheje primeri
Arheje lahko najdemo v različnih ekstremnih okoljih. Razvile so se ravno zaradi tega, ker uspevajo v razmerah, ki so za večino drugih oblik življenja negostoljubne. Sedaj pa si oglejmo arheje primeri:
Metanogene arheje: proizvajalke metana
Metanogene arheje kot stranski produkt svoje presnove proizvajajo metan. Metanogenci, kot jim včasih pravimo, so anaerobni, kar pomeni, da živijo v okoljih brez kisika. Metanogene arheje pogosto najdemo v mokriščih, kjer proizvajajo močvirski plin, in v črevesju prežvekovalcev, kot so krave in ovce, kjer pomagajo pri prebavi.
- Methanobrevibacter smithii: Arheja, pogosta v človeškem črevesju, ki pomaga pri prebavi z razgradnjo kompleksnih polisaharidov.
- Methanosarcina barkeri: Arheja, ki jo najdemo v mokriščih in čistilnih napravah za odpadne vode, kjer proizvaja bioplin.
Termofilne arheje: mikroorganizmi, ki ljubijo toploto
Termofilne arheje uspevajo pri izjemno visokih temperaturah, kot so tiste v vročih izvirih in hidrotermalnih vrelcih na oceanskem dnu. Ti termofilni organizmi lahko preživijo in rastejo pri temperaturah, ki presegajo 100 °C.
- Sulfolobus solfataricus: Termofilna arheja, ki jo najdemo v vročih, kislih izvirih, kjer za pridobivanje energije oksidira žveplo.
- Pyrococcus furiosus: Arheja, ki uspeva v hidrotermalnih vrelcih in je znana po tem, da je sposobna prenesti temperaturo vrelišča.
Halofilne arheje: prilagojene na slanost
Halofilne arheje živijo v okoljih z visoko koncentracijo soli, kot so soline, solni rudniki in hipersalina jezera (močno slana jezera). Halofilni mikrobi so se prilagodili na preživetje in delovanje v koncentracijah soli, ki bi večino drugih organizmov izsušile.
- Halobacterium salinarum: Halofilna arheja, ki jo najdemo v slanih jezerih, za pridobivanje energije pa uporablja svetlobo, čeprav ne s fotosintezo.
- Haloquadratum walsbyi: Halofilna arheja z edinstveno kvadratno obliko, ki uspeva v slanih ravnicah in bazenih s slanico.
Potopite se v svet planktona in se naučite več o fitoplanktonu ter zooplanktonu. Kasneje raziščite še zanimivo skupino praživali.
Arheje primeri v različnih okoljih
Arheje naseljujejo najrazličnejša okolja, kar kaže na njihovo prilagodljivost in odpornost. Uspevajo tako v nekaterih najbolj ekstremnih razmerah na Zemlji kot v bolj zmernih okoljih.
Ekstremofili v ekstremnih okoljih
Številne arheje so ekstremofili, ki živijo v okoljih, kjer večina drugih oblik življenja ne more preživeti. Mednje spadajo visokotemperaturna okolja, zelo kisle ali alkalne razmere in območja z visoko slanostjo.
Termofilne arheje uspevajo v izjemno vročih okoljih, kot so hidrotermalni in vroči vrelci. Arheja Pyrococcus furiosus najbolje raste pri približno 100 °C.
Acidofilne arheje naseljujejo zelo kisla okolja, kot so žvepleni vrelci, pri čemer Sulfolobus acidocaldarius preživi pri pH 2 (izredno kislo).
Halofilne arheje, kot je Halobacterium salinarum, so prilagojene na življenje v okoljih z visoko koncentracijo soli, kot so soline in hipersalina jezera.
Arheje v zmernih okoljih
Vse arheje ne živijo v ekstremnih razmerah. Mnoge najdemo v običajnih, zmernih okoljih in so pomembne v različnih ekoloških procesih. Arheje v tleh prispevajo h kroženju hranil in razgradnji organskih snovi. Morske arheje so pogoste v oceanih, zlasti v planktonu. Pomembne so pri vezavi ogljika in kroženju dušika, s čimer pomembno prispevajo k vodnemu ekosistemu. V mokriščih živijo metanogene arheje, ki proizvajajo metan, glavni toplogredni plin.
Arheje v človeški mikrobioti
Arheje so ključni del človeške mikrobiote, zlasti v prebavilih. Pomagajo ohranjati zdrav prebavni sistem in prispevajo k splošnemu zdravju človeka. Metanogene arheje, kot je Methanobrevibacter smithii, najdemo v človeškem črevesju, kjer pomagajo pri prebavi kompleksnih ogljikovih hidratov, pri čemer kot stranski produkt nastaja metan. Nekatere arheje so prisotne tudi na koži in v ustih, kjer pomagajo uravnotežiti mikrobni ekosistem (mikrobiota kože, mikrobiota ustne votline).
Oglejte si, kako mikroplastika škoduje morskemu življenju in kako lahko epigenetika vpliva na naše gene ter lastnosti.
Uporaba arhej v biotehnologiji in industriji
Proizvodnja encimov: Arheje proizvajajo encime, ki delujejo v ekstremnih pogojih. Termostabilni encimi iz termofilnih arhej, kot so DNA polimeraze, so bistveni pri PCR (verižna reakcija s polimerazo) metodi, ki se uporablja za genetske raziskave in diagnostiko.
Bioremediacija: Arheje razgrajujejo onesnaževala v ekstremnih okoljih. Metanogene arheje se uporabljajo v čistilnih napravah za čiščenje odpadnih voda za razgradnjo organskih odpadkov, pri čemer nastaja bioplin kot obnovljiv vir energije.
Industrijska predelava: Encimi iz arhej se uporabljajo v industrijskih procesih, ki zahtevajo visoke temperature ali ekstremne vrednosti pH. Ti si proizvodnja biogoriv, predelava hrane in proizvodnja zdravil.
Rudarstvo: Acidofilne arheje se uporabljajo pri biološkem luženju, pri katerem iz rud pridobivamo kovine, kot sta zlato in baker. Biološko luženje je v primerjavi s tradicionalnimi rudarskimi tehnikami okolju prijazno.
Kmetijstvo: Arheje povečujejo rodovitnost tal, saj sodelujejo pri kroženju hranil. Poskrbijo, da so glavna hranila rastlinam bolj dostopna, s tem pa je boljši tudi pridelek.
Te zanima evolucija? Darwinova teorija naravnega izbora pojasnjuje, kako se vrste razvijajo na podlagi lastnosti, ki jim pomagajo preživeti in se razmnoževati.
Nasveti za učenje arhej
V spletnem učbeniku za biologijo smo obravnavali edinstven in raznolik svet arhej. Spoznali smo metanogene arheje, ki proizvajajo metan, termofilne arheje, ki uspevajo v ekstremni vročini, in halofilne arheje, ki so prilagojene na visoko slanost. Arheje prispevajo k našemu razumevanju mikrobnega življenja in so v različnih ekosistemih nepogrešljive.
Če želite razširiti svoje znanje arhej, razmislite o dodatnih učnih urah ali zasebnih inštrukcijah. Zasebni učitelj vam lahko pomaga jasno razumeti tudi bolj zapletene teme. Učenje preko inštrukcij je pogosto bolj učinkovito in zanimivo.
Recimo, da iščete učitelja biologije. V tem primeru lahko s preprostim iskanjem, kot je “inštruktor biologije Celje” ali “učitelj biologije Velenje” na platformah, kot je meet’n’learn, najdete najboljšega zasebnega učitelja.
Če imate rajši skupinsko učenje, lahko zlahka najdete poučevanje biologije v bližini, če na spletu poiščete “učne ure biologije Ljubljana” ali “inštrukcije biologije Kranj”. Tako boste našli center za izobraževanje, ki ponuja skupinske inštrukcije biologije.
Termofilne, halofilne in metanogene arheje: pogosta vprašanja
1. Kaj so arheje?
Arheje so enocelični mikroorganizmi brez jedra, ki so drugačni od bakterij in evkariontov.
2. Kako so odkrili arheje?
Arheje sta leta 1977 odkrila Carl Woese in George E. Fox z uporabo analize genov ribosomalne RNK.
3. Kaj je značilno za celične membrane arhej?
Arheje imajo v celičnih membranah etrsko vezane lipide, za razliko od estrsko vezanih lipidov pri bakterijah in evkariontih.
4. Znaš našteti bakterije in arheje razlike?
Bakterije in arheje razlike so: genetska zasnova, zgradba celične membrane in presnova.
5. Kje najdemo termofilne arheje?
Termofilne arheje uspevajo v izredno vročih okoljih, kot so vroči izviri in hidrotermalni vrelci.
6. Kakšno vlogo imajo metanogene arheje?
Metanogene arheje proizvajajo metan, ki pomaga pri razgradnji odpadkov. Najdemo jih v močvirjih in živalskem črevesju.
7. Kako halofilne arheje preživijo v slanih okoljih?
Halofilne arheje se na okolja z visoko vsebnostjo soli prilagodijo s specializiranimi celičnimi mehanizmi.
8. Kako arheje uporabljamo v biotehnologiji?
Arheje so v biotehnologiji dragocene zaradi svojih encimov, ki delujejo v ekstremnih pogojih in pomagajo v industrijskih procesih.
Reference:
1. Lumen
2. Britannica
3. Wikipedia
