19

Что такое археи?

Кажется, что микроорганизмы часто имеют плохую репутацию. Многие люди думают, что они вызывают инфекции и болезни, за исключением, возможно, тех хороших, которые живут внутри нас и помогают нам переваривать пищу, среди прочего.

Но мир микроорганизмов гораздо более обширен, разнообразен и жизненно важен для непрерывного функционирования нашей планеты, чем любой из нас может представить. Микроорганизмы участвуют в экологических процессах, таких как удаление CO₂ из атмосферы или переработка отходов и питательных веществ. Многие виды микробов до сих пор не обнаружены, но есть одна группа, о которой ученые знают сравнительно мало: археи.

Археи: царство живых существ

Чтобы понять, что делает архей особенными, мы должны помнить, что жизнь на Земле можно разделить на три основные группы , или «области»: эукарии, бактерии и археи. Все археи и бактерии являются микробными видами (живые существа слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом) и представляют огромное количество различных эволюционных линий. В эукарии вы найдете животных, растения, грибы и некоторые другие организмы, называемые простейшими. Некоторые из этих эукариотических групп также содержат виды микробов.

Бактерии и археи могут показаться очень похожими, но между этими двумя группами есть некоторые существенные различия. Структура их клеток разная: они состоят из немного разных соединений и компонентов, содержащих принципиально другой генетический материал. Археи также могут генерировать энергию по-разному и играть уникальную экологическую роль, например, отвечать за производство биологического метана, чего не могут сделать ни эукариоты, ни бактерии.

Эти различия могут показаться несущественными для большинства людей – почему же тогда они принадлежат к разным группам? Путь сравнения геномов различных организмов и изучения скорости , при которой генетические изменения происходят с течением времени, ученые могут проследить эволюционные истории живых существ и оценить , когда каждая группа сформировала новую ветвь древа жизни. Молекулярные и генетические различия между археями и другими живыми существами являются глубокими и достаточно древними, чтобы гарантировать существование совершенно отдельной области.

Кислотный шахтный дренаж
Он очень кислый и полон тяжелых металлов, но это не беспокоит многие виды микробов (включая архей), обитающих в реке Рио-Тинто в Испании.

Археи известны своей любовью к жизни в экстремальных условиях. Если там очень жарко (более 100 ° C), замораживается, кисло, щелочно, солено, глубоко в океане, даже подвергается облучению гамма- или ультрафиолетовым излучением, вероятно, там есть жизнь, и эта жизнь, вероятно, относится к архейским видам.

Конечно, стоит помнить, что, хотя эти условия кажутся нам негостеприимными, для архей они совершенно нормальны. Они также нормальны для многих неархейных видов, но археи получили большую известность за это.

Отчасти это делает архей такими сложными для изучения учеными: когда их «нормальное» состояние настолько «экстремально» для нас (и наоборот), довольно сложно изучить архей в лаборатории или получить к ним доступ в их естественной среде обитания. Однако ученые постепенно учатся большему, чему способствуют новые методы и технологии, которые в первую очередь упрощают обнаружение этих видов. Такие методы, как метагеномика, позволяют изучать генетический материал без необходимости выращивать культуры определенного вида в лаборатории, что позволяет исследователям изучать генетические чертежи большего количества микробов, чем когда-либо прежде. 

Парные океанические вентиляционные отверстия
Гидротермальные источники на дне океана, где температура окружающей воды может достигать более 300 ° C, являются домом для некоторых видов архей.

Археи в целом довольно дружелюбны. Многие археи живут в мутуалистических отношениях с другими живыми существами, что означает, что они приносят какую-то пользу другому виду и получают взамен что-то хорошее. Например, огромное количество метаногенов (архей, которые производят метан в качестве побочного продукта), которые живут в пищеварительной системе человека, помогают избавиться от избыточного водорода, используя его для производства энергии. Этот водород является отходом, производимым бактериями, которые помогают расщеплять пищу, которую мы едим, поэтому избавление от избытка означает, что бактерии могут выполнять свою работу более эффективно и результативно. Однако это тонкий баланс – присутствие архей в желудочно-кишечном тракте человека в некоторых случаях также может быть связано с заболеванием.

К тому же они очень изобретательны. Многие формы архей могут использовать полностью неорганические формы вещества – например, водород, углекислый газ или аммиак – для образования самих органических веществ. Большинству других живых существ для выработки энергии требуется хотя бы какой-то органический материал, поэтому в этом отношении археи занимают уникальное место в глобальной пищевой сети.

Археи также могут дать нам представление о том, как искать жизнь за пределами Земли. Теперь мы знаем, что существует так много условий окружающей среды – какими бы экстремальными они ни казались – которые способны поддерживать жизнь, поэтому мы можем расширить границы наших поисков жизни на других планетах ( например, на Марсе, возможно ).

Вид с воздуха на озеро в Антарктиде
Очень холодное и сверхсоленое Глубокое озеро в Восточной Антарктиде является домом для галоархей.

Галоархеи , например, известны тем, что выживают в сверхсоленых условиях с очень небольшим количеством воды и способны выживать в состоянии, близком к истощению, в течение очень долгого времени – например, потенциально миллионы лет за раз. Их не беспокоит даже воздействие высоких уровней УФ-излучения. Это повышает вероятность того, что другие живые существа могут существовать в таких же соленых, каменистых, сухих местах на других планетах, метеоритах или лунах.

Итак, что там? Есть ли на других планетах живые существа, похожие на архей? Нам еще предстоит многое узнать о мире архей здесь, на Земле, но поскольку они продолжают бросать вызов и расширять наши определения того, где может процветать жизнь, наступает захватывающее время для новых биологических открытий.