Arkeonit (Archaea) — mitä ne ovat ja missä elävät

Arkeonit: itsenäinen mikro-organismien ryhmä — mitä arkeat ovat, miten ne eroavat bakteereista ja missä äärimmäisissä ja tavallisissa ympäristöissä ne elävät.

Archaea (tai Archea) on yksisoluisten organismien ryhmä. Nimi tulee kreikan kielen sanoista αρχαία, "vanhat". Ne muodostavat oman elämän suurluokkansa eli domeenin, joka eroaa sekä bakteereista että eukaryooteista.

Arkeonit ovat pieniä, yksinkertaisia organismeja. Ne löydettiin alun perin äärimmäisistä ympäristöistä (extremofiilit), mutta nykyään niiden uskotaan olevan yleisiä myös tavallisemmissa oloissa. Monet arkeonit selviytyvät hyvin korkeissa (yli 80 °C) tai hyvin matalissa lämpötiloissa, tai erittäin suolaisessa, happamassa tai emäksisessä vedessä. Joitakin lajeja on löydetty geysireistä, mustista savupiipuista, öljylähteistä ja syvänmeren kuumista aukoista. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on löydetty myös ammoniakkia syöviä arkeoita maaperästä ja merivedestä.

Aiemmin arkeonit luokiteltiin yhdessä bakteerien kanssa prokaryootteihin (tai Monera-kuntiin) ja niitä kutsuttiin arkebakteereiksi, mutta nykykäsityksen mukaan tämä on liian yksinkertaistava jako. Arkian omaleimainen evoluutiohistoria ja monin paikoin eukaryooteille muistuttavat solubiokemialliset piirteet erottavat ne muista elämänmuodoista. Ne luokitellaan nyt erilliseksi domeeniksi kolmen alueen järjestelmässä. Tässä järjestelmässä kolme erillistä evolutiivisen polveutumisen haaraa ovat arkeonit (Archaea), bakteerit (Bacteria) ja eukaryota.

Arkeonit ovat bakteerien tapaan prokaryootteja: yksisoluisia organismeja, joilla ei ole erillistä solutummaa eikä eukaryoottien tyyppisiä soluelimiä. Tästä huolimatta niiden solun biokemia ja geenien toiminta sisältävät useita piirteitä, jotka ovat lähempänä eukaryoottien vastaavia kuin bakteerien.

Solurakenne ja biokemia

Arkeonien kalvorakenne ja soluseinärakenne eroavat sekä bakteereista että eukaryooteista. Arkeonien solukalvot muodostuvat usein eetterisiteisistä lipideistä, joissa rasvahappojen sijaan on isoprenoideja ja niiden liittyminen glyseroliin on eri stereoisomeriaa kuin bakteereilla ja eukaryooteilla. Joillakin arkeoneilla kalvo on kaksoiskalvon sijaan monolayer, mikä lisää lämpö- ja kemikaalikestävyyttä.

Monilla arkeoneilla ei ole peptidoglykaania soluseinän rakennusaineena, kuten bakteereilla, vaan seinämä voi koostua mm. pseudomureiinista, S‑kerroksesta (proteiinikerros) tai muista polysakkarideista ja proteiineista. Solunentsyymit, RNA‑polymeraasi ja ribosomien proteiinit sisältävät ominaisuuksia, jotka muistuttavat osin eukaryoottien vastaavia rakenteita.

Lisääntyminen, perimä ja geneettinen vaihtelu

Arkeonit lisääntyvät yleensä jakautumalla (binäärinen fission) mutta myös kuroutumalla (budding) tai fragmentoitumisella eri ryhmillä. Geneettinen vaihtelu syntyy mutaatioiden ja laajan horisontaalisen geeninsiirron kautta; arkeonit voivat vaihtaa geenejä keskenään ja myös bakteerien kanssa. Genomitutkimukset ovat paljastaneet monipuolisia aineenvaihduntaradoja ja sopeutumisstrategioita.

Metabolia ja ekologinen merkitys

Arkeonit ovat metabolisesti hyvin monimuotoisia. Tunnettuja ryhmiä ovat muun muassa:

• Metanogeenit — tuottavat metaania anaerobisissa oloissa (tärkeitä märehtijöiden suolistossa, soissa ja jätteen mädätysprosesseissa).
• Halofiilit — suurta suolapitoisuutta suosivia lajeja, jotka elävät esimerkiksi suolajärvissä ja suolakentissä.
• Termofiilit ja hypertermofiilit — kuumissa lähteissä ja syvänmeren kuumissa aukkoissa eläviä lajeja.
• Ammoniakkia hapettavat arkeonit (AOA) — osallistuvat typen kiertoon hapettamalla ammoniakkia nitriitiksi.

Näiden ryhmien vuoksi arkeonit vaikuttavat merkittävästi globaalien biogeokemiallisten sykliin, kuten hiilen ja typen kiertoon. Metanogeenit vaikuttavat maapallon kasvihuonekaasujen määrään, ja arkeonit yleisesti toimivat myös ravintoverkon alkupään toimijoina monissa ekosysteemeissä.

Taksonomia ja evoluutiokytkennät

Arkeonien luokittelu on pitkäaikaisen tutkimuksen kohde. Perinteiset korkean tason ryhmät ovat mm. Euryarchaeota ja Crenarchaeota, mutta nykytutkimus käyttää useita superphylymiä ja ehdottaa uusia ryhmiä, kuten Thaumarchaeota ja Asgard‑arket, joilla on kiinnostavia yhteyksiä eukaryoottien syntyyn. Arkeonien ja eukaryoottien yhteisiä piirteitä pidetään tärkeinä johtolankina eukaryoottisolujen evoluutiossa.

Ihmiset ja teknologia

Arkeonit esiintyvät myös ihmisen mikrobiomissa, esimerkiksi suolistossa ja suussa, joskin ne ovat yleensä vähemmistö bakteereihin verrattuna. Metanogeenit vaikuttavat ruoansulatusjärjestelmän toimintaan ja metaanintuotantoon.

Bioteknologisesti arkeoneista on hyötyä: niiden entsyymit (ns. extremozymit) ovat usein erittäin vakaita korkeissa lämpötiloissa, suurissa suoloissa tai muissa vaativissa olosuhteissa. Tätä hyödynnetään teollisissa prosesseissa, tutkimuksessa (esimerkiksi lämpöstabiilit DNA‑polymeraasit) ja mahdollisesti myös astrobiologian sovelluksissa, kun tutkitaan elämän edellytyksiä muissa planeettaympäristöissä.

Tutkimus ja avoimet kysymykset

Arkeonien monimuotoisuus on edelleen osittain kartoittamatta: uusia lajeja ja metabolisia reittejä löydetään jatkuvasti sekvensointi‑ ja metagenomiikan avulla. Tärkeitä tutkimusalueita ovat mm. arkeonien rooli maaperän ja merien aineenvaihdunnassa, niiden geneettiset adaptaatiot äärisäitä varten sekä arkeonien kytkennät eukaryoottien evoluutioon.

Yhteenvetona arkeonit ovat itsenäinen ja biologisesti hyvin mielenkiintoinen domeeni, jonka tutkimus avaa ymmärrystä elämän sopeutumisesta, evoluutiosta ja mahdollisista käytännön sovelluksista.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on yksisoluisten organismien ryhmän nimi?

K: Mistä nimi on peräisin?

K: Ovatko arkeat prokaryootteja vai eukaryootteja?

K: Millaisista ympäristöistä ne alun perin löydettiin?

K: Uskotaanko arkeoiden nykyään olevan yleisiä keskimääräisemmissä olosuhteissa?

K: Millaisissa lämpötiloissa jotkut arkeologit voivat selviytyä?

K: Miten Archaea luokitellaan kolmen alueen järjestelmässä?

Hae kirjaimella