Arkeonit

Historia

1900-luvun alkupuolella prokaryootit luokiteltiin vielä pääsääntöisesti yhdeksi eliöryhmäksi perustuen niiden biokemiallisiin ominaisuuksiin, anatomiaan ja aineenvaihduntaan. 1960-luvulta alkaen bakteereja alettiin luokitella perustuen niiden solurakenteeseen ja DNA- ja RNA-sekvenssien analyysiin. Geneettiseen informaatioon perustuva luokittelu, kladistiikka, onkin yhä vallalla oleva metodi eliöitä luokiteltaessa.
1970-luvun loppupuolella Carl Woese ja George E. Fox tunnistivat arkeonit ensimmäistä kertaa erilliseksi ryhmäkseen rRNA-analyyseihin perustuen. Aiemmin kaikki eliöt oltiin luokiteltu kahteen domeeniin, eukaryootteihin ja prokaryootteihin, mutta Woesen ja Foxin tutkimusten seurauksena prokaryootit jaettiin kahdeksi domeeniksi: arkeoneiksi ja bakteereiksi.

Nykyinen luokittelu

Tutkituimpien arkeonien keskeisimmät ryhmät fenotyypin mukaan ovat halofiilit, metanogeenit, termofiilit ja asidotermofiilit. Taksonomisesti arkeonit jaetaan viiteen pääjaksoon, joskin pääjaksoja saattaa olla paljon useampiakin. Nykyisistä pääjaksoista tunnetuimpia ovat Crenarchaeota ja Euryarchaeota. Viimeisin löydetty pääjakso on Thaumarchaeota.

Evoluutio

Kemiallisten fossiilien perusteella arkeoneja arveltiin olleen maapallolla jo 2,7 miljardia vuotta sitten, joskin tieto on sittemmin kyseenalaistettu tarpeeksi luotettavien fossiilisten jälkien puuttuessa. Woese esitti niin arkeonien, bakteerien kuin eukaryoottienkin olevan erillisiä alkusolusta erkaantuneita kehityslinjoja, mutta muutamat biologit ovat myöhemmin väittäneet arkeonien ja eukaryoottien polveutuvan ryhmästä bakteereja. On mahdollista, että arkeonien ja bakteerien viimeisin yhteinen kantamuoto oli termofiili, mikä viittaisi matalien lämpötilojen olevan arkeonien kannalta äärimmäisiä ja kylmempiin olosuhteisiin sopeutuneiden arkeonien ilmaantuneen vasta myöhemmin. Arkeonien ja virusten koevoluution arvellaan alkaneen noin kaksi miljardia vuotta sitten.

Rakenne

Yksittäisten arkeonien koko vaihtelee välillä 0,1–15 μm. Bakteerien tavoin arkeonit ovat muodoltaan yleensä pyöreitä, sauvamaisia, kierteisiä tai säiemäisiä. Viime aikoina on kuitenkin suolavesilammikosta löydetty jopa neliön muotoisia arkkeja. Myös arkeonien ja bakteerien solutason rakenteessa on yhtäläisyyksiä. Niillä ei ole tumakotelon ympäröimää tumaa tai kalvorakenteisia soluelimiä, ja siten niiden geneettinen materiaalikin sijaitsee solulimassa yhtenä rengasmaisena kromosomina ja plasmideina. Kuten bakteereilla, myös osalla arkeista on liikkumiseen tarkoitettuja siimoja. Arkeonien soluseinän rakenne kuitenkin eroaa bakteereista, sillä niillä ei ole soluseinässään mureiinia. Arkeonien soluseinä onkin varsin uniikki, sillä sen pinnalla on proteiineista muodostunut jäykkä rakenne, joka suojaa solua vaativissa olosuhteissa.
Arkeonien perimässä on eukaryoottien tavoin introneja ja histoniproteiineja.

Sovellukset

Itse arkeonien käyttö bioteknologiassa on vielä vähäistä, mutta joitakin sovelluksia on. Metanogeeniarkeonit ovat tärkeässä osassa jätevedenkäsittelyssä, koska ne kykenevät mädättämään ja tuottamaan biokaasua. Lisäksi asidofiiliarkeonit vaikuttaisivat lupaavilta metallien, kuten kullan, koboltin ja kuparin, erotteluun malmista.
Sen sijaan arkeonien tuottamia entsyymejä hyödynnetään enemmän. Etenkin kuumuutta tai äärimmäistä happamuutta ja emäksisyyttä kestäviä ekstremofiiliarkkeja käytetään lähteenä vaikeissakin olosuhteissa toimintakykynsä säilyttäville entsyymeille. Esimerkiksi Pyrococcus furiosuksesta eristettyä hyvin kuumuutta kestävää Pfu DNA-polymeraasientsyymiä hyödynnetään PCR-tekniikassa. Teollisuudessa muista Pyrococcus-suvun arkeista eristettyjä entsyymejä käytetään muun muassa korkeaa lämpötilaa vaativassa ruoan prosessoinnissa, kuten tuotettaessa vähälaktoosista maitoa ja heraa.