Arhead (või Archaea) on ainuraksete organismide rühm. Nimi tuleneb kreeka keelest αρχαία, „vanad”. Arhead moodustavad koos bakteritega ja eukarüootidega elusmaailma põhijaotuse ning neid käsitletakse sageli eraldi domeenina kolme domeeni süsteemis.

Arhead on enamasti väiksed ja suhteliselt lihtsa ehitusega organismid, kuid nende biokeemia ja genoomne ülesehitus kannavad unikaalseid tunnuseid. Algselt avastati neid peamiselt äärmuslikes keskkondades (ekstreemofiilid), kuid nüüd on teada, et nad on levinud laiemalt ning esinevad ka „tavalistes” keskkondades. Paljud arhead taluvad väga kõrgeid (üle 80 °C) või väga madalaid temperatuure ning suudavad elada äärmiselt soolastes, happelistes või leeliselistes vetes. Neid on leitud näiteks geisritest, mustadest suitsujatest, naftapuuraukudest ja ookeani sügavates kuumades avaustes. Hiljutised uuringud on tuvastanud ammoniaagit söövaid arheaid nii pinnases kui ka merevees ning esineb mitmesugust metaboolset mitmekesisust (nt metanogeensed, sulfaati redutseerivad ja fotoautotroofilised liigid), sealhulgas pinnases ja teistes ökosüsteemides olulisi rühmi.

Taksonoomia ja evolutsioon

Varasemalt liigitati arhead koos bakteritega prokarüootideks (või Monera kuningriiki) ja neid nimetati mõnikord arheebakteriteks. See termin on eksitav, sest arhead ei ole lihtsalt bakteritega samad; neil on iseseisev evolutsiooniline ajalugu ja mitmed molekulaarsed tunnused, mis erinevad nii bakteritest kui ka eukarüootidest. Kaasaegne filogeneetika asetab arhead üheks eraldiseisvaks haruks ning üheks osaks kolmest domeenist, kus kolm põhilist evolutsioonilist haru on arhead, bakterid ja eukarüoodid. Uued avastused (nt Asgardi arheid) on aidanud täpsustada eukarüootide päritolu ja viidanud sellele, et eukarüoodide tekkes mängisid arhead olulist rolli.

Raku ehitus ja biokeemia

Nagu bakterid, on ka arhead prokarüoodid: sisuliselt ainuraksete organismid, kellel puuduvad eukarüootide tüüpi tuumad ja membraaniga ümbritsetud rakuorganellid. Samas erineb nende molekulaarne aparaat mitmeti:

  • Arheade plasmalemma koosneb unikaalsetest lipiididest — kovalentselt transporteeritud eteer-sidemetega isoprenoiddesignatuuriga lipiidid (erinevad bakteritest, kus levinud on estersidemed).
  • Nende raku seinad ei sisalda peptidoglükaani (mida leidub enamikul bakteritel); mõnel arheal on pseudopeptidoglükaan või S-kiht ja mitmesugused sünteetilised polümeerid.
  • Transkriptsioon ja translatsioon kasutavad mitmeid enzymeid ja faktoreid, mis on molekulaarselt lähemal eukarüootidele kui bakteritele — näiteks RNA polümeraaside ja tuletusfaktorite sarnasused.
  • Arhead võivad omada histoonilaadseid valke DNA pakkimiseks ning spetsiifilisi liikumisorganeid (archaella), mis erinevad bakteriaalsetest lipulaineketastest.

Ökoloogiline roll ja rakendusvõimalused

Arhead mängivad olulist osa globaalsetes biogeokeemilistes tsüklites: mitmed rühmad osalevad lämmastiku, väävli ja süsiniku ringluses (nt metanogeensed arhead toodavad metaani anaeroobsetes tingimustes). Nad esinevad soolajärvedes, märgalades, põllumuldade mikrobioomides ja ka inimorganismi mikrobiootas. Hypertermofiilide ensüümid on tööstuses ja teadusuuringutes hinnatud nende stabiilsuse tõttu — näiteks kasutatakse mõnede arheade DNA-polümeraase PCR-i ja muude biotehnoloogiliste protsesside puhul.

Kokkuvõte

Arhead on mitmekesine ja evolutsiooniliselt eristuv elu domeen, kellel on eripärane biokeemia, suur adaptatsioonivõime eri keskkondades ja tähtis roll nii ökosüsteemides kui ka biotehnoloogias. Kuigi nad on pinnamõõtmetelt lihtsad organismid, annavad nende genoomid ja rakuaparaat väärtuslikku infot elu algusest ja evolutsioonist ning pakuvad praktilisi võimalusi teadus- ja tööstusarenduseks.