Ekstremofiilide omadused, tüübid ja näited



The ekstremofiilid need on organismid, mis elavad äärmuslikes keskkondades, st need, mis elavad tingimustest, kus enamik inimestele teadaolevatest organismidest elab..

Terminid "äärmuslikud" ja "ekstremofiilid" on suhteliselt antropotsentrilised, sest inimesed hindavad elupaiku ja nende elanikke sõltuvalt sellest, mida peetakse äärmuslikuks meie enda olemasolu jaoks.

Seetõttu on äärmuslikule keskkonnale iseloomulik see, et see esitab inimestele vastuvõetamatuid tingimusi seoses selle temperatuuri, niiskuse, soolsuse, valguse, pH, hapniku kättesaadavuse, mürgisuse tasemetega..

Mitte-antropotsentrilisest vaatenurgast võivad inimesed olla ekstremofiilsed olendid, sõltuvalt organismist, kes neid hindas. Näiteks aeroobse organismi puhul, mille hapnik on mürgine, oleksid aeroobsed olendid (nagu inimesed) ekstremofiilid. Inimese jaoks on vastupidi, anaeroobsed organismid ekstremofiilid.

Indeks

  • 1 Mõiste "ekstremofiilid" päritolu
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Äärmuslike keskkondade omadused
  • 3 Ekstremofiilide liigid zooloogilises skaalal
    • 3.1 Ühe rakuga organismid
    • 3.2 Mitmekellelised organismid
    • 3.3 Polü ekstremofiilid
  • 4 Kõige levinumad äärmuslike keskkondade tüübid
    • 4.1 Äärmuslik külm keskkond
    • 4.2 Äärmuslikud soojuskeskkonnad
    • 4.3 Äärmusliku keskkonnaga keskkond
    • 4.4 Äärmuslikud happelised ja leeliselised keskkonnad
    • 4.5 Hypersaline ja anoksiline keskkond
    • 4.6 Kõrge kiirgusega keskkond
    • 4.7 Antropogeensed otsad
  • 5 Üleminekud ja ökotoonid
  • 6 Mitme etapi või faasiga loomad ja taimed
    • 6.1 Taimed
    • 6.2 Loomad
  • 7 Viited

Mõiste "ekstremofiilid" päritolu

Praegu me määratleme kui "äärmusi" arvukalt keskkondi Maa ja väljaspool seda ning me avastame pidevalt organisme, mis on võimelised mitte ainult ellujäämiseks, vaid ka paljudes neist õitsema..

R. D. Macelroy

1974. aastal pakkus R. D. Macelroy välja mõiste "ekstremofiilid", et määratleda need organismid, mis on äärmuslikes tingimustes optimaalseks kasvuks ja arenguks, vastandina mesofiilsetele organismidele, mis kasvavad vaheolukorras..

Macelroy sõnul:

"Extremófilo on kirjeldav organismidele, mis on võimelised elama keskkondades, mis on vaenulikud mesofiilide suhtes, või organismid, mis kasvavad ainult keskkondades".

Organismides on kaks peamist ekstremismi astet: need, mis võivad taluma äärmuslik keskkonnaseisund ja muutumas domineerivaks; ja need, kes kasvavad ja arenevad optimaalselt äärmuslikes tingimustes.

Äärmuslike keskkondade omadused

Keskkonna kui "äärmise" nimetus vastab antropogeensele konstruktsioonile, tuginedes teatud keskkonnatingimuste (muu hulgas temperatuur, soolsus, kiirgus) baasjoone kaugemate otstega, mis võimaldab inimeste ellujäämist.

See nimetus peab siiski põhinema keskkonna teatud omadustel, seda elava organismi vaatenurgast (inimese perspektiivi asemel)..

Nende omaduste hulka kuuluvad: biomass, tootlikkus, bioloogiline mitmekesisus (liikide arv ja kõrgemate taksonite esindatus), ökosüsteemide protsesside mitmekesisus ja kõnealuse organismi konkreetsed kohandused keskkonnaga..

Kõigi nende omaduste summa tähistab keskkonna äärmist seisundit. Näiteks on äärmuslik keskkond tavaliselt selline:

  • Madal biomass ja tootlikkus
  • Arhaaniliste eluvormide ülekaal
  • Kõrgemate eluvormide puudumine
  • Fotosünteesi ja lämmastiku fikseerimise puudumine, kuid sõltuvus teistest ainevahetusradadest ja füsioloogilistest, metaboolsetest, morfoloogilistest ja / või elutsükli-spetsiifilistest kohandustest.

Ekstremofiilide liigid zooloogilises skaalal

Ühikulised organismid

Termin ekstremofiil viitab sageli prokarüootidele, näiteks bakteritele, ja seda kasutatakse mõnikord vaheldumisi Archaeaga..

Siiski esineb väga erinevaid ekstremofiilseid organisme ja meie teadmised filogeneetilisest mitmekesisusest äärmuslikes elupaikades suurenevad peaaegu iga päev.

Me teame näiteks, et kõik hüpertermofiilid (soojust armastavad) on Archaea ja bakterite liikmed. Eukarüootid on levinud psühhofiilide (külmaõpilaste), happeliste (madalat pH-d armastavate), alkalofiilide (kõrge pH-taseme armastajad), kserofiilide (kuiva keskkonna armastajad) ja halofiilide (soola armastajad) seas.

Mitmekihilised organismid

Mitmekihilised organismid, nagu selgrootud loomad ja selgroogsed, võivad olla ka ekstremofiilid.

Näiteks mõnede psührofiilide hulka kuuluvad vähe konnad, kilpkonnad ja madu, mis talvel väldivad intratsellulaarset külmutamist oma kudedes, kogudes osmolüüte raku tsütoplasmas ja võimaldades ainult rakuvälise vee külmutamist (väljaspool rakke).

Teine näide on Antarktika nematoodi juhtum Panagrolaimus davidi, mis võib ellu jääda rakusisene külmutamine (vesi külmub rakkude sees), võib pärast sulatamist kasvada ja paljuneda.

Samuti kasutavad Antarktika ja Ameerika mandri lõunaosa külma vee elanike Channelichthyidae perekonna kalad antifriisi valke, et kaitsta oma rakke nende täieliku külmutamise eest..

Polü-ekstremofiilid

Polü-ekstremofiilid on organismid, mis suudavad samaaegselt ellu jääda rohkem kui ühe äärmusliku seisundi tõttu, mis on seetõttu tavaline kõikides äärmuslikes keskkondades.

Näiteks kõrbetaimed, mis elavad nii äärmusliku kuumuse, piiratud vee kättesaadavuse ja sageli ka kõrge soolsuse poolest.

Teiseks näiteks võiksid olla merepõhjas elavad loomad, kes on võimelised taluma väga kõrget survet, näiteks valguse puudumine ja toitainete puudumine..

Kõige tavalisemad äärmuslike keskkondade tüübid

Traditsiooniliselt on keskkonna äärmused määratletud abiootiliste tegurite põhjal, näiteks:

  • Temperatuur.
  • Vee kättesaadavus.
  • Rõhk.
  • pH.
  • Soolsus.
  • Hapniku kontsentratsioon.
  • Kiirgustase.

Samamoodi kirjeldatakse ekstremofiile äärmuslike tingimuste alusel, mis seda toetavad.

Kõige olulisemad äärmuslikud keskkonnad, mida me oma abiootiliste tingimuste järgi tunneme, on:

Äärmuslik külm keskkond

Äärmuslik külm keskkond on need, mida hoitakse või langevad sageli (lühikese või pika) ajavahemiku jooksul, kui temperatuur on alla 5 ° C. Nende hulka kuuluvad maa-poolused, mägipiirkonnad ja mõned sügavad ookeani elupaigad. Isegi väga kuumadel kõrgetel päevadel on öösel väga madal temperatuur.

Krüosfääris elavad teised organismid (kus vesi on tahkes olekus). Näiteks jääorganismid, mis elavad jäämaatriksites, igikeltsas, alalise või perioodilise lumekatte all, peavad taluma mitmeid äärmuslikke tingimusi, sealhulgas külma, kuivamist ja kiirgust..

Äärmuslikud soojuskeskkonnad

Äärmiselt kuumad elupaigad on need, mis jäävad temperatuurini üle 40 ° C või perioodiliselt jõuavad. Näiteks kuumad kõrbed, geotermilised alad ja süvavee hüdrotermilised tuulutusavad.

Sageli seostatakse neid äärmiselt kõrgetel temperatuuridel, keskkondades, kus olemasolev vesi on väga piiratud (püsivalt või regulaarselt), näiteks külmad ja kuumad kõrbed ning mõned endoliitsed elupaigad (mis asuvad kivide sees).

Äärmusliku surve all olevad keskkonnad

Muud keskkonnad on kõrge hüdrostaatilise surve all, näiteks ookeanide ja sügavate järvede põhjaelustik. Nendes sügavustes peavad selle elanikud taluma rõhku üle 1000 atmosfääri.

Alternatiivselt on mägedes ja teistes maailma kõrgetes piirkondades hüpobarmaalsed äärmuslikud (madal atmosfäärirõhk).

Äärmuslikud happelised ja leeliselised keskkonnad

Üldiselt on äärmiselt happelised keskkonnad need, mis säilitavad või saavutavad regulaarselt väärtused alla pH 5.

Eriti madal pH suurendab keskkonna "äärmuslikku" seisundit, kuna see suurendab olemasolevate metallide lahustuvust ja neis elavaid organisme tuleb kohandada mitme abiootilise äärmuse vastu..

Vastupidi, äärmiselt leeliselised keskkonnad on need, mis jäävad üle või regulaarselt registreerivad üle 9..

Äärmuslike pH-keskkondade näideteks on järved, põhjavesi ja pinnas, mis on väga happelised või leeliselised.

Hypersaline ja anoksiline keskkond

Hypersalini keskkond on määratletud kui need, mille soolakontsentratsioon on kõrgem kui merevees, kus on 35 osa tuhandest. Nende keskkondade hulka kuuluvad hüperaliini- ja soolalahed.

"Soolalahusega" ei viita me ainult naatriumkloriidi soolsusele, kuna võib esineda soolalahust, kus valdav sool on erinev..

Piiratud või korrapäraste ajavahemike järel peetakse ka piiratud vaba hapnikuga (hüpoksiline) elupaiku või hapnikku, mis ei ole (anoksiline). Näiteks on nende omadustega keskkondadeks ookeanide ja järvede anoksilised basseinid ning kõige sügavamad settekihid.

Kõrge kiirguskeskkond

Ultraviolettkiirguse (UV) või infrapunakiirguse (IR) kiirgus võib organismidele põhjustada ka äärmuslikke tingimusi. Kiirguskeskkonnad on need, mis puutuvad kokku ebatavaliselt kõrge kiirguse või kiirgusega väljaspool tavalist vahemikku. Näiteks polaarkeskkonnad ja kõrge kõrgus (maapealne kui veekeskkond).

Phaeocystis pouchetii

Mõnedel liikidel on kõrge UV- või IR-kiirgusega väldivad mehhanismid. Näiteks Antarktika merevetikad Phaeocystis pouchetii toodab vees lahustuvaid "päikesekaitsetooteid", mis neelavad tugevalt UV-B lainepikkusi (280-320 nm) ja kaitsevad teie rakke kõrgete UV-B tasemete eest veesamba ülaosas (pärast merejää murdmine) \ t.

Deinococcus radiodurans

Teised organismid on ioniseeriva kiirguse suhtes väga tolerantsed. Näiteks bakter Deinococcus radiodurans võib säilitada oma geneetilise terviklikkuse, kompenseerides ulatusliku DNA kahjustuse pärast ioniseeriva kiirgusega kokkupuudet.

See bakter kasutab rakkude vahelisi mehhanisme degradeerumise piiramiseks ja DNA fragmentide difusiooni piiramiseks. Lisaks on sellel väga tõhusad DNA parandusvalgud.

Astyanax hubbsi

Isegi ilmse madala kiirguse või kiirguse puudumise tingimustes on ekstremofiilsed organismid kohandatud kiirgusintensiivsuse muutustele reageerima.

Näiteks, Astyanax hubbsi, pimedad Mehhiko kalad, kes asuvad koobastes, ei esine pealiskaudselt tajutavaid silma struktuure ja võivad siiski eristada väikeseid erinevusi ümbritsevas valguses. Nad kasutavad ekstraokulaarseid fotoretseptoreid, et avastada ja reageerida visuaalsetele stiimulitele liikumisel.

Antropogeensed otsad

Me elame praegu keskkonnas, kus on kehtestatud äärmuslikud keskkonnatingimused, mis tekitatakse kunstlikult inimtegevuse tagajärjel.

Nn keskkond, millel on inimtekkeline mõju, on äärmiselt mitmekesine, globaalne ja seda ei saa enam äärmuslike keskkondade määratlemisel enam ignoreerida.

Näiteks keskkond, mida mõjutab reostus (atmosfääri, vee ja pinnase), nagu kliimamuutus ja happevihm, loodusvarade kaevandamine, füüsilised häired ja liigne ärakasutamine.

Üleminekud ja ökotoonid

Lisaks ülalmainitud äärmuslikele keskkondadele on maapealsed ökoloogid alati olnud teadlikud üleminekupiirkondade erilisusest kahe või enama erineva kogukonna või keskkonna vahel, näiteks mägedes asuvate puude või metsade ja rohumaade vahel. . Neid nimetatakse pingevöödeks või ökotoonideks.

Ökotonid on olemas ka merekeskkonnas, näiteks üleminek jää ja vee vahel, mida kujutab endast merejää serv. Sellistel üleminekualadel on tüüpiliselt suurem liikide mitmekesisus ja biomassi tihedus kui külgnevatel kogukondadel, peamiselt seetõttu, et neis elavad organismid saavad ära kasutada külgneva keskkonna ressursse, mis võib neile anda eelise.

Ökotoonid on aga pidevalt muutuvad ja dünaamilised piirkonnad, kus ilmnevad mõlemad abiootilised ja biootilised tingimused sagedamini kui aastase perioodi jooksul kui kõrvalolevad keskkondad..

Seda võib mõistlikult pidada "äärmuslikuks", sest see nõuab, et organismid kohandaksid pidevalt oma käitumist, fenoloogiat (hooajaline aeg) ja koostoimeid teiste liikidega..

Ekotooni mõlemal küljel elavad liigid on sageli dünaamikale tolerantsemad, samas kui liigid, mille ulatus on piiratud ühele küljele, kogevad teist külge äärmuslikuna.

Üldiselt mõjutavad neid üleminekualasid sageli ka kliima ja / või looduslike ja inimtekkeliste muutuste muutused.

Loomad ja taimed, millel on mitu etappi või faasi

Mitte ainult keskkonnad on dünaamilised, nad võivad olla äärmuslikud või mitte, kuid ka organismid on dünaamilised ja neil on eri etappidega elutsüklid, mis on kohandatud konkreetsetele keskkonnatingimustele.

Võib juhtuda, et keskkond, mis toetab organismi elutsükli ühte etappi, on äärmuslik teise etapi jaoks.

Taimed

Näiteks kookospähkli (Cocos nucifera) esitleb meretranspordiks kohandatud seemet, kuid küps puu kasvab maal.

Spoore kandvates vaskulaarsetes taimedes, nagu sõnajalad ja erinevat tüüpi samblad, võib gametofüüt ilma fotosünteetiliste pigmentideta olla, neil ei ole juure ja see sõltub keskkonna niiskusest.

Kuigi sporofüütidel on risoomid, juured ja pungad, mis taluvad soojuse ja kuivuse tingimusi täis päikesevalguses. Sporofüütide ja gametofüütide vahe on samas järjekorras kui taksonite erinevused.

Loomad

Väga lähedane näide on paljude liikide alaealised etapid, mis on üldiselt täiskasvanu ümbritseva keskkonna suhtes talumatud, mistõttu nad vajavad tavaliselt kaitset ja hooldust ajal, mil nad omandavad vajalikke oskusi ja tugevaid külgi. võimaldada nende keskkondadega tegelemist.

Viited

  1. Kohshima, S. (1984). Uus külm-tolerantne putukas, mis leidub Himaalaja liustikus. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Mõned kommentaarid ekstremofiilide arengu kohta. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10,016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. ja Kelly, G.J. (1991) UV-B kaitsvad ühendid merevetikas Phaeocystis pouchetti Antarktikast. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Sada aastat Dunaliella teadusuuringud: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. ja Mancinelli, R.L. (2001). Elu äärmuslikes keskkondades. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. ja Zillig, W. (1995). Lite väga madalal pH-l. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. ja Storey, J.M. (1996). Loomade loomulik külmutamine. Iga-aastane ülevaade ökoloogiast ja süstemaatikast 27, 365-386.
  8. Teyke, T. ja Schaerer, S. (1994) Blind Mexican koopakala (Astyanax hubbsi) reageerisid liikuvatele visuaalsetele stiimulitele. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I, Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. ja Somero, G.N. (1982). Elu vee stressiga: osmolüüdi süsteemide areng. Science 217, 1214-1222.