Tüüpilised termofiilid, klassifikatsioon ja keskkonnad



The termofiilid on ekstremofiilsete organismide alatüüp, mida iseloomustab kõrge temperatuuri taluvus, vahemikus 50 ° C kuni 75 ° C, kas seetõttu, et nendes äärmuslikes keskkondades säilitatakse need temperatuuriväärtused või nad on sageli saavutatud.

Termofiilsed organismid on tavaliselt bakterid või arhiivid, kuid on olemas metasoane (eukarüootsed organismid, mis on heterotroofsed ja koed), mis arenevad ka kuumades kohtades..

Samuti on teada, et mereorganismid, mis on seotud termofiilsete bakteritega sümbioosiga, võivad kohaneda nende kõrgete temperatuuridega ja et nad on välja töötanud ka biokeemilisi mehhanisme, nagu näiteks modifitseeritud hemoglobiin, kõrge vere maht, mis võimaldab neil taluda sulfide ja ühendite toksilisust. väävlit.

Arvatakse, et termofiilsed prokarüootid olid esimesed lihtsad rakud elu arengus ja et nad asustasid ookeanides vulkaanilise aktiivsusega paiku ja geiserid.

Sellist tüüpi termofiilsete organismide näited on need, mis elavad ookeanide põhjas hüdrotermiliste tuulutusavade või fumaroolide lähedal, nagu metanogeensed bakterid (metaanitootjad) ja annelidid. Riftia pachyptila.

Peamised elupaigad, kus võib leida termofiile, on:

  • Maismaa hüdrotermiline keskkond.
  • Mere hüdrotermiline keskkond.
  • Kuumad kõrbed.

Indeks

  • 1 Termofiilsete organismide omadused
    • 1.1 Termofiilsete organismide eripära
  • 2 Termofiilsete organismide klassifitseerimine
  • 3 Termofiilsed organismid ja nende keskkond
    • 3.1 Maapealsed hüdrotermilised keskkonnad
    • 3.2 Maapealsetel hüdrotermilistel keskkondadel elavate organismide näited
    • 3.3 Bakterid
    • 3.4 Kaared
    • 3.5 Eukarüootid
    • 3.6 Mere hüdrotermiline keskkond
    • 3.7 Mere hüdrotermilise keskkonnaga seotud loomade näited
    • 3.8 Kuumad kõrbed
    • 3.9 kõrbete liigid
    • 3.10 Termofiilsete kõrbete organismide näited
  • 4 Viited

Termofiilsete organismide omadused

Temperatuur: kriitiline abiootiline tegur mikroorganismide arenguks

Temperatuur on üks peamisi keskkonnategureid, mis tingivad elusolendite kasvu ja ellujäämise. Igal liigil on temperatuurivahemik, mille vahel see võib püsida, kuid sellel on optimaalne kasv ja areng teatud temperatuuridel.

Iga organismi kasvukiirust saab väljendada graafiliselt võrreldes temperatuuriga, saades kriitilistele kriitilistele temperatuuridele vastavad väärtused (minimaalne, optimaalne ja maksimaalne)..

Minimaalne temperatuur

Organismi minimaalsetes kasvamistemperatuurides toimub rakumembraani voolavuse vähenemine ning materjalide transportimise ja vahetamise protsessid, nagu toitainete sissepääs ja mürgiste ainete väljumine, võivad peatuda.

Minimaalse temperatuuri ja optimaalse temperatuuri vahel suureneb mikroorganismide kasvukiirus.

Optimaalne temperatuur

Optimaalsel temperatuuril toimuvad metaboolsed reaktsioonid maksimaalse võimaliku efektiivsusega.

Maksimaalne temperatuur

Optimaalse temperatuuri kohal on kasvukiiruse vähenemine maksimaalsele temperatuurile, mida iga organism võib taluda.

Nendel kõrgetel temperatuuridel denatureeritakse ja funktsionaalseid proteiine denatureeritakse ja inaktiveeritakse ensüümidena, kuna nad kaotavad oma geomeetrilise konfiguratsiooni ja konkreetse ruumilise konfiguratsiooni, laguneb tsütoplasma membraan ja kuumeneb termiline lüüs või purunemine..

Igal mikroorganismil on minimaalsed, optimaalsed ja maksimaalsed temperatuurid töötamisel ja arendamisel. Termofiilidel on nendel kolmel temperatuuril erakordselt suured väärtused.

Termofiilsete organismide eripära

  • Termofiilsetel organismidel on suur kasvumäär, kuid lühike eluiga.
  • Neil on rakumembraanis palju lipiide või küllastunud rasva; seda tüüpi küllastunud rasvad on võimelised soojust neelama ja kõrgetel temperatuuridel (sulatama) vedelasse olekusse minema, ilma et neid hävitataks.
  • Struktuuri- ja funktsionaalsete valgud on kuumakindel (Termostabiilset) kaudu kovalentselt erilist molekulidevaheliste jõudude nimetatakse London dispersioon jõud.
  • Neil on ka erilised ensüümid, et säilitada metaboolne toimimine kõrgel temperatuuril.
  • On teada, et need termofiilsed mikroorganismid võivad kasutada sulfide ja rikkalikke väävliühendeid vulkaanilistes piirkondades toitainete allikana, et muuta need orgaaniliseks aineks.

Termofiilsete organismide klassifitseerimine

Termofiilseid organisme võib jagada kolme suurde kategooriasse:

  • Mõõdukad termofiilid (optimaalne vahemikus 50-60 ° C).
  • Äärmuslikud termofiilid (optimaalselt 70 ° C juures).
  • Hüperhermofiilid (optimaalne ligikaudu 80 ° C juures).

Termofiilsed organismid ja nende keskkond

Maismaa hüdrotermiline keskkond

Hüdrotermilised saidid on üllatavalt levinud ja laialt levinud. Neid saab jagada laialdaselt nendeks, mis on seotud vulkaaniliste aladega ja nendega, mis ei ole..

Kõrgeimate temperatuuridega hüdrotermilised keskkonnad on tavaliselt seotud vulkaaniliste omadustega (katlad, vead, tektoonilised plaadipiirid, tagumised kaarealused), mis võimaldavad magmal tõusta sügavusele, kus see võib põhjaveega vahetult suhelda sügav.

Kuumate kohtadega kaasnevad sageli ka muud omadused, mis muudavad elu raskeks, nagu pH, orgaaniline aine, keemiline koostis ja äärmuslik soolsus..

Seepärast elavad maapealse hüdrotermilise keskkonna elanikud mitmete äärmuslike tingimuste juures. Neid organisme nimetatakse polüextramofiilideks.

Näited maismaal hüdrotermilist keskkonda elavatest organismidest

Kolme domeeni (eukarüootid, bakterid ja arhiivid) kuuluvad organismid on tuvastatud maismaa hüdrotermilises keskkonnas. Nende organismide mitmekesisust määrab peamiselt temperatuur.

Kuigi mitmesugused bakteriliigid elavad mõõdukalt termofiilsetes keskkondades, võivad fotoautotroofid domineerida mikroobikogukonnas ja moodustada makroskoopilisi "matt" või "vaip" struktuure..

Need "fotosünteetilised vaibad" esinevad enamiku neutraalsete ja leeliseliste soojusallikate pinnal (pH üle 7,0) temperatuuril 40–71 ° C, kusjuures peamisteks domineerivateks tootjateks on tsüanobakterid..

Üle 55 ° C asuvad fotosünteetilised vaibad valdavalt ühe tselluloosiga, näiteks \ t Synechococcus sp.

Bakterid

Fotosünteetilised mikroobikatted võivad olla valdavalt ka perekondade bakterid Kloroflexus ja Roseiflexus, mõlemad tellimuse Chloroflexales liikmed.

Kui nad on seotud tsüanobakteritega, siis selle liigid Chloreflexus ja Roseiflexus kasvavad optiliselt fotoheterotroofsetes tingimustes.

Kui pH on happeline, on perekonnad tavalised Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulphobacillus Thermoanaerobacter, termodesulfobium ja Thermodesulfator.

Hüpertermofiilsete allikate puhul (vahemikus 72–98 ° C) on teada, et fotosüntees ei toimu, mis võimaldab domineerida kemolithoautotrophic baktereid..

Need organismid kuuluvad Aquificée varjupaika ja on kosmopoliitsed; võib oksüdeerida vesiniku või molekulaarse väävli hapnikuga elektron-aktseptorina ja fikseerida süsiniku redutseeriva trikarboksüülhappe (rTCA) kaudu.

Kaared

Suurem osa neutraalses ja leeliselises keskkonnas tuvastatud kultiveeritud ja mittekasvatatud arhiivist kuulub Crenarchaeota varjupaika.

Sarnased liigid Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans o Stetteria hydrochlorophila Nitrosocaldus yellowstonii, levivad alla 77 ° C ja Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Ignisphaera agregaanid, allikates, mille temperatuur on üle 80 ° C.

Happelises keskkonnas on perekondade arhiiv: Sulfolobus, Sulphurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulphurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium ja Galdivirga.

Eukarüootid

Võib viidata neutraalsete ja aluseliste allikate eukarüootidele Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba termofiilia ja Oramoeba funiarolia.

Happeallikates on võimalik leida žanrid: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium o Galdieria.

Mere hüdrotermiline keskkond

Kui temperatuur on vahemikus 2 ° C kuni üle 400 ° C, on süvamere hüdrotermilised tuulutusavad kõrgemad kui mitu tuhat naela ruuttollile (psi) ja toksilised vesiniksulfiidid (pH väärtus 2,8). meie planeedi kõige äärmuslikum keskkond.

Selles ökosüsteemis on mikroobid toiduahelas alumise lüli all, mille energia saadakse geotermilisest soojusest ja Maa sisemuse sügavustes leiduvatest kemikaalidest..

Näited mere hüdrotermilise keskkonnaga seotud loomast

Nende allikate või tuulutusavadega seotud loomastik on väga mitmekesine ning olemasolevad suhted erinevate taksonite vahel pole veel täielikult teada.

Eraldatud liikide hulgas on nii bakterid kui ka araak. Näiteks on isoleeritud perekonna arhiiv Methanococcus, Methanopyus ja perekonna anaeroobsed termofiilsed bakterid Caminibacter.

Bakterid arenevad biofilmides, mis toituvad mitmest organismist, nagu amfipoodid, koppodid, teod, krevettide krabid, torukujulised ussid, kala ja kaheksajalgsed.

Ühine panoraam koosneb rannakarpide kogumisest, Bathymodiolus thermophilus, pikkusega üle 10 cm, mis haarab basaltilava lõhesid. Sellega kaasnevad tavaliselt mitmed Galapagose krabid (Munidopsis subsquamosa).

Üks kõige ebatavalisemaid leitud organisme on torujas uss Riftia pachyptila, mida saab grupeerida suurtes kogustes ja jõuda 2 meetri lähedale.

Nendel torukujulistel ussidel ei ole suu, mao ega päraku (st neil ei ole seedesüsteemi); need on täiesti suletud kott ilma väliskeskkonda avamata.

Pliiatsil oleva punase värvuse värvus on tingitud ekstratsellulaarse hemoglobiini olemasolust. Vesiniksulfiidi transporditakse läbi selle pliiatsiga seotud rakumembraani ja ekstratsellulaarse hemoglobiini kaudu jõuab see spetsialiseeritud "kude", mida nimetatakse trofosoomiks ja mis koosneb täielikult sümbiootilistest kemosünteetilistest bakteritest..

Võib öelda, et need ussid omavad sisemist "aeda" bakteritest, mis toidavad vesiniksulfiidi ja pakuvad ussile "toitu", erakorralist kohandamist.

Kuumad kõrbed

Kuumad kõrbed katavad 14 kuni 20% Maa pinnast, umbes 19-25 miljonit km.

Kõige kuumemad kõrbed, nagu Põhja-Aafrika Sahara ja USA, Mehhiko ja Austraalia edelaosas asuvad kõrbed, on leitud kogu troopikas nii põhjapoolkeral kui ka lõunapoolkeral (umbes 10 ° kuni 30-80). 40 ° laiuskraad.

Kõrbete tüübid

Kuuma kõrbele iseloomulik tunnus on kuivus. Koppen-Geigeri kliimaklassi järgi on kõrbed piirkonnad, mille aastane sademete hulk on alla 250 mm.

Siiski võib iga-aastane sademete hulk olla eksitav indeks, kuna veekadu on vee-eelarve otsustav tegur.

Seega on Ühinenud Rahvaste Organisatsiooni keskkonnaprogrammi kõrbemääratlus normaalne ilmastikutingimuste aastane niiskuse puudujääk, kus potentsiaalne evapotranspiratsioon (PET) on viis korda suurem kui tegelik sademete hulk (P)..

Kõrged PET-is domineerivad kuumad kõrvad, sest pilvkatte puudumise tõttu on päikesekiirgus peaaegu kuivades piirkondades.

Kõrbed on jagatud kahte liiki vastavalt nende kuivuse tasemele:

  • Hyperáridos: mille kuivusindeks (P / PET) on väiksem kui 0,05.
  • Agregaadid: indeksiga 0,05 kuni 0,2.

Kõrbed eristatakse kuivadest poolkuivadest maadest (P / PET 0,2-0,5) ja kuivadest niisketest kuivadest maadest (0.5-0.65).

Kõrvadel on muid olulisi omadusi, nagu nende tugev temperatuuri kõikumine ja nende muldade kõrge soolsus.

Teisest küljest seostatakse kõrbes tavaliselt luited ja liiv, kuid see pilt vastab vaid 15-20% -le kõigist neist; kivine ja mägine maastik on kõige sagedasemad kõrbekeskkonnad.

Näited kõrbe termofiilsetest organismidest

Kõrbestiku elanikud, kes on termofiilid, omavad mitmeid kohandusi, et tulla toime muu hulgas ka vihma, kõrge temperatuuri, tuule, soolsuse puudumisest tulenevate vastuoludega..

Kserofiidi taimed on välja töötanud strateegiad, et vältida transpiratsiooni ja hoida võimalikult palju vett. Varred ja lehtede mahlakus või paksenemine on üks enim kasutatud strateegiaid.

See on ilmne Cactaceae perekonnas, kus lehed on samuti modifitseeritud selgroogidena, et vältida evapotranspiratsiooni ja tõrjuda taimedele..

Sugu Lithops või Namiibia kõrbes asuvad kivist taimed arenevad ka mahlakuse, kuid sel juhul kasvab taimed maapinnal, ümbritsevate kividega naeruvääristades.

Teisest küljest arendavad neis äärmuslikes elupaikades elavad loomad igasuguseid kohandusi alates füsioloogilisest etoloogilisele. Näiteks nn kenguru rottidel on väikeses mahus, väikese koguse urineerimine ja need loomad on oma veepuuduse keskkonnas väga tõhusad..

Teine mehhanism vee kadumise vähendamiseks on kehatemperatuuri tõus; näiteks puhkekamelite kehatemperatuur võib suvel tõusta umbes 34 ° C-lt üle 40 ° C-ni.

Temperatuuri muutused on vee säilitamisel väga olulised, sest:

  • Kehatemperatuuri suurenemine tähendab seda, et kehas hoitakse soojust selle asemel, et veest aurustuda. Hiljem, öösel, võib ülemäärast soojust ilma veeta välja saata.
  • Kuuma keskkonna soojustugevus väheneb, kuna temperatuuri gradient väheneb.

Teine näide on liivarott (Psammomys obesus), mis on välja töötanud seedemehhanismi, mis võimaldab neil toita ainult Chenopodiaceae perekonna kõrbetaimed, mis sisaldavad suurtes kogustes soolasid soolades..

Desertloomade etoloogilised (käitumuslikud) kohandused on arvukad, kuid võib-olla kõige ilmsem tähendab, et tegevuspuhkustsükkel on vastupidine.

Sel moel muutuvad need loomad päikeseloojangul (öine aktiivsus) aktiivseks ja lakkavad olemast koidikul (päevane puhkus), nende aktiivne elu ei langenud kokku kuumimate tundidega.

Viited

  1. Baker-Austin, C. ja Dopson, M. (2007). Elu happes: pH homeostaas acidofiilides. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. ja Bjorkman, 0. (1980). Kõrgemate taimede fotosünteetiline vastus ja temperatuuri kohandumine. Aasta ülevaade taimede füsioloogiast 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofiilsed mikroorganismid ja elu kõrgel temperatuuril. Springer-Verlag, New York, 378 pp.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. ja Mondaca, A.M. (2009), Arseniidi oksüdeerivate bakterite eraldamine looduslikust biofilmist, mis on seotud Atacama kõrbe, Tšiili vulkaaniliste kivimitega. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. ja Stein, J. (1998). Worms bask äärmuslikel temperatuuridel. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. ja Childress, J.J. (1992). Mõned tahavad seda kuuma ... ja mõned seda isegi kuumemaks. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. ja Kappen, L. (1975). Kohanemismehhanismid kõrbetaimedes. In: Vemberg, F.J. (ed.) Füsioloogiline kohanemine keskkonnaga. Teksti Press, Platteville, LISA, lk. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Soe kõrbetaimede struktuuri-funktsiooni suhted. Springer, Heidelberg, Saksamaa, 216 lk.
  9. Gutterman, Y. (2002). Iga-aastaste kõrbetaimede ellujäämisstrateegiad. Springer, Berliin, Saksamaa, 368 lk.
  10. Lutz, R.A. (1988). Organismide hajutamine süvamere hüdrotermilistes tuulutusavades: ülevaade. Oceanologica seadus 8, 23-29.
  11. Lutz, R.A., Shank, T. M., Fornari, D.J., Haymon, R.M., Lilley, M.D., Von Damm, K.L. ja Desbruyeres, D. (1994). Kiire kasv süvamere tuulutusavade juures. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. ja Cerrato, R.M. (1981). Kahepoollaste kasv sügavuti hüdrotermilistes tuulutusavades mööda Galapagose rifti. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Desert ökosüsteemid: keskkond ja tootjad. Iga-aastane ülevaade ökoloogilistest süsteemidest 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. ja Adams, M.W.W. (1998). Termofiilid: molekulaarse evolutsiooni ja elu alguse võtmed. Taylor ja Francis, London, 346 pp.