Ekstremofilu īpašības, veidi un piemēri



The ekstrēmofili tie ir organismi, kas dzīvo ekstrēmās vidēs, tas ir, tie, kas pāriet no apstākļiem, kuros lielākā daļa cilvēku dzīvo organismā..

Termini "ekstrēms" un "ekstrēmofils" ir salīdzinoši antropocentriski, jo cilvēki novērtē biotopus un to iedzīvotājus atkarībā no tā, kas būtu uzskatāms par ārkārtēju mūsu pašu pastāvēšanai..

Tāpēc ekstrēmai videi raksturīgs tas, ka tas rada nepanesamus apstākļus cilvēkiem attiecībā uz tās temperatūru, mitrumu, sāļumu, gaismu, pH, skābekļa pieejamību, toksicitātes līmeni..

No ne-antropocentriskas perspektīvas cilvēki var būt ekstremofilas būtnes atkarībā no organisma, kas tos novērtēja. Piemēram, no stingra anaerobā organisma viedokļa, kuram skābeklis ir toksisks, aerobās būtnes (piemēram, cilvēki) būtu ekstremofīli. Cilvēkam, gluži pretēji, anaerobie organismi ir ekstremofili.

Indekss

  • 1 Termina "ekstremofili" izcelsme
    • 1.1. R. D. Macelroy
  • 2 Ekstrēmās vides raksturojums
  • 3 Ekstrēmofilu veidi zooloģiskajā mērogā
    • 3.1. Vienšūnas organismi
    • 3.2. Daudzšūnu organismi
    • 3.3. Poli ekstremofili
  • 4 Visbiežāk sastopamie ekstremālās vides veidi
    • 4.1 Ļoti auksta vide
    • 4.2 Ekstrēmā siltuma vide
    • 4.3. Vide ar ārkārtēju spiedienu
    • 4.4 Ekstrēmā skābā un sārmainā vide
    • 4.5. Hypersaline un anoksiska vide
    • 4.6 Augsta radiācijas vide
    • 4.7. Antropogēni mērķi
  • 5 Pārejas un ekotoni
  • 6 Dzīvnieki un augi ar vairākiem posmiem vai fāzēm
    • 6.1. Augi
    • 6.2 Dzīvnieki
  • 7 Atsauces

Termina "ekstremofili" izcelsme

Pašlaik mēs definējam kā "galējības" daudzas vides planētas Zemes iekšpusē un ārpus tās, un mēs pastāvīgi atklājam organismus, kas spēj ne tikai izdzīvot, bet arī plaši plaukt daudzos no tiem..

R. D. Macelroy

1974. gadā R. D. Makelroy ierosināja terminu "ekstremofīli", lai definētu šos organismus, kas nodrošina optimālu augšanu un attīstību ekstremālos apstākļos, nevis mezofīliem organismiem, kas aug starpposma apstākļos..

Saskaņā ar Macelroy:

"Extremófilo ir aprakstošs organismiem, kas spēj dzīvot vidē, kas ir naidīga pret mezofiliem, vai organismiem, kas aug tikai vidējā vidē".

Organismos ir divi ekstrēmisma pamata līmeņi: tie, kas var paciest ārkārtējs vides stāvoklis un kļūst dominējošs pār citiem; un tiem, kas aug un attīstās optimāli ārkārtējos apstākļos.

Ekstrēmās vides raksturojums

Vides kā "galējās" apzīmējums reaģē uz antropogēnu būvniecību, pamatojoties uz konkrēta vides stāvokļa (cita starpā temperatūra, sāļums, starojums) attālināto galu apsvēršanu, kas ļauj cilvēkiem izdzīvot..

Tomēr šim nosaukumam ir jābūt balstītam uz noteiktām vides īpašībām, no organisma, kas to apdzīvo, perspektīvas (nevis cilvēka perspektīvas)..

Šīs īpašības ietver: biomasu, ražīgumu, bioloģisko daudzveidību (sugu skaitu un augstāku taksonu pārstāvību), procesu dažādību ekosistēmās un konkrētus pielāgojumus attiecīgā organisma vidē..

Visu šo rādītāju kopsumma apzīmē vides ekstremālo stāvokli. Piemēram, galējā vide ir tāda, kas parasti sniedz:

  • Zema biomasa un ražīgums
  • Arhāno dzīves formu pārsvars
  • Augstākas dzīves formas nav
  • Fotosintēzes un slāpekļa fiksācijas trūkums, bet atkarība no citiem vielmaiņas ceļiem un fizioloģiskiem, vielmaiņas, morfoloģiskiem un / vai dzīves cikla pielāgojumiem.

Ekstrēmofilu veidi zooloģiskajā mērogā

Vienšūnas organismi

Termins „ekstrēmofils” bieži attiecas uz prokariotēm, piemēram, baktērijām, un dažreiz tiek lietots ar Archeaea..

Tomēr ir ļoti daudz ekstremofilu organismu, un mūsu zināšanas par filogenētisko daudzveidību ekstrēmos biotopos pieaug gandrīz katru dienu.

Piemēram, mēs zinām, ka visi hipertermofili (siltuma mīlošie) ir Archaea un Bacteria locekļi. Eukarioti ir bieži sastopami psirofilos (aukstuma mīļotājiem), acidofiliem (zemas pH mīļotājiem), alkalofiliem (augstas pH mīļotājiem), kserofiliem (sausas vides mīļotājiem) un halofiliem (sāls mīļotājiem).

Daudzšūnu organismi

Daudzšūnu organismi, piemēram, bezmugurkaulnieki un mugurkaulnieki, var būt arī ekstrēmofili.

Piemēram, dažos psirofilos ir neliels skaits vardes, bruņurupuči un čūska, kas ziemā izvairās no intracelulāras sasaldēšanas savos audos, uzkrājas osmolītus šūnu citoplazmā un ļauj sasaldēt tikai ekstracelulāro ūdeni (ārpus šūnām)..

Vēl viens piemērs ir Antarktikas nematode Panagrolaimus davidi, kas var izdzīvot intracelulāro sasalšanu (ūdens sasalšana šūnu iekšpusē), pēc atkausēšanas var augt un vairoties.

Arī zivju sugas Channichthyidae, Antarktikas un Amerikas kontinentālās daļas auksto ūdeņu iedzīvotāji izmanto antifrīza proteīnus, lai aizsargātu savas šūnas pret pilnīgu sasalšanu..

Poli ekstremofili

Poli ekstremofili ir organismi, kas vienlaikus var izdzīvot vairāk nekā vienu ekstremālu stāvokli, tāpēc tie ir izplatīti visās ekstrēmās vidēs..

Piemēram, tuksneša augi, kas izdzīvo gan ārkārtēju karstumu, gan ierobežotu ūdens pieejamību, gan bieži augsto sāļumu.

Vēl viens piemērs būtu dzīvnieki, kas dzīvo jūras gultnē, kas spēj izturēt ļoti augstu spiedienu, piemēram, gaismas trūkums un barības vielu trūkums..

Visbiežāk sastopamie ekstrēmo vides veidi

Tradicionāli vides ekstrēmi ir definēti, pamatojoties uz abiotiskiem faktoriem, piemēram:

  • Temperatūra.
  • Ūdens pieejamība.
  • Spiediens.
  • pH.
  • Sāļums.
  • Skābekļa koncentrācija.
  • Radiācijas līmeņi.

Līdzīgi ekstrēmofili tiek aprakstīti, pamatojoties uz ekstremāliem apstākļiem, kas atbalsta.

Svarīgākās ekstremālās vides, kuras varam atpazīt pēc abuotiskajiem apstākļiem, ir:

Ļoti auksta vide

Ļoti aukstas vides ir tās, kas bieži tiek uzturētas vai krietni pazeminātas (īsas vai garas), ja temperatūra ir zemāka par 5 ° C. Tie ietver zemes polus, kalnu reģionus un dažus dziļūdens biotopus. Pat dažiem ļoti karstiem tuksnešiem dienas laikā ir ļoti zema temperatūra naktī.

Ir citi organismi, kas dzīvo kriosfērā (kur ūdens ir cietā stāvoklī). Piemēram, organismiem, kas dzīvo ledus matricās, permafostā, ar pastāvīgu vai periodisku sniega segumu, jāpieņem vairākas galējības, tostarp aukstums, žāvēšana un augsts radiācijas līmenis..

Ekstrēmā siltuma vide

Ļoti karsti biotopi ir tie, kas paliek vai periodiski sasniedz temperatūru virs 40 ° C. Piemēram, karstie tuksneši, ģeotermiskās vietas un dziļūdens hidrotermālie ventilācijas atveres.

Tie bieži ir saistīti ar ārkārtīgi augstām temperatūrām, vidi, kur pieejams ūdens ir ļoti ierobežots (pastāvīgi vai regulāri), piemēram, aukstie un karstie tuksneši un daži endolītie biotopi (kas atrodas klintīs).

Vide ar ārkārtēju spiedienu

Citas vides ir pakļautas augstam hidrostatiskajam spiedienam, piemēram, okeānu un dziļo ezeru bentosa zonām. Šajos dziļumos tās iedzīvotājiem jāiztur spiediens virs 1000 atmosfērām.

Alternatīvi, kalnos un citos pasaules augstajos reģionos ir hipobārie galēji (ar zemu atmosfēras spiedienu)..

Ļoti skāba un sārma vide

Kopumā ārkārtīgi skāba vide ir tās, kas uztur vai regulāri sasniedz vērtības, kas ir zemākas par pH 5.

Jo īpaši zems pH palielina „ekstremālo” vides stāvokli, jo tas palielina klātbūtnes metālu šķīdību un tajos dzīvojošie organismi ir jāpielāgojas, lai saskartos ar vairākiem abiotiskiem galējībām..

Un otrādi, ļoti sārmaina vide ir tās, kas saglabā vai regulāri reģistrē pH vērtības virs 9..

Īpaši izteiktas pH vides piemēri ir ezeri, gruntsūdeņi un augsnes, kas ir ļoti skābas vai sārmainas.

Hypersaline un anoksiska vide

Hypersaline vide ir definētas kā tās, kuru sāls koncentrācija ir augstāka nekā jūras ūdens, kuram ir 35 daļas tūkstošiem. Šajās vidēs ir hipersalīns un sāļie ezeri.

Ar "sāls šķīdumu" mēs nenorādām tikai uz sāļumu ar nātrija hlorīdu, jo var būt sālsūdens vide, kurā dominējošais sāls ir atšķirīgs..

Tāpat tiek uzskatīts, ka dzīvotnes ar ierobežotu brīvo skābekli (hipoksisku) vai bez skābekļa (anoksiskas), pastāvīgi vai regulāri. Piemēram, vide, kurā ir šīs īpašības, būtu anoksiskas baseini okeānos un ezeros, kā arī dziļākie nogulumu slāņi..

Augsta radiācijas vide

Ultravioletais (UV) vai infrasarkanais (IR) starojums var arī radīt ekstremālus apstākļus organismiem. Ekstrēmā vide radiācijas apstākļos ir tie, kas pakļauti ārkārtīgi augstam starojumam vai starojumam ārpus normālā diapazona. Piemēram, polārās vides un augstais augstums (sauszemes kā ūdens).

Phaeocystis pouchetii

Dažām sugām piemīt izvairīšanās mehānismi ar augstu UV vai IR starojumu. Piemēram, Antarktikas jūras aļģes Phaeocystis pouchetii ražo ūdenī šķīstošus "saules aizsarglīdzekļus", kas spēcīgi absorbē UV-B viļņu garumu (280-320 nm) un aizsargā jūsu šūnas no ārkārtīgi augstajiem UV-B līmeņiem ūdens kolonnas augšējā 10 m (pēc jūras ledus laušana).

Deinococcus radiodurans

Citi organismi ir ļoti toleranti pret jonizējošo starojumu. Piemēram, baktērija Deinococcus radiodurans var saglabāt savu ģenētisko integritāti, kompensējot plašu DNS bojājumu pēc jonizējošā starojuma iedarbības.

Šī baktērija izmanto starpšūnu mehānismus, lai ierobežotu degradāciju un ierobežotu DNS fragmentu difūziju. Turklāt tam ir ļoti efektīvi DNS remonta proteīni.

Astyanax hubbsi

Pat vidē, kurā ir redzams zems starojums vai nav radiācijas, ekstremofīli organismi ir pielāgoti, lai reaģētu uz radiācijas līmeņa izmaiņām.

Piemēram,, Astyanax hubbsi, akli meksikāņu zivis, kas dzīvo alās, neparāda virspusēji uztveramas acu struktūras un tomēr var atšķirt nelielas apkārtējās gaismas atšķirības. Viņi izmanto ekstrokulārus fotoreceptorus, lai atklātu un reaģētu uz vizuāliem stimuliem kustībā.

Antropogēni galiem

Pašlaik mēs dzīvojam vidē, kur tiek noteikti ekstremāli vides apstākļi, kas mākslīgi radīti kā cilvēku darbības ietekme.

Tā sauktās vides, kurās ir antropogēna ietekme, ir ļoti dažādas, tām ir globāla mēroga ietekme un tās vairs nevar ignorēt, nosakot noteiktas ekstremālas vides..

Piemēram, vide, ko ietekmē piesārņojums (atmosfēras, ūdens un augsnes), piemēram, klimata pārmaiņas un skābais lietus, dabas resursu ieguve, fiziskie traucējumi un pārmērīga izmantošana.

Pārejas un ekotoni

Papildus iepriekš minētajām ekstremālajām videi sauszemes ekologi vienmēr ir zinājuši pārejas zonu īpašo raksturu starp divām vai vairākām dažādām kopienām vai vidēm, piemēram, koku līniju kalnos vai robežu starp mežiem un zālājiem. . Tos sauc par spriegojuma jostām vai ekotoniem.

Jūras vidē pastāv arī ekotoni, piemēram, pāreja no ledus uz ūdeni, ko pārstāv jūras ledus mala. Šīm pārejas zonām parasti ir lielāka sugu daudzveidība un biomasas blīvums nekā blakus esošajām kopienām, lielā mērā tāpēc, ka tajos dzīvojošie organismi var izmantot blakus esošo vides resursus, kas var dot viņiem priekšrocības..

Tomēr ekotoni ir nepārtraukti mainīgi un dinamiski reģioni, kuros abiotiskie un biotiskie apstākļi gada laikā bieži vien ir plašāki nekā blakus videi..

To pamatoti var uzskatīt par "ekstremālu", jo tas prasa, lai organismi nepārtraukti pielāgo savu uzvedību, fenoloģiju (sezonālo laiku) un mijiedarbību ar citām sugām..

Sugas, kas dzīvo abās ekotona pusēs, bieži ir iecietīgākas pret dinamiku, savukārt sugas, kuru diapazons ir ierobežots vienā pusē, piedzīvo otru pusi kā galēju.

Kopumā šīs pārejas zonas bieži vien pirmoreiz ietekmē gan dabiskās, gan antropogēnās klimata un / vai pārmaiņu izmaiņas.

Dzīvnieki un augi ar vairākiem posmiem vai fāzēm

Ne tikai vide ir dinamiska, tā var būt ārkārtēja vai ne, bet arī organismi ir dinamisks un tiem ir dažādi dzīves cikli ar dažādiem vides apstākļiem..

Var gadīties, ka vide, kas atbalsta vienu no organisma dzīves cikla posmiem, ir galīga citam posmam.

Augi

Piemēram, kokosrieksts (Cocos nucifera), piedāvā sēklas, kas pielāgotas jūras transportam, bet nobriedis koks aug uz zemes.

Sporas nesošajos asinsvados, piemēram, papardēs un dažāda veida sūnās, gametofītam var nebūt fotosintētisku pigmentu, tiem nav sakņu un tie ir atkarīgi no vides mitruma..

Kamēr sporofītiem ir sakneņi, saknes un pumpuri, kas iztur karstuma un sausuma apstākļus pilnā saules gaismā. Atšķirība starp sporofītiem un gametofītiem ir tādā pašā secībā kā atšķirības starp taksoniem.

Dzīvnieki

Ļoti ciešs piemērs ir daudzu sugu nepilngadīgie posmi, kas parasti ir nepanesami apkārtējai videi, kas parasti ieskauj pieaugušo, tāpēc viņiem parasti nepieciešama aizsardzība un aprūpe laikā, kad viņi apgūst vajadzīgās prasmes un stiprās puses. ļautu risināt šīs vides.

Atsauces

  1. Kohshima, S. (1984). Jauns auksti tolerants kukainis, kas atrodams Himalaju ledājā. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Daži komentāri par ekstremofilu attīstību. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Martants, H.J., Davidsons, A.T. un Kelly, G.J. (1991) UV-B aizsargā savienojumus jūras aļģēs Phaeocystis pouchetti no Antarktikas. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Simts gadu Dunaliella pētījumi: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. un Mancinelli, R.L. (2001). Dzīve ekstremālos apstākļos. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. un Zillig, W. (1995). Lite pie ļoti zemas pH. Nature 375, 741-742.
  7. Stāvs, K.B. un Storey, J.M. (1996). Dzīvnieku dabiskā sasalšana. Ikgadējais pārskats par ekoloģiju un sistemātiku 27, 365-386.
  8. Teyke, T. un Schaerer, S. (1994) Blind meksikāņu alu zivis (Astyanax hubbsi) reaģēja uz kustīgiem redzes stimuliem. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. un Somero, G.N. (1982). Dzīvošana ar ūdens stresu: osmolītu sistēmu attīstība. Science 217, 1214-1222.