Raksturīgs termofils, klasifikācija un vide



The termofīli ir ekstremofilu organismu apakštips, ko raksturo augsta temperatūra, no 50 ° C līdz 75 ° C, vai nu tāpēc, ka šajās ekstremālās vidēs šīs temperatūras vērtības tiek saglabātas vai arī tās bieži tiek sasniegtas.

Termofīlie organismi parasti ir baktērijas vai arheāli, tomēr ir metazoāni (eukariotiski organismi, kas ir heterotrofiski un audi), kas arī attīstās karstās vietās..

Ir zināmi arī jūras organismi, kas simbiozē ar termofilām baktērijām var pielāgoties šīm augstajām temperatūrām un ka tie ir arī izstrādājuši tādus bioķīmiskus mehānismus kā modificēts hemoglobīns, augsts asins tilpums, kas ļauj tiem pieļaut sulfīdu un savienojumu toksiskumu. sēra.

Tiek uzskatīts, ka termofīlās prokariotes bija pirmās vienkāršas šūnas dzīvības evolūcijā un ka tās okeānos apdzīvoja vietas ar vulkānisku darbību un geizeriem..

Šāda veida termofīlo organismu piemēri ir tie, kas dzīvo pie ūdenstilpes atverēm vai fumaroliem okeānu apakšā, piemēram, metanogēnās baktērijas (metāna ražotāji) un annelīdi. Riftia pachyptila.

Galvenie biotopi, kuros var atrast termofilus, ir:

  • Sauszemes hidrotermālā vide.
  • Jūras hidrotermālā vide.
  • Karstie tuksneši.

Indekss

  • 1 Termofīlo organismu raksturojums
    • 1.1 Termofīlo organismu atšķirības
  • 2 Termofilo organismu klasifikācija
  • 3 Termofīlie organismi un to vide
    • 3.1 Sauszemes hidrotermālā vide
    • 3.2. Piemēri organismiem, kas dzīvo sauszemes hidrotermālā vidē
    • 3.3 Baktērijas
    • 3.4. Arkas
    • 3.5. Eukarioti
    • 3.6 Jūras hidrotermālā vide
    • 3.7. Jūras hidrotermālās vides faunas piemēri
    • 3.8 Karstie tuksneši
    • 3.9 Tuksnešu veidi
    • 3.10 Termofīlo tuksneša organismu piemēri
  • 4 Atsauces

Termofīlo organismu raksturojums

Temperatūra: kritiskais abiotiskais faktors mikroorganismu attīstībai

Temperatūra ir viens no galvenajiem vides faktoriem, kas ietekmē dzīvo būtņu izaugsmi un izdzīvošanu. Katrai sugai ir temperatūras diapazons, starp kuru tas var izdzīvot, tomēr tam ir optimāla augšana un attīstība noteiktās temperatūrās.

Katra organisma augšanas ātrumu var izteikt grafiski, salīdzinot ar temperatūru, iegūstot kritiskās kritiskās temperatūras vērtības (minimālais, optimālais un maksimālais)..

Minimālā temperatūra

Minimālā organisma augšanas temperatūrā notiek šūnu membrānas plūstamības samazināšanās, un var pārtraukt materiālu transportēšanas un apmaiņas procesus, piemēram, barības vielu iekļūšanu un toksisko vielu iziešanu..

Starp minimālo temperatūru un optimālo temperatūru palielinās mikroorganismu augšanas ātrums.

Optimāla temperatūra

Optimālā temperatūrā vielmaiņas reakcijas notiek ar maksimālu iespējamo efektivitāti.

Maksimālā temperatūra

Virs optimālās temperatūras augšanas ātrums samazinās līdz maksimālajai temperatūrai, ko katrs organisms var pieļaut.

Šajās augstās temperatūrās strukturālās un funkcionālās olbaltumvielas tiek denaturētas un inaktivētas kā fermenti, jo tās zaudē ģeometrisko konfigurāciju un konkrēto telpisko konfigurāciju, citoplazmas membrāna saplīst un termiskā līze vai plīsums rodas siltuma dēļ..

Katram mikroorganismam ir minimālās, optimālās un maksimālās temperatūras darbībai un attīstībai. Termofiliem šajās trīs temperatūrās ir ārkārtīgi augstas vērtības.

Termofīlo organismu atšķirības

  • Termofīliem organismiem ir augsts augšanas temps, bet īss dzīves laiks.
  • Viņu šūnu membrānā ir daudz lipīdu vai piesātināto tauku; šis piesātināto tauku veids spēj absorbēt karstumu un pāriet uz šķidrumu augstā temperatūrā (izkausēt), neiznīcinot.
  • Tās strukturālās un funkcionālās olbaltumvielas ir ļoti stabilas pret karstumu (termostabilas), izmantojot kovalentās saites un īpašus starpmolekulāros spēkus, ko sauc par Londonas dispersijas spēkiem..
  • Viņiem ir arī īpaši fermenti, lai uzturētu vielmaiņas darbību augstā temperatūrā.
  • Ir zināms, ka šie termofīlie mikroorganismi var izmantot sulfīdus un bagātīgos sēra savienojumus vulkāniskajās zonās kā barības vielu avotus, lai tos pārveidotu par organiskām vielām..

Termofilo organismu klasifikācija

Termofīlie organismi var iedalīt trīs plašās kategorijās:

  • Mēreni termofīli, (optimāls no 50 līdz 60 ° C).
  • Ekstrēmi termofīli (optimāli tuvu 70 ° C).
  • Hipertermofīli (optimāli tuvu 80 ° C).

Termofīlie organismi un to vide

Sauszemes hidrotermālā vide

Hidrotermiskās vietas ir pārsteidzoši izplatītas un plaši izplatītas. Tos var plaši sadalīt tajos, kas saistīti ar vulkāniskajām zonām un tiem, kas nav..

Hidrotermiskās vides, kurās ir visaugstākās temperatūras, parasti ir saistītas ar vulkāniskām īpašībām (katli, defekti, tektoniskās plāksnes robežas, aizmugures loka baseini), kas ļauj magmai sasniegt dziļumu, kur tas var tieši mijiedarboties ar gruntsūdeņiem. dziļi.

Karstajiem punktiem bieži vien ir arī citas īpašības, kas padara dzīvi sarežģītu, piemēram, pH, organiskās vielas, ķīmisko sastāvu un ekstremālu sāļumu..

Tāpēc sauszemes hidrotermālās vides iedzīvotāji izdzīvo vairāku ekstremālu apstākļu klātbūtnē. Šie organismi ir pazīstami kā polixtramofīli.

Piemēri organismiem, kas dzīvo sauszemes hidrotermālā vidē

Sauszemes hidrotermālajā vidē ir identificēti trīs domēni (eukarioti, baktērijas un arheāli). Šo organismu daudzveidību nosaka galvenokārt temperatūra.

Kaut arī dažādi baktēriju veidi dzīvo vidēji termofīlā vidē, fotoautotrofi var dominēt mikrobu kopienā un veidot makroskopiskas "paklājus" vai "paklāju" struktūras..

Šie "fotosintētiskie paklāji" atrodas lielākajā daļā neitrālo un sārmu termisko avotu (pH lielāks par 7,0) temperatūrā no 40 līdz 71 ° C, un galvenie dominējošie ražotāji ir cianobaktērijas..

Virs 55 ° C fotosintētiskos paklājus pārsvarā apdzīvo vienšūnu cianobaktērijas, piemēram, Synechococcus sp.

Baktērijas

Fotosintētiskos mikrobu paklājus var arī galvenokārt apdzīvot ģints baktērijas Hloroflexs un Roseiflexus, abas kārtības Chloroflexales locekles.

Kad tās ir saistītas ar cianobaktērijām, tās sugas Chloreflexus un Roseiflexus optimāli attīstās fotoheterotrofos apstākļos.

Ja pH ir skābe, ģints ir bieži sastopamas Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulphobacillus Thermoanaerobacter, Termodulfobijs un Termodulfators.

Hipertermofilos avotos (no 72 līdz 98 ° C) ir zināms, ka fotosintēze nenotiek, kas ļauj dominēt ķīmijoloterofiskām baktērijām..

Šie organismi pieder pie Aquificae patvēruma un ir kosmopolītiski; var oksidēt ūdeņradi vai molekulāro sēru ar skābekli kā elektronu akceptoru un nostiprināt oglekli caur reducējošo trikarboksilskābi (rTCA).

Arkas

Lielākā daļa kultivēto un nekultivēto arheālu, kas identificēta neitrālā un sārmainā siltuma vidē, pieder pie Crenarchaeota patvēruma..

Tādas sugas kā Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans o Stetteria hydrochlorophila Nitrosocaldus dzeltenais, izplatīties zem 77 ° C un Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Ignisphaera agregāni, avotos, kuru temperatūra ir lielāka par 80 ° C.

Skābā vidē ir ģimeņu arhīvs: Sulfolobus, Sulphurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulphurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium un Galdivirga.

Eukarioti

Neitrālu un sārmu avotu eukariotu ietvaros var minēt Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba termofilija un Oramoeba funiarolia.

Skābes avotos var atrast žanrus: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium o Galdieria.

Jūras hidrotermālā vide

Ar temperatūru, kas svārstās no 2 ° C līdz vairāk nekā 400 ° C, spiediens, kas pārsniedz vairākus tūkstošus mārciņu uz kvadrātcollu (psi), un augsta toksiskā sērūdeņraža koncentrācija (pH 2,8), dziļjūras hidrotermālie ventilācijas atveri ir varbūt visnopietnākās vides uz mūsu planētas.

Šajā ekosistēmā mikrobi kalpo par zemāko saiti pārtikas ķēdē, iegūstot enerģiju no ģeotermiskā siltuma un ķimikālijām, kas atrodamas Zemes iekšpuses dziļumā..

Piemēri attiecībā uz faunu, kas saistīta ar jūras hidrotermisko vidi

Ar šiem avotiem vai ventilācijas atverēm saistītā fauna ir ļoti atšķirīga, un esošās attiecības starp dažādiem taksoniem vēl nav pilnībā saprastas.

Viena no izolētajām sugām ir gan baktērijas, gan arheāli. Piemēram, ģints arhīvs ir izolēts Methanococcus, Methanopyus un anaerobās termofilās baktērijas no ģints Caminibacter.

Baktērijas attīstās biofilmos, kas barojas ar vairākiem organismiem, piemēram, amfipodiem, koppodiem, gliemežiem, garneles krabjiem, cauruļveida tārpiem, zivīm un astoņkājiem.

Kopējā panorāma sastāv no mīdiju krājumiem, Bathymodiolus thermophilus, garāks par 10 cm, kas slēpjas bazalta lavas plaisās. Tos parasti pavada daudzi Galapagu krabji (Munidopsis subsquamosa).

Viens no visneparastākajiem organismiem ir cauruļveida tārps Riftia pachyptila, ko var sagrupēt lielos daudzumos un sasniegt izmērus tuvu 2 metriem.

Šiem cauruļveida tārpiem nav mutes, kuņģa vai tūpļa (tas nozīmē, ka viņiem nav gremošanas sistēmas); tie ir pilnīgi slēgti maisiņi, bez jebkādas atvēršanas ārējai videi.

Pildspalvveida pilnšļirces spilgti sarkanā krāsa galā ir saistīta ar ekstracelulāro hemoglobīnu. Ūdeņraža sulfīdu transportē caur šūnu membrānu, kas saistīta ar šī pildspalvveida pilnšļirces pavedieniem, un caur ekstracelulāro hemoglobīnu tā sasniedz specializētu "audu", ko sauc par trofosomu, kas sastāv tikai no simbiotiskām ķīmiski sintētiskām baktērijām.

Var teikt, ka šiem tārpiem ir iekšējais "dārzs" ar baktērijām, kas barojas ar ūdeņraža sulfīdu un nodrošina "ēdienu" tārpam, ārkārtas adaptāciju..

Karstie tuksneši

Karstie tuksneši sedz no 14 līdz 20% no zemes virsmas, aptuveni 19-25 miljoni km.

Karstākie tuksneši, piemēram, Ziemeļāfrikas Sahara un ASV, Meksikas un Austrālijas dienvidrietumu tuksneši, atrodami visā tropikā gan ziemeļu puslodē, gan dienvidu puslodē (no aptuveni 10 ° līdz 30- 40 ° platums).

Tuksnešu veidi

Karstās tuksneses raksturīga iezīme ir sausums. Saskaņā ar klimatisko klasifikāciju Koppen-Geiger, tuksneši ir reģioni, kuru gada nokrišņu daudzums ir mazāks par 250 mm..

Tomēr gada nokrišņi var būt maldinošs indekss, jo ūdens zudums ir izšķirošs faktors ūdens budžetā.

Tādējādi Apvienoto Nāciju Organizācijas Vides programmas tuksneša definīcija ir ikgadējais mitruma deficīts normālos klimatiskajos apstākļos, kur iespējamā evapotranspirācija (PET) ir piecas reizes lielāka nekā faktiskais nokrišņu daudzums (P)..

Augsta PET dominē karstos tuksnešos, jo mākoņu seguma trūkuma dēļ saules starojums ir gandrīz maksimāls sausajos reģionos.

Tuksnešus var iedalīt divos veidos atbilstoši to sausuma līmenim:

  • Hyperáridos: ar sausuma indeksu (P / PET) mazāks par 0,05.
  • Agregāti: ar indeksu no 0,05 līdz 0,2.

Tuksneši atšķiras no sausām pusdaļīgajām zemēm (P / PET 0,2-0,5) un sausām, mitrām sausām zemēm (0.5-0.65).

Tuksnešiem ir citas svarīgas īpašības, piemēram, to spēcīgās temperatūras svārstības un augsnes augstais sāļums.

No otras puses, tuksnesis parasti ir saistīts ar kāpām un smiltīm, tomēr šis attēls atbilst tikai 15-20% no visiem tiem; akmeņainās un kalnainās ainavas ir visbiežāk sastopamās tuksneša vides.

Piemēri tuksneša termofīliem organismiem

Tuksneša iedzīvotājiem, kas ir termofīli, ir virkne pielāgojumu, lai saskartos pret citiem, tostarp lietus, augstās temperatūras, vēja, sāļuma trūkumu..

Kserofīta augi ir izstrādājuši stratēģiju, lai izvairītos no caurspīdēšanas un uzglabātu tik daudz ūdens, cik vien iespējams. Stublāju un lapu sulīgums vai sabiezējums ir viena no visbiežāk izmantotajām stratēģijām.

Tas ir redzams Cactaceae ģimenē, kur lapas ir modificētas arī mugurkaula formā, lai izvairītos no evapotranspirācijas un atvairītu zālēdājus.

Dzimums Lithops vai arī Namībijas tuksnesī dzimtā akmens augi attīsta sulīgumu, bet šajā gadījumā augs aug zemes līmenī, maskējoties ar apkārtējiem akmeņiem.

No otras puses, dzīvnieki, kas dzīvo šajos ekstrēmos biotopos, attīsta visu veidu adaptācijas, sākot no fizioloģiskām līdz etoloģiskām. Piemēram, tā dēvētie kenguru žurkas rada mazu tilpumu, maza apjoma urināciju, un šie dzīvnieki ir ļoti efektīvi ūdens trūkuma vidē..

Vēl viens ūdens zuduma samazināšanas mehānisms ir ķermeņa temperatūras pieaugums; piemēram, atpūtas kamieļu ķermeņa temperatūra vasarā var pieaugt no aptuveni 34 ° C līdz vairāk nekā 40 ° C.

Temperatūras svārstībām ir liela nozīme ūdens saglabāšanā, jo:

  • Ķermeņa temperatūras pieaugums nozīmē, ka siltums tiek uzglabāts organismā, nevis izkliedēts, iztvaicējot ūdeni. Vēlāk naktī lieko karstumu var izraidīt bez ūdens.
  • Karstās vides siltuma pieaugums samazinās, jo samazinās temperatūras gradients.

Vēl viens piemērs ir smilšu žurkas (Psammomys obesus), kas ir izstrādājis gremošanas mehānismu, kas ļauj tos barot tikai uz Chenopodiaceae ģimenes tuksnesī augiem, kuros lapās ir liels sāls daudzums..

Desertdzīvnieku etoloģiskie (uzvedības) pielāgojumi ir daudz, bet varbūt acīmredzamākais nozīmē, ka darbības atpūtas cikls ir apgriezts.

Tādā veidā šie dzīvnieki kļūst aktīvi saulrieta laikā (nakts aktivitāte) un pārtrauc dawn (dienas atpūta), to aktīvā dzīve nesakrīt ar karstākajām stundām.

Atsauces

  1. Baker-Austin, C. un Dopson, M. (2007). Dzīves skābe: pH homeostāze acidofilos. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. un Bjorkman, 0. (1980). Fotosintētiskā reakcija un pielāgošanās temperatūrai augstākajos augos. Gada pārskats par augu fizioloģiju 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofīlie mikroorganismi un dzīve augstā temperatūrā. Springer-Verlag, Ņujorka, 378 lpp.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. un Mondaca, A.M. (2009), Arsēna oksidējošo baktēriju izolēšana no dabīgas biofilmas, kas saistīta ar Atakamas tuksnesī, Čīlē, vulkāniskajiem klintīm. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. un Stein, J. (1998). Tārpi slēpjas ekstrēmās temperatūrās. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. un Childress, J.J. (1992). Daži, piemēram, karsti ... un daži vēl patīkamāki. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. un Kappen, L. (1975). Adaptīvie mehānismi tuksneša augos. In: Vemberg, F.J. (ed.) Fizioloģiskā pielāgošanās videi. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Siltās tuksneša augu struktūras un funkciju attiecības. Springer, Heidelberg, Vācija, 216 lpp.
  9. Gutterman, Y. (2002). Gada Desert Augu izdzīvošanas stratēģijas. Springer, Berlīne, Vācija, 368 lpp.
  10. Lutz, R.A. (1988). Organismu izkliedēšana dziļjūras hidrotermiskajās atverēs: pārskats. Oceanologica Act 8, 23-29.
  11. Lutz, R.A., Shank, T. M., Fornari, D.J., Haymon, R.M., Lilley, M.D., Von Damm, K.L. un Desbruyeres, D. (1994). Strauja izaugsme pie dziļjūras atverēm. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. un Cerrato, R.M. (1981). Gliemeņu augšana pie dziļjūras hidrotermālās ventilācijas atverēm pa Galapagu rifu. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Tuksneša ekosistēmas: vide un ražotāji. Ekoloģisko sistēmu ikgadējais pārskats 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. un Adams, M.W.W. (1998). Termofili: molekulārās evolūcijas un dzīves izcelsmes atslēgas. Taylor un Francis, Londona, 346 lpp.