Ekstremofilne osobine, vrste i primjeri



 ekstremofili oni su organizmi koji žive u ekstremnim okruženjima, odnosno oni koji se udaljavaju od uvjeta u kojima živi većina organizama poznatih ljudima..

Izrazi "ekstremni" i "ekstremofilni" relativno su antropocentrični, jer ljudi procjenjuju staništa i njihove stanovnike, ovisno o tome što bi se smatralo ekstremnim za naše vlastito postojanje.

Stoga, ono što karakterizira ekstremno okruženje je da ono predstavlja nepodnošljive uvjete za ljudska bića s obzirom na njegovu temperaturu, vlažnost, salinitet, svjetlost, pH, dostupnost kisika, razine toksičnosti, među ostalima..

Iz neantropocentrične perspektive, ljudi mogu biti ekstremofilna bića, ovisno o organizmu koji ih procjenjuje. Na primjer, sa stajališta strogog anaerobnog organizma, za koji je kisik otrovan, aerobna bića (poput ljudi) bila bi ekstremofila. Za ljudsko biće, naprotiv, anaerobni organizmi su ekstremofili.

indeks

  • 1 Podrijetlo izraza "ekstremofili"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Značajke ekstremnih okruženja
  • 3 Vrste ekstremofila na zoološkoj skali
    • 3.1 Jednoćelijski organizmi
    • 3.2. Višecelični organizmi
    • 3.3. Poli-ekstremofili
  • 4 Najčešće vrste ekstremnih okruženja
    • 4.1 Ekstremno hladno okruženje
    • 4.2 Ekstremna toplinska okruženja
    • 4.3 Okruženja s velikim pritiskom
    • 4.4 Ekstremno kiselo i alkalno okruženje
    • 4.5. Hipersalinično i anoksično okruženje
    • 4.6 Visoka radijacija
    • 4.7. Antropogeni ciljevi
  • 5 Prijelazi i ekotoni
  • 6 Životinje i biljke s nekoliko faza ili faza
    • 6.1 Biljke
    • 6.2 Životinje
  • 7 Reference

Podrijetlo izraza "ekstremofili"

Trenutno definiramo kao "ekstreme" brojna okruženja unutar i izvan planete Zemlje i neprestano otkrivamo organizme sposobne ne samo za preživljavanje, već i za prosperitet u mnogim od njih..

R. D. Macelroy

Godine 1974. R. D. Macelroy je predložio termin "ekstremofili" kako bi definirao te organizme koji predstavljaju optimalan rast i razvoj u ekstremnim uvjetima, za razliku od mezofilnih organizama, koji rastu u srednjim uvjetima.

Prema Macelroyu:

"Extremófilo je opisan za organizme sposobne da nastane u okruženjima neprijateljski raspoloženim prema mezofilima, ili organizmima koji rastu samo u srednjim sredinama".

Postoje dva osnovna stupnja ekstremizma u organizmima: oni koji mogu tolerirati ekstremno stanje okoliša i postaju dominantni nad drugima; i one koji rastu i razvijaju se optimalno u ekstremnim uvjetima.

Značajke ekstremnih okruženja

Denominacija okoliša kao "ekstrema" odgovara na antropogenu konstrukciju, koja se temelji na razmatranju udaljenih krajeva osnovne okoline određenog stanja okoliša (temperatura, salinitet, zračenje, među ostalima), što omogućuje opstanak čovjeka.

Međutim, ta se denominacija mora temeljiti na određenim karakteristikama okoliša, iz perspektive organizma koji ga nastanjuje (umjesto ljudske perspektive).

Te karakteristike uključuju: biomasu, produktivnost, biološku raznolikost (broj vrsta i zastupljenost viših svojti), raznolikost procesa u ekosustavima i specifične prilagodbe okolišu organizma u pitanju.

Zbroj svih ovih obilježja označava ekstremno stanje okoliša. Na primjer, ekstremno okruženje je ono koje općenito predstavlja:

  • Mala biomasa i produktivnost
  • Dominacija arhaičnih oblika života
  • Nepostojanje superiornih oblika života
  • Odsutnost fotosinteze i fiksacije dušika, ali ovisnost o drugim metaboličkim putovima i fiziološkim, metaboličkim, morfološkim i / ili adaptacijama specifičnim za životni ciklus.

Vrste ekstremofila na zoološkoj skali

Jednoćelijski organizmi

Izraz ekstremofil često se odnosi na prokariote, kao što su bakterije, a ponekad se koristi i naizmjenično s Archaea..

Međutim, postoji širok raspon ekstremofilnih organizama i naše znanje o filogenetskoj raznolikosti u ekstremnim staništima povećava se gotovo svakodnevno.

Znamo, na primjer, da su svi hipertermofili (koji vole toplinu) članovi Archaea i Bakterija. Eukarioti su uobičajeni među psihrofilima (ljubitelji hladnoće), acidofili (ljubitelji niskog pH), alkalofili (ljubitelji visokog pH), kserofili (ljubitelji suhog okoliša) i halofili (ljubitelji soli).

Multicelularni organizmi

Višestanični organizmi, kao što su životinje beskralježnjaka i kralježnjaci, također mogu biti ekstremofili.

Na primjer, neki psihrofili uključuju mali broj žaba, kornjača i zmija, koje tijekom zime izbjegavaju unutarstanično zamrzavanje u njihovim tkivima, akumulirajući osmolite u staničnoj citoplazmi i dopuštajući samo zamrzavanje izvanstanične vode (izvan stanica)..

Drugi primjer je slučaj antarktičke nematode Panagrolaimus davidi, koji mogu preživjeti unutarstanično zamrzavanje (zamrzavanje vode unutar stanica), može rasti i razmnožavati se nakon odmrzavanja.

Također, ribe iz obitelji Channichthyidae, stanovnici hladnih voda Antarktika i juga američkog kontinenta, koriste proteine ​​protiv smrzavanja kako bi zaštitili svoje stanice od njihovog potpunog zamrzavanja..

Polyextremophile

Poli-ekstremofili su organizmi koji mogu preživjeti više od jednog ekstremnog stanja u isto vrijeme, stoga su uobičajeni u svim ekstremnim uvjetima.

Na primjer, pustinjske biljke koje preživljavaju i ekstremnu toplinu, ograničenu dostupnost vode i često visoku salinitet.

Drugi primjer bi bile životinje koje obitavaju na morskom dnu, koje su sposobne izdržati vrlo visoke pritiske, kao što je nedostatak svjetla i nedostatak hranjivih tvari, među ostalima..

Najčešće vrste ekstremnih okruženja

Tradicionalno se ekstremi okoliša definiraju na temelju abiotičkih čimbenika, kao što su:

  • temperatura.
  • Dostupnost vode.
  • pritisak.
  • pH.
  • slanost.
  • Koncentracija kisika.
  • Razine zračenja.

Slično tome, ekstremofili su opisani na temelju ekstremnih uvjeta koji podupiru.

Najvažnije ekstremne sredine koje možemo prepoznati po abiotičkim uvjetima su:

Ekstremno hladno okruženje

Ekstremna hladna okruženja su ona koja se održavaju ili često padaju u razdobljima (kratkim ili dugim) temperatura ispod 5 ° C. One uključuju kopnene stupove, planinske regije i neka duboka oceanska staništa. Čak i neke vrlo vruće pustinje tijekom dana imaju vrlo niske temperature tijekom noći.

Postoje drugi organizmi koji žive u kriosferi (gdje je voda u čvrstom stanju). Na primjer, organizmi koji žive u ledenim matricama, permafrost, pod stalnim ili povremenim snježnim pokrivačem, moraju tolerirati višestruke krajnosti, uključujući hladnoću, isušivanje i visoke razine zračenja..

Ekstremna toplinska okruženja

Izuzetno vruća staništa su ona koja ostaju ili povremeno dostižu temperature iznad 40 ° C. Na primjer, vruće pustinje, geotermalna nalazišta i duboko vodeni hidrotermalni otvori.

Često su povezani s ekstremno visokim temperaturama, okruženjima u kojima je raspoloživa voda vrlo ograničena (stalno ili redovito), kao što su hladne i vruće pustinje, te neka endolitska staništa (koja se nalaze unutar stijena)..

Okruženja s velikim pritiskom

Ostala okruženja izložena su visokom hidrostatskom tlaku, kao što su bentoske zone oceana i duboka jezera. U tim dubinama njegovi stanovnici moraju izdržati pritiske iznad 1000 atmosfera.

Alternativno, postoje hipobarični ekstremi (niskog atmosferskog tlaka), u planinama i drugim visokim regijama svijeta.

Ekstremno kiselo i alkalno okruženje

Općenito, ekstremno kisela okruženja su ona koja održavaju ili redovito dosežu vrijednosti ispod pH 5.

Posebno, nizak pH povećava "ekstremno" stanje okoliša, jer povećava topljivost prisutnih metala i organizmi koji žive u njima moraju se prilagoditi višestrukim abiotskim ekstremima.

Obrnuto, ekstremno alkalna okruženja su ona koja ostaju ili redovito bilježe pH vrijednosti iznad 9..

Primjeri ekstremnih pH okruženja uključuju jezera, podzemne vode i tla, vrlo kisela ili alkalna.

Hipersalinično i anoksično okruženje

Hipersalinska okruženja su definirana kao ona s koncentracijom soli višom od koncentracije morske vode koja ima 35 čestica na tisuću. U takva okruženja ubrajaju se hipersalina i slano jezero.

Sa "slanom otopinom" ne mislimo samo na slanost natrijevog klorida, jer mogu postojati slane sredine u kojima je prevladavajuća sol drugačija.

Staništa s ograničenim slobodnim kisikom (hipoksična) ili bez prisutnosti kisika (anoksična), ili uporna ili u pravilnim intervalima, također se smatraju ekstremnim. Na primjer, okoline s tim karakteristikama bi bile anoksične bazene u oceanima i jezerima, te najdublji slojevi sedimenata.

Visoka radijacija

Ultraljubičasto (UV) ili infracrveno (IR) zračenje također može nametnuti ekstremne uvjete organizmima. Ekstremna okruženja u zračenju su ona koja su izložena abnormalno visokom zračenju ili zračenju izvan normalnog raspona. Na primjer, polarna okruženja i velika nadmorska visina (zemaljski kao vodeni).

Phaeocystis pouchetii

Neke vrste pokazuju mehanizme izbjegavanja visokog UV ili IR zračenja. Na primjer, antarktičke morske trave Phaeocystis pouchetii proizvodi "kreme za sunčanje" topive u vodi, koje jako apsorbiraju UV-B valne duljine (280-320nm) i štite vaše stanice od ekstremno visokih razina UV-B na vrhu 10 m vodenog stupca (nakon lomljenje leda na moru).

Deinococcus radiodurans

Ostali organizmi su vrlo tolerantni prema ionizirajućem zračenju. Na primjer, bakterija Deinococcus radiodurans može sačuvati svoj genetski integritet kompenzirajući opsežno oštećenje DNA nakon izlaganja ionizirajućem zračenju.

Ova bakterija koristi međustanične mehanizme da ograniči razgradnju i ograniči difuziju fragmenata DNA. Osim toga, ima vrlo učinkovite proteine ​​za popravak DNA.

Astyanax hubbsi

Čak iu okolinama s očigledno niskim zračenjem ili bez zračenja, ekstremofilni organizmi su prilagođeni da reagiraju na promjene u razini zračenja.

Na primjer, Astyanax hubbsi, slijepa meksička riba koja obitava u špiljama, ne predstavlja površinski osjetljive okularne strukture i, ipak, može razlikovati male razlike u ambijentalnom svjetlu. Oni koriste ekstraokularne fotoreceptore za otkrivanje i reagiranje na vizualne stimulanse u pokretu.

Antropogeni završava

Trenutno živimo u okruženju u kojem se nameću ekstremni uvjeti okoliša, umjetno stvoreni kao posljedica ljudskih aktivnosti.

Takozvana okruženja s antropogenim utjecajem izuzetno su raznolika, imaju globalni doseg i više se ne mogu zanemariti prilikom definiranja određenih ekstremnih okruženja..

Na primjer, okruženja pod utjecajem onečišćenja (atmosferska, voda i tlo), poput klimatskih promjena i kiselih kiša, vađenja prirodnih resursa, fizičkih poremećaja i prekomjernog iskorištavanja.

Prijelazi i ekotoni

Osim gore spomenutih ekstremnih okruženja, zemaljski ekolozi uvijek su bili svjesni posebne prirode tranzicijskih zona između dvije ili više različitih zajednica ili okolina, kao što je linija stabala u planinama ili granica između šuma i travnjaka. , To se naziva napetost ili ekotoni.

Ekotoni također postoje u morskom okolišu, na primjer, prijelaz između leda i vode koji predstavlja rub morskog leda. Ove prijelazne zone tipično pokazuju veću raznolikost vrsta i gustoću biomase nego zajednice koje okružuju, uglavnom zato što organizmi koji žive u njima mogu iskoristiti resurse susjednih okruženja, što im može dati prednost.

Međutim, ekotoni se stalno mijenjaju i dinamična područja, koja često pokazuju širi raspon varijacija u abiotičkim i biotičkim uvjetima tijekom godišnjeg razdoblja od susjednih okruženja..

To se razumno može smatrati "ekstremnim", jer zahtijeva da organizmi kontinuirano prilagođavaju svoje ponašanje, fenologiju (sezonsko vrijeme) i interakcije s drugim vrstama..

Vrste koje žive na obje strane ekotona često su tolerantnije prema dinamici, dok vrste čije je područje ograničeno na jednu stranu, doživljavaju drugu stranu kao ekstremnu.

Općenito, te prijelazne zone često su i prve pogođene promjenama klime i / ili promjena, i prirodnih i antropogenih.

Životinje i biljke s nekoliko faza ili faza

Ne samo da su okoline dinamične, one mogu biti ekstremne ili ne, ali organizmi su također dinamični i imaju životne cikluse s različitim stupnjevima, prilagođeni određenim uvjetima okoline..

Može se dogoditi da je okolina koja podupire jedan od stadija životnog ciklusa organizma ekstremna za drugu fazu.

bilje

Na primjer, kokos (Cocos nucifera), predstavlja sjeme prilagođeno za prijevoz morem, ali zrelo stablo raste na kopnu.

U vaskularnim biljkama koje nose spore, kao što su paprati i različite vrste mahovina, gametofit može biti bez fotosintetskih pigmenata, bez korijena i ovisan o vlažnosti okoliša.

Dok sporophytes imaju rizoma, korijenje i pupoljci koji izdržati uvjete topline i suhoće u punom suncu. Razlika između sporofita i gametofita je u istom redoslijedu kao i razlike između taksona.

životinje

Vrlo blizak primjer su maloljetničke faze mnogih vrsta, koje su općenito netolerantne prema okolini koja obično okružuje odraslu osobu, pa obično zahtijevaju zaštitu i skrb tijekom razdoblja tijekom kojeg stječu vještine i snage koje su im potrebne. dopustiti bavljenje tim okruženjima.

reference

  1. Kohshima, S. (1984). Novi kukac otporan na hladnoću pronađen u himalajskom glečeru. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R.D. (1974). Neki komentari o evoluciji ekstremofila. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. i Kelly, G.J. (1991) UV-B zaštitni spojevi u morskoj algi Phaeocystis pouchetti s Antarktika. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Sto godina Dunaliella istraživanje: 1905-2005. Solni sustavi 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. i Mancinelli, R.L. (2001). Život u ekstremnim uvjetima. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. i Zillig, W. (1995). Lite pri iznimno niskom pH. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. i Storey, J.M. (1996). Prirodno preživljavanje zamrzavanja u životinja. Godišnji pregled ekologije i sistematike 27, 365-386.
  8. Teyke, T. i Schaerer, S. (1994) Slijepa meksička pećinska riba (Astyanax hubbsi) reagirao je na pokretne vizualne stimulanse. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. i Somero, G.N. (1982). Živjeti s vodenim stresom: evolucija sustava osmolita. Science 217, 1214-1222.