Karakteristični termofili, klasifikacija i okruženja



termofilne su podtip ekstremofilnih organizama koji karakteriziraju toleriranje visokih temperatura, između 50 ° C i 75 ° C, bilo zato što se u ovim ekstremnim uvjetima te temperature održavaju, ili zato što su često dosegnute.

Termofilni organizmi su obično bakterije ili arheje, ali postoje metazoni (heterotrofni i tkivni eukariotski organizmi) koji se također razvijaju na vrućim mjestima..

Poznati su i organizmi, koji se u simbiozi s termofilnim bakterijama mogu prilagoditi tim visokim temperaturama i razviti biokemijske mehanizme poput modificiranog hemoglobina, visokog volumena krvi, među ostalima, koji im omogućuju da toleriraju toksičnost sulfida i spojeva. sumpora.

Vjeruje se da su termofilne prokariote bile prve jednostavne stanice u evoluciji života i da su naseljavale mjesta s vulkanskom aktivnošću i gejzirima u oceanima..

Primjeri ove vrste termofilnih organizama su oni koji žive u blizini hidrotermalnih otvora ili fumarola na dnu oceana, kao što su metanogene bakterije (proizvođači metana) i anelidi. Riftia pachyptila.

Glavna staništa gdje se mogu naći termofili su:

  • Kopnena hidrotermalna okruženja.
  • Morski hidrotermalni okoliš.
  • Vruće pustinje.

indeks

  • 1 Značajke termofilnih organizama
    • 1.1. Posebnosti termofilnih organizama
  • 2 Klasifikacija termofilnih organizama
  • 3 Termofilni organizmi i njihovo okruženje
    • 3.1 Zemaljska hidrotermalna okruženja
    • 3.2 Primjeri organizama koji naseljavaju kopnene hidrotermalne sredine
    • 3.3 Bakterije
    • 3.4 Lukovi
    • 3.5. Eukarioti
    • 3.6 Morski hidrotermalni okoliš
    • 3.7. Primjeri faune povezanih s morskim hidrotermičkim okruženjem
    • 3.8 Vruće pustinje
    • 3.9 Vrste pustinja
    • 3.10 Primjeri termofilnih pustinjskih organizama
  • 4 Reference

Značajke termofilnih organizama

Temperatura: kritični abiotički čimbenik za razvoj mikroorganizama

Temperatura je jedan od ključnih čimbenika okoliša koji uvjetuje rast i opstanak živih bića. Svaka vrsta ima raspon temperatura između kojih može preživjeti, međutim, ima optimalan rast i razvoj na specifičnim temperaturama.

Brzina rasta svakog organizma može se izraziti grafički u odnosu na temperaturu, dobivajući vrijednosti koje odgovaraju kritičnim kritičnim temperaturama (minimalni, optimalni i maksimalni)..

Minimalne temperature

U minimalnim temperaturama rasta organizma, dolazi do smanjenja fluidnosti stanične membrane i mogu se zaustaviti procesi transporta i razmjene materijala, kao što su ulazak hranjivih tvari i izlaženje otrovnih tvari.

Između minimalne temperature i optimalne temperature povećava se brzina rasta mikroorganizama.

Optimalna temperatura

Pri optimalnoj temperaturi, metaboličke reakcije se odvijaju s najvećom mogućom učinkovitošću.

Maksimalna temperatura

Iznad optimalne temperature dolazi do smanjenja brzine rasta do maksimalne temperature koju svaki organizam može tolerirati.

Na tim visokim temperaturama strukturni i funkcionalni proteini su denaturirani i inaktivirani kao enzimi, budući da gube svoju geometrijsku konfiguraciju i specifičnu prostornu konfiguraciju, citoplazmatska membrana se raspada i termička liza ili pukotina nastaje zbog topline.

Svaki mikroorganizam ima svoju minimalnu, optimalnu i maksimalnu temperaturu rada i razvoja. Termofili imaju izuzetno visoke vrijednosti na ove tri temperature.

Posebnosti termofilnih organizama

  • Termofilni organizmi imaju visoke stope rasta, ali kratka životna vremena.
  • Imaju puno lipida ili zasićenih masnoća dugih lanaca u staničnoj membrani; ova vrsta zasićenih masti može apsorbirati toplinu i otići u tekuće stanje na visokim temperaturama (taljenjem), bez uništenja.
  • Njegovi strukturni i funkcionalni proteini su vrlo stabilni protiv topline (termostabilni), kroz kovalentne veze i posebne intermolekularne sile nazvane disperzijske sile Londona..
  • Oni također imaju posebne enzime za održavanje metaboličkog funkcioniranja na visokim temperaturama.
  • Poznato je da ovi termofilni mikroorganizmi mogu koristiti sulfide i bogate sumporne spojeve u vulkanskim područjima, kao izvore hranjivih tvari koje ih pretvaraju u organsku tvar.

Klasifikacija termofilnih organizama

Termofilni organizmi mogu se podijeliti u tri široke kategorije:

  • Umjereni termofili, (optimalno između 50-60 ° C).
  • Ekstremni termofili (optimalno blizu 70 ° C).
  • Hipertermofili (optimalno blizu 80 ° C).

Termofilni organizmi i njihovo okruženje

Kopnena hidrotermalna okruženja

Hidrotermalna mjesta su iznenađujuće česta i široko rasprostranjena. Mogu se široko podijeliti na one koji su povezani s vulkanskim područjima i onima koji nisu..

Hidrotermalne sredine koje predstavljaju najviše temperature obično su povezane s vulkanskim obilježjima (kotlovi, rasjedi, granice tektonskih ploča, bazeni stražnjih luka), koji omogućuju magmi da se uzdigne do dubine gdje može izravno djelovati s podzemnom vodom. plitak.

Vruće točke često su popraćene i drugim karakteristikama koje otežavaju život, kao što su pH, organska tvar, kemijski sastav i ekstremna slanost..

Stanovnici kopnenih hidrotermalnih sredina stoga preživljavaju u prisutnosti nekoliko ekstremnih uvjeta. Ti su organizmi poznati kao poliestramofili.

Primjeri organizama koji naseljavaju kopnene hidrotermalne sredine

Organizmi koji pripadaju trima domenama (eukarioti, bakterije i arheje) identificirani su u kopnenim hidrotermalnim sredinama. Raznolikost ovih organizama određuje se uglavnom temperaturom.

Dok raznolik raspon bakterijskih vrsta naseljava umjereno termofilno okruženje, fotoautotrofi mogu dominirati mikrobnom zajednicom i tvoriti makroskopske strukture "tepiha" ili "tepih"..

Ovi "fotosintetski tepisi" su prisutni na površini većine neutralnih i alkalnih termalnih izvora (pH veći od 7.0) na temperaturama između 40-71 ° C, a cijanobakterije su osnovane kao glavni dominantni proizvođači.

Iznad 55 ° C, fotosintetski tepisi su pretežno naseljeni jednostaničnim cijanobakterijama kao što su cijanobakterija sp.

bakterija

Fotosintetski mikrobni tepisi mogu također biti pretežno naseljeni bakterijama rodova Chloroflexus i Roseiflexus, oba člana reda Chloroflexales.

Kada su povezane s cijanobakterijama, vrste Chloreflexus i Roseiflexus optimalno rastu u fotoheterotrofnim uvjetima.

Ako je pH kiselinski, rodovi su česti Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methilokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium i Thermodesulfator.

U hipertermofilnim izvorima (između 72-98 ° C) poznato je da ne dolazi do fotosinteze, što omogućuje prevladavanje kemolitoautotrofnih bakterija..

Ovi organizmi pripadaju tipu Aquificae i kozmopolitski su; može oksidirati vodik ili molekulski sumpor s kisikom kao akceptor elektrona i popraviti ugljik putem redukcije tricarboksilne kiseline (rTCA).

Archaea

Većina kultiviranih i neobrađenih arhea identificiranih u neutralnim i alkalnim termalnim sredinama pripadaju tipu Crenarchaeota.

Takve vrste Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans ili Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, proliferiraju ispod 77 ° C i Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis i Ignisphaera aggregans, u izvorima s temperaturom većom od 80 ° C.

U kiselim sredinama postoje arheje rodova: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium i Galdivirga.

eukariotskim

Unutar eukariota neutralnih i alkalnih izvora može se navesti Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba termofilija i Oramoeba funiarolia.

U kiselim izvorima možete pronaći žanrove: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cianidium ili Galdieria.

Morski hidrotermalni okoliš

S temperaturama u rasponu od 2 ° C do više od 400 ° C, tlakovi veći od nekoliko tisuća funti po kvadratnom inču (psi) i visoke koncentracije toksičnog vodikovog sulfida (pH 2,8), hidrotermalni otvori za duboko more moguće najekstremnije okruženje na našem planetu.

U tom ekosustavu mikroorganizmi služe kao donja karika u prehrambenom lancu, dobivajući svoju energiju od geotermalne topline i kemikalija koje se nalaze u dubinama unutrašnjosti Zemlje..

Primjeri faune vezani uz morske hidrotermalne sredine

Fauna povezana s tim izvorima ili ventilima vrlo je raznolika, a postojeći odnosi između različitih svojti još nisu u potpunosti shvaćeni.

Među vrstama koje su izolirane su i bakterije i arheje. Na primjer, arheje roda su izolirane Methanococcus, Methanopyus i anaerobne termofilne bakterije roda Caminibacter.

Bakterije se razvijaju u biofilmovima koji se hrane višestrukim organizmima kao što su amfipodi, kopepodi, puževi, rakovi za račiće, cjevasti crvi, ribe i hobotnice.

Zajednička panorama sastoji se od nakupina dagnji, Bathymodiolus thermophilus, duljine više od 10 cm, koji se skupljaju u pukotinama bazaltne lave. To su obično popraćeni brojnim rakovima Galapagosa (Munidopsis subsquamosa).

Jedan od najneobičnijih pronađenih organizama je cjevasti crv Riftia pachyptila, koje se mogu grupirati u velikim količinama i doseći veličine blizu 2 metra.

Ti cjevasti crvi nemaju usta, želudac ili anus (tj. Nemaju probavni sustav); oni su potpuno zatvorena vrećica, bez otvaranja prema vanjskom okruženju.

Jarko crvena boja olovke na vrhu je zbog prisutnosti izvanstaničnog hemoglobina. Vodikov sulfid se prenosi kroz staničnu membranu povezanu s filamentima ove olovke, a kroz izvanstanični hemoglobin dolazi do specijaliziranog "tkiva" zvanog trofosom, koji se sastoji isključivo od simbiotičkih kemosintetskih bakterija..

Može se reći da ovi crvi imaju unutarnji "vrt" bakterija koje se hrane sumporovodikom i pružaju "hranu" crvu, izvanrednu prilagodbu.

Vruće pustinje

Vruće pustinje pokrivaju između 14 i 20% površine Zemlje, oko 19-25 milijuna km.

Najtoplije pustinje, kao što su Sahara sjeverne Afrike i pustinje na jugozapadu SAD-a, Meksika i Australije, nalaze se u svim tropima i na sjevernoj hemisferi iu južnoj hemisferi (između približno 10 ° i 30- 40 ° širine).

Vrste pustinja

Karakteristika vruće pustinje je sušnost. Prema klimatskoj klasifikaciji Koppen-Geiger, pustinje su regije s godišnjom količinom padalina manjih od 250 mm.

Međutim, godišnja količina padalina može biti pogrešan indeks, budući da je gubitak vode odlučujući čimbenik u proračunu za vodu.

Stoga je definicija Programa Ujedinjenih naroda za okoliš u pustinji godišnji deficit vlage u normalnim klimatskim uvjetima, gdje je potencijalna evapotranspiracija (PET) pet puta veća od stvarne oborine (P)..

Visoki PET prevladava u vrućim pustinjama jer se zbog nedostatka oblaka sunčevo zračenje približava maksimumu u sušnim područjima.

Pustinje se mogu podijeliti u dvije vrste prema njihovoj razini aridnosti:

  • Hyperáridos: s indeksom aridnosti (P ​​/ PET) manjim od 0,05.
  • Agregati: s indeksom između 0,05 i 0,2.

Pustinje se razlikuju od sušnih polusuhih zemljišta (P / PET 0,2-0,5) i suhih subhumidnih suhih površina (0,5-0,65).

Pustinje imaju i druge važne karakteristike, kao što su velike promjene temperature i visoki salinitet tla.

S druge strane, pustinja je obično povezana s dinama i pijeskom, međutim, ta slika odgovara samo 15-20% svih njih; stjenoviti i planinski krajolici najčešći su pustinjski okoliš.

Primjeri termofilnih organizama u pustinji

Stanovnici pustinja, koji su termofili, imaju niz adaptacija kako bi se suočili s nedaćama koje proizlaze iz nedostatka kiše, visokih temperatura, vjetrova, slanosti, među ostalima..

Kserofitne biljke su razvile strategije za izbjegavanje transpiracije i skladištenja što više vode. Sočnost ili zadebljanje stabljika i lišća jedna je od najčešće korištenih strategija.

To je vidljivo u obitelji Cactaceae, gdje su listovi također modificirani u obliku bodlji, kako bi se izbjegla evapotranspiracija i odbili biljojedi.

Spol Lithops ili biljke kamena, porijeklom iz pustinje Namibije, također razvija sočnost, ali u ovom slučaju biljka raste u prizemlju, kamuflirajući se okolnim kamenjem.

S druge strane, životinje koje žive u tim ekstremnim staništima razvijaju sve vrste adaptacija, od fizioloških do etoloških. Na primjer, takozvani kengurski štakori imaju mokraće male količine, malog volumena, i te su životinje vrlo učinkovite u okolišu s malo vode..

Drugi mehanizam za smanjenje gubitka vode je povećanje tjelesne temperature; na primjer, tjelesna temperatura kamila koje se odmaraju može se povećati u ljetnim mjesecima s oko 34 ° C na više od 40 ° C.

Promjene temperature su od velike važnosti u očuvanju vode, zbog sljedećeg:

  • Povećanje tjelesne temperature znači da se toplina pohranjuje u tijelu umjesto da se raspršuje isparavanjem vode. Kasnije, noću, višak topline može se izbaciti bez vode.
  • Dobitak topline u vrućem okruženju se smanjuje, jer se smanjuje gradijent temperature.

Drugi primjer je pijesak (Psammomys obesus), koji je razvio probavni mehanizam koji im omogućuje hranjenje samo pustinjskim biljkama iz obitelji Chenopodiaceae, koje sadrže velike količine soli u lišću.

Etološke (bihevioralne) prilagodbe pustinjskih životinja su brojne, ali možda je najočitija implicira da je ciklus aktivnosti i odmora obrnut.

Na taj način, ove životinje postaju aktivne u sumrak (noćna aktivnost) i prestaju biti u zoru (dnevni odmor), a njihov aktivni život ne podudara se s najtoplijim satima..

reference

  1. Baker-Austin, C. i Dopson, M. (2007). Život u kiselini: pH homeostaza kod acidofila. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. i Bjorkman, 0. (1980). Fotosintetski odgovor i prilagodba temperaturi u višim biljkama. Godišnji pregled fiziologije biljaka 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofilni mikroorganizmi i život pri visokim temperaturama. Springer-Verlag, New York, 378 str.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. i Mondaca, A.M. (2009), Izolacija bakterija arsenita-oksidirajućih iz prirodnog biofilma povezanog s vulkanskim stijenama pustinje Atacama, Čile. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. i Stein, J. (1998). Crvi uživaju u ekstremnim temperaturama. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. i Childress, J.J. (1992). Neki vole toplo ... a neki vole još toplije. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. i Kappen, L. (1975). Adaptivni mehanizmi u pustinjskim biljkama. U: Vemberg, F.J. (ed.) Fiziološka prilagodba okolini. Intext Press, Platteville, LISA, str. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Odnos strukture i funkcije toplih pustinjskih biljaka. Springer, Heidelberg, Njemačka, 216 str.
  9. Gutterman, Y. (2002). Strategije preživljavanja godišnjih pustinjskih biljaka. Springer, Berlin, Njemačka, 368 str.
  10. Lutz, R.A. (1988). Raspršivanje organizama u dubokomorskim hidrotermalnim otvorima: pregled. 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. i Desbruyeres, D. (1994). Brz rast na dubokim morskim otvorima. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. i Cerrato, R.M. (1981). Rast školjkaša na dubokim morskim hidrotermalnim otvorima uz raskol Galapagosa. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Pustinjski ekosustavi: okoliš i proizvođači. Godišnji pregled ekoloških sustava 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. i Adams, M.W.W. (1998). Termofili: ključevi za molekularnu evoluciju i podrijetlo života. Taylor i Francis, London, 346 str.