Ekstremofilne značilnosti, vrste in primeri



The ekstremofili so organizmi, ki živijo v ekstremnih okoljih, to je tistih, ki se odmikajo od pogojev, v katerih živi večina organizmov, ki so znani ljudem..

Izrazi "ekstremni" in "ekstremofil" sta relativno antropocentrični, saj ljudje ocenjujejo habitate in njihove prebivalce, odvisno od tega, kaj bi bilo za naš obstoj ekstremno..

Zato je za ekstremno okolje značilno, da predstavlja človeku nevzdržne pogoje glede temperature, vlažnosti, slanosti, svetlobe, pH, razpoložljivosti kisika in drugih stopenj toksičnosti..

Z neantropocentričnega vidika so ljudje lahko ekstremofilna bitja, odvisno od organizma, ki jih je ocenil. Na primer, z vidika strogega anaerobnega organizma, za katerega je kisik strupen, so aerobna bitja (kot ljudje) ekstremofili. Za človeka pa so anaerobni organizmi ekstremofili.

Indeks

  • 1 Izvor izraza "ekstremofili"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Značilnosti ekstremnih okolij
  • 3 Vrste ekstremofilov na zoološki lestvici
    • 3.1 Enocelični organizmi
    • 3.2 Večcelični organizmi
    • 3.3 Poli-ekstremofili
  • 4 Najpogostejše vrste ekstremnih okolij
    • 4.1 Ekstremna hladna okolja
    • 4.2 Ekstremna toplotna okolja
    • 4.3 Okolja z izjemnim pritiskom
    • 4.4 Ekstremno kislo in alkalno okolje
    • 4.5 Hipersalinska in anoksična okolja
    • 4.6 Visoka sevalna okolja
    • 4.7 Antropogeni cilji
  • 5 Prehodi in ekotoni
  • 6 Živali in rastline z več fazami ali fazami
    • 6.1 Rastline
    • 6.2 Živali
  • 7 Reference

Izvor izraza "ekstremofili"

Trenutno definiramo kot "skrajnosti" številna okolja znotraj in zunaj planeta Zemlje in nenehno odkrivamo organizme, ki so sposobni ne samo preživeti, temveč tudi širiti v mnogih izmed njih..

R. D. Macelroy

Leta 1974 je R. D. Macelroy predlagal izraz "ekstremofili", da bi opredelil te organizme, ki predstavljajo optimalno rast in razvoj v ekstremnih pogojih, v nasprotju z mezofilnimi organizmi, ki rastejo v okoljih vmesnih pogojev..

Po Macelroyju:

"Extremófilo je opisen za organizme, ki lahko naseljujejo okolja, ki so sovražna z mezofili, ali organizmi, ki rastejo le v vmesnih okoljih.".

Obstajata dve osnovni stopnji ekstremizma v organizmih: tisti, ki lahko tolerirati izredne okoljske razmere in prevladujejo nad drugimi; in tiste, ki rastejo in se razvijajo optimalno v ekstremnih pogojih.

Značilnosti ekstremnih okolij

Poimenovanje okolja kot "ekstremnega" se odziva na antropogeno gradnjo, ki temelji na upoštevanju oddaljenih koncev izhodišča nekega okoljskega stanja (temperatura, slanost, sevanje, med drugim), ki omogoča preživetje ljudi.

Vendar pa mora ta naziv temeljiti na določenih značilnostih okolja, z vidika organizma, ki ga naseljuje (namesto človeške perspektive)..

Te značilnosti vključujejo: biomaso, produktivnost, biotsko raznovrstnost (število vrst in zastopanost višjih taksonov), raznolikost procesov v ekosistemih in posebne prilagoditve okolju zadevnega organizma..

Vsota vseh teh lastnosti označuje skrajno stanje okolja. Na primer, ekstremno okolje je tisto, ki na splošno predstavlja:

  • Nizka biomasa in produktivnost
  • Prevladovanje arhaičnih oblik življenja
  • Odsotnost nadrejenih oblik življenja
  • Odsotnost fotosinteze in fiksacije dušika, vendar odvisnost od drugih presnovnih poti in fizioloških, presnovnih, morfoloških in / ali prilagoditev življenjskega cikla \ t.

Vrste ekstremofilov na zoološki lestvici

Enocelični organizmi

Izraz ekstremofil se pogosto nanaša na prokariote, kot so bakterije, in se včasih uporablja izmenično z Archaea..

Vendar pa obstaja veliko različnih ekstremofilnih organizmov in naše znanje o filogenetski raznolikosti v ekstremnih habitatih narašča skoraj vsak dan.

Vemo, na primer, da so vsi hipertermofili (ljubitelji toplote) člani Archaea in Bakterij. Eukarioti so pogosti med psihrofili (ljubitelji mraza), acidofili (ljubitelji nizkega pH), alkalofili (ljubitelji visokega pH), kserofili (ljubitelji suhega okolja) in halofili (ljubitelji soli).

Večcelični organizmi

Večcelični organizmi, kot so nevretenčarji in vretenčarji, so lahko tudi ekstremofili.

Nekatere psihrofile vključujejo na primer majhno število žab, želv in kač, ki se pozimi izogibajo znotrajceličnemu zamrzovanju v njihovih tkivih, kopičijo osmolite v celični citoplazmi in omogočajo zamrzovanje samo zunajcelične vode (zunaj celic)..

Drug primer je primer antarktične ogorčice Panagrolaimus davidi, ki lahko preživijo znotrajcelično zamrzovanje (zamrzovanje vode v vaših celicah), lahko rastejo in razmnožujejo po odtajanju.

Tudi ribe iz družine Channichthyidae, prebivalci hladnih voda Antarktike in južne ameriške celine, uporabljajo beljakovine proti zmrzovanju za zaščito celic pred popolnim zamrznitvijo..

Poly-extremophiles

Poli-ekstremofili so organizmi, ki lahko hkrati preživijo več kot eno ekstremno stanje, zato so pogosti v vseh ekstremnih okoljih.

Na primer, puščavske rastline, ki preživljajo tako ekstremno toploto, omejeno razpoložljivost vode in pogosto veliko slanost.

Drug primer bi lahko bile živali, ki živijo na morskem dnu, ki so sposobne prenesti zelo visoke pritiske, kot so pomanjkanje svetlobe in pomanjkanje hranil, med drugim..

Najpogostejše vrste ekstremnih okolij

Tradicionalno se ekstremi okolja določajo na podlagi abiotskih dejavnikov, kot so:

  • Temperatura.
  • Razpoložljivost vode.
  • Pritisk.
  • pH.
  • Slanost.
  • Koncentracija kisika.
  • Stopnje sevanja.

Podobno so ekstremofili opisani na podlagi ekstremnih pogojev, ki jih podpirajo.

Najpomembnejša ekstremna okolja, ki jih lahko prepoznamo po abiotskih pogojih, so:

Ekstremna hladna okolja

Ekstremna hladna okolja so tista, ki se vzdržujejo ali padejo pogosto v obdobjih (kratkih ali dolgih) temperatur pod 5 ° C. Med njimi so kopenski poleti, gorske regije in nekateri globoki oceanski habitati. Tudi nekatere zelo vroče puščave podnevi ponoči imajo zelo nizke temperature.

Obstajajo tudi drugi organizmi, ki živijo v kriosferi (kjer je voda v trdnem stanju). Na primer, organizmi, ki živijo v ledenih matricah, permafrostu, pod stalnim ali občasnim snežnim pokrovom, morajo dopuščati več skrajnosti, vključno s hladno, izsušitvijo in visokimi ravnmi sevanja.

Ekstremna toplotna okolja

Izjemno vroči habitati so tisti, ki ostanejo ali občasno dosežejo temperature nad 40 ° C. Na primer, vroče puščave, geotermalna mesta in globokomorske hidrotermalne odprtine.

Pogosto so povezane z ekstremno visokimi temperaturami, okoljem, kjer je razpoložljiva voda zelo omejena (vztrajno ali redno), kot so hladne in vroče puščave in nekateri endolitski habitati (ki se nahajajo v skalah)..

Okolja z izjemnim pritiskom

Druga okolja so podvržena visokemu hidrostatskemu pritisku, kot so bentoška območja oceanov in globokih jezer. V teh globinah morajo njegovi prebivalci vzdržati pritiske nad 1000 atmosfer.

Alternativno, v gorah in drugih visokih predelih sveta obstajajo hipobarične skrajnosti (nizkega atmosferskega tlaka).

Ekstremno kislo in alkalno okolje

Na splošno so izjemno kisla okolja tista, ki ohranjajo ali redno dosegajo vrednosti pod pH 5.

Zlasti nizki pH povečuje "skrajno" stanje okolja, saj povečuje topnost prisotnih kovin in organizme, ki živijo v njih, je treba prilagoditi številnim abiotskim skrajnostim..

Nasprotno pa so izjemno alkalna okolja tista, ki ostanejo ali redno beležijo pH vrednosti nad 9..

Primeri ekstremnih pH okolij so jezera, podtalnica in tla, zelo kisla ali alkalna.

Hipersalinska in anoksična okolja

Hipersalinska okolja so opredeljena kot tista s koncentracijami soli, ki so višje od koncentracij morske vode, ki ima 35 delov na tisoč. Med temi okolji so hipersalinasta in slanina.

Pri "slanici" se ne nanašamo le na slanost natrijevega klorida, ker lahko pride do slanih okolij, kjer je prevladujoča sol drugačna..

Habitati z omejenim prostim kisikom (hipoksični) ali brez prisotnega kisika (anoksični), vztrajno ali v rednih časovnih presledkih, se prav tako štejejo za izjemne. Na primer, okolice s temi značilnostmi bi bile anoksične bazene v oceanih in jezerih ter najgloblje plasti sedimentov.

Visoko sevalno okolje

Ultravijolično (UV) ali infrardeče (IR) sevanje lahko povzroči tudi ekstremne pogoje za organizme. Ekstremna okolja v sevanju so tista, ki so izpostavljena nenormalno visokemu sevanju ali sevanju zunaj normalnega območja. Na primer, polarna okolja in velika nadmorska višina (kopenska kot vodna).

Phaeocystis pouchetii

Nekatere vrste imajo izogibne mehanizme visokega ali IR sevanja. Na primer, antarktične morske alge Phaeocystis pouchetii proizvaja vodotopne "kreme za sončenje", ki močno absorbirajo UV-B valovne dolžine (280-320nm) in ščitijo vaše celice pred izredno visokimi nivoji UV-B v zgornjih 10 m vodnega stolpca (po lom morskega ledu).

Deinococcus radiodurans

Drugi organizmi so zelo tolerantni na ionizirajoče sevanje. Na primer bakterija Deinococcus radiodurans lahko ohrani svojo genetsko celovitost z izravnavo obsežnih poškodb DNK po izpostavljenosti ionizirajočemu sevanju.

Ta bakterija uporablja medcelične mehanizme za omejitev razgradnje in omejuje difuzijo fragmentov DNA. Poleg tega ima zelo učinkovite proteine ​​za popravilo DNA.

Astyanax hubbsi

Tudi v okoljih z očitno majhnim sevanjem ali brez sevanja so ekstremofilni organizmi prilagojeni, da se odzivajo na spremembe ravni sevanja.

Na primer, Astyanax hubbsi, slepa mehiška riba, ki živi v jamah, ne predstavlja površno zaznavnih očesnih struktur in kljub temu lahko loči majhne razlike v svetlobi okolja. Uporabljajo ekstraokularne fotoreceptorje za odkrivanje in odzivanje na vizualne dražljaje v gibanju.

Antropogeni konec

Trenutno živimo v okolju, kjer se uvedejo ekstremni okoljski pogoji, ki so umetno ustvarjeni kot posledica človekovih dejavnosti.

Tako imenovana okolja z antropogenim vplivom so izjemno raznolika, imajo globalni doseg in jih ni mogoče več prezreti pri določanju nekaterih ekstremnih okolij..

Na primer, okolja, ki so pod vplivom onesnaževanja (atmosferska, vodna in tla), podnebne spremembe in kisli dež, pridobivanje naravnih virov, fizične motnje in prekomerno izkoriščanje.

Prehodi in ekotoni

Poleg zgoraj omenjenih ekstremnih okolij so se zemeljski ekologi vedno zavedali posebne narave prehodnih območij med dvema ali več različnimi skupnostmi ali okolji, kot je vrstica dreves v gorah ali meja med gozdovi in ​​travniki. . To se imenuje napetostni pasovi ali ekotoni.

V morskem okolju obstajajo tudi ekotoni, na primer prehod med ledom in vodo, ki ga predstavlja rob morskega ledu. Ta prehodna območja običajno kažejo večjo raznolikost vrst in gostoto biomase kot bočne skupnosti, predvsem zato, ker lahko organizmi, ki živijo v njih, izkoristijo vire sosednjih okolij, kar jim lahko da prednost..

Vendar so ekotoni nenehno spreminjajoče se in dinamične regije, ki pogosto kažejo širši razpon sprememb v abiotskih in biotskih pogojih v letnem obdobju kot sosednja okolja..

To bi lahko razumno šteli za "skrajno", ker zahteva, da organizmi nenehno prilagajajo svoje vedenje, fenologijo (sezonski čas) in interakcije z drugimi vrstami..

Vrste, ki živijo na obeh straneh ekotona, so pogosto bolj strpne do dinamike, medtem ko vrste, katerih obseg je omejen na eno stran, izkusijo drugo stran kot ekstremno..

Na splošno so ta prehodna območja pogosto prvi prizadeti zaradi sprememb podnebja in / ali sprememb, tako naravnih kot antropogenih..

Živali in rastline z več fazami ali fazami

Ne samo, da so okolja dinamična, da so lahko ekstremna ali ne, vendar so tudi organizmi dinamični in imajo življenjske cikle z različnimi stopnjami, prilagojene posebnim okoljskim pogojem..

Lahko se zgodi, da je okolje, ki podpira eno od stopenj življenjskega cikla organizma, ekstremno za drugo fazo.

Rastline

Na primer, kokos (Cocos nucifera), predstavlja seme, prilagojeno za prevoz po morju, toda zrelo drevo raste na kopnem.

V žilnih rastlinah, ki vsebujejo spore, kot so praproti in različne vrste mahov, je gametofit lahko brez fotosintetičnih pigmentov, brez korenin in odvisen od vlažnosti okolja.

Medtem ko so sporophytes imajo korenike, korenine in brsti, ki vzdržijo pogoje toplote in suho v polni sončni svetlobi. Razlika med sporophytes in gametophytes je v enakem vrstnem redu kot razlike med taksoni.

Živali

Zelo tesen primer so mladostniške faze mnogih vrst, ki so na splošno nestrpne do okolja, ki običajno obdaja odraslega, zato običajno potrebujejo zaščito in oskrbo v obdobju, v katerem pridobijo potrebne spretnosti in moči. omogočajo obravnavo teh okolij.

Reference

  1. Kohshima, S. (1984). Nova hladno tolerantna žuželka, najdena na himalajskem ledeniku. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Nekaj ​​pripomb na razvoj ekstremofilov. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. in Kelly, G.J. (1991) UV-B zaščitne spojine v morski algi Phaeocystis pouchetti z Antarktike. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Sto let Dunaliella raziskave: 1905-2005. Solni sistemi 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. in Mancinelli, R.L. (2001). Življenje v ekstremnih okoljih. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. in Zillig, W. (1995). Lite pri izredno nizkem pH. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. and Storey, J.M. (1996). Naravna preživetje zamrznitve pri živalih. Letni pregled ekologije in sistematike 27, 365-386.
  8. Teyke, T. in Schaerer, S. (1994) Slepa mehiška jamska riba (Astyanax hubbsi) so se odzvali na gibljive vizualne dražljaje. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. in Somero, G.N. (1982). Življenje z vodnim stresom: razvoj osmolitnih sistemov. Science 217, 1214-1222.