Extremophiles egenskaber, typer og eksempler



den extremofiler de er organismer, der lever i ekstreme omgivelser, det vil sige dem, der bevæger sig væk fra de betingelser, hvor de fleste af de organismer, der er kendt for mennesker, lever..

Begreberne "ekstreme" og "ekstremofile" er relativt antropocentriske, fordi mennesker vurderer levesteder og deres indbyggere afhængigt af, hvad der ville blive betragtet som ekstremt for vores egen eksistens.

Det, der kendetegner et ekstremt miljø, er derfor, at det giver uacceptable betingelser for mennesker med hensyn til temperatur, fugtighed, saltholdighed, lys, pH, tilgængelighed af ilt, toksicitetsniveauer blandt andre..

Fra et ikke-antropocentrisk perspektiv kunne mennesker være ekstremophile væsener, afhængigt af organismen, der vurderede dem. For eksempel, fra et synspunkt af en streng anaerob organisme, for hvilken ilt er toksisk, ville aerobiske væsener (som mennesker) være ekstremofiler. For mennesket er derimod anaerobe organismer ekstremofiler.

indeks

  • 1 Oprindelse af udtrykket "extremophiles"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Karakteristik af ekstreme omgivelser
  • 3 Typer af ekstremofiler i zoologisk skala
    • 3.1 enkeltcellerede organismer
    • 3.2 Multicellulære organismer
    • 3.3 Poly-ekstremofiler
  • 4 Mest almindelige typer ekstreme miljøer
    • 4.1 Ekstreme kolde omgivelser
    • 4.2 Ekstreme varmemiljøer
    • 4.3 Miljøer med ekstremt tryk
    • 4.4 Ekstreme syre og alkaliske miljøer
    • 4.5 Hypersalin og anoxiske miljøer
    • 4.6 Høje strålingsmiljøer
    • 4.7 Antropogene ender
  • 5 Overgange og økotoner
  • 6 Dyr og planter med flere faser eller faser
    • 6.1 Planter
    • 6.2 Dyr
  • 7 referencer

Oprindelsen af ​​udtrykket "extremophiles"

I øjeblikket definerer vi som "ekstremer" adskillige miljøer inden for og uden for Jorden, og vi opdager konstant organismer, der er i stand til ikke alene at overleve, men også at trives bredt i mange af dem.

R. D. Macelroy

I 1974, R. D. macelroy foreslog udtrykket "ekstremofiler" at definere disse organismer med optimal vækst og udvikling under ekstreme forhold, i modsætning til de mesofile organismer, der vokser i miljøer mellemliggende betingelser.

Ifølge Macelroy:

"Extremófilo er en beskrivende for organismer, der er i stand til at beboe miljøer fjendtlige for mesofiler eller organismer, der kun vokser i mellemmiljøer".

Der er to grundlæggende grader af ekstremisme i organismer: dem der kan tolerere en ekstrem miljøtilstand og bliver dominerende over andre og dem der vokser og udvikler sig optimalt under ekstreme forhold.

Karakteristik af ekstreme omgivelser

Navnet på et miljø som "ende" responderer på en menneskeskabt konstruktion, baseret på betragtning af de distale ender af basislinje en vis miljømæssig stand (temperatur, saltholdighed, stråling osv), hvilket muliggør menneskets overlevelse.

Denne betegnelse skal imidlertid baseres på bestemte karakteristika af et miljø ud fra det organisme, der befinder sig i det (i stedet for det menneskelige perspektiv).

Disse egenskaber omfatter: biomasse, produktivitet, biodiversitet (antal arter og repræsentation af højere taxa), forskelligartethed i processer i økosystemer og specifikke tilpasninger af omgivelserne af den pågældende organisme.

Summen af ​​alle disse karakteristika angiver den ekstreme tilstand af et miljø. For eksempel er et ekstremt miljø, der generelt præsenterer:

  • Lav biomasse og produktivitet
  • Overdrivelse af arkaiske livsformer
  • Manglende overlegen livsformer
  • Fravær af fotosyntese og kvælstoffiksering, men afhængigheden af ​​andre metaboliske veje og fysiologiske, metaboliske, morfologiske og / eller livscyklusspecifikke tilpasninger.

Typer af ekstremofiler i zoologisk skala

Unicellular organismer

Udtrykket extremophile refererer ofte til prokaryoter, såsom bakterier, og bruges undertiden omveksling med Archaea..

Der er imidlertid en bred vifte af ekstreofile organismer, og vores viden om fylogenetisk mangfoldighed i ekstreme habitater øges næsten dagligt.

Vi ved for eksempel, at alle hyperthermofiler (varme-elskende) er medlemmer af Archaea og bakterier. Eukaryoter er almindelige blandt psykrofile (kold-elskende), acidophilic (elskende lav pH), alkalofile (elskende høj pH), xerofile (kærester tørre miljøer) og halofil (salt elskende).

Multicellulære organismer

Multicellulære organismer, såsom hvirvelløse dyr og hvirveldyr, kan også være ekstremofiler.

For eksempel er nogle psykrofil omfatter et lille antal frøer, skildpadder og en slange, som i løbet af vinteren forhindrer intracellulære frysning i deres væv, akkumulering osmolytter i cellecytoplasmaet og tillade frysning kun det ekstracellulære vand (ydre celler).

Et andet eksempel er tilfældet med den antarktiske nematode Panagrolaimus davidi, som kan overleve intracellulær frysning (vandfrysning inde i dine celler), kan vokse og reproducere efter optøning.

Også fiskene fra familien Channichthyidae, indbyggere i Antarktis koldt vand og syd for det amerikanske kontinent, bruger frostbeskyttelsesproteiner til at beskytte deres celler mod deres fuldstændige frysning.

Polyextremophile

Poly-ekstremofiler er organismer, der kan overleve mere end en ekstrem tilstand samtidig, og er derfor almindelige i alle ekstreme omgivelser.

For eksempel er ørkenplanter, der overlever både ekstrem varme, begrænset vandtilgængelighed og ofte høj saltholdighed.

Et andet eksempel ville være de dyr, der befinder sig i havbunden, som er i stand til at modstå meget høje tryk, som f.eks. Mangel på lys og mangel på næringsstoffer..

Mest almindelige typer ekstreme miljøer

Traditionelt er miljømæssige ekstremer defineret ud fra abiotiske faktorer, såsom:

  • temperatur.
  • Vandtilgængelighed.
  • tryk.
  • pH.
  • salthed.
  • Oxygenkoncentration.
  • Strålingsniveauer.

På samme måde beskrives ekstremofiler på grundlag af ekstreme forhold, der understøtter.

De vigtigste ekstreme miljøer, som vi kan genkende i henhold til deres abiotiske forhold, er:

Ekstreme kolde omgivelser

Ekstreme kolde omgivelser er de, der vedligeholdes eller falder ofte i perioder (korte eller lange) med temperaturer under 5 ° C. Disse omfatter landpoler, bjergområder og nogle dybe havområder. Selv nogle meget varme ørkener om dagen har meget lave temperaturer om natten.

Der er andre organismer, der lever i kryosfæren (hvor vandet er i fast tilstand). Fx organismer, der lever i is matricer, permafrost, under vedvarende eller periodisk dækning sne, må tolerere flere ender, herunder koldt, tørring og høje strålingsniveauer.

Ekstreme varme miljøer

Ekstremt varme levesteder er de der forbliver eller regelmæssigt når temperaturer over 40 ° C. For eksempel, varme ørkener, geotermiske steder og dyb-vand hydrotermiske ventilationskanaler.

Ofte forbundet med ekstreme miljøer med høje temperaturer, hvor vand til rådighed, er meget begrænset (eller vedvarende regelmæssige tidsperioder), såsom varme og kolde ørkener, og nogle endolithic habitater (som er beliggende inden klipper).

Miljøer med ekstremt tryk

Andre miljøer er udsat for højt hydrostatisk tryk, såsom de bentiske zoner i oceaner og dybe søer. I disse dybder skal dens indbyggere modstå tryk over 1000 atmosfærer.

Alternativt er der hypobariske ekstremer (med lavt atmosfærisk tryk), i bjerge og i andre høje regioner i verden.

Ekstreme syre og alkaliske miljøer

Generelt er ekstremt sure miljøer dem, som opretholder eller regelmæssigt når værdier under pH 5.

Lav pH især øger miljøets "ekstreme" tilstand, da det øger opløseligheden af ​​de tilstedeværende metaller, og de organismer, der lever i dem, skal tilpasses til flere abiotiske ekstremer.

Omvendt er ekstremt alkaliske miljøer dem, der forbliver eller regelmæssigt registrerer pH-værdier over 9..

Eksempler på ekstreme pH-miljøer omfatter søer, grundvand og jord, meget sure eller alkaliske.

Hypersaline og anoxiske miljøer

Hypersaline miljøer er defineret som dem med saltkoncentrationer højere end havvandets, som har 35 dele pr. Tusind. Disse miljøer omfatter hypersalin- og saltvandssøer.

Med "saltvand" henviser vi ikke kun til saltholdighed med natriumchlorid, da der kan være saltvandsmiljøer, hvor det overordnede salt er et andet.

Habitater med begrænset fri oxygen (hypoxisk) eller intet oxygentilstedeværende (anoxisk), enten vedvarende eller med jævne mellemrum, betragtes også som ekstreme. For eksempel ville miljøer med disse karakteristika være de anoxiske bassiner i oceaner og søer og de dybeste sedimentlag.

Høje strålingsmiljøer

Ultraviolet (UV) eller infrarød (IR) stråling kan også påføre ekstreme forhold på organismer. Ekstreme miljøer i stråling er dem, der udsættes for unormalt høj stråling eller stråling uden for det normale område. For eksempel er polære miljøer og høj højde (terrestriske og akvatiske).

Phaeocystis pouchetii

Nogle arter udviser undvigende mekanismer med høj UV eller IR-stråling. For eksempel, Antarktis tang Phaeocystis pouchetii producerer "solfiltre" vandopløselig, som kraftigt absorberer længder UV-B (280-320nm) bølge og beskytte deres celler ekstremt høje niveauer af UV-B i den øverste 10 m vandsøjle (efter havets isbrydning).

Deinococcus radiodurans

Andre organismer er meget tolerante overfor ioniserende stråling. For eksempel bakterien Deinococcus radiodurans kan bevare sin genetiske integritet ved at kompensere for omfattende DNA-beskadigelse efter eksponering for ioniserende stråling.

Denne bakterie bruger intercellulære mekanismer til at begrænse nedbrydning og begrænse diffusionen af ​​DNA-fragmenter. Derudover har den meget effektive DNA-reparationsproteiner.

Astyanax hubbsi

Selv i omgivelser med tilsyneladende lav stråling eller ingen stråling er ekstremophile organismer tilpasset til at reagere på ændringer i strålingsniveauer.

For eksempel, Astyanax hubbsi, en blind mexicansk fisk, der befinder sig i huler, ikke præsenterer overfladisk synlige okulære strukturer og kan alligevel skelne mellem små forskelle i omgivende lys. De bruger ekstraokulære fotoreceptorer til at detektere og reagere på visuelle stimuli i bevægelse.

Antropogene ender

Vi lever i øjeblikket i et miljø, hvor ekstreme miljøforhold pålægges kunstigt skabt som en effekt af menneskelige aktiviteter.

De såkaldte miljøer med menneskeskabte virkninger er ekstremt varierede, har en global rækkevidde og kan ikke længere ignoreres, når de definerer visse ekstreme miljøer.

For eksempel er miljøer, der er ramt af forurening (atmosfærisk, vand og jord) -lignende klimaændringer og sur regnskov-, udvinding af naturressourcer, fysisk forstyrrelse og overudnyttelse.

Overgange og økotoner

Ud over de ekstreme miljøer, der er nævnt ovenfor, har terrestriske økologer altid været opmærksomme på den særlige karakter af overgangszoner mellem to eller flere forskellige samfund eller miljøer, såsom træstrengene i bjergene eller grænsen mellem skove og græsarealer. . Disse kaldes spændingsbælter eller økotoner.

Økotoner eksisterer også i havmiljøet, for eksempel overgangen mellem is og vand repræsenteret ved havets iskant. Disse overgangszoner udviser typisk større arterdiversitet og biomasse-densitet end de flankerende samfund, hovedsagelig fordi de organismer, der lever i dem, kan udnytte ressourcerne i tilstødende miljøer, hvilket kan give dem en fordel.

Men økotoner ændrer sig konstant og dynamiske regioner, som ofte viser en bredere vifte af abiotiske og biotiske forhold i en årlig periode end tilstødende miljøer.

Dette kunne med rimelighed betragtes som "ekstremt", fordi det kræver, at organismer kontinuerligt tilpasser deres adfærd, fenologi (sæsonbestemt tid) og interaktioner med andre arter.

Arter, der lever på begge sider af økotonen, er ofte mere tolerante for dynamik, mens arter, hvis rækkevidde er begrænset til den ene side, oplever den anden side som ekstrem.

Generelt er disse overgangsområder også ofte først påvirket af ændringer i klima og / eller ændringer, både naturlige og menneskeskabte.

Dyr og planter med flere faser eller faser

Miljøerne er ikke kun dynamiske, de kan være ekstreme eller ej, men organismer er også dynamiske og har livscykluser i forskellige faser tilpasset særlige miljøforhold.

Det kan ske, at det miljø, der understøtter et af stadierne af en organismers livscyklus, er ekstremt for et andet af stadierne.

planter

For eksempel er kokosnoten (Kokosnucifera), præsenterer et frø tilpasset til søtransport, men det modne træ vokser på land.

I sporebærende vaskulære planter, såsom bregner og forskellige typer mos, kan gametofyten være blottet for fotosyntetiske pigmenter, har ingen rødder og er afhængige af miljøfugtighed.

Mens sporofytterne har rhizomer, rødder og knopper, der tåler varme og tørhedsforhold i fuld sollys. Forskellen mellem sporophytes og gametophytes er i samme rækkefølge som forskelle mellem taxa.

dyr

Et meget nært eksempel er de unge faser af mange arter, som generelt er intolerante for miljøet, der normalt omgiver voksne, så de kræver normalt beskyttelse og pleje i den periode, hvor de erhverver de færdigheder og styrker, de har brug for. tillade at håndtere disse miljøer.

referencer

  1. Kohshima, S. (1984). Et nyt koldtolerant insekt fundet i en Himalayan-gletscher. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Nogle kommentarer til udviklingen af ​​ekstremofiler. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10,1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. og Kelly, G.J. (1991) UV-B-beskyttende forbindelser i den marine alge Phaeocystis pouchetti fra Antarktis. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Hundrede år af Dunaliella forskning: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. og Mancinelli, R.L. (2001). Liv i ekstreme omgivelser. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. og Zillig, W. (1995). Lite ved ekstremt lav pH. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. og Storey, J.M. (1996). Naturfrysning overlevelse hos dyr. Årlig gennemgang af økologi og systematik 27, 365-386.
  8. Teyke, T. og Schaerer, S. (1994) Blind Mexican Cave Fish (Astyanax hubbsi) reagerede på bevægende visuelle stimuli. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. og Somero, G.N. (1982). Lever med vandspænding: udvikling af osmolytsystemer. Science 217, 1214-1222.