Karakteristiske termofiler, klassificering og miljøer



den termofile er en subtype af ekstremofile organismer, som er karakteriseret ved at tolerere høje temperaturer, mellem 50 ° C og 75 ° C, enten fordi disse temperaturværdier i disse ekstreme omgivelser opretholdes, eller fordi de ofte nås.

Termofile organismer er sædvanligvis bakterier eller archaea, men der er metazoaner (eukaryote organismer, der er heterotrofiske og væv), som også udvikler sig på varme steder.

marine organismer forbundet symbiotisk med termofile bakterier, kan tilpasses til disse høje temperaturer er også kendt og har også udviklet biokemiske mekanismer som modificeret hæmoglobin, forhøjet volumen, blandt andre, som tillader dem at tolerere toksiciteten af ​​sulfider og forbindelser af svovl.

Det menes at termofile prokaryoter var de første enkle celler i livets udvikling, og at de beboede steder med vulkansk aktivitet og gejsere i oceanerne.

Eksempler på sådanne termofile organismer, der lever nær hydrotermiske væld eller ventilationskanaler i bunden af ​​havet, da de metanogene bakterier (metan producerende) og annelid Riftia pachyptila.

De vigtigste habitater, hvor termofiler findes, er:

  • Terrestriske hydrotermiske miljøer.
  • Marine hydrotermiske miljøer.
  • Hot ørkener.

indeks

  • 1 Karakteristika for termofile organismer
    • 1.1 Særlige træk ved termofile organismer
  • 2 Klassificering af termofile organismer
  • 3 Termofile organismer og deres omgivelser
    • 3.1 Terrestriske hydrotermiske miljøer
    • 3.2 Eksempler på organismer, der befinder sig i jordbaserede hydrotermiske miljøer
    • 3.3 bakterier
    • 3,4 buer
    • 3,5 eukaryoter
    • 3.6 Marine hydrotermiske miljøer
    • 3.7 Eksempler på fauna forbundet med marine hydrotermiske miljøer
    • 3.8 Hot ørkener
    • 3.9 Typer af ørkener
    • 3.10 Eksempler på termofile ørkenorganismer
  • 4 referencer

Karakteristika for termofile organismer

Temperatur: kritisk abiotisk faktor til udvikling af mikroorganismer

Temperatur er en af ​​de vigtigste miljøfaktorer, der forudsætter vækst og overlevelse af levende væsener. Hver art har en række temperaturer, mellem hvilke den kan overleve, men den har en optimal vækst og udvikling ved bestemte temperaturer.

Væksthastigheden for hver organisme kan udtrykkes grafisk i forhold til temperaturen, idet der opnås de værdier, der svarer til de kritiske kritiske temperaturer (minimum, optimum og maksimum)..

Minimum temperaturer

I de mindste temperaturer af vækst af en organisme sker der et fald i den cellulære membrans fluiditet, og processerne for transport og udskiftning af materialer som indtræden af ​​næringsstoffer og udgang af giftige stoffer kan stoppe.

Mellem minimumstemperaturen og den optimale temperatur øges væksten af ​​mikroorganismer.

Optimal temperatur

Ved den optimale temperatur forekommer metaboliske reaktioner med maksimal effektivitet.

Maksimal temperatur

Over den optimale temperatur er der et fald i væksthastigheden til den maksimale temperatur, der kan tolereres af hver organisme.

Ved disse høje temperaturer denatureres og inaktiveres de strukturelle og funktionelle proteiner som enzymerne, da de mister deres geometriske konfiguration og særlige rumlige konfigurationer, bryder den cytoplasmatiske membran ned og termisk lys eller brud opstår på grund af varme.

Hver mikroorganisme har sine minimale, optimale og maksimale temperaturer i drift og udvikling. Termofiler har usædvanligt høje værdier ved disse tre temperaturer.

Særlige træk ved termofile organismer

  • Termofile organismer har høje vækstrater, men korte levetider.
  • De har mange lipider eller langkædede mættede fedtstoffer i deres cellemembran; Denne type mættede fedtstoffer er i stand til at absorbere varme og gå i flydende tilstand ved høje temperaturer (smelte) uden at blive ødelagt.
  • Dens strukturelle og funktionelle proteiner er meget stabile mod varme (termostabil), gennem kovalente bindinger og særlige intermolekylære kræfter kaldet dispersionskræfter i London.
  • De har også specielle enzymer til at opretholde metabolisk funktion ved høje temperaturer.
  • Det er kendt, at disse termofile mikroorganismer kan anvende sulfiderne og rigelige svovlforbindelser i vulkanske områder som kilder til næringsstoffer for at omdanne dem til organisk materiale.

Klassificering af termofile organismer

Termofile organismer kan opdeles i tre brede kategorier:

  • Moderate termofiler (optimal mellem 50-60 ° C).
  • Ekstreme termofiler (optimal tæt på 70 ° C).
  • Hyperthermophiler (optimal tæt på 80 ° C).

Termofile organismer og deres omgivelser

Terrestriske hydrotermiske miljøer

Hydrotermiske steder er overraskende almindelige og udbredt. De kan bredt inddeles i dem, der er forbundet med vulkanske områder og dem, der ikke er..

Hydrotermiske miljøer med højere temperaturer er generelt forbundet med vulkanske funktioner (kedler, fejltagelser begrænser tektoniske plader, bassiner posterior arch), der tillader magma flytte til en dybde, hvor den kan interagere direkte med grundvandet overfladisk.

Hot spots er også ofte ledsaget af andre egenskaber, der gør livet svært, såsom pH, organisk materiale, kemisk sammensætning og ekstrem saltholdighed..

Indbyggerne i terrestriske hydrotermiske miljøer overlever derfor i nærvær af flere ekstreme forhold. Disse organismer er kendt som polyextramofiler.

Eksempler på organismer, der befinder sig i jordbaserede hydrotermiske miljøer

Organer, der tilhører de tre domæner (eukaryoter, bakterier og arkæa) er blevet identificeret i terrestriske hydrotermiske miljøer. Mangfoldigheden af ​​disse organismer bestemmes hovedsageligt af temperaturen.

Mens en bred vifte af bakteriearter beboer moderat termofile miljøer, kan fotoautotrofer dominere det mikrobielle samfund og danne makroskopiske "mats" eller "tæppe" strukturer..

Disse "fotosyntetiske tæpper" er til stede på overfladen af ​​de fleste neutrale og alkaliske varme kilder (pH større end 7,0) ved temperaturer mellem 40-71 ° C, med cyanobakterier etableret som større dominerende producenter.

Over 55 ° C er fotosyntetiske tæpper overvejende beboet af encellulære cyanobakterier, såsom Synechococcus sp.

bakterier

Fotosyntetiske mikrobielle tæpper kan også overvejende beboes af bakterier fra slægterne Chloroflexus og Roseiflexus, begge medlemmer af ordren Chloroflexales.

Når de er forbundet med cyanobakterier, er arten af Chloreflexus og Roseiflexus vokse optimalt i fotoheterotrofiske forhold.

Hvis pH er sur, er slægten almindelig Acidiosphera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium og Thermodesulfator.

I hyperthermofile kilder (mellem 72-98 ° C) er det kendt, at fotosyntese ikke forekommer, hvilket gør det muligt at overveje kemolithoautotrofe bakterier.

Disse organismer tilhører phylum Aquificae og er kosmopolitiske; kan oxidere hydrogen eller molekylært svovl med oxygen som en elektronacceptor og fixere carbon gennem den reducerende tricarboxylsyre (rTCA) -vej.

archaea

Størstedelen af ​​dyrkede og ikke-dyrkede arkæer identificeret i neutrale og alkaliske termiske miljøer tilhører Crenarchaeota phylum.

Arter som Termofilum pendens, Thermosphaera aggregater eller Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, proliferere under 77 ° C og Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis og Ignisphaera aggregater, i kilder med en temperatur på over 80 ° C.

I de sure omgivelser er der slægters archaea: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium og Galdivirga.

eukaryote

Inden for eukaryoter af neutrale og alkaliske kilder kan nævnes Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia og Oramoeba funiarolia.

I syre kilder kan du finde genrene: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium eller Galdieria.

Marine hydrotermiske miljøer

Med temperaturer fra 2 ° C til over 400 ° C, over flere tusinde pounds per square inch (psi) og høje koncentrationer af giftig hydrogensulfid (pH 2,8), hydrotermiske væld oceangående muligvis de mest ekstreme omgivelser på vores planet.

I dette økosystem tjener mikrober som det nederste led i fødekæden, der danner deres energi fra geotermisk varme og de kemikalier, der findes i dybden af ​​jordens indre..

Eksempler på fauna forbundet med marine hydrotermiske miljøer

Den fauna, der er forbundet med disse kilder eller ventilationskanaler, er meget varieret, og de eksisterende forhold mellem de forskellige taxa er endnu ikke fuldt ud forstået.

Blandt de arter, der er blevet isoleret, er både bakterier og arkæa. For eksempel er arkea af slægten blevet isoleret Methanococcus, Methanopyus og anaerobe termofile bakterier af slægten Caminibacter.

Bakterier udvikler sig i biofilmer, der føder på flere organismer som amphipoder, copepoder, snegle, rejer krabber, rørformede orme, fisk og blæksprutter.

Et fælles panorama består af akkumuleringer af muslinger, Bathymodiolus thermophilus, af mere end 10 cm i længden, som hælder i revner af basalt lava. Disse er normalt ledsaget af talrige Galapagos krabber (Munidopsis subsquamosa).

En af de mest usædvanlige organismer findes den rørformede orm Riftia pachyptila, som kan grupperes i store mængder og nå størrelser tæt på 2 meter.

Disse rørformede orme har ingen mund, mave eller anus (det vil sige, de har ikke et fordøjelsessystem); de er en helt lukket taske uden åbning til det ydre miljø.

Den lyse rød farve på pennen på spidsen skyldes tilstedeværelsen af ​​ekstracellulært hæmoglobin. Hydrogen sulfid transporteres gennem cellemembranen forbundet med filamenterne i denne pen, og gennem ekstracellulært hæmoglobin når det et specialiseret "væv" kaldet trophosomet, der udelukkende består af symbiotiske kemosyntetiske bakterier.

Man kan sige, at disse orme har en intern "have" af bakterier, der fodrer med hydrogensulfid og giver "maden" til ormen, en ekstraordinær tilpasning.

Hot ørkener

De varme ørkener dækker mellem 14 og 20% ​​af jordens overflade, ca. 19-25 millioner km.

De varmeste ørkener såsom Sahara af Nordafrika og ørkenen i det sydvestlige USA, Mexico og Australien, findes i hele troperne i både den nordlige halvkugle og den sydlige halvkugle (mellem ca. 10 ° og 30- 40 ° breddegrad).

Typer af ørkener

En definerende egenskab for en varm ørken er tørhed. Ifølge den klimatiske klassifikation af Koppen-Geiger er ørkenerne regioner med en årlig nedbør på mindre end 250 mm.

Årlig nedbør kan dog være et vildledende indeks, da vandtabet er en afgørende faktor for vandbudgettet.

Således er ørkendefinitionen af ​​De Forenede Nationers Miljøprogram et årligt fugtindhold under normale klimatiske forhold, hvor potentiel evapotranspiration (PET) er fem gange større end den faktiske nedbør (P).

Høj PET råder i varme ørkener, fordi solstråling på grund af manglen på skydeplader nærmer sig maksimum i tørre områder.

Ørkenerne kan opdeles i to typer i henhold til deres tørhedsgrad:

  • Hyperaridos: med et tørhedsindeks (P / PET) mindre end 0,05.
  • Aggregater: med et indeks mellem 0,05 og 0,2.

Ørken adskiller sig fra tørre halvtørrede jordarter (P / PET 0.2-0.5) og tørre, sub-fugtige tørre områder (0,5-0,65).

Ørkener har andre vigtige egenskaber, såsom deres stærke temperaturvariationer og deres jordbunds store saltholdighed.

På den anden side er en ørken normalt forbundet med klitter og sand, men dette billede svarer kun til 15-20% af dem alle; De stenrige og bjergrige landskaber er de hyppigste ørkenmiljøer.

Eksempler på ørkenens termofile organismer

Indbyggerne i ørkenerne, som er termofiler, har en række tilpasninger for at imødegå de modgang, der skyldes mangel på regn, høje temperaturer, vind, saltholdighed blandt andre..

De xerophite planter har udviklet strategier for at undgå transpiration og opbevare så meget vand som muligt. Sukkulensen eller fortykkelsen af ​​stilk og blade er en af ​​de mest anvendte strategier.

Det er tydeligt i familien Cactaceae, hvor bladene også er blevet modificeret i form af spines, både for at undgå evapotranspiration og at afstøde plantelevende dyr.

Kønnet Lithops eller stenplanter, der er indfødt i Namibias ørken, udvikler også sukkulens, men i dette tilfælde vokser planten på jordoverfladen og camouflerer sig med de omkringliggende sten.

På den anden side, dyr, der lever i disse ekstreme levesteder udvikler alle former for tilpasninger, fra den fysiologiske til etologisk. For eksempel har rotter kaldet kangaroo vandladning lavt volumen og små antal, og disse er meget effektive dyr i deres lave vand miljø.

En anden mekanisme til reduktion af vandtab er stigningen i kropstemperaturen; For eksempel kan kroppstemperaturen på hvilekameller øges om sommeren fra ca. 34 ° C til over 40 ° C.

Temperaturvariationer har stor betydning for vandbevarelse på grund af følgende:

  • Forøgelsen i kropstemperaturen betyder, at varme opbevares i kroppen i stedet for at sprede gennem fordampning af vand. Senere om natten kan overskydende varme udvises uden vand.
  • Varmemængden af ​​det varme miljø falder, fordi temperaturgradienten er reduceret.

Et andet eksempel er sandrotten (Psammomys obesus), som har udviklet en fordøjelsesmekanisme, der gør det muligt for dem at fodre kun på ørkenplanterne i Chenopodiaceae-familien, som indeholder store mængder salte i bladene.

De ørkendyrs etologiske (adfærdsmæssige) tilpasninger er talrige, men måske betyder det mest oplagte, at aktivitetsresten er omvendt.

På denne måde bliver disse dyr aktive ved solnedgang (natlige aktiviteter) og ophører med at være i daggry (dagtimerne), deres aktive liv falder ikke sammen med de varmeste timer.

referencer

  1. Baker-Austin, C. og Dopson, M. (2007). Liv i syre: pH-homeostase i acidophiler. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. og Bjorkman, 0. (1980). Fotosyntetisk respons og tilpasning til temperatur i højere planter. Årlig gennemgang af plantefysiologi 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofile mikroorganismer og liv ved høje temperaturer. Springer-Verlag, New York, 378 s.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. og Mondaca, A.M. (2009), Isolering af arsenitoxiderende bakterier fra en naturlig biofilm forbundet med vulkanske klipper af Atacama-ørkenen, Chile. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C. S., Shank, T. og Stein, J. (1998). Orme bask i ekstreme temperaturer. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. og Childress, J.J. (1992). Nogle kan lide det varmt ... og nogle kan lide det endnu varmere. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. og Kappen, L. (1975). Adaptive mekanismer i ørkenplanter. I: Vemberg, F.J. (red.) Fysiologisk tilpasning til miljøet. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Struktur-funktion Relationer af varme ørken planter. Springer, Heidelberg, Tyskland, 216 s.
  9. Gutterman, Y. (2002). Overlevelsesstrategier for årlige ørkenplanter. Springer, Berlin, Tyskland, 368 s.
  10. Lutz, R.A. (1988). Dispergering af organismer ved dybhavshydrotermiske udluftninger: en gennemgang. 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. og Desbruyeres, D. (1994). Hurtig vækst ved dybhavsventiler. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R. A., Revelas, E.C. og Cerrato, R.M. (1981). Vækst af muslinger ved dybhavshydrotermiske vents langs Galapagos Rift. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Ørken økosystemer: miljø og producenter. Årlig gennemgang af økologiske systemer 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. og Adams, M.W.W. (1998). Termofiler: nøglerne til molekylær evolution og livets oprindelse. Taylor og Francis, London, 346 s.