Ekstremofilų charakteristikos, tipai ir pavyzdžiai



The ekstremofilai jie yra organizmai, kurie gyvena ekstremaliose aplinkose, t. y. tie, kurie nutolsta nuo sąlygų, kuriomis gyvena dauguma žmonių, žinomų žmonėms..

Sąvokos „ekstremali“ ir „ekstremofilė“ yra santykinai antropocentrinės, nes žmonės vertina buveines ir jų gyventojus, priklausomai nuo to, kas būtų laikoma kraštutine mūsų pačių egzistavimui.

Todėl ekstremaliai aplinkai būdinga tai, kad ji kelia žmonėms netoleruotinas sąlygas dėl jo temperatūros, drėgmės, druskingumo, šviesos, pH, deguonies prieinamumo, toksiškumo lygių..

Ne antropocentriniu požiūriu žmonės gali būti ekstremofilios būtybės, priklausomai nuo organizmo, kuris juos įvertino. Pavyzdžiui, griežto anaerobinio organizmo, kuriam deguonis yra toksiškas, požiūriu, aerobinės būtybės (kaip ir žmonės) būtų ekstremofilės. Priešingai, anaerobiniai organizmai yra ekstremofilai.

Indeksas

  • 1 Termino „ekstremofilai“ kilmė
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Ekstremalios aplinkos ypatybės
  • 3 Ekstremofilų tipai zoologijos skalėje
    • 3.1 Vieno ląstelių organizmai
    • 3.2 Daugialypiai organizmai
    • 3.3. Poli ekstremofilai
  • 4 Dažniausios ekstremalios aplinkos rūšys
    • 4.1 Ekstremalios šaltos aplinkos sąlygos
    • 4.2 Ekstremalios šilumos sąlygos
    • 4.3 Aplinkos, kuriose yra labai didelis spaudimas
    • 4.4 Ekstremalios rūgštinės ir šarminės aplinkos
    • 4.5 Hypersaline ir anoksinė aplinka
    • 4.6 Aukštos spinduliuotės aplinkos
    • 4.7 Antropogeniniai galai
  • 5 Perėjimai ir ekotonai
  • 6 Gyvūnai ir augalai, turintys keletą etapų ar fazių
    • 6.1 Augalai
    • 6.2 Gyvūnai
  • 7 Nuorodos

Termino "ekstremofilai" kilmė

Šiuo metu mes apibrėžiame kaip „kraštutinius“ daugybę aplinkų planetoje ir už jos ribų, ir mes nuolat atrandame organizmus, galinčius ne tik išgyventi, bet ir daugeliu jų klestėti..

R. D. Macelroy

1974 m. R. D. Macelroy pasiūlė terminą „ekstremofilai“, kad apibrėžtų šiuos organizmus, kurie turi optimalų augimą ir vystymąsi ekstremaliomis sąlygomis, o ne mezofiliniams organizmams, kurie auga tarpinių sąlygų aplinkoje..

Pagal Macelroy:

"„Extremófilo“ yra apibūdinantis organizmams, galintiems gyventi aplinkose, priešiškose mezofilams, arba organizmams, kurie auga tik tarpinėje aplinkoje".

Organuose yra du pagrindiniai ekstremizmo laipsniai: tie, kurie gali toleruoti ekstremalią aplinkos būklę ir tapti dominuojančia kitiems; ir tie, kurie auga ir vystosi optimaliai ekstremaliomis sąlygomis.

Ekstremalios aplinkos ypatybės

Aplinkos, kaip „ekstremalios“, pavadinimai reaguoja į antropogeninę konstrukciją, grindžiamą tam tikros aplinkos būklės (temperatūros, druskingumo, spinduliuotės, t. Y.) Tolimojo galo svarstymu, kuris leidžia išgyventi žmones..

Tačiau šis pavadinimas turi būti grindžiamas tam tikromis aplinkos ypatybėmis, atsižvelgiant į organizmo, kuriame jis gyvena, perspektyvą (vietoj žmogaus perspektyvos)..

Šios savybės apima: biomasę, produktyvumą, biologinę įvairovę (rūšių skaičių ir didesnių taksonų atstovavimą), ekosistemų procesų įvairovę ir konkrečius atitinkamo organizmo aplinkos pritaikymus..

Visų šių charakteristikų suma reiškia kraštutinę aplinkos būklę. Pvz., Kraštutinė aplinka paprastai yra tokia:

  • Maža biomasė ir našumas
  • Archajiškų gyvenimo formų dominavimas
  • Aukštesnių gyvenimo formų nebuvimas
  • Fotosintezės ir azoto fiksavimo nebuvimas, bet priklausomybė nuo kitų medžiagų apykaitos takų ir fiziologinių, metabolinių, morfologinių ir (arba) gyvavimo ciklo adaptacijų.

Ekstremofilų tipai zoologijos skalėje

Vienaląsčiai organizmai

Terminas „ekstremofilas“ dažnai reiškia prokariotus, tokius kaip bakterijos, ir kartais naudojamas su Archaea..

Tačiau egzistuoja daugybė ekstremofilinių organizmų ir mūsų žinios apie filogenetinę įvairovę ekstremaliose buveinėse didėja beveik kasdien.

Pvz., Žinome, kad visi hipertermofilai (karštai mylintys) yra Archaea ir bakterijų nariai. Eukariotai yra paplitę tarp psichofilų (šalčio mėgėjų), acidofilų (žemo pH mėgėjų), alkalofilų (aukšto pH mėgėjams), kserofilų (sausos aplinkos mėgėjams) ir halofilams (druskos mėgėjams).

Daugialypiai organizmai

Daugialypiai organizmai, tokie kaip bestuburiai gyvūnai ir stuburiniai gyvūnai, taip pat gali būti ekstremofilai.

Pavyzdžiui, kai kurie psichofilai apima nedidelį varlių, vėžlių ir gyvatės skaičių, kuris žiemą vengia ląstelių užšalimo jų audiniuose, kaupiasi osmolitų ląstelių citoplazmoje ir leidžia užšalti tik ekstraląstelinį vandenį (išorinį ląstelių)..

Kitas pavyzdys yra Antarkties nematodo atvejis Panagrolaimus davidi, kuris gali išgyventi ląstelių viduje užšalimą (vandens užšalimas jūsų ląstelių viduje), gali atšaldyti ir daugintis.

Be to, Antarkties ir Amerikos žemyno šaltojo vandens gyventojai, „Channichthyidae“ šeimos žuvys naudoja antifrizo baltymus, kad apsaugotų savo ląsteles nuo jų visiško užšalimo..

Poli ekstremofilai

Poli ekstremofilai yra organizmai, kurie tuo pačiu metu gali išgyventi daugiau nei vieną ekstremalią būklę, todėl yra paplitę visose ekstremaliose aplinkose.

Pavyzdžiui, dykumos augalai, išgyvenantys tiek ekstremalią šilumą, tiek ribotą vandens prieinamumą, tiek dažnai didelį druskingumą.

Kitas pavyzdys galėtų būti gyvūnai, gyvenantys jūros dugne, galintys atlaikyti labai aukštą spaudimą, pavyzdžiui, šviesos trūkumas ir maistinių medžiagų trūkumas..

Dažniausios ekstremalios aplinkos rūšys

Tradiciškai aplinkos kraštutinumai yra apibrėžti remiantis abiotiniais veiksniais, tokiais kaip:

  • Temperatūra.
  • Vandens prieinamumas.
  • Slėgis.
  • pH.
  • Druskingumas.
  • Deguonies koncentracija.
  • Spinduliuotės lygiai.

Panašiai ekstremofilai apibūdinami remiantis ekstremaliomis sąlygomis, kurios palaiko.

Svarbiausios ekstremalios aplinkos, kurią galime atpažinti pagal abiotines sąlygas, yra:

Labai šalta aplinka

Ekstremalios šalčio aplinkos sąlygos yra tokios, kurios dažnai arba trumpai palaikomos arba krenta žemiau 5 ° C temperatūros. Tai yra žemės poliai, kalnų regionai ir kai kurios gilios vandenyno buveinės. Net kai kurie labai karšti dykumai per dieną naktį labai žemos temperatūros.

Yra ir kitų organizmų, kurie gyvena kriosferoje (kur vanduo yra kietoje būsenoje). Pvz., Organizmai, kurie gyvena ledo matricose, amžinaisiais, esant nuolatiniam ar periodiniam sniego padengimui, turi toleruoti įvairius kraštutinumus, įskaitant šaltą, sausėjimą ir aukštą spinduliuotės lygį..

Ekstremalios šilumos sąlygos

Ypač karštos buveinės yra tos, kurios lieka arba periodiškai pasiekia temperatūrą virš 40 ° C. Pavyzdžiui, karštos dykumos, geoterminės vietovės ir giliavandenės hidroterminės angos.

Jie dažnai siejami su itin aukšta temperatūra, aplinka, kurioje turimas vanduo yra labai ribotas (nuolat arba reguliariai), pavyzdžiui, šalti ir karšti dykumai, ir kai kurios endolitinės buveinės (kurios yra uolose).

Ekstremalus spaudimas

Kita aplinka patiria didelį hidrostatinį slėgį, pvz., Vandenynų ir giliųjų ežerų bentoso zonas. Šiuose gylyje jos gyventojai turi išlaikyti didesnį nei 1000 atmosferos slėgį.

Kita vertus, kalnuose ir kituose aukštuose pasaulio regionuose yra hipobarinių kraštutinumų (mažas atmosferos slėgis)..

Ekstremalios rūgštinės ir šarminės aplinkos

Apskritai, labai rūgštus aplinka yra tie, kurie palaiko arba reguliariai pasiekia vertes, mažesnes kaip 5.

Ypač mažas pH padidina „ekstremalią“ aplinkos būklę, nes padidina esančių metalų tirpumą ir jose gyvenantys organizmai turi būti pritaikyti prie daugelio abiotinių kraštutinumų.

Priešingai, labai šarminė aplinka yra ta, kuri išlieka arba reguliariai registruoja pH vertes virš 9..

Ekstremalių pH aplinkybių pavyzdžiai yra ežerai, požeminis vanduo ir dirvožemis, labai rūgštūs arba šarminiai.

Hypersaline ir anoksinė aplinka

„Hypersaline“ aplinka apibrėžiama kaip tie, kurių druskos koncentracija yra didesnė nei jūros vandens, kuriame yra 35 tūkst. Ši aplinka apima hipersalino ir druskų ežerus.

Su „fiziologiniu tirpalu“ mes kalbame ne tik apie druskingumą natrio chloridu, nes gali būti druskos, kurioje vyraujanti druska yra kitokia..

Taip pat laikoma, kad buveinės, kuriose yra ribotas laisvas deguonies kiekis (hipoksinis) arba nėra deguonies (anoksinių), nuolat arba reguliariai. Pavyzdžiui, aplinka, kurioje yra šios charakteristikos, būtų anoksinės baseinai vandenynuose ir ežeruose ir giliausios nuosėdų sluoksniai.

Aukštos spinduliuotės aplinkos

Ultravioletinė (UV) arba infraraudonųjų spindulių (IR) spinduliuotė taip pat gali sukelti ekstremalias sąlygas organizmams. Ekstremalios spinduliuotės aplinkos sąlygos yra tos, kurios yra veikiamos neįprastai didelės spinduliuotės arba spinduliuotės ribose, esančiose už įprastos ribos. Pavyzdžiui, polinė aplinka ir aukštas aukštis (sausumos, kaip vandens).

Phaeocystis pouchetii

Kai kurioms rūšims būdingi aukšti UV ar IR spinduliuotės mechanizmai. Pavyzdžiui, Antarkties jūros dumbliai Phaeocystis pouchetii gamina vandenyje tirpius „saulės spindulius“, kurie stipriai sugeria UV-B bangų ilgius (280–320 nm) ir apsaugo jūsų ląsteles nuo itin aukštų UV-B lygių viršutiniame 10 m vandens stulpelyje (po jūros ledo laužymas) \ t.

Deinokokų radioduranai

Kiti organizmai labai toleruoja jonizuojančiąją spinduliuotę. Pavyzdžiui, bakterija Deinokokų radioduranai gali išsaugoti savo genetinį vientisumą kompensuojant didelę DNR žalą, veikiant jonizuojančiai spinduliuotei.

Ši bakterija naudoja tarpląstelinius mechanizmus, kad ribotų degradaciją ir ribotų DNR fragmentų difuziją. Be to, jame yra labai efektyvūs DNR atstatymo baltymai.

Astyanax hubbsi

Net ir aplinkose, kuriose spinduliuotė yra silpna arba radiacija nėra, ekstremofiliniai organizmai yra pritaikyti reaguoti į spinduliuotės lygių pokyčius.

Pavyzdžiui, Astyanax hubbsi, aklas Meksikos žuvys, gyvenančios urvuose, nepateikia paviršutiniškai pastebimų akių struktūrų ir vis dėlto gali atskirti nedidelius aplinkos šviesos skirtumus. Jie naudoja ekstokuliarius fotoreceptorius, kad aptiktų ir reaguotų į judesio vizualinius stimulus.

Antropogeniniai baigiasi

Šiuo metu mes gyvename aplinkoje, kurioje taikomos ekstremalios aplinkos sąlygos, dirbtinai sukuriamos kaip žmogaus veiklos poveikis.

Vadinamoji aplinka, turinti antropogeninį poveikį, yra labai įvairi, ji pasižymi pasauliniu mastu ir negali būti ignoruojama nustatant tam tikras ekstremalias aplinkybes.

Pavyzdžiui, aplinka, kurią paveikė tarša (atmosferos, vandens ir dirvožemio), pavyzdžiui, klimato kaita ir rūgštus lietus, gamtinių išteklių gavyba, fiziniai trikdžiai ir pernelyg intensyvus naudojimas.

Perėjimai ir ekotonai

Be pirmiau minėtų kraštutinių aplinkybių, antžeminiai ekologai visada žinojo apie ypatingą pereinamųjų zonų pobūdį tarp dviejų ar daugiau skirtingų bendruomenių ar aplinkų, pvz., Medžių liniją kalnuose arba ribą tarp miškų ir pievų. , Tai vadinama įtempimo diržais arba ekotonais.

Ekotonai taip pat egzistuoja jūrų aplinkoje, pavyzdžiui, perėjimas tarp ledo ir vandens, kurį vaizduoja jūros ledo kraštas. Šios pereinamojo laikotarpio zonos paprastai pasižymi didesne rūšies įvairove ir biomasės tankumu nei gretimose bendruomenėse, daugiausia dėl to, kad jose gyvenantys organizmai gali pasinaudoti gretimos aplinkos ištekliais, kurie gali suteikti jiems pranašumą..

Tačiau ekotonai nuolat kinta ir dinamiški regionai, kurie dažnai rodo, kad abiotinių ir biotinių sąlygų pokyčiai per metus yra įvairesni nei gretimoje aplinkoje..

Tai pagrįstai gali būti laikoma „ekstremalia“, nes ji reikalauja, kad organizmai nuolat pritaikytų savo elgesį, fenologiją (sezoninį laiką) ir sąveiką su kitomis rūšimis.

Rūšys, kurios gyvena abiejose ekotono pusėse, dažnai yra tolerantiškesnės dinamikai, o rūšys, kurių diapazonas yra tik viena pusė, patiria kitą pusę kaip kraštutinę.

Apskritai, šios pereinamojo laikotarpio zonos dažnai taip pat pirmiausia paveikia klimato ir (arba) natūralių ir antropogeninių pokyčių pokyčius.

Gyvūnai ir augalai su keliais etapais ar etapais

Aplinka yra ne tik dinamiška, bet ir gali būti ekstremali arba ne, tačiau organizmai taip pat yra dinamiški ir turi skirtingus etapus, pritaikytus prie tam tikrų aplinkos sąlygų..

Gali atsitikti, kad aplinka, kuri palaiko vieną iš organizmo gyvavimo ciklo etapų, yra ekstremalus kitam etapui.

Augalai

Pavyzdžiui, kokoso (Cocos nucifera), pateikiamos sėklos, pritaikytos gabenti jūra, bet brandus medis auga ant žemės.

Sporų turintys kraujagyslių augalai, tokie kaip paparčiai ir įvairių rūšių samanos, gametofitas gali neturėti fotosintetinių pigmentų, neturi šaknų ir priklauso nuo aplinkos drėgmės.

Nors sporofitai turi šakniastiebius, šaknis ir pumpurus, kurie atlaiko karščio ir sausumo sąlygas saulės šviesoje. Skirtumas tarp sporofitų ir gametofitų yra ta pačia tvarka kaip ir skirtumai tarp taksonų.

Gyvūnai

Labai artimas pavyzdys yra daugelio rūšių nepilnamečių etapai, kurie paprastai netoleruoja aplinkos, paprastai supančio suaugusiuosius, todėl jiems paprastai reikia apsaugos ir priežiūros tuo laikotarpiu, kai jie įgyja reikiamų įgūdžių ir stiprybių. leisti susidoroti su šiomis aplinkomis.

Nuorodos

  1. Kohshima, S. (1984). Naujas šalčiui atsparus vabzdis, randamas Himalajų ledyne. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Keletas komentarų apie ekstremofilų raidą. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. ir Kelly, G.J. (1991) UV-B apsaugantys junginiai jūros dumblių Phaeocystis pouchetti iš Antarktidos. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Šimtą metų Dunaliella tyrimai: 1905-2005 m. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. ir Mancinelli, R.L. (2001). Gyvenimas ekstremaliose aplinkose. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. ir Zillig, W. (1995). Lite esant labai žemam pH. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. ir Storey, J.M. (1996). Gyvūnų natūralus užšalimas. Metinė ekologijos ir sistematikos apžvalga 27, 365-386.
  8. Teyke, T. ir Schaerer, S. (1994) Blind mexican cave fishAstyanax hubbsi) reagavo į judančius regėjimo stimulus. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. ir Somero, G.N. (1982). Gyvenimas su vandens įtaka: osmolito sistemų evoliucija. Science 217, 1214-1222.