Tipiški termofilai, klasifikacija ir aplinka



The termofilai yra ekstremofilinių organizmų, kurie pasižymi tolerancija aukštoje temperatūroje, nuo 50 ° C iki 75 ° C, potipiu, nes šiose ekstremaliose aplinkose šios temperatūros vertės yra palaikomos arba dažnai pasiekiamos.

Termofiliniai organizmai paprastai yra bakterijos arba archaea, tačiau yra metazoans (eukariotiniai organizmai, kurie yra heterotrofiniai ir audiniai), kurie taip pat vystosi karštose vietose.

Taip pat žinoma, kad jūrų organizmai, siejami su termofilinėmis bakterijomis, gali prisitaikyti prie šių aukštų temperatūrų ir kad jie taip pat sukūrė biocheminius mechanizmus, tokius kaip modifikuotas hemoglobinas, didelis kraujo tūris, be kita ko, leidžiantis jiems toleruoti sulfidų ir junginių toksiškumą. sieros.

Manoma, kad termofiliniai prokariotai buvo pirmosios paprastos ląstelės gyvenimo evoliucijoje ir kad jos gyveno vietose su vulkaniniu aktyvumu ir geizeriais vandenynuose..

Šio tipo termofilinių organizmų pavyzdžiai yra tie, kurie gyvena prie vandenynų arba fumarolių prie vandenynų dugno, pavyzdžiui, metanogeninės bakterijos (metano gamintojai) ir anelidai. Riftia pachyptila.

Pagrindinės buveinės, kuriose galima rasti termofilų, yra:

  • Sausumos hidroterminė aplinka.
  • Jūrų hidroterminė aplinka.
  • Karštos dykumos.

Indeksas

  • 1 Termofilinių organizmų charakteristikos
    • 1.1 Termofilinių organizmų skiriamieji požymiai
  • 2 Termofilinių organizmų klasifikacija
  • 3 Termofiliniai organizmai ir jų aplinka
    • 3.1 Sausumos hidroterminė aplinka
    • 3.2 Antžeminių hidroterminių aplinkų gyvenančių organizmų pavyzdžiai
    • 3.3 Bakterijos
    • 3.4 Arkos
    • 3.5 Eukariotai
    • 3.6 Jūrų hidroterminė aplinka
    • 3.7 Su jūros hidrotermine aplinka susijusios faunos pavyzdžiai
    • 3.8 Karštos dykumos
    • 3.9 Dykumų tipai
    • 3.10 Termofilinių dykumos organizmų pavyzdžiai
  • 4 Nuorodos

Termofilinių organizmų charakteristikos

Temperatūra: kritinis abiotinis faktorius mikroorganizmų vystymuisi

Temperatūra yra vienas iš pagrindinių aplinkos veiksnių, sąlygojančių gyvų būtybių augimą ir išlikimą. Kiekviena rūšis turi temperatūrų intervalą, tarp kurio ji gali išgyventi, tačiau ji turi optimalų augimą ir vystymąsi tam tikrose temperatūrose.

Kiekvieno organizmo augimo greitis gali būti išreikštas grafiškai, palyginti su temperatūra, gaunant kritines kritines temperatūras atitinkančias vertes (mažiausias, optimalus ir maksimalus)..

Minimali temperatūra

Minimalioje organizmo augimo temperatūroje vyksta ląstelių membranos skysčio sumažėjimas ir medžiagų, pvz., Maistinių medžiagų patekimo ir nuodingų medžiagų išvežimas ir keitimasis jais gali sustoti.

Tarp minimalios temperatūros ir optimalios temperatūros padidėja mikroorganizmų augimo greitis.

Optimali temperatūra

Esant optimaliai temperatūrai, medžiagų apykaitos reakcijos vyksta maksimaliai efektyviai.

Maksimali temperatūra

Virš optimalios temperatūros augimo tempas sumažėja iki maksimalios temperatūros, kurią gali toleruoti kiekvienas organizmas.

Esant tokioms aukštai temperatūrai, struktūriniai ir funkciniai baltymai yra denatūruojami ir inaktyvuojami kaip fermentai, nes jie praranda geometrinę konfigūraciją ir tam tikrą erdvinę konfigūraciją, citoplazminė membrana susilpnėja ir terminis lizė arba plyšimas atsiranda dėl karščio.

Kiekvienas mikroorganizmas turi minimalią, optimalią ir maksimalią temperatūrą eksploatacijai ir vystymuisi. Šių trijų temperatūrų termofilai turi išskirtinai aukštas vertes.

Termofilinių organizmų ypatumai

  • Termofiliniai organizmai turi didelį augimo tempą, tačiau trumpą gyvenimo laiką.
  • Jų ląstelių membranoje jie turi daug lipidų arba prisotintų riebalų; šis sočiųjų riebalų tipas gali sugerti šilumą ir pereiti į skystą būseną esant aukštai temperatūrai (išlydyti), nesunaikinant.
  • Jo struktūriniai ir funkciniai baltymai yra labai stabilūs nuo šilumos (termostabilūs), kovalentinėmis jungtimis ir specialiomis tarpmolekulinėmis jėgomis, vadinamomis Londono dispersijos jėgomis..
  • Jie taip pat turi specialių fermentų, kad išlaikytų medžiagų apykaitą esant aukštai temperatūrai.
  • Žinoma, kad šie termofiliniai mikroorganizmai gali naudoti sulfidus ir gausius sieros junginius vulkaninėse vietovėse, kaip maistinių medžiagų šaltinius, kad juos paverstų organinėmis medžiagomis.

Termofilinių organizmų klasifikavimas

Termofilinius organizmus galima suskirstyti į tris pagrindines kategorijas:

  • Vidutiniškai termofilai (optimalus tarp 50-60 ° C).
  • Ekstremalūs termofilai (optimaliai arti 70 ° C).
  • Hipertermofilai (optimaliai arti 80 ° C).

Termofiliniai organizmai ir jų aplinka

Sausumos hidroterminė aplinka

Hidroterminės vietovės yra stebėtinai paplitusios ir plačiai paplitusios. Jie gali būti plačiai suskirstyti į tuos, kurie yra susiję su vulkaninėmis sritimis ir ne..

Hidroterminė aplinka, kurioje yra aukščiausia temperatūra, dažniausiai siejama su vulkaninėmis savybėmis (katilai, gedimai, tektoninės plokštės ribos, užpakaliniai lankiniai baseinai), kurie leidžia magmai pakilti į gylį, kur jis gali tiesiogiai sąveikauti su požeminiu vandeniu giliai.

Karštoms vietoms dažnai būdingos kitos savybės, dėl kurių gyvenimas tampa sunkus, pvz., PH, organinė medžiaga, cheminė sudėtis ir ekstremalus druskingumas..

Todėl antžeminės hidroterminės aplinkos gyventojai išgyvena esant kelioms ekstremalioms sąlygoms. Šie organizmai yra žinomi kaip poliextramofilai.

Antžeminės hidroterminės aplinkos gyvenančių organizmų pavyzdžiai

Į trijų sričių (eukariotų, bakterijų ir archaea) priklausantys organizmai buvo identifikuoti sausumos hidroterminėje aplinkoje. Šių organizmų įvairovę daugiausia lemia temperatūra.

Nors įvairios bakterijų rūšys gyvena vidutiniškai termofilinėje aplinkoje, fotoautotrofai gali dominuoti mikrobų bendruomenėje ir sudaryti makroskopines „kilimines“ ar „kilimų“ struktūras..

Šie „fotosintetiniai kilimai“ daugumos neutralių ir šarminių šilumos šaltinių paviršiuje (pH didesnis nei 7,0) yra 40–71 ° C temperatūroje, o pagrindiniai dominuojantys gamintojai yra cianobakterijos..

Virš 55 ° C fotosintetiniai kilimai daugiausia gyvena vienaląsčių cianobakterijų, pvz. Synechococcus sp.

Bakterijos

Fotosintezės mikrobų kilimai taip pat gali būti daugiausia apgyvendinti bakterijų Chloroflexus ir Roseiflexus, abu užsakymo Chloroflexales nariai.

Kai jie siejami su cianobakterijomis, jų rūšys Chloreflexus ir Roseiflexus optimaliai auga fotoheterotrofinėmis sąlygomis.

Jei pH yra rūgštis, gentys yra įprastos Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulphobacillus Thermoanaerobacter, Therodesulfobium ir Termoduliatorius.

Hipertermofiliniuose šaltiniuose (tarp 72-98 ° C) yra žinoma, kad fotosintezė neegzistuoja, o tai leidžia vyrauti chemolitinių autotrofinių bakterijų..

Šie organizmai priklauso „Aquificae“ prieglaudai ir yra kosmopolitiniai; gali oksiduoti vandenilį arba molekulinę sierą deguonimi kaip elektronų akceptorių ir surišti anglies per redukuojančią trikarboksirūgšties (rTCA) kelią.

Arkos

Didžioji dalis dirbtinės ir nekultivuotos archajos, nustatytos neutralioje ir šarminėje šiluminėje aplinkoje, priklauso Crenarchaeota prieglobsčio.

Panašios rūšys Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans o Stetteria hydrochlorophila Nitrosocaldus yellowstonii, daugintis žemiau 77 ° C ir Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Ignisphaera aggregans, šaltinių, kurių temperatūra yra didesnė nei 80 ° C.

Rūgštinėje aplinkoje yra genčių architektūra: Sulfolobus, Sulphurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulphurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium ir Galdivirga.

Eukariotai

Neutralių ir šarminių šaltinių eukariotuose galima paminėti Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba termofilija ir Oramoeba funiarolia.

Rūgštiniuose šaltiniuose galite rasti žanrus: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium o Galdieria.

Jūrų hidroterminė aplinka

Kai temperatūra svyruoja nuo 2 ° C iki daugiau kaip 400 ° C, slėgis viršija kelis tūkstančius svarų kvadratiniame colyje (psi) ir didelės toksinės vandenilio sulfido (pH 2,8) koncentracijos, giliavandenės hidroterminės ventiliacijos angos yra galbūt labiausiai ekstremalią aplinką mūsų planetoje.

Šioje ekosistemoje mikrobai tarnauja kaip žemutinė grandinė maisto grandinėje, išgaunant jų energiją iš geoterminės šilumos ir cheminių medžiagų, esančių Žemės vidaus gelmėse..

Su jūrų hidrotermine aplinka susijusios faunos pavyzdžiai

Su šiais šaltiniais arba ventiliacijos angomis susijusi fauna yra labai įvairi, o egzistuojantys ryšiai tarp skirtingų taksonų dar nėra visiškai suprantami.

Tarp izoliuotų rūšių yra ir bakterijos, ir archaea. Pavyzdžiui, buvo izoliuota genties archa Methanococcus, Methanopyus ir anaerobinės termofilinės bakterijos „Caminibacter“.

Bakterijos išsivysto biofilmuose, kurios maitina įvairius organizmus, tokius kaip amfipodai, kopepodai, sraigės, krevetės krabai, vamzdiniai kirminai, žuvys ir aštuonkojai.

Bendra panorama susideda iš midijų kaupimo, Bathymodiolus thermophilus, kurių ilgis yra didesnis nei 10 cm, o tai siejasi su bazaltinės lavos įtrūkimais. Paprastai juos lydi daugelis Galapagų krabų (Munidopsis subsquamosa).

Vienas iš neįprastiausių organizmų yra vamzdinis kirminas Riftia pachyptila, kurios gali būti sugrupuotos dideliais kiekiais ir pasiekia beveik 2 metrų dydžius.

Šie vamzdiniai kirminai neturi burnos, skrandžio ar išangės (ty jie neturi virškinimo sistemos); jie yra visiškai uždaryti maišai, neatidarę išorinės aplinkos.

Ryškiai raudona švirkštiklio spalva ant galo yra dėl ekstraląstelinio hemoglobino buvimo. Vandenilio sulfidas yra transportuojamas per ląstelių membraną, susijusią su šio švirkštimo priemone, ir per ekstraląstelinį hemoglobiną jis pasiekia specializuotą „audinį“, vadinamą trofosomu, kurį sudaro tik simbiotinės chemosintetinės bakterijos..

Galima sakyti, kad šie kirminai turi vidinį bakterijų sodą, kuris maitina vandenilio sulfidą ir suteikia „maistą“ kirminui, ypatingą prisitaikymą.

Karštos dykumos

Karštos dykumos užima nuo 14 iki 20% Žemės paviršiaus, maždaug 19–25 mln. Km.

Karščiausios dykumos, pvz., Šiaurės Afrikos Sachara ir JAV, Meksikos ir Australijos pietvakarių dykumos, aptinkamos visoje Šiaurės pusrutulyje ir pietiniame pusrutulyje (tarp maždaug 10 ° ir 30–30). 40 ° platuma.

Dykumų tipai

Karšto dykumos bruožas yra sausumas. Pagal Koppen-Geigerio klimatinę klasifikaciją dykumos yra regionai, kurių metinis kritulių kiekis yra mažesnis nei 250 mm.

Tačiau metinis kritulių kiekis gali būti klaidinantis indeksas, nes vandens praradimas yra lemiamas vandens biudžeto veiksnys.

Taigi, Jungtinių Tautų aplinkos programos dykumos apibrėžimas yra metinis drėgmės deficitas įprastomis klimato sąlygomis, kai potencialus evapotranspiravimas (PET) yra penkis kartus didesnis už faktinį kritulių kiekį (P)..

Didelis PET vyrauja karštose dykumose, nes dėl debesų dangos trūkumo saulės spinduliai artėja prie maksimalaus sausuose regionuose.

Dykuma galima suskirstyti į du tipus pagal jų sausumo lygį:

  • Hyperáridos: su sausumo indeksu (P / PET) mažesnis nei 0,05.
  • Užpildai: indeksas yra nuo 0,05 iki 0,2.

Dykuma išsiskiria nuo sausų pusiau sausų žemių (P / PET 0,2-0,5) ir sausų sausų sausų žemių (0,5-0,65).

Dykumoje yra kitų svarbių savybių, pvz., Jų stiprūs temperatūros pokyčiai ir didelis dirvožemio druskingumas.

Kita vertus, dykuma paprastai siejama su kopomis ir smėliu, tačiau šis vaizdas atitinka tik 15-20% visų jų; uolos ir kalnų kraštovaizdžiai yra dažniausia dykumos aplinka.

Dykumos termofilinių organizmų pavyzdžiai

Dykumos gyventojai, kurie yra termofilai, turi daugybę pritaikymų, kad susidurtų su nelaimėmis, atsirandančiomis dėl lietaus, aukštos temperatūros, vėjų, druskingumo, be kita ko..

Kserofito augalai sukūrė strategijas, kad būtų išvengta transpiracijos ir saugoma kiek įmanoma daugiau vandens. Viena iš dažniausiai naudojamų strategijų yra stiebų ir lapų sultingumas ar sutirštėjimas.

Tai akivaizdu Cactaceae šeimoje, kur lapai taip pat buvo modifikuoti stuburo pavidalu, kad būtų išvengta evapotranspiracijos ir atkurti žolynai..

Lytis Lithops Akmenų augalai, kilę iš Namibijos dykumos, taip pat vysto sultingumą, tačiau šiuo atveju augalas auga žemės paviršiuje, apsupdamas aplinkinius akmenis.

Kita vertus, šiuose kraštutiniuose buveiniuose gyvenantys gyvūnai kuria įvairius pritaikymus nuo fiziologinių iki etologinių. Pavyzdžiui, vadinamosios kengūrinės žiurkės mažai tūrio, mažo tūrio šlapinimasis, ir šie gyvūnai yra labai efektyvūs vandens trūkumo aplinkoje..

Kitas vandens nuostolių mažinimo mechanizmas yra kūno temperatūros padidėjimas; pavyzdžiui, poilsio kamelių kūno temperatūra vasarą gali padidėti nuo maždaug 34 ° C iki daugiau kaip 40 ° C.

Temperatūros svyravimai labai svarbūs vandens išsaugojimui, nes:

  • Kūno temperatūros padidėjimas reiškia, kad šiluma saugoma organizme, o ne išsklaidant vandenį. Vėliau naktį perteklius gali būti pašalintas be vandens.
  • Karštos aplinkos šilumos padidėjimas mažėja, nes sumažėja temperatūros gradientas.

Kitas pavyzdys yra smėlio žiurkė (Psammomys obesus), kuris sukūrė virškinimo mechanizmą, leidžiantį šerti tik Chenopodiaceae šeimos dykumos augalus, kuriuose lapuose yra daug druskų..

Dykuminių gyvūnų etologiniai (elgesio) pritaikymai yra daug, bet galbūt akivaizdžiausias reiškinys reiškia, kad veiklos poilsio ciklas yra atvirkštinis.

Tokiu būdu šie gyvūnai tampa aktyvūs saulėlydžio metu (naktinė veikla) ​​ir nustoja būti auštant (poilsiui), jų aktyvus gyvenimas nesutampa su karščiausiomis valandomis.

Nuorodos

  1. Baker-Austin, C. ir Dopson, M. (2007). Gyvenimas rūgštyje: pH homeostazė acidofiluose. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. ir Bjorkman, 0. (1980). Fotosintezės atsakas ir prisitaikymas prie temperatūros aukštesniuose augaluose. Metinė augalų fiziologijos apžvalga 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofiliniai mikroorganizmai ir gyvenimas aukštoje temperatūroje. Springer-Verlag, Niujorkas, 378 pp.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. ir Mondaca, A.M. (2009), Arsenito oksiduojančių bakterijų išskyrimas iš natūralių bioplėvelių, susijusių su Atakamos dykumos vulkaniniais uolomis Čilėje. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. ir Stein, J. (1998). Kirminai guli ekstremaliomis temperatūromis. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. ir Childress, J.J. (1992). Kai kurie mėgsta tai karšta ... ir kai kurie panašūs, net karštesni. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. ir Kappen, L. (1975). Adaptiniai mechanizmai dykumos augaluose. In: Vemberg, F.J. (red.) Fiziologinis prisitaikymas prie aplinkos. „Intext Press“, „Platteville“, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Šiltos dykumos augalų struktūros ir funkcijos santykiai. Springer, Heidelberg, Vokietija, 216 pp.
  9. Gutterman, Y. (2002). Metinių dykumos augalų išlikimo strategijos. Springer, Berlynas, Vokietija, 368 pp.
  10. Lutz, R.A. (1988). Organizmų sklaida giliavandenėse hidroterminėse angose: peržiūra. Okeanologijos įstatymas Nr. 8, 23-29.
  11. Lutz, R.A., Shank, T. M., Fornari, D.J., Haymon, R.M., Lilley, M.D., Von Damm, K.L. ir Desbruyeres, D. (1994). Sparčiai auga giliavandenių angų ventiliacijos. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. ir Cerrato, R.M. (1981). Dvigeldžių augimas giliavandenėse hidroterminėse angose ​​palei Galapagų rifą. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Dykumos ekosistemos: aplinka ir gamintojai. Metinė ekologinių sistemų apžvalga 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. ir Adams, M.W.W. (1998). Termofilai: raktai į molekulinę evoliuciją ir gyvenimo kilmę. Taylor ir Francis, Londonas, 346 pp.