Карактеристични термофили, класификација и окружења



Тхе тхермопхилес су подтип екстремофилних организама који се одликују толерантним високим температурама, између 50 ° Ц и 75 ° Ц, било због тога што се у овим екстремним срединама те температуре одржавају, или зато што су често достигнуте..

Термофилни организми су обично бактерије или археје, међутим, постоје метазони (еукариотски организми који су хетеротрофни и ткиво), који се такође развијају на врућим местима..

Познате су и морске организме који се, у симбиози са термофилним бактеријама, могу прилагодити овим високим температурама и развити биокемијске механизме попут модифицираног хемоглобина, високог волумена крви, између осталог, који им дозвољавају да толеришу токсичност сулфида и спојева. сумпора.

Верује се да су термофилне прокариотице биле прве једноставне ћелије у еволуцији живота и да су насељавале места са вулканском активношћу и гејзирима у океанима..

Примери овог типа термофилних организама су они који живе у близини хидротермалних отвора или фумарола на дну океана, као што су метаногене бактерије (произвођачи метана) и анелиди. Рифтиа пацхиптила.

Главна станишта где се могу наћи термофили су:

  • Земаљске хидротермалне средине.
  • Морске хидротермалне средине.
  • Хот десертс.

Индек

  • 1 Карактеристике термофилних организама
    • 1.1. Карактеристике термофилних организама
  • 2 Класификација термофилних организама
  • 3 Термофилни организми и њихова средина
    • 3.1 Земаљске хидротермалне средине
    • 3.2 Примери организама који насељавају копнене хидротермалне средине
    • 3.3 Бактерије
    • 3.4 Лукови
    • 3.5 Еукариоти
    • 3.6 Морске хидротермалне средине
    • 3.7 Примери фауне везани за морске хидротермалне средине
    • 3.8 Хот десертс
    • 3.9 Врсте пустиња
    • 3.10 Примери термофилних пустињских организама
  • 4 Референце

Карактеристике термофилних организама

Температура: критични абиотички фактор за развој микроорганизама

Температура је један од кључних фактора животне средине који условљава раст и опстанак живих бића. Свака врста има распон температура између којих може да преживи, међутим, има оптималан раст и развој на специфичним температурама.

Брзина раста сваког организма може се графички изразити у односу на температуру, добивши вриједности које одговарају критичним критичним температурама (минимални, оптимални и максимални)..

Минималне температуре

У минималним температурама раста организма, долази до смањења флуидности ћелијске мембране и могу се зауставити процеси транспорта и размене материјала, као што су улазак хранљивих материја и излажење отровних материја..

Између минималне температуре и оптималне температуре повећава се стопа раста микроорганизама.

Оптимална температура

При оптималној температури, метаболичке реакције се одвијају уз максималну могућу ефикасност.

Максимална температура

Изнад оптималне температуре долази до смањења брзине раста до максималне температуре коју сваки организам може толерисати.

На овим високим температурама структурни и функционални протеини су денатурирани и инактивирани као ензими, јер губе своју геометријску конфигурацију и специфичну просторну конфигурацију, цитоплазматска мембрана се распада и термичка лиза или руптура настаје због топлоте.

Сваки микроорганизам има своју минималну, оптималну и максималну температуру рада и развоја. Термофили имају изузетно високе вредности на ове три температуре.

Карактеристике термофилних организама

  • Термофилни организми имају високе стопе раста, али кратак животни вијек.
  • Имају много липида или засићених масноћа дугих ланаца у својој ћелијској мембрани; ова врста засићених масти може апсорбовати топлоту и отићи у течно стање на високим температурама (растопити се), без уништавања.
  • Његови структурни и функционални протеини су веома стабилни против топлоте (термостабилни), преко ковалентних веза и посебних интермолекуларних сила које се називају дисперзионе силе Лондона..
  • Они такође имају специјалне ензиме за одржавање метаболичког функционисања на високим температурама.
  • Познато је да ови термофилни микроорганизми могу да користе сулфиде и богате сумпорне једињења у вулканским подручјима, као изворе храњивих материја које их претварају у органску материју..

Класификација термофилних организама

Термофилни организми се могу поделити у три широке категорије:

  • Умерени термофили, (оптимално између 50-60 ° Ц).
  • Екстремни термофили (оптимално близу 70 ° Ц).
  • Хипертермофили (оптимално близу 80 ° Ц).

Термофилни организми и њихова средина

Земаљске хидротермалне средине

Хидротермалне локације су изненађујуће честе и широко распрострањене. Они се могу поделити на оне који су повезани са вулканским подручјима и онима који нису..

Хидротермалне средине које представљају највише температуре обично су повезане са вулканским карактеристикама (котлови, кварови, границе тектонских плоча, базени са задњим луком), који омогућавају магми да се подигне до дубине где може директно да ступа у интеракцију са подземном водом. дубоко.

Вруће тачке су често праћене и другим карактеристикама које отежавају живот, као што су пХ, органска материја, хемијски састав и екстремна сланост..

Становници копнених хидротермалних средина стога преживе у присуству неколико екстремних услова. Ови организми су познати као полекстромофили.

Примери организама који насељавају копнене хидротермалне средине

Организми који припадају трима доменима (еукариоти, бактерије и археје) су идентификовани у копненим хидротермалним срединама. Разноликост ових организама одређена је углавном температуром.

Док разноврсне врсте бактеријских врста насељавају умерено термофилне средине, фотоаутотрофи могу доминирати микробном заједницом и формирати макроскопске структуре "тепиха" или "тепиха"..

Ови "фотосинтетски теписи" су присутни на површини већине неутралних и алкалних термалних извора (пХ већи од 7.0) на температурама између 40-71 ° Ц, при чему су цијанобактерије основни доминантни произвођачи.

Изнад 55 ° Ц, фотосинтетски теписи су претежно насељени једностаничним цијанобактеријама као што су Синецхоцоццус сп.

Бактерије

Фотосинтетски микробни теписи могу такође бити претежно насељени бактеријама родова Цхлорофлекус и Росеифлекус, оба члана реда Цхлорофлекалес.

Када су повезане са цијанобактеријама, врсте Цхлорефлекус и Росеифлекус оптимално расту у фотохетеротрофним условима.

Ако је пХ киселински, родови су уобичајени Ацидиоспхаера, Ацидипхилиум, Десулфотомацулум, Хидрогенобацулум, Метхилокорус, Сулфобациллус Тхермоанаеробацтер, Тхермодесулфобиум и Тхермодесулфатор.

У хипертермофилним изворима (између 72-98 ° Ц) познато је да се не јавља фотосинтеза, што омогућава превласт хемолитоаутотрофних бактерија..

Ови организми припадају типу Акуифицае и космополитски; може оксидовати водоник или молекулски сумпор са кисеоником као акцептор електрона и фиксирати угљеник кроз редукциону трицарбоксилну киселину (рТЦА) путању.

Арцхес

Већина култивисаних и необрађених археа идентификованих у неутралним и алкалним термалним срединама припадају типу Цренарцхаеота.

Специес лике Тхермофилум пенденс, Тхермоспхаера аггреганс о Стеттериа хидрогенопхила Нитросоцалдус иелловстонии, размножава се испод 77 ° Ц и Тхермопротеус неутропхилус, Вулцанисаета дистрибута, Тхермофилум пенденс, Аеропируни перник, Десулфуроцоццус мобилис е Игниспхаера аггреганс, у изворима са температуром већом од 80 ° Ц.

У киселим срединама постоје археје родова: Сулфолобус, Сулфуроцоццус, Металлоспхаера, Ацидианус, Сулфуриспхаера, Пицропхилус, Тхермопласма, Тхенноцладиум и Галдивирга.

Еукариоти

Унутар еукариота могу се навести неутрални и алкални извори Тхермомицес ланугиносус, Сциталидиум тхермопхилум, Ецхинамоеба тхермарум, Маринамоеба термофилија и Орамоеба фуниаролиа.

У киселим изворима можете пронаћи жанрове: Пиннулариа, Цианидиосцхизон, Цианидиум о Галдиериа.

Морске хидротермалне средине

Са температурама у распону од 2 ° Ц до више од 400 ° Ц, притисци већи од неколико хиљада фунти по квадратном инчу (пси), и високе концентрације токсичног водоник сулфида (пХ 2,8), дубокоморски хидротермални отвори могуће најекстремније окружење на нашој планети.

У овом екосистему, микроби служе као доња карика у ланцу исхране, добијајући своју енергију од геотермалне топлоте и хемикалија које се налазе у дубинама унутрашњости Земље..

Примери фауне везани за морске хидротермалне средине

Фауна повезана са овим изворима или вентилима је веома разноврсна, а постојећи односи између различитих таксона још нису у потпуности схваћени.

Међу врстама које су изоловане су и бактерије и археје. На пример, археје рода су изоловане Метханоцоццус, Метханопиус и анаеробне термофилне бактерије рода Цаминибацтер.

Бактерије се развијају у биофилмовима који се хране вишеструким организмима као што су амфиподи, копеподи, пужеви, ракови за рачиће, цевасти црви, рибе и хоботнице.

Заједничка панорама се састоји од акумулација дагњи, Батхимодиолус тхермопхилус, дужине више од 10 цм, који се скупљају у пукотинама базалтне лаве. Они су обично праћени бројним раковима Галапагоса (Мунидопсис субскуамоса).

Један од најнеобичнијих пронађених организама је цевасти црв Рифтиа пацхиптила, које се могу групирати у великим количинама и досећи величине близу 2 метра.

Ови цјевасти црви немају уста, стомак или анус (то јест, немају пробавни систем); они су потпуно затворена врећа, без икаквог отварања према спољашњем окружењу.

Јарко црвена боја оловке на врху је због присуства екстрацелуларног хемоглобина. Водоник сулфид се транспортује кроз ћелијску мембрану повезану са филаментима ове оловке, а преко екстрацелуларног хемоглобина допире до специјализованог "ткива" званог трофозом, који се састоји искључиво од симбиотичких хемосинтетских бактерија.

Може се рећи да ови црви имају унутрашњу "башту" бактерија које се хране сумпороводиком и обезбеђују "храну" за црва, изузетну адаптацију.

Хот десертс

Вруће пустиње покривају између 14 и 20% површине Земље, приближно 19-25 милиона км.

Најтоплије пустиње, као што су Сахара северне Африке и пустиње на југозападу САД-а, Мексика и Аустралије, налазе се широм тропа и на северној хемисфери иу јужној хемисфери (између око 10 ° и 30- 40 ° географске ширине).

Врсте пустиња

Карактеристика вруће пустиње је сушност. Према климатској класификацији Коппен-Геигер, пустиње су региони са годишњим падавинама мањим од 250 мм.

Међутим, годишња количина падавина може бити обмањујући индекс, будући да је губитак воде одлучујући фактор буџета за воду.

Стога, пустињска дефиниција Програма Уједињених нација за животну средину је годишњи дефицит влаге у нормалним климатским условима, гдје је потенцијална евапотранспирација (ПЕТ) пет пута већа од стварне оборине (П)..

Високи ПЕТ превладава у врућим пустињама, јер се, због недостатка облачног покривача, сунчево зрачење приближава максимуму у сушним подручјима.

Пустиње се могу поделити на два типа у зависности од њиховог нивоа аридности:

  • Хипераридос: с индексом аридности (П / ПЕТ) мањим од 0,05.
  • Агрегати: са индексом између 0,05 и 0,2.

Пустиње се разликују од сушних полусухих земљишта (П / ПЕТ 0,2-0,5) и сухих субхумидних сухих површина (0,5-0,65).

Пустиње имају и друге важне карактеристике, као што су њихове велике температурне варијације и висока салинитет тла.

С друге стране, пустиња је обично повезана са динама и песком, међутим, ова слика одговара само 15-20% свих; каменити и планински пејзажи су најчешћа пустињска окружења.

Примери термофилних организама у пустињи

Становници пустиња, који су термофили, имају низ адаптација како би се суочили са проблемима који произилазе из недостатка кише, високих температура, ветрова, сланости, између осталих..

Ксерофитне биљке су развиле стратегије за избегавање транспирације и складиштења што више воде. Сукуленција или задебљање стабљика и лишћа једна је од најчешће коришћених стратегија.

Очигледно је у породици кактуса, где су и листови модификовани у облику бодља, како би се избегла евапотранспирација и одбили биљоједи.

Род Литхопс или биљке камена, поријеклом из пустиње Намибије, такођер развија сочност, али у овом случају биљка расте на разини тла, камуфлирајући се околним камењем.

С друге стране, животиње које живе у овим екстремним стаништима развијају све врсте адаптација, од физиолошких до етолошких. На пример, такозвани кенгурски пацови имају мокраће мале запремине, мале количине волумена, и ове животиње су веома ефикасне у својој околини која је оскудна водом..

Други механизам за смањење губитка воде је повећање телесне температуре; на пример, телесна температура одмарајућих камила може да се повећа током лета са око 34 ° Ц на преко 40 ° Ц.

Температурне варијације су од великог значаја за очување воде, због:

  • Повећање телесне температуре значи да се топлота складишти у телу уместо да се расипа кроз испаравање воде. Касније, ноћу, вишак топлоте може бити избачен без воде.
  • Топлотни добитак врућег окружења се смањује, јер се смањује температурни градијент.

Други пример је пијесак (Псаммомис обесус), који је развио механизам за варење који им омогућава да се хране само пустињским биљкама породице Цхеноподиацеае, које садрже велике количине соли у листовима.

Етолошке (бихевиоралне) адаптације пустињских животиња су бројне, али можда најочигледније имплицира да је циклус активности и одмора обрнут.

На овај начин, ове животиње постају активне у сумрак (ноћна активност) и престају да буду у зору (дневни одмор), а њихов активни живот се не поклапа са најтоплијим сатима..

Референце

  1. Бакер-Аустин, Ц. и Допсон, М. (2007). Живот у киселини: пХ хомеостаза код ацидофила. Трендс ин Мицробиологи 15, 165-171.
  2. Берри, Ј.А. и Бјоркман, 0. (1980). Фотосинтетски одговор и адаптација на температуру у вишим биљкама. Годишњи преглед физиологије биљака 31, 491-534.
  3. Броцк, Т.Д. (1978). Термофилни микроорганизми и живот при високим температурама. Спрингер-Верлаг, Нев Иорк, 378 пп.
  4. Цампос, В.Л., Есцаланте, Г., Јафиез, Ј., Зарор, Ц.А. и Мондаца, А.М. (2009), Изолација арсенит-оксидирајућих бактерија из природног биофилма повезаног са вулканским стенама пустиње Атацама, Чиле. Јоурнал оф Басиц Мицробиологи 49, 93-97.
  5. Цари, Ц.С., Сханк, Т. анд Стеин, Ј. (1998). Црви уживају у екстремним температурама. Натуре 391, 545-546.
  6. Цхевалдонне, П, Десбруиерес, Д. анд Цхилдресс, Ј.Ј. (1992). Неки воле топло ... а неки воле још топлије. Натуре 359, 593-594.
  7. Евенари, М., Ланге, 01., Сцхулзе, Е.Д., Бусцхбом, У. анд Каппен, Л. (1975). Адаптивни механизми у пустињским биљкама. В: Вемберг, Ф.Ј. (ед.) Физиолошка адаптација животне средине. Интект Пресс, Платтевилле, ЛИСА, стр. 111-129.
  8. Гибсон, А.Ц. (1996). Односи структуре и функције топлих пустињских биљака. Спрингер, Хеиделберг, Германи, 216 пп.
  9. Гуттерман, И. (2002). Стратегије преживљавања годишњих пустињских биљака. Спрингер, Берлин, Немачка, 368 стр.
  10. Лутз, Р.А. (1988). Распршивање организама у дубокоморским хидротермалним отворима: преглед. Оцеанологица Ацт 8, 23-29.
  11. Лутз, Р.А., Сханк, Т.М., Форнари, Д.Ј., Хаимон, Р.М., Лиллеи, М.Д., Вон Дамм, К.Л. и Десбруиерес, Д. (1994). Брз раст на дубоким морским отворима. Натуре 371, 663-664.
  12. Рхоадс, Д.Ц., Лутз, Р.А., Ревелас, Е.Ц. и Церрато, Р.М. (1981). Раст шкољкаша на дубоким морским хидротермалним отворима уздуж Галапагоса. Сциенце 214, 911-913.
  13. Нои-Меир И. (1973). Пустињски екосистеми: околиш и произвођачи. Годишњи преглед еколошких система 4, 25-51.
  14. Виегел, Ј. анд Адамс, М.В.В. (1998). Термофили: кључеви за молекуларну еволуцију и порекло живота. Таилор анд Францис, Лондон, 346 пп.