Ekstremofiilien ominaisuudet, tyypit ja esimerkit



 ekstremofiilejä ne ovat organismeja, jotka elävät äärimmäisissä ympäristöissä, eli niissä, jotka siirtyvät pois olosuhteista, joissa suurin osa ihmisille tunnetuista organismeista elää..

Termit "äärimmäinen" ja "ekstremofiili" ovat suhteellisen antroposentrisiä, koska ihmiset arvioivat elinympäristöjä ja niiden asukkaita riippuen siitä, mitä pidettäisiin äärimmäisenä omaa olemassaoloa varten.

Tästä syystä äärimmäiselle ympäristölle tyypillistä on se, että se esittää ihmisille sietämättömiä olosuhteita sen lämpötilan, kosteuden, suolapitoisuuden, valon, pH: n, hapen saatavuuden, myrkyllisyystasojen osalta..

Ei-antropokeskeisestä näkökulmasta ihmiset voivat olla ekstremofiilisiä olentoja riippuen siitä, mikä organismi arvioi niitä. Esimerkiksi tiukan anaerobisen organismin näkökulmasta, johon happi on myrkyllistä, aerobiset olennot (kuten ihmiset) olisivat ekstremofiilejä. Ihmiselle päinvastoin anaerobiset organismit ovat ekstremofiilejä.

indeksi

  • 1 Termin "ekstremofiilit" alkuperä
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Äärimmäisten ympäristöjen ominaisuudet
  • 3 Ekstremofiilien tyypit eläintarhassa
    • 3.1 Yksisoluiset organismit
    • 3.2 Monisoluiset organismit
    • 3.3 Poly-ekstremofiilit
  • 4 Yleisimmät äärimmäisten ympäristöjen tyypit
    • 4.1 Erittäin kylmä ympäristö
    • 4.2 Äärimmäiset lämpöympäristöt
    • 4.3 Ympäristöt, joilla on äärimmäinen paine
    • 4.4 Äärimmäiset happo- ja emäksiset olosuhteet
    • 4.5 Hypertaalinen ja anoksinen ympäristö
    • 4.6 Korkeat säteilyympäristöt
    • 4.7 Antropogeeniset päät
  • 5 Siirtymät ja ekotonit
  • 6 Eläimet ja kasvit, joissa on useita vaiheita tai vaiheita
    • 6.1 Kasvit
    • 6.2 Eläimet
  • 7 Viitteet

Termin "ekstremofiilit" alkuperä

Tällä hetkellä määritämme "äärimmäisiksi" lukuisia ympäristöjä maapallon sisällä ja sen ulkopuolella, ja löydämme jatkuvasti organismeja, jotka eivät kykene pelkästään selviytymään vaan myös menestymään laajalti monissa niistä.

R. D. Macelroy

Vuonna 1974 R. D. Macelroy ehdotti termiä "ekstremofiilit" määrittelemään nämä organismit, jotka tuottavat optimaalisen kasvun ja kehittymisen äärimmäisissä olosuhteissa, toisin kuin mesofiiliset organismit, jotka kasvavat välitilanteissa..

Macelroy: n mukaan:

"Extremófilo on kuvaileva organismeille, jotka kykenevät asumaan ympäristöihin, jotka ovat vihamielisiä mesofiileihin, tai organismeja, jotka kasvavat vain välitilanteissa".

Ekstremismia on kahdessa perusasteessa organismeissa: ne, jotka voivat sietää äärimmäisen ympäristöolosuhteet ja tulevat hallitseviksi muiden suhteen; ja ne, jotka kasvavat ja kehittyvät optimaalisesti äärimmäisissä olosuhteissa.

Äärimmäisten ympäristöjen ominaisuudet

Ympäristön nimitys "äärimmäisenä" reagoi antropogeeniseen rakenteeseen, joka perustuu tietyn ympäristötilan (muun muassa lämpötilan, suolapitoisuuden, säteilyn) perusviivan kaukaisiin päihin, mikä mahdollistaa ihmisen selviytymisen.

Tämän nimityksen on kuitenkin perustuttava tiettyihin ympäristön ominaisuuksiin sen elävän organismin näkökulmasta (ihmisen näkökulman sijasta).

Näitä ominaisuuksia ovat biomassa, tuottavuus, biologinen monimuotoisuus (lajien lukumäärä ja korkeampien taksonien edustaminen), ekosysteemien prosessien monimuotoisuus ja kyseisen organismin erityiset mukautukset ympäristöön.

Kaikkien näiden ominaisuuksien summa tarkoittaa ympäristön äärimmäistä tilaa. Esimerkiksi äärimmäinen ympäristö on sellainen, joka yleensä esittää:

  • Matala biomassa ja tuottavuus
  • Arkaevien elämänmuotojen vallitseminen
  • Parempien elämänmuotojen puuttuminen
  • Fotosynteesin ja typen kiinnityksen puuttuminen, mutta riippuvuus muista metabolisista reiteistä ja fysiologisista, metabolisista, morfologisista ja / tai elinkaarikohtaisista mukautuksista.

Ekstremofiilien tyypit eläintarhassa

Yksisoluiset organismit

Termi ekstremofiili viittaa usein prokaryootteihin, kuten bakteereihin, ja sitä käytetään joskus vaihdettavasti Archaean kanssa..

Kuitenkin on olemassa laaja valikoima ekstremofiilisiä organismeja, ja tietomme fylogeneettisestä monimuotoisuudesta äärimmäisissä elinympäristöissä kasvavat lähes päivittäin.

Tiedämme esimerkiksi, että kaikki hyperthermofiilit (lämpöä rakastavat) ovat Archaean ja bakteerien jäseniä. Eukaryootit ovat yleisiä psykofiilien (kylmän ystävien), happofiilien (alhaisen pH: n ystävien), alkalofiilien (korkean pH: n ystävien), kserofiilien (kuivien ympäristöjen ystävien) ja halofiilien (suolan ystävien) joukossa.

Monisoluiset organismit

Monisoluiset organismit, kuten selkärangattomat eläimet ja selkärankaiset, voivat olla myös ekstremofiilejä.

Esimerkiksi jotkut psykrofiilit sisältävät pienen määrän sammakoita, kilpikonnia ja käärmeitä, jotka talvella välttävät solunsisäistä jäädytystä kudoksissaan, keräävät osmolyyttejä solusytoplasmaan ja sallivat vain solunulkoisen veden jäädyttämisen (solujen ulkopuolelle).

Toinen esimerkki on Etelämantereen sukkulamatto Panagrolaimus davidi, jotka voivat selviytyä solunsisäisestä jäädytyksestä (vesi jäädyttää solujen sisällä), voi kasvaa ja lisääntyä sulamisen jälkeen.

Myös Antarcticin ja Amerikan eteläosien kylmien vesien asukkaiden Channichthyidae-kalan kalat käyttävät antifriisi-proteiineja suojaamaan solujaan niiden täyttä jäädyttämistä vastaan..

Polyextremophile

Poly-ekstremofiilit ovat organismeja, jotka voivat selviytyä samanaikaisesti useampaan kuin yhteen äärimmäiseen tilaan, joten ne ovat yleisiä kaikissa äärimmäisissä ympäristöissä.

Esimerkiksi aavikkokasveja, jotka selviävät sekä äärimmäisestä kuumuudesta, rajoitetusta veden saatavuudesta että usein korkeasta suolapitoisuudesta.

Toinen esimerkki olisi merenpohjassa asuvat eläimet, jotka kykenevät kestämään erittäin suuria paineita, kuten valon puute ja ravinteiden puute..

Yleisimmät äärimmäisten ympäristöjen tyypit

Perinteisesti ympäristön äärimmäisyydet määritellään abioottisten tekijöiden perusteella, kuten:

  • lämpötila.
  • Veden saatavuus.
  • paine.
  • pH.
  • suolaisuus.
  • Happipitoisuus.
  • Säteilytasot.

Samoin ekstremofiilejä kuvataan äärimmäisten olosuhteiden perusteella, jotka tukevat.

Tärkeimmät äärimmäiset ympäristöt, joita voimme tunnistaa niiden abioottisten olosuhteiden mukaan, ovat:

Erittäin kylmä ympäristö

Äärimmäiset kylmät olosuhteet ovat sellaisia, joita pidetään tai pudotetaan usein alle 5 ° C: n lämpötiloissa (lyhyt tai pitkä). Näitä ovat maa-pylväät, vuoristoalueet ja jotkut syvänmeren elinympäristöt. Jopa hyvin kuumia autiomaita päivän aikana ovat erittäin alhaiset lämpötilat yöllä.

Kryosfäärissä elää muita organismeja (joissa vesi on kiinteässä tilassa). Esimerkiksi jäämatriisien, ikiroudan, pysyvän tai jaksollisen lumipeitteen alla elävien organismien on siedettävä useita ääripäitä, kuten kylmä, kuivuminen ja korkea säteilytaso..

Äärimmäiset lämpöympäristöt

Äärimmäisen kuumia elinympäristöjä ovat ne, jotka pysyvät tai ajoittain saavuttavat yli 40 ° C: n lämpötilat. Esimerkiksi kuumat aavikot, geotermiset paikat ja syvänmeren hydrotermiset tuuletusaukot.

Ne liittyvät usein äärimmäisiin korkeisiin lämpötiloihin, ympäristöihin, joissa saatavilla oleva vesi on hyvin rajallinen (pysyvästi tai säännöllisesti), kuten kylmät ja kuumat aavikot ja jotkut endoliittiset elinympäristöt (jotka sijaitsevat kivien sisällä).

Ympäristöt, joilla on äärimmäinen paine

Muissa ympäristöissä on suuri hydrostaattinen paine, kuten valtameren pohjavesialueet ja syvät järvet. Näissä syvyydessä sen asukkaiden on kestettävä yli 1000 ilmakehän paineita.

Vaihtoehtoisesti vuorilla ja muilla maailman korkeilla alueilla on hypobarisia ääripäitä (alhainen ilmakehän paine)..

Äärimmäiset happo- ja emäksiset olosuhteet

Yleensä erittäin happamat olosuhteet ovat sellaisia, jotka ylläpitävät tai saavuttavat säännöllisesti arvoja alle pH 5.

Erityisesti alhainen pH lisää ympäristön "äärimmäistä" tilaa, koska se lisää läsnä olevien metallien liukoisuutta ja niissä eläviä organismeja on mukautettava kohtaamaan useita abioottisia ääripäitä.

Sitä vastoin erittäin alkaliset olosuhteet ovat sellaisia, jotka pysyvät tai rekisteröivät säännöllisesti yli 9: n pH-arvoja..

Esimerkkejä äärimmäisistä pH-ympäristöistä ovat järvet, pohjavedet ja maaperät, jotka ovat erittäin happamia tai emäksisiä.

Hypersaliini ja anoksinen ympäristö

Hypersaliinin ympäristö on määritelty niille, joiden suolapitoisuus on korkeampi kuin meriveden, jossa on 35 osaa tuhatta. Näihin ympäristöihin kuuluvat hypersaliini ja suolaliuokset.

"Suolaliuoksella" emme viittaa vain suolapitoisuuteen natriumkloridilla, koska voi olla suolaliuoksia, joissa vallitseva suola on erilainen..

Äärimmäisiksi katsotaan myös elinympäristöt, joissa on rajoitettu vapaa happi (hypoksinen) tai happea (anoksinen), joko pysyvästi tai säännöllisin väliajoin. Esimerkiksi ympäristöt, joissa on nämä ominaisuudet, olisivat valtamerien ja järvien anoksiset altaat ja syvimmät sedimenttirajat.

Korkea säteilyympäristö

Ultraviolettisäteily (UV) tai infrapunasäteily (IR) voivat myös aiheuttaa äärimmäisiä olosuhteita organismeille. Säteilyn äärimmäiset olosuhteet ovat ne, jotka altistuvat epätavallisen suurelle säteilylle tai säteilylle normaalin alueen ulkopuolella. Esimerkiksi polaariset ympäristöt ja korkea korkeus (maanpäällinen vesi).

Phaeocystis pouchetii

Joillakin lajeilla on kiertävät mekanismit, joilla on korkea UV- tai IR-säteily. Esimerkiksi Etelämantereen merilevä Phaeocystis pouchetii tuottaa vesiliukoisia "aurinkosuojatuotteita", jotka imevät voimakkaasti UV-B-aallonpituuksia (280-320 nm) ja suojaavat solujasi erittäin korkealta UV-B-tasolta veden pylvään yläosassa (sen jälkeen, kun merijään rikkoutuminen).

Deinococcus radiodurans

Muut organismit sietävät hyvin ionisoivaa säteilyä. Esimerkiksi bakteeri Deinococcus radiodurans voi säilyttää sen geneettisen eheyden kompensoimalla laajan DNA-vaurion ionisoivalle säteilylle altistumisen jälkeen.

Tämä bakteeri käyttää solujen välisiä mekanismeja hajoamisen rajoittamiseksi ja DNA-fragmenttien diffuusion rajoittamiseksi. Lisäksi sillä on erittäin tehokkaita DNA-korjausproteiineja.

Astyanax hubbsi

Myös ympäristöissä, joissa on ilmeinen alhainen säteily tai ei säteilyä, ekstremofiiliset organismit on mukautettu reagoimaan säteilytasojen muutoksiin.

Esimerkiksi, Astyanax hubbsi, sokeat meksikolaiset kalat, jotka asuvat luolissa, eivät esitä pinnallisesti havaittavia silmän rakenteita ja voivat silti erottaa pienet erot ympäristön valossa. He käyttävät extraokulaarisia fotoreseptoreita havaitsemaan ja reagoimaan liikkeen visuaalisiin ärsykkeisiin.

Antropogeeniset päät

Elämme tällä hetkellä ympäristössä, jossa asetetaan äärimmäisiä ympäristöolosuhteita, jotka syntyy keinotekoisesti ihmisen toiminnan vaikutuksesta.

Niin kutsutut ympäristöt, joilla on antropogeenisiä vaikutuksia, ovat erittäin vaihtelevia, globaalisti ulottuvia ja niitä ei voida enää jättää huomiotta määriteltäessä tiettyjä äärimmäisiä ympäristöjä.

Esimerkiksi ympäristöt, joihin pilaantuminen (ilmakehä, vesi ja maaperä) vaikuttavat, kuten ilmastonmuutos ja happosate, luonnonvarojen louhinta, fyysiset häiriöt ja liikakäyttö.

Siirtymät ja ekotonit

Edellä mainittujen äärimmäisten ympäristöjen lisäksi maanpäälliset ekologit ovat aina olleet tietoisia siirtymävyöhykkeiden erityisluonteesta kahden tai useamman erilaisen yhteisön tai ympäristön välillä, kuten vuoristojen puiden rivillä tai metsien ja nurmien välisellä rajalla. . Näitä kutsutaan kiristyshihnoiksi tai ekotoneiksi.

Meriympäristössä on myös ekotoneja, esimerkiksi siirtymistä jään ja veden välillä, jota edustaa merijään reunat. Näillä siirtymäalueilla on tyypillisesti suurempi lajin monimuotoisuus ja biomassan tiheys kuin vierekkäisillä yhteisöillä, suurelta osin siksi, että niissä elävät organismit voivat hyödyntää viereisten ympäristöjen resursseja, jotka voivat antaa heille etua.

Ekotonit ovat kuitenkin jatkuvasti muuttuvia ja dynaamisia alueita, jotka osoittavat usein suurempia vaihteluita abioottisissa ja bioottisissa olosuhteissa vuosittain kuin vierekkäisissä ympäristöissä.

Tätä voidaan kohtuudella pitää "äärimmäisenä", koska se edellyttää, että organismit mukauttavat jatkuvasti käyttäytymistään, fenologiaan (kausiaikaan) ja vuorovaikutukseen muiden lajien kanssa..

Lajit, jotka elävät ekotonin molemmilla puolilla, ovat usein suvaitsevampia dynamiikkaa kohtaan, kun taas lajit, joiden kantama on rajoitettu yhdelle puolelle, kokevat toisen puolen äärimmäisenä.

Yleensä nämä siirtymävyöhykkeet vaikuttavat usein myös ilmaston ja / tai luonnollisten ja antropogeenisten muutosten vaikutuksiin.

Eläimet ja kasvit, joissa on useita vaiheita tai vaiheita

Ympäristö on dynaaminen, ne voivat olla äärimmäisiä tai ei, mutta organismit ovat myös dynaamisia ja niiden elinkaaret ovat eri vaiheita, jotka on mukautettu tiettyihin ympäristöolosuhteisiin.

On mahdollista, että ympäristö, joka tukee yhtä elimen elinkaaren vaiheista, on äärimmäinen toiseen vaiheeseen.

kasvit

Esimerkiksi kookos (Cocos nucifera) esittelee siemeniä, jotka on mukautettu merikuljetuksiin, mutta kypsä puu kasvaa maalla.

Sporeita sisältävissä verisuonikasveissa, kuten saniaikoissa ja erilaisissa sammaloissa, gametofiitti voi olla puuttunut fotosynteettisistä pigmenteistä, niillä ei ole juuria ja riippuu ympäristön kosteudesta.

Vaikka sporofyytteissä on juurakoita, juuria ja silmiä, jotka kestävät kuumuuden ja kuivuuden olosuhteita auringonvalossa. Sporofyyttien ja gametofyyttien välinen ero on samassa järjestyksessä kuin taksonien väliset erot.

eläimet

Hyvin läheinen esimerkki on monien lajien nuorten vaiheet, jotka ovat yleensä sietämättömiä ympäristölle, joka yleensä ympäröi aikuista, joten he tarvitsevat yleensä suojelua ja hoitoa aikana, jolloin he hankkivat tarvitsemansa taidot ja vahvuudet. mahdollistaa näiden ympäristöjen käsittely.

viittaukset

  1. Kohshima, S. (1984). Uusi, kylmän sietävä hyönteinen, joka löytyy Himalajan jäätiköstä. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Jotkut kommentit ekstremofiilien kehityksestä. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10,016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. ja Kelly, G.J. (1991) UV-B: n suojaavat yhdisteet merivesissä Phaeocystis pouchetti Etelämantereelta. Marine Biology 109, 391 - 395.
  4. Oren, A. (2005). Sata vuotta Dunaliella tutkimus: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. ja Mancinelli, R.L. (2001). Elämä äärimmäisissä ympäristöissä. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. ja Zillig, W. (1995). Lite erittäin alhaisessa pH: ssa. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. ja Storey, J.M. (1996). Eläinten luonnollinen jäädyttäminen. Ympäristö- ja systematiikan vuosikatsaus 27, 365-386.
  8. Teyke, T. ja Schaerer, S. (1994) Blind meksikolaista luolakalaa (Astyanax hubbsi) vastasi liikkuviin visuaalisiin ärsykkeisiin. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. ja Somero, G.N. (1982). Asuminen veden rasituksella: osmolyyttijärjestelmien kehittyminen. Science 217, 1214-1222.