Ominaisuudet termofiilit, luokitus ja ympäristö



termofiilisten ovat ekstremofiilisten organismien alatyyppi, jolle on tunnusomaista korkeiden lämpötilojen sietäminen 50 ° C: n ja 75 ° C: n välillä joko siksi, että näissä äärimmäisissä ympäristöissä nämä lämpötila-arvot säilytetään tai koska ne saavutetaan usein.

Termofiiliset organismit ovat tavallisesti bakteereja tai arkeja, mutta metatsoaneja (eukaryoottisia organismeja, jotka ovat heterotrofisia ja kudoksia), jotka kehittyvät myös kuumissa paikoissa.

Tunnetaan myös meren eliöitä, jotka symbioosiin termofiilisten bakteerien kanssa voivat sopeutua näihin korkeisiin lämpötiloihin ja että ne ovat myös kehittäneet biokemiallisia mekanismeja, kuten muunnetun hemoglobiinin, korkean veren määrän, mikä sallii niiden sietää sulfidien ja yhdisteiden toksisuutta. rikkiä.

Uskotaan, että termofiiliset prokaryootit olivat ensimmäisiä yksinkertaisia ​​soluja elämän kehityksessä ja että he asuivat paikoissa, joissa oli vulkaanista toimintaa ja geysirejä valtamerissä.

Esimerkkejä tämäntyyppisistä termofiilisistä organismeista ovat ne, jotka elävät lähellä vesitermiä tai fumaroleja valtamerien pohjalla, kuten metanogeeniset bakteerit (metaanin tuottajat) ja annelidit. Riftia pachyptila.

Tärkeimmät elinympäristöt, joissa on termofiilejä, ovat:

  • Maanpäälliset hydrotermiset olosuhteet.
  • Meriveden hydrotermiset olosuhteet.
  • Kuumat aavikot.

indeksi

  • 1 Termofiilisten organismien ominaisuudet
    • 1.1 Termofiilisten organismien erottamiskyky
  • 2 Termofiilisten organismien luokittelu
  • 3 Termofiiliset organismit ja niiden ympäristö
    • 3.1 Maanpäälliset hydrotermiset olosuhteet
    • 3.2 Esimerkkejä maanpäällisissä hydrotermisissä ympäristöissä elävistä organismeista
    • 3.3 Bakteerit
    • 3.4 Kaaret
    • 3.5 Eukaryootit
    • 3.6 Meriveden hydrotermiset olosuhteet
    • 3.7 Esimerkkejä meren hydrotermisiin ympäristöihin liittyvästä eläimistöstä
    • 3.8 Kuumat aavikot
    • 3.9 Aavikoiden tyypit
    • 3.10 Esimerkkejä termofiilisistä aavikon organismeista
  • 4 Viitteet

Termofiilisten organismien ominaisuudet

Lämpötila: kriittinen abioottinen tekijä mikro-organismien kehittämisessä

Lämpötila on yksi tärkeimmistä ympäristötekijöistä, jotka vaikeuttavat elävien olentojen kasvua ja selviytymistä. Kullakin lajilla on erilaisia ​​lämpötiloja, joiden välillä se voi selviytyä, mutta sillä on optimaalinen kasvu ja kehitys tietyissä lämpötiloissa.

Kunkin organismin kasvuvauhti voidaan ilmaista graafisesti suhteessa lämpötilaan, jolloin saadaan kriittisiin kriittisiin lämpötiloihin vastaavat arvot (minimi, optimaalinen ja maksimi)..

Vähimmäislämpötilat

Organisaation kasvun vähimmäislämpötiloissa tapahtuu solukalvon juoksevuuden väheneminen ja materiaalien kuljetus- ja vaihtoprosessit, kuten ravinteiden sisäänpääsy ja myrkyllisten aineiden poistuminen, voivat pysähtyä.

Vähimmäislämpötilan ja optimaalisen lämpötilan välillä mikro-organismien kasvunopeus kasvaa.

Optimaalinen lämpötila

Optimaalisessa lämpötilassa metaboliset reaktiot tapahtuvat mahdollisimman tehokkaasti.

Suurin lämpötila

Optimaalisen lämpötilan yläpuolella kasvunopeus laskee maksimilämpötilaan, jonka kukin organismi voi sietää.

Näissä korkeissa lämpötiloissa rakenteelliset ja funktionaaliset proteiinit denaturoidaan ja inaktivoidaan entsyymeinä, koska ne menettävät geometrisen konfiguraationsa ja spatiaalisen konfiguraationsa, sytoplasminen kalvo hajoaa ja lämpö-hajoaminen tai repeämä johtuu kuumennuksesta.

Jokaisella mikro-organismilla on minimaaliset, optimaaliset ja maksimilämpötilat. Termofiileillä on poikkeuksellisen korkeat arvot näissä kolmessa lämpötilassa.

Termofiilisten organismien erottamiskyky

  • Termofiilisillä organismeilla on korkeat kasvunopeudet, mutta lyhyet käyttöajat.
  • Niillä on paljon lipidejä tai pitkäketjuisia tyydyttyneitä rasvoja solumembraanissaan; tämäntyyppiset tyydyttyneet rasvat kykenevät absorboimaan lämpöä ja menevät nestemäiseen tilaan korkeissa lämpötiloissa (sulaa) tuhoutumatta.
  • Sen rakenteelliset ja toiminnalliset proteiinit ovat hyvin stabiileja lämpöä vastaan ​​(termostabiili) kovalenttisten sidosten ja erityisten molekyylien välisten voimien kautta, joita kutsutaan Lontoon dispersiovoimiksi..
  • Niillä on myös erityisiä entsyymejä metabolisen toiminnan ylläpitämiseksi korkeissa lämpötiloissa.
  • On tunnettua, että nämä termofiiliset mikro-organismit voivat käyttää sulfideja ja runsaasti rikkiyhdisteitä tulivuoren alueilla ravintoaineiden lähteinä, jotka muuntavat ne orgaaniseksi aineeksi.

Termofiilisten organismien luokittelu

Termofiiliset organismit voidaan jakaa kolmeen laajaan luokkaan:

  • Kohtalaiset termofiilit (optimaalinen välillä 50-60 ° C).
  • Äärimmäiset termofiilit (optimaalisesti lähellä 70 ° C).
  • Hypertermofiilit (optimaalisesti lähellä 80 ° C).

Termofiiliset organismit ja niiden ympäristö

Maanpäälliset hydrotermiset olosuhteet

Hydrotermiset paikat ovat yllättävän yleisiä ja levinneet laajalti. Ne voidaan jakaa laajasti niihin, jotka liittyvät vulkaanisiin alueisiin ja niihin, jotka eivät ole..

Hydrotermiset olosuhteet, joissa on korkeimmat lämpötilat, liittyvät yleensä tulivuoren ominaisuuksiin (kattilat, viat, tektoniset levyn rajat, takaosan valuma-altaat), joiden avulla magma voi nousta syvyyteen, jossa se voi olla vuorovaikutuksessa suoraan pohjaveden kanssa. matala.

Kuumille paikoille liittyy usein myös muita ominaisuuksia, jotka vaikeuttavat elämää, kuten pH, orgaaninen aine, kemiallinen koostumus ja äärimmäinen suolapitoisuus..

Maanpäällisten hydrotermisten ympäristöjen asukkaat elävät siis useiden äärimmäisten olosuhteiden läsnä ollessa. Nämä organismit tunnetaan polyextramofiileinä.

Esimerkkejä maanpäällisissä hydrotermisissä ympäristöissä elävistä organismeista

Kolmen domeenin (eukaryootit, bakteerit ja arkisto) kuuluvat organismit on tunnistettu maanpäällisissä hydrotermisissä ympäristöissä. Näiden organismien monimuotoisuus määräytyy pääasiassa lämpötilan perusteella.

Vaikka monipuolinen valikoima bakteerilajeja elää kohtalaisesti termofiilisissä ympäristöissä, valoautofotit voivat hallita mikrobien yhteisöä ja muodostaa makroskooppisia "mattoja" tai "mattoja"..

Nämä "fotosynteettiset matot" ovat läsnä useimpien neutraalien ja emäksisten lämpöjousien pinnalla (pH on yli 7,0) 40 - 71 ° C: n lämpötiloissa, ja tärkeimmät hallitsevat tuottajat muodostavat sinileviä..

55 ° C: n yläpuolella fotosynteettiset matot ovat pääasiassa yksisoluisten syanobakteerien, kuten Synechococcuksen sp.

bakteerit

Fotosynteettiset mikrobilattiat voivat olla myös pääasiassa sukujen bakteereja Chloroflexus ja Roseiflexus, molemmat jäsenet tilaus Chloroflexales.

Kun ne liittyvät syanobakteereihin, Chloreflexus ja Roseiflexus kasvaa optimaalisesti fotoheterotrofisissa olosuhteissa.

Jos pH on happo, suvut ovat yleisiä Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulphobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium ja Thermodesulfator.

Hypertermofiilisissä lähteissä (välillä 72-98 ° C) tiedetään, että fotosynteesiä ei tapahdu, mikä sallii kemolitokautotrofisten bakteerien vallan..

Nämä organismit kuuluvat Aquificae-turvapaikkaan ja ovat kosmopoliittisia; voi hapettaa vetyä tai molekyylirikkiä hapella elektroniseptorina ja kiinnittää hiiltä pelkistävän trikarboksyylihapon (rTCA) läpi.

archaea

Suurin osa viljellyistä ja viljelemättömistä arkeista, jotka on tunnistettu neutraaleissa ja emäksisissä lämpöympäristöissä, kuuluvat Crenarchaeota-turvapaikkaan.

Lajit kuten Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans tai Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, lisääntyvät alle 77 ° C: ssa ja Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis ja Ignisphaera-aggregaatit, lähteissä, joiden lämpötila on yli 80 ° C.

Happamissa ympäristöissä on sukujen arkisto: Sulfolobus, Sulphurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium ja Galdivirga.

eukaryoottisia

Eukaryooteissa voidaan mainita neutraalit ja emäksiset lähteet Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia ja Oramoeba funiarolia.

Happolähteistä löydät lajityypit: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium tai Galdieria.

Meriveden hydrotermiset olosuhteet

Kun lämpötilat vaihtelevat välillä 2 ° C - yli 400 ° C, paineet, jotka ylittävät useita tuhansia puntia neliötuumaa kohti (psi), ja suuret myrkyllisen vetysulfidin pitoisuudet (pH 2,8), syvänmeren hydrotermiset tuuletusaukot ovat mahdollisesti kaikkein äärimmäisimmissä ympäristöissä planeetallamme.

Tässä ekosysteemissä mikrobit toimivat elintarvikeketjun alempana linkkinä, joka saa energiansa geotermisestä lämmöstä ja maapallon sisätilojen syvyyksistä..

Esimerkkejä meren hydrotermisiin ympäristöihin liittyvästä eläimistöstä

Näihin lähteisiin tai tuuletusaukkoihin liittyvä eläimistö on hyvin vaihteleva, eikä eri taksonien olemassa olevia suhteita ole vielä täysin ymmärretty.

Eristäytyneistä lajeista kuuluvat sekä bakteerit että arkisto. Esimerkiksi suvun arkisto on eristetty Methanococcus, Methanopyus ja suvun anaerobiset termofiiliset bakteerit Caminibacter.

Bakteerit kehittyvät biofilmeissä, jotka ruokkivat useita organismeja, kuten amfipodit, koppodit, etanat, katkarapujen raput, putkimaiset matot, kalat ja mustekalat.

Yhteinen panoraama koostuu simpukoiden kertymisestä, Bathymodiolus thermophilus, yli 10 cm: n pituisia, jotka sotkevat basaltilavan laasuissa. Näihin liittyy yleensä useita Galapagon rapuja (Munidopsis subsquamosa).

Yksi epätavallisimmista organismeista on putkimainen mato Riftia pachyptila, jotka voidaan ryhmitellä suuriin määriin ja saavuttaa lähelle 2 metriä.

Näillä putkimiehillä ei ole suuhun, vatsaan tai peräaukkoon (eli niillä ei ole ruoansulatuskanavaa); ne ovat täysin suljettu pussi, ilman ulkoisen ympäristön avaamista.

Kynän kirkkaan punainen väri kärjessä johtuu solunulkoisesta hemoglobiinista. Vety- sulfidia kuljetetaan tämän kynän filamentteihin liittyvän solukalvon läpi, ja solunulkoisen hemoglobiinin kautta se saavuttaa erikoistuneen "kudoksen", jota kutsutaan trofosomiksi, joka koostuu kokonaan symbioottisista kemosynteettisistä bakteereista..

Voidaan sanoa, että näillä matoilla on sisäinen "puutarha" bakteereista, jotka ruokkivat rikkivetyä ja tarjoavat "ruokaa" matolle, poikkeuksellisen sopeutumiseen.

Kuumat aavikot

Kuumat aavikot peittävät 14-20% maan pinnasta, noin 19-25 milj. Km.

Kuumimmat aavikot, kuten Pohjois-Afrikan Sahara ja Yhdysvaltojen, Meksikon ja Australian lounaisosien aavikot, löytyvät tropiikoista sekä pohjoisella pallonpuoliskolla että eteläisellä pallonpuoliskolla (noin 10 ° - 30- 40 ° leveysaste.

Eräiden aavikoiden tyypit

Kuuman aavikon määrittelevä ominaisuus on kuivuus. Koppen-Geigerin ilmastoluokituksen mukaan aavikot ovat alueita, joiden vuotuinen sademäärä on alle 250 mm.

Vuosittainen sademäärä voi kuitenkin olla harhaanjohtava indeksi, koska veden menetys on ratkaiseva tekijä vesibudjetissa.

Näin ollen Yhdistyneiden Kansakuntien ympäristöohjelman aavikonmäärittely on normaali ilmasto-olojen vuotuinen kosteuden alijäämä, jossa mahdollinen evapotranspiraatio (PET) on viisi kertaa suurempi kuin todellinen sademäärä (P).

Korkea PET on vallitseva kuumissa aavikoissa, koska pilvipeiton puuttumisen vuoksi aurinkosäteily on lähestymässä enimmäkseen kuivilla alueilla.

Aavikot voidaan jakaa kahteen lajiin niiden kuivuusasteen mukaan:

  • Hyperáridos: joiden kuivuusindeksi (P / PET) on alle 0,05.
  • Aggregaatit: indeksi on 0,05 - 0,2.

Aavikot erottuvat kuivista puolikuituista maista (P / PET 0,2-0,5) ja kuivista, kosteasta kuivasta maasta (0.5-0.65).

Aavikoilla on muitakin tärkeitä ominaisuuksia, kuten niiden voimakas lämpötilan vaihtelu ja maaperän korkea suolapitoisuus.

Toisaalta aavikko liittyy yleensä dyyneihin ja hiekkaan, mutta tämä kuva vastaa vain 15-20% kaikista niistä; kiviset ja vuoristoiset maisemat ovat yleisimpiä autiomaassa.

Esimerkkejä aavikon termofiilisistä organismeista

Aavikkojen asukkaat, jotka ovat termofiilejä, ovat sopeuttaneet joukon sotien, korkeiden lämpötilojen, tuulien, suolapitoisuuden puutteesta johtuvia vastoinkäymisiä..

Kserofiittikasvit ovat kehittäneet strategioita, joilla vältetään haihtuminen ja säilytetään mahdollisimman paljon vettä. Varsien ja lehtien mehevyys tai sakeutuminen on yksi käytetyimmistä strategioista.

Se on ilmeinen Cactaceae-perheessä, jossa lehdet on myös muokattu piikkien muodossa, jotta vältettäisiin evapotranspiraatio ja torjutaan kasvissyöjiä.

Sukupuoli Lithops tai Namibian autiomaassa kotoisin olevat kivenkasvit kehittävät myös mehevyyttä, mutta tässä tapauksessa kasvi kasvaa maanpinnalla, naamioimalla itseään ympäröivillä kivillä.

Toisaalta näissä äärimmäisissä elinympäristöissä elävät eläimet kehittävät kaikenlaisia ​​mukautuksia fysiologisesta etologiaan. Esimerkiksi ns. Kenguru-rotilla on alhainen tilavuus, pienen tilavuuden virtsaaminen, ja nämä eläimet ovat erittäin tehokkaita vesipitoisessa ympäristössään..

Toinen mekanismi veden häviämisen vähentämiseksi on kehon lämpötilan nousu; esimerkiksi lepokamelien kehon lämpötila voi nousta kesällä noin 34 ° C: sta yli 40 ° C: seen.

Lämpötilan vaihtelut ovat erittäin tärkeitä vesiensuojelun kannalta, koska:

  • Kehon lämpötilan nousu tarkoittaa, että lämpöä varastoidaan kehoon sen sijaan, että se haihtuu veden haihduttamisen kautta. Myöhemmin yöllä ylimääräistä lämpöä voidaan karkottaa ilman vettä.
  • Kuuman ympäristön lämpöhyötysuhde pienenee, koska lämpötila-asteikko pienenee.

Toinen esimerkki on hiekanrotta (Psammomys obesus), joka on kehittänyt ruoansulatusmekanismin, jonka avulla ne voivat ruokkia vain Chenopodiaceae-perheen aavikkokasveja, jotka sisältävät suuria määriä suoloja lehdissä.

Aavikkojen eläinten etologiset (käyttäytymismuodolliset) mukautukset ovat lukuisia, mutta ehkä ilmeisimpiä merkitsee sitä, että aktiivisuus-lepojakso on peruutettu.

Tällä tavoin nämä eläimet aktivoituvat auringonlaskun aikaan (yön aktiivisuus) ja lakkaavat olemasta aamunkoitteessa (päiväsaikaan), heidän aktiivinen elämä ei ole yhteneväisin kuumimpien tuntien kanssa.

viittaukset

  1. Baker-Austin, C. ja Dopson, M. (2007). Elämä hapossa: pH-homeostaasi acidofiileissä. Trends in Microbiology 15, 165 - 171.
  2. Berry, J.A. ja Bjorkman, 0. (1980). Korkeampien kasvien fotosynteettinen vaste ja lämpötilan sopeutuminen. Kasvin fysiologian vuosikatsaus 31, 491 - 544.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofiiliset mikro-organismit ja elämä korkeassa lämpötilassa. Springer-Verlag, New York, 378 s.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. ja Mondaca, A.M. (2009), Arseniittia hapettavien bakteerien eristäminen luonnollisesta biokalvosta, joka liittyy Atacaman autiomaassa, Chilessä. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. ja Stein, J. (1998). Worms paistaa äärimmäisissä lämpötiloissa. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. ja Childress, J.J. (1992). Jotkut pitävät siitä kuumana ... ja jotkut pitävät siitä vielä kuumempia. Nature 359, 593 - 594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. ja Kappen, L. (1975). Sopeutuvat mekanismit autiomaassa. Julkaisussa: Vemberg, F.J. (ed.) Fysiologinen sopeutuminen ympäristöön. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Lämmin aavikkolaitosten rakenteen ja toiminnan suhteet. Springer, Heidelberg, Saksa, 216 s.
  9. Gutterman, Y. (2002). Vuotuisten aavikkolaitosten selviytymisstrategiat. Springer, Berliini, Saksa, 368 s.
  10. Lutz, R.A. (1988). Organismien hajottaminen syvänmeren vesivoimaloissa: tarkistus. 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. ja Desbruyeres, D. (1994). Nopea kasvu syvänmeren tuuletusaukkoissa. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. ja Cerrato, R.M. (1981). Kaksisuuntaisten kasvien kasvu syvänmeren hydrotermisissä tuuletusaukkoissa Galapagos Riftin varrella. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Desert-ekosysteemit: ympäristö ja tuottajat. Ecological Systems 4: n vuosikatsaus 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. ja Adams, M.W.W. (1998). Thermophiles: avaimet molekyylin evoluutioon ja elämän alkuperään. Taylor ja Francis, Lontoo, 346 pp.