Extremophiles egenskaper, typer og eksempler



den extremophiles De er organismer som lever i ekstreme miljøer, dvs. de som avviker fra forholdene der de bor mest kjente organismer av mennesker.

Begrepene "ekstreme" og "ekstremofile" er relativt antropocentriske fordi mennesker vurderer levesteder og deres innbyggere, avhengig av hva som vil bli ansett ekstrem for vår egen eksistens.

Derfor er det som preger et ekstremt miljø at det presenterer utålelige forhold for mennesker med hensyn til temperatur, fuktighet, saltholdighet, lys, pH, tilgjengeligheten av oksygen, toksisitetsnivåer, blant andre..

Fra et ikke-antropokentrisk perspektiv kunne mennesker være ekstremofile vesener, avhengig av organismen som evaluerte dem. For eksempel, fra et synspunkt av en streng anaerob organisme, for hvilken oksygen er toksisk, vil aerobiske vesener (som mennesker) være ekstremofiler. For mennesket er tvert imot anaerobe organismer ekstremofiler.

index

  • 1 Opprinnelse av begrepet "extremophiles"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Kjennetegn ved ekstreme miljøer
  • 3 Typer av ekstremofiler i zoologisk skala
    • 3.1 Enkeltcellede organismer
    • 3.2 Flercellulære organismer
    • 3.3 Poly-ekstremofiler
  • 4 vanligste typer ekstreme miljøer
    • 4.1 Ekstreme kuldeforhold
    • 4.2 Ekstreme varme miljøer
    • 4.3 Miljøer med ekstremt trykk
    • 4.4 Ekstreme syre og alkaliske miljøer
    • 4.5 Hypersalin og anoksiske miljøer
    • 4.6 Høye strålingsmiljøer
    • 4.7 Antropogene ender
  • 5 Overganger og økotoner
  • 6 Dyr og planter med flere stadier eller faser
    • 6.1 Planter
    • 6.2 Dyr
  • 7 referanser

Opprinnelsen til ordet "extremophiles"

For tiden definerer vi som "ekstremer" mange miljøer innenfor og utenfor planeten Jorden, og vi oppdager stadig organismer som er i stand til ikke bare å overleve, men også å trives mye i mange av dem.

R. D. Macelroy

I 1974, R. D. MacElroy slått begrepet "extremophiles" for å definere disse organismene som har en optimal vekst og utvikling under ekstreme forhold, i motsetning til de mesofile organismer som vokser i miljøer mellomliggende betingelser.

Ifølge Macelroy:

"Ekstremofile er et beskrivende for organismer i stand til å fylle de mesofile fiendtlige omgivelser eller organismer som bare vokser i miljøer mellomliggende".

Det er to grunnleggende grader av ekstremisme i organismer: de som kan tolerere en ekstrem miljøtilstand og blir dominerende over andre; og de som vokser og utvikler seg optimalt under ekstreme forhold.

Kjennetegn ved ekstreme miljøer

Navnet på et miljø som "end" svarer til en menneskeskapt konstruksjon, basert på betraktning av de distale ender av grunnlinjen av en viss miljømessig tilstand (temperatur, saltholdighet, stråling, etc.), slik at menneskelig overlevelse.

Imidlertid bør dette begrepet være basert på visse egenskaper ved et miljø, i lys av den organisme som holder til (i stedet for human perspektiv).

Disse egenskapene omfatter: biomasse, produktivitet, biologisk mangfold (antall arter og representasjon av høyere taxa), mangfold av prosesser i økosystemer og spesifikke tilpasninger til miljøet til den aktuelle organismen.

Summen av alle disse karakteristikkene betegner den ekstreme tilstanden til et miljø. For eksempel er et ekstremt miljø som vanligvis presenterer:

  • Lav biomasse og produktivitet
  • Overdrivelse av arkaiske livsformer
  • Fravær av overlegen livsformer
  • Fravær av fotosyntese og nitrogenfiksering, men avhengigheten av andre metabolske veier og fysiologiske, metaboliske, morfologiske og / eller livssyklusspesifikke tilpasninger.

Typer av ekstremofiler i zoologisk skala

Unicellular organismer

Begrepet extremophile refererer ofte til prokaryoter, for eksempel bakterier, og brukes noen ganger utveksling med Archaea..

Imidlertid er det et bredt spekter av ekstremofile organismer, og vår kunnskap om fylogenetisk mangfold i ekstreme habitater øker nesten daglig.

Vi vet for eksempel at alle hypertermofile organismer (varmekjære) er medlemmer av Archaea og bakterier. Eukaryoter er vanlig blant psychrophilic (kald kjære), acidofile (elskere lav pH), Alkalophilic (elskere høy pH), xerophilic (elskere tørre omgivelser) og halofile (salt elskende).

Flercellulære organismer

Flercellulære organismer, som virvelløse dyr og vertebrater, kan også være ekstremofiler.

For eksempel har noen psychrophilic omfatte et lite antall av frosker, skilpadder og en slange, som i løpet av vinteren forhindre intracellulær frysing i deres vev, samler osmolytes i cellecytoplasmaet og tillater frysing bare det ekstracellulære vann (ytre cellene).

Et annet eksempel er tilfelle av den antarktiske nematoden Panagrolaimus davidi, som kan overleve intracellulær frysing (vannfrysing inne i cellene dine), kan vokse og reprodusere etter tining.

Også fisken fra familien Channichthyidae, innbyggere i det kalde vannet i Antarktis og sør for det amerikanske kontinentet, bruker frostvæske proteiner for å beskytte sine celler mot deres fullstendig frysing.

Polyextremophile

Poly-ekstremofiler er organismer som kan overleve mer enn en ekstrem tilstand samtidig, og er derfor vanlige i alle ekstreme miljøer.

For eksempel, ørkenplanter som overlever både ekstrem varme, begrenset vanntilgjengelighet og ofte høy saltholdighet.

Et annet eksempel er dyrene som bor i havbunnen, som er i stand til å motstå svært høye press, som mangel på lys og mangel på næringsstoffer, blant andre..

Mest vanlige typer ekstreme miljøer

Tradisjonelt er ekstreme miljøer definert basert på abiotiske faktorer, som for eksempel:

  • temperaturen.
  • Vanntilgjengelighet.
  • trykk.
  • pH-.
  • saltiness.
  • Oksygenkonsentrasjon.
  • Strålingsnivåer.

På samme måte beskrives ekstremofiler på grunnlag av ekstreme forhold som støtter.

De viktigste ekstreme miljøene som vi kan gjenkjenne i henhold til deres abiotiske forhold er:

Ekstreme kulde omgivelser

Ekstreme kalde omgivelser er de som vedlikeholdes eller faller ofte i perioder (korte eller lange) med temperaturer under 5 ° C. Disse inkluderer landpoler, fjellområder og noen dype havområder. Selv noen veldig varme ørkener i løpet av dagen har svært lave temperaturer om natten.

Det finnes andre organismer som lever i kryosfæren (der vann er i fast tilstand). For eksempel skal organismer som lever i ismatriser, permafrost, under permanent eller periodisk snødekke, tolerere flere ekstremer, inkludert forkjølelse, uttørking og høye nivåer av stråling.

Ekstreme varme miljøer

Ekstremt varme habitater er de som forblir eller regelmessig når temperaturer over 40 ° C. For eksempel, varme ørkener, geotermiske steder og dypvann hydrotermiske ventiler.

Ofte er de forbundet med ekstreme miljøer med høye temperaturer hvor vann er tilgjengelig, er meget begrenset (eller vedvarende regelmessige tidsperioder), for eksempel varmt og kaldt ørkener, og noen endolithic habitater (som befinner seg innenfor bergarter).

Miljøer med ekstremt trykk

Andre miljøer er utsatt for høyt hydrostatisk trykk, for eksempel bøndene i havene og dype innsjøer. I disse dypene må innbyggerne tåle press over 1000 atmosfærer.

Alternativt er det hypobariske ekstremer (med lavt atmosfærisk trykk), i fjell og i andre høye regioner i verden.

Ekstreme syre og alkaliske miljøer

Generelt er ekstremt sure miljøer de som opprettholder eller regelmessig når verdier under pH 5.

Lav pH, spesielt øker "ekstreme" tilstanden til et miljø, siden det øker oppløseligheten av metaller som er tilstede, og organismer som bor i dem må tilpasses for å møte flere abiotiske ekstremer.

Omvendt er ekstremt alkaliske miljøer de som forblir eller registrerer regelmessig pH-verdier over 9..

Eksempler på ekstreme pH-miljøer inkluderer innsjøer, grunnvann og jord, svært sure eller alkaliske.

Hypersalin og anoksiske miljøer

Hypersaline miljøer er definert som de med saltkonsentrasjoner høyere enn sjøvann, som har 35 deler per tusen. Disse miljøene inkluderer hypersalin og saltvann.

Med "saltløsning" menes ikke bare saltholdighet natriumklorid, ettersom det kan være den overveiende saltholdige miljøer hvor salt er forskjellig.

Habitater med begrenset fri oksygen (hypoksisk) eller ingen oksygen tilstede (anoksisk), enten vedvarende eller med jevne mellomrom, betraktes også som ekstreme. For eksempel vil miljøer med disse egenskapene være de anoxiske bassengene i hav og innsjøer, og de dypeste sedimentlagene.

Høye strålingsmiljøer

Ultrafiolett (UV) eller infrarød (IR) stråling kan også påføre ekstreme forhold på organismer. Ekstreme miljøer i stråling er de utsatt for unormal høy stråling eller stråling utenfor det normale området. For eksempel, polare miljøer og høy høyde (terrestrisk og akvatisk).

Phaeocystis pouchetii

Noen arter utviser unnvikende mekanismer med høy UV eller IR-stråling. For eksempel, Antarktis tang Phaeocystis pouchetii produserer "solkremer" vannløselige, som sterkt absorberer lengder UV-B (280-320nm) bølge og beskytte sine celler ekstremt høye nivåer av UV-B i den øvre 10 m vannsøyle (etter bryte av isen).

Deinococcus radiodurans

Andre organismer er svært tolerante for ioniserende stråling. For eksempel bakterien Deinococcus radiodurans kan bevare sin genetiske integritet ved å kompensere for omfattende DNA-skade etter eksponering for ioniserende stråling.

Denne bakterien bruker intercellulære mekanismer for å begrense nedbrytning og begrense diffusjonen av DNA-fragmenter. I tillegg har den svært effektive DNA-reparasjonsproteiner.

Astyanax hubbsi

Selv i miljøer med tilsynelatende lav stråling eller ingen stråling, er ekstremofile organismer tilpasset for å reagere på endringer i strålingsnivåer.

For eksempel, Astyanax hubbsi, en blind meksikansk fisk som bor i grotter, presenterer ikke overfladisk perceptible okulære strukturer og kan likevel skille mellom små forskjeller i omgivende lys. De bruker ekstraokulære fotoreceptorer til å oppdage og reagere på visuelle stimuli i bevegelse.

Antropogene ender

Vi lever for øyeblikket i et miljø der ekstreme miljøforhold pålegges, kunstig generert som en effekt av menneskelige aktiviteter.

De såkalte miljøene med menneskeskapt påvirkning er ekstremt varierte, har global rekkevidde og kan ikke lenger ignoreres når de definerer bestemte ekstreme miljøer.

For eksempel påvirkes miljøer som er forurenset av forurensning (atmosfærisk, vann og jord) -lignende klimaendringer og surt regn-, utvinning av naturressurser, fysisk forstyrrelse og overutnyttelse.

Overganger og økotoner

I tillegg til de ekstreme miljøene som er nevnt ovenfor, har terrestriske økologer alltid vært oppmerksomme på den spesielle naturen til overgangssoner mellom to eller flere forskjellige samfunn eller miljøer, for eksempel trærne i fjellet eller grensen mellom skog og gressletter. . Disse kalles strekkbelter eller økotoner.

Ekotoner eksisterer også i havmiljøet, for eksempel overgangen mellom is og vann representert ved kanten av sjøis. Disse overgangssonene viser vanligvis større arterdiversitet og biomassetetthet enn de flankerende samfunnene, hovedsakelig fordi organismer som bor i dem kan dra nytte av ressursene i nærliggende miljøer, noe som kan gi dem en fordel.

Imidlertid er økotoner stadig skiftende og dynamiske regioner, som ofte viser et bredere spekter av variasjon i abiotiske og biotiske forhold over en årlig periode enn tilstøtende omgivelser.

Dette kan med rimelighet betraktes som ekstremt fordi det krever at organismer kontinuerlig tilpasser sin oppførsel, fenologi (sesongtid) og samspill med andre arter.

Arter som lever på begge sider av økotonen, er ofte mer tolerante for dynamikk, mens arter som er begrenset til den ene siden, opplever den andre siden som ekstreme.

Generelt er disse overgangssonene også den første påvirket av endringer i klima og / eller endringer, både naturlige og menneskeskapte.

Dyr og planter med flere stadier eller faser

Ikke bare er miljøene dynamiske, de kan være ekstreme eller ikke, men organismer er også dynamiske og har livssykluser i forskjellige stadier, tilpasset bestemte miljøforhold.

Det kan hende at miljøet som støtter et av stadiene i livscyklusen til en organisme, er ekstremt for en annen av stadiene.

planter

For eksempel, kokosnøtten (Kokosnukifera), presenterer et frø tilpasset for sjøtransport, men det modne treet vokser på land.

I sporebærende karplanter, for eksempel bregner og forskjellige typer mos, kan gametofyten være blottet for fotosyntetiske pigmenter, har ingen røtter og er avhengige av miljøfuktighet.

Mens sporofytene har rhizomer, røtter og knopper som tåler varme og tørrforhold i fullt sollys. Forskjellen mellom sporofytter og gametofytter er i samme rekkefølge som forskjeller mellom taxa.

dyr

Et veldig nært eksempel er juvenile stadier av mange arter, som generelt er intolerante for miljøet som vanligvis omgir voksen, slik at de vanligvis krever beskyttelse og omsorg i den perioden de får de ferdigheter og styrker de trenger. tillate å håndtere disse miljøene.

referanser

  1. Kohshima, S. (1984). Et nytt kaldtolerant insekt som finnes i en Himalayanbreen. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Noen kommentarer til utviklingen av ekstremofiler. Biosystemer, 6 (1), 74-75. doi: 10,1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. og Kelly, G.J. (1991) UV-B-beskyttende forbindelser i marine alger Phaeocystis pouchetti fra Antarktis. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Et hundre år av Dunaliella forskning: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. og Mancinelli, R.L. (2001). Livet i ekstreme omgivelser. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. og Zillig, W. (1995). Lite ved ekstremt lav pH. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. og Storey, J.M. (1996). Naturfrysing overlevelse hos dyr. Årlig gjennomgang av økologi og systematikk 27, 365-386.
  8. Teyke, T. og Schaerer, S. (1994) Blind meksikansk hulefisk (Astyanax hubbsi) reagerte på bevegelige visuelle stimuli. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. og Somero, G.N. (1982). Bor med vannspenning: utvikling av osmolytesystemer. Science 217, 1214-1222.