Karakteristiske termofiler, klassifisering og miljøer



den varmekrevende er en subtype av ekstremofile organismer som er karakterisert ved å tolerere høye temperaturer, mellom 50 ° C og 75 ° C, enten fordi disse temperaturverdiene i disse ekstreme miljøene opprettholdes, eller fordi de ofte blir nådd.

Termofile organismer er vanligvis bakterier eller arkea, men det er metazoaner (eukaryote organismer som heterotrophic og vev), som også utvikler seg på varme steder.

marine organismer forbundet symbiotisk med termofile bakterier, kan også være tilpasset disse høye temperaturer er også kjent og har også utviklet biokjemiske mekanismer som modifisert hemoglobin, høyt blodvolum, blant andre, som tillater dem å tåle toksisiteten av sulfider og forbindelser av svovel.

Det antas at termofile prokaryoter var de første enkle cellene i utviklingen av livet, og at de bebodde steder med vulkansk aktivitet og geysere i havene.

Eksempler på denne type termofile organismer er de som bor i nærheten av hydrotermiske ventiler eller fumaroler i bunnen av havene, som metanogene bakterier (metanprodusenter) og annelider. Riftia pachyptila.

De viktigste habitatene hvor termofiler finnes er:

  • Terrestriske hydrotermiske miljøer.
  • Marine hydrotermiske miljøer.
  • Hot ørkener.

index

  • 1 Kjennetegn ved termofile organismer
    • 1.1 Særpregete egenskaper av termofile organismer
  • 2 Klassifisering av termofile organismer
  • 3 Termofile organismer og deres omgivelser
    • 3.1 Terrestriske hydrotermiske miljøer
    • 3.2 Eksempler på organismer som lever i jordbaserte hydrotermiske miljøer
    • 3,3 bakterier
    • 3,4 buer
    • 3,5 eukaryoter
    • 3.6 Marine hydrotermiske miljøer
    • 3.7 Eksempler på fauna forbundet med marine hydrotermiske miljøer
    • 3.8 varme ørkener
    • 3.9 Typer av ørkener
    • 3.10 Eksempler på termofile ørkenorganismer
  • 4 referanser

Kjennetegn ved termofile organismer

Temperatur: kritisk abiotisk faktor for utvikling av mikroorganismer

Temperatur er en av de viktigste miljøfaktorene som stiller vekst og overlevelse for levende vesener. Hver art har en rekke temperaturer mellom hvilke den kan overleve, men den har optimal vekst og utvikling ved bestemte temperaturer.

Det kan uttrykke grafisk veksten av hver organisme som funksjon av temperatur, idet det oppnås de verdier som tilsvarer de store kritiske (minimum, optimale og maksimum) temperaturer.

Minimumstemperaturer

I minimumstemperaturene for vekst av en organisme skjer en reduksjon av fluiditeten i den cellulære membranen, og prosessene for transport og utskifting av materialer, som inngang av næringsstoffer og utgang av giftige stoffer, kan stoppe.

Mellom minimumstemperaturen og den optimale temperaturen øker vekstraten for mikroorganismer.

Optimal temperatur

Ved optimal temperatur oppstår metabolske reaksjoner med maksimal effektivitet.

Maksimal temperatur

Over den optimale temperaturen, er det en nedgang i veksthastigheten til den maksimale temperaturen som kan tolereres av hver organisme.

Ved disse høye temperaturene denaturering og inaktivering av de strukturelle og funksjonelle proteiner og enzymer, og dermed miste sin geometriske konfigurasjon, og spesielt romlig konfigurasjon, den cytoplasmatiske membran brister og den termiske nedbrytning eller bruddet oppstår ved varme.

Hver mikroorganisme har sine minimum, optimale og maksimale temperaturer for drift og utvikling. Termofiler har svært høye verdier ved disse tre temperaturene.

Særtrekkende trekk ved termofile organismer

  • Termofile organismer har høye vekstnivåer, men korte levetider.
  • De har mye lipider eller langkjedet mettet fett i deres cellemembran; Denne typen mettede fett er i stand til å absorbere varme og gå i flytende tilstand ved høye temperaturer (smelte) uten å bli ødelagt.
  • Dens strukturelle og funksjonelle proteiner er svært stabile mot varme (termostabil), gjennom kovalente bindinger og spesielle intermolekylære krefter kalt dispersjonskrefter i London.
  • De har også spesielle enzymer for å opprettholde metabolsk funksjon ved høye temperaturer.
  • Det er kjent at disse termofile mikroorganismer kan bruke sulfider og rikelig svovelforbindelser i vulkanske områder som kilder til næringsstoffer for å omdanne dem til organisk materiale.

Klassifisering av termofile organismer

Termofile organismer kan deles inn i tre brede kategorier:

  • Moderate termofiler, (optimal mellom 50-60 ° C).
  • Ekstreme termofiler (optimal nær 70 ° C).
  • Hypertermofiler (optimal nær 80 ° C).

Termofile organismer og deres omgivelser

Terrestriske hydrotermiske miljøer

Hydrotermiske steder er overraskende vanlige og utbredt. De kan i stor grad deles inn i de som er forbundet med vulkanske områder og de som ikke er..

Hydrotermale miljøer med høyere temperaturer er vanligvis forbundet med vulkanske funksjoner (kjeler, feil, begrenser tektoniske plater, skåler bakre bue), som tillater magma flytte til en dybde hvor den kan kommunisere direkte med grunnvann grunne.

Hot spots blir også ofte ledsaget av andre egenskaper som gjør livet vanskelig, for eksempel pH, organisk materiale, kjemisk sammensetning og ekstrem saltholdighet..

Innbyggerne i terrestriske hydrotermiske miljøer overlever derfor i nærvær av flere ekstreme forhold. Disse organismene er kjent som polyextramofiler.

Eksempler på organismer som lever i jordbaserte hydrotermiske miljøer

Organer som tilhører de tre domenene (eukaryoter, bakterier og arkea) har blitt identifisert i terrestriske hydrotermiske miljøer. Mangfoldet av disse organismene bestemmes hovedsakelig av temperaturen.

Mens en rekke forskjellige bakteriearter holder til moderat termofile miljøer, kan photoautotrophs dominere de mikrobielle samfunnet og danner strukturer slik som "matter" eller "teppe" makroskopisk.

Disse "foto tepper" er til stede på overflaten av de nøytrale og alkaliske varme kilder (pH større enn 7,0) ved temperaturer mellom 40-71 ° C, med cyanobakterier slått som viktige dominerende produsenter.

Over 55 ° C er fotosyntetiske tepper overveiende bebodd av unicellulære cyanobakterier som Synechococcus sp.

bakterier

Fotosyntetiske mikrobielle tepper kan også være overveiende bebodd av bakterier fra slægten Chloroflexus og Roseiflexus, begge medlemmer av ordren Chloroflexales.

Når de er assosiert med cyanobakterier, er arten av Chloreflexus og Roseiflexus vokse optimalt i fotoheterotrofiske forhold.

Hvis pH er sur, er slægten vanlig Acidiosfaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium og Thermodesulfator.

I hyperthermofile kilder (mellom 72-98 ° C) er det kjent at fotosyntese ikke forekommer, noe som tillater overvekt av kjemolittoautotrofe bakterier.

Disse organismene tilhører phylum Aquificae og er kosmopolitiske; kan oksidere hydrogen eller molekylært svovel med oksygen som en elektronacceptor og fikse karbon gjennom den reduserende tricarboxylsyre-russen (rTCA).

archaea

Flertallet av kultiverte og ikke-dyrket arkea identifisert i nøytrale og alkaliske termiske miljøer tilhører Crenarchaeota phylum.

Arter som Termofilum pendens, Thermosphaera aggregater eller Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, sprer under 77 ° C og Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis og Ignisphaera aggregater, i kilder med en temperatur på over 80 ° C.

I de sure omgivelsene er det arkea til slægten: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium og Galdivirga.

eukaryot

Innenfor eukaryoter av nøytrale og alkaliske kilder kan man citere Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia og Oramoeba funiarolia.

I syre kilder finner du sjangrene: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium eller Galdieria.

Marine hydrotermiske miljøer

Ved temperaturer i området fra 2 ° C til over 400 ° C, i løpet av flere tusen pounds per hydrotermale kvadrattomme (psi), og høye konsentrasjoner av toksisk hydrogensulfid (pH 2,8), dypvanns muligens de mest ekstreme miljøene på vår planet.

I dette økosystemet tjener mikrober som den nederste ledd i næringskjeden, som danner sin energi fra geotermisk varme og kjemikaliene som finnes i dybden av det indre av jorden..

Eksempler på fauna forbundet med marine hydrotermiske miljøer

Faunaen som er forbundet med disse kildene eller ventilasjonene er svært variert, og de eksisterende forholdene mellom de forskjellige taxaene er ennå ikke fullt ut forstått.

Blant de isolerte artene er både bakterier og arkea. For eksempel har arkea av slaget blitt isolert Methanococcus, Methanopyus og anaerobe termofile bakterier av slekten Caminibacter.

Bakterier utvikler seg i biofilmer som spiser på flere organismer som amfipoder, copepods, snegler, rekerkrabber, rørformede ormer, fisk og blekksprut.

Et felles panorama består av oppsamlinger av blåskjell, Bathymodiolus thermophilus, på mer enn 10 cm i lengde, som hyser i sprekker av basaltisk lava. Disse er vanligvis ledsaget av mange Galapagos krabber (Munidopsis subsquamosa).

En av de mest uvanlige organismer som finnes er den rørformede ormen Riftia pachyptila, som kan grupperes i store mengder og nå størrelser nær 2 meter.

Disse rørformede ormene har ingen munn, mage eller anus (det vil si at de ikke har fordøyelsessystem); de er en helt lukket pose uten åpning til det ytre miljøet.

Den lyse røde fargen på pennen på tuppen skyldes tilstedeværelsen av ekstracellulært hemoglobin. Hydrogensulfid transporteres gjennom cellemembranen som er forbundet med filamentene i denne pennen, og gjennom ekstracellulær hemoglobin når det et spesialisert "vev" som kalles trofosomet, som består helt av symbiotiske kjemosyntetiske bakterier.

Det kan sies at disse ormene har en intern "hage" av bakterier som mates på hydrogensulfid og gir "mat" til ormen, en ekstraordinær tilpasning.

Hot ørkener

De varme ørkenene dekker mellom 14 og 20% ​​av jordens overflate, ca 19-25 millioner km.

De hotteste ørkenene, som Sahara i Nord-Afrika og ørkenene i sørvest, USA, Mexico og Australia, finnes i hele tropene på både den nordlige halvkule og den sørlige halvkule (mellom ca. 10 og 30 40 ° breddegrad).

Typer av ørkener

En definerende egenskap for en varm ørken er tørhet. I følge klimaklassifisering av Koppen-Geiger er ørkenene regioner med en årlig nedbør på mindre enn 250 mm.

Årlig nedbør kan imidlertid være en misvisende indeks, siden vannfallet er avgjørende for vannbudsjettet.

Således er ørkendefinisjonen til FNs miljøprogram et årlig fuktighetsdefekt under normale klimatiske forhold, hvor potensiell evapotranspirasjon (PET) er fem ganger større enn den faktiske nedbør (P).

Høy PET hersker i varme ørkener fordi solstråling nærmer seg maksimal i tørre områder på grunn av mangel på skydeksel.

Ørkenene kan deles inn i to typer i henhold til deres tørrhet:

  • Hyperaridos: med en tørrhetsindeks (P / PET) mindre enn 0,05.
  • Aggregater: med en indeks mellom 0,05 og 0,2.

Ørkener skiller seg fra tørre halvtørre land (P / PET 0,2-0,5) og tørre subfuktige tørre landområder (0,5-0,65).

Ørkener har andre viktige egenskaper, som deres sterke temperaturvariasjoner og deres høye salthet.

På den annen side er en ørken vanligvis forbundet med sanddyner og sand, men dette bildet tilsvarer bare 15-20% av dem alle; De steinete og fjellrike landskapene er de hyppigste ørkenmiljøene.

Eksempler på ørkenens termofile organismer

Innbyggerne i ørkenen, som er termofiler, har en rekke tilpasninger for å møte de motgangene som oppstår fra mangel på regn, høye temperaturer, vind, salthold, blant andre..

De xerophite plantene har utviklet strategier for å unngå transpirasjon og lagre så mye vann som mulig. Sukkulensen eller fortykkingen av stilker og blader er en av de mest brukte strategiene.

Det er tydelig i familien Cactaceae, hvor bladene også har blitt modifisert i form av spines, både for å unngå evapotranspirasjon og å avvise plantelevende dyr.

Kjønn lithops eller steinplanter som er innfødt i Namibias ørken, utvikler også sukkulens, men i dette tilfellet vokser planten på bakkenivå, kamuflerer seg med de omkringliggende steinene.

På den annen side utvikler dyrene som bor i disse ekstreme habitatene alle slags tilpasninger, fra fysiologisk til etologisk. For eksempel, såkalte kangaroo rotter tilstede lavvolum, lavt volum vannlating, og disse dyrene er svært effektive i deres vann-knappe miljø..

En annen mekanisme for å redusere vanntap er økningen i kroppstemperaturen; For eksempel kan kroppstemperaturen på hvilekameller øke om sommeren fra 34 ° C til over 40 ° C.

Temperaturvariasjoner er av stor betydning for vannkonservering på grunn av følgende:

  • Økningen i kroppstemperatur betyr at varmen lagres i kroppen i stedet for å spre seg gjennom fordamping av vann. Senere om natten kan overskytende varme utvises uten vann.
  • Varmemengden til det varme miljøet minker, fordi temperaturgradienten er redusert.

Et annet eksempel er sandrotten (Psammomys obesus), som har utviklet en fordøyelsesmekanisme som tillater dem å mate bare på ørkenplanter av Chenopodiaceae-familien, som inneholder store mengder salter i bladene.

De etologiske (atferdsmessige) tilpasningene til ørkendyr er mange, men kanskje det mest åpenbare innebærer at aktivitets-resten syklusen er reversert.

På denne måten blir disse dyrene aktive ved solnedgang (nattlig aktivitet) og slutter å være i daggry (dagtid), deres aktive liv ikke sammenfaller med de heteste timene.

referanser

  1. Baker-Austin, C. og Dopson, M. (2007). Liv i syre: pH-homeostase i acidophiles. Trender i mikrobiologi 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. og Bjorkman, 0. (1980). Fotosyntetisk respons og tilpasning til temperatur i høyere planter. Årlig gjennomgang av plantefysiologi 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofile mikroorganismer og liv ved høye temperaturer. Springer-Verlag, New York, 378 s.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. og Mondaca, A.M. (2009), Isolering av arsenittoksiderende bakterier fra en naturlig biofilm assosiert med vulkanske bergarter av Atacama-ørkenen, Chile. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. og Stein, J. (1998). Ormer basker i ekstreme temperaturer. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. og Childress, J.J. (1992). Noen liker det varmt ... og noen liker det enda varmere. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. og Kappen, L. (1975). Adaptive mekanismer i ørkenplanter. I: Vemberg, F.J. (red.) Fysiologisk tilpasning til miljøet. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Struktur-funksjon Relasjoner av varme ørken planter. Springer, Heidelberg, Tyskland, 216 s.
  9. Gutterman, Y. (2002). Overlevelsesstrategier av årlige ørkenplanter. Springer, Berlin, Tyskland, 368 s.
  10. Lutz, R.A. (1988). Dispergering av organismer ved dyphavshydrotermiske ventiler: en gjennomgang. 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. og Desbruyeres, D. (1994). Rask vekst ved dyphavsventilasjon. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R. A., Revelas, E.C. og Cerrato, R.M. (1981). Vekst av muslinger ved dyphavshydrotermiske vents langs Galapagos Rift. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Ørken økosystemer: miljø og produsenter. Årlig gjennomgang av økologiske systemer 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. og Adams, M.W.W. (1998). Termofiler: nøklene til molekylær evolusjon og livets opprinnelse. Taylor og Francis, London, 346 s.