Дял:
Екстремофилни характеристики, видове и примери
на екстремофили те са организми, които живеят в екстремни среди, т.е. онези, които се отдалечават от условията, в които живеят повечето известни на хората организми..
Термините "екстрем" и "екстремофил" са относително антропоцентрични, тъй като хората оценяват местообитанията и техните обитатели, в зависимост от това какво ще се счита за екстремно за нашето собствено съществуване..
Ето защо, това, което характеризира една екстремна среда е, че тя представлява непоносими условия за хората по отношение на температурата, влажността, солеността, светлината, рН, наличието на кислород, нивата на токсичност и др..
От неантропоцентрична гледна точка, хората могат да бъдат екстремофилни същества, в зависимост от организма, който ги оценява. Например, от гледна точка на строг анаеробен организъм, за който кислородът е токсичен, аеробните същества (като хората) биха били екстремофили. За човека, напротив, анаеробните организми са екстремофили.
индекс
- 1 Произход на термина "екстремофили"
- 1.1 R. D. Macelroy
- 2 Характеристики на екстремни среди
- 3 Видове екстремофили по зоологична скала
- 3.1 Едноклетъчни организми
- 3.2 Многоклетъчни организми
- 3.3 Поли-екстремофили
- 4 Най-често срещаните видове екстремни среди
- 4.1 Изключително студена среда
- 4.2 Екстремни топлинни среди
- 4.3 Околна среда с изключителен натиск
- 4.4 Изключително кисела и алкална среда
- 4.5 Хиперсалинна и аноксична среда
- 4.6 Висока радиационна среда
- 4.7 Антропогенни цели
- 5 Преходи и екотони
- 6 Животни и растения с няколко етапа или фази
- 6.1 Растения
- 6.2 Животни
- 7 Препратки
Произход на термина "екстремофили"
В момента определяме като "крайности" многобройни среди вътре и извън планетата Земя и постоянно откриваме организми, способни не само да оцелеят, но и да просперират широко в много от тях..
R. D. Macelroy
През 1974 г. Р. Д. Макелрой предложи термина "екстремофили" да дефинира тези организми, които представляват оптимален растеж и развитие при екстремни условия, за разлика от мезофилните организми, които растат в среда на междинни условия.
Според Macelroy:
"Extremófilo е описателен за организми, способни да обитават среди, враждебни към мезофили, или организми, които растат само в междинни среди".
Има две основни степени на екстремизъм в организмите: тези, които могат търпя екстремни екологични условия и преобладават над другите; и тези, които растат и се развиват оптимално при екстремни условия.
Характеристики на екстремни среди
Деноминацията на среда като "екстремна" отговаря на антропогенна конструкция, основана на разглеждане на отдалечените краища на базовата линия на определено състояние на околната среда (температура, соленост, радиация, между другото), което позволява оцеляването на човека.
Въпреки това, тази деноминация трябва да се основава на определени характеристики на околната среда, от гледна точка на организма, който го обитава (вместо на човешката перспектива).
Тези характеристики включват: биомаса, продуктивност, биоразнообразие (брой видове и представяне на по-висши таксони), разнообразие от процеси в екосистемите и специфични адаптации към околната среда на въпросния организъм..
Общата сума на всички тези характеристики означава екстремното състояние на околната среда. Например, една екстремна среда е тази, която обикновено представя:
- Ниска биомаса и производителност
- Преобладаване на архаични форми на живот
- Липса на по-висши форми на живот
- Липса на фотосинтеза и фиксиране на азот, но зависимостта от други метаболитни пътища и физиологични, метаболитни, морфологични и / или специфични за живота циклични адаптации.
Видове екстремофили по зоологична скала
Едноклетъчни организми
Терминът екстремофил често се отнася до прокариоти, като бактерии, и понякога се използва взаимозаменяемо с Archaea..
Въпреки това, има голямо разнообразие от екстремофилни организми и знанията ни за филогенетично разнообразие в екстремни местообитания нарастват почти ежедневно.
Ние знаем например, че всички хипертермофили (топлолюбиви) са членове на Архея и Бактерии. Еукариотите са често срещани сред психофили (любители на студа), ацидофили (любители на ниско рН), алкалофили (любители на високо рН), ксерофили (любители на суха среда) и халофили (любители на солта).
Многоклетъчни организми
Многоклетъчните организми, като безгръбначните животни и гръбначните животни, също могат да бъдат екстремофили.
Например, някои психрофили включват малък брой жаби, костенурки и змия, които през зимата избягват вътреклетъчното замразяване в тъканите си, натрупвайки осмолити в клетъчната цитоплазма и позволяващи замразяването само на извънклетъчната вода (външна за клетките)..
Друг пример е случаят с антарктическите нематоди Panagrolaimus davidi, които могат да оцелеят във вътреклетъчното замразяване (замръзване на водата във вашите клетки), може да расте и да се размножава след размразяване.
Също така рибите от семейство Channichthyidae, обитатели на студените води на Антарктика и южната част на американския континент, използват протеини против замръзване, за да предпазят клетките си от пълното им замръзване..
Polyextremophile
Поли-екстремофилите са организми, които могат да оцелеят повече от едно екстремно състояние едновременно, поради което са често срещани във всички екстремни среди..
Например, пустинни растения, които оцеляват както при силна топлина, така и при ограничена наличност на вода и често до висока соленост.
Друг пример биха били животните, които обитават морското дъно, които са способни да издържат на много високо налягане, като например липсата на светлина и липсата на хранителни вещества, наред с други..
Най-често срещаните видове екстремни среди
Традиционно екологичните крайности се определят въз основа на абиотични фактори, като:
- температура.
- Наличност на вода.
- налягане.
- рН.
- соленост.
- Концентрация на кислород.
- Радиационни нива.
По същия начин, екстремофилите са описани въз основа на екстремни условия, които подкрепят.
Най-важните екстремни среди, които можем да разпознаем според техните абиотични условия, са:
Екстремни студени среди
Екстремни студени среди са тези, които се поддържат или попадат често за периоди (къси или дълги) на температури под 5 ° С. Те включват земни полюси, планински райони и някои дълбоки океански местообитания. Дори някои много горещи пустини през деня имат много ниски температури през нощта.
Има други организми, които живеят в криосферата (където водата е в твърдо състояние). Например, организми, които живеят в ледени матрици, вечно замръзнали, под постоянна или периодична снежна покривка, трябва да понасят многократни крайности, включително студ, изсушаване и високи нива на радиация.
Екстремни топлинни среди
Изключително горещите местообитания са тези, които остават или периодично достигат температури над 40 ° C. Например горещи пустини, геотермални обекти и дълбоководни хидротермални отвори.
Те често са свързани с екстремни високи температури, среда, където наличната вода е много ограничена (постоянно или за редовни периоди от време), като студени и горещи пустини и някои ендолитни местообитания (които се намират в скалите)..
Среда с изключителен натиск
Други среди са обект на високо хидростатично налягане, като бентосните зони на океаните и дълбоките езера. В тези дълбини обитателите му трябва да издържат на натиск над 1000 атмосфери.
Алтернативно, има хипобарични крайности (на ниско атмосферно налягане), в планините и в други високи региони на света.
Екстремни киселинни и алкални среди
Като цяло, изключително киселите среди са тези, които поддържат или редовно достигат стойности под рН 5.
По-специално ниското рН повишава "крайното" състояние на околната среда, тъй като увеличава разтворимостта на наличните метали и организмите, които живеят в тях, трябва да бъдат адаптирани, за да посрещнат множество абиотични крайности..
Обратно, изключително алкални среди са тези, които остават или редовно регистрират рН стойности над 9..
Примери за екстремни рН среди са езера, подземни води и почви, силно кисели или алкални.
Хиперсалинна и аноксична среда
Хиперсалиновите среди са дефинирани като тези със солеви концентрации по-високи от тези на морската вода, която има 35 части на хиляда. Тези среди включват хиперсалинни и солени езера.
С "физиологичен разтвор" ние не говорим само за соленост с натриев хлорид, тъй като може да има солени среди, където преобладаващата сол е различна.
Местообитанията с ограничен свободен кислород (хипоксичен) или присъстващ кислород (аноксичен), постоянно или на редовни интервали, също се считат за екстремни. Например, среди с такива характеристики биха били аноксичните басейни в океаните и езерата и най-дълбоките слоеве от седименти..
Висока радиационна среда
Ултравиолетовото (UV) или инфрачервеното (IR) излъчване може също да наложи екстремни условия на организмите. Екстремни среди в радиация са тези, изложени на необичайно висока радиация или радиация извън нормалните граници. Например, полярни среди и голяма надморска височина (наземни като водни).
Phaeocystis pouchetii
Някои видове проявяват уклончиви механизми на висока UV или IR радиация. Например, Антарктически водорасли Phaeocystis pouchetii произвежда водоразтворими "слънцезащитни продукти", които силно абсорбират UV-B дължини на вълните (280-320 nm) и предпазват клетките от изключително високите нива на UV-B в горната част на 10m от водния стълб (след счупването на морския лед).
Deinococcus radiodurans
Други организми са много толерантни към йонизиращите лъчения. Например, бактерията Deinococcus radiodurans може да запази своята генетична цялост чрез компенсиране на обширното увреждане на ДНК след излагане на йонизиращо лъчение.
Тази бактерия използва междуклетъчни механизми за ограничаване на разграждането и ограничава дифузията на ДНК фрагменти. В допълнение, той има високо ефективни протеини за възстановяване на ДНК.
Astyanax hubbsi
Дори в среди с очевидно ниска радиация или без радиация, екстремофилните организми са адаптирани да реагират на промените в нивата на радиация.
Например, Astyanax hubbsi, сляпа мексиканска риба, обитаваща пещери, не представя повърхностно осезаеми очни структури и, въпреки това, може да различи малки разлики в околната светлина. Те използват екстраокуларни фоторецептори за откриване и реагиране на визуални стимули в движение.
Антропогенните цели
В момента живеем в среда, в която се налагат екстремни условия на околната среда, изкуствено генерирани като ефект от човешката дейност.
Така наречените среди с антропогенно въздействие са изключително разнообразни, имат глобален обхват и вече не могат да бъдат игнорирани при определяне на някои екстремни среди..
Например, околната среда, засегната от замърсяване (атмосферни, водни и почвени) - подобно на изменението на климата и киселинните дъждове, извличане на природни ресурси, физическо смущение и прекомерна експлоатация.
Преходи и екотони
В допълнение към екстремните среди, споменати по-горе, наземните еколози винаги са били наясно със специалния характер на преходните зони между две или повече различни общности или среди, като линията на дърветата в планините или границата между гори и тревни съобщества. , Те се наричат напречни колани или екотони.
В морската среда съществуват и екотони, например преходът между лед и вода, представен от ръба на морския лед. Тези преходни зони обикновено показват по-голямо видово разнообразие и гъстота на биомасата, отколкото заобикалящите ги общности, до голяма степен защото организмите, които живеят в тях, могат да се възползват от ресурсите на съседни среди, които могат да им дадат предимство.
Въпреки това, екотоните са непрекъснато променящи се и динамични региони, които често показват по-широк диапазон на вариации в абиотичните и биотичните условия за годишен период от съседните среди..
Това може разумно да се счита за "крайно", тъй като изисква организмите непрекъснато да адаптират своето поведение, фенология (сезонно време) и взаимодействия с други видове..
Видовете, които живеят от двете страни на екотона, често са по-толерантни към динамиката, докато видовете, чийто обхват е ограничен от едната страна, изпитват другата страна като екстремална..
Като цяло тези преходни зони също често са първите, засегнати от промените в климата и / или промените, както естествени, така и антропогенни.
Животни и растения с няколко етапа или фази
Не само, че средата е динамична, те могат да бъдат екстремни или не, но организмите също са динамични и имат жизнен цикъл с различни етапи, адаптирани към определени условия на околната среда..
Може да се случи така, че средата, която поддържа един от етапите на жизнения цикъл на организма, е крайна за друг етап.
растения
Например кокосовият орех (Cocos nucifera), представя семе, адаптирано за превоз по море, но зрелото дърво расте на сушата.
В спороносните съдови растения, като папрати и различни видове мъхове, гаметофитът може да бъде лишен от фотосинтетични пигменти, да няма корени и да зависи от влажността на околната среда.
Докато спорофитите имат коренища, корени и пъпки, които издържат на условия на топлина и сухота при пълна слънчева светлина. Разликата между спорофитите и гаметофитите е в същия ред, както разликите между таксоните.
животни
Много близък пример са младежките стадии на много видове, които обикновено са нетърпими към околната среда, която обикновено заобикаля възрастния, така че те обикновено изискват защита и грижа по време на периода, през който те придобиват уменията и силните страни, от които се нуждаят. позволяват да се справят с тези среди.
препратки
- Kohshima, S. (1984). Ново студено-толерантно насекомо, намерено в хималайски ледник. Nature 310, 225-227.
- Macelroy, R. D. (1974). Някои коментари относно развитието на екстремофилите. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
- Marchant, H.J., Davidson, A.T. и Kelly, G.J. (1991) UV-B защитни съединения в морските водорасли Phaeocystis pouchetti от Антарктика. Marine Biology 109, 391-395.
- Oren, A. (2005). Сто години Dunaliella изследване: 1905-2005. Солеви системи 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
- Rothschild, L.J. и Mancinelli, R.L. (2001 г.). Живот в екстремни среди. Nature 409, 1092-1101.
- Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. and Zillig, W. (1995). Lite при изключително ниско рН. Nature 375, 741-742.
- Стори, К.Б. and Storey, J.M. (1996). Естествено оцеляване при замразяване при животни. Годишен преглед на екологията и систематиката 27, 365-386.
- Teyke, T. и Schaerer, S. (1994) Слепи мексикански пещерни риби (Astyanax hubbsi) отговори на движещите се визуални стимули. Вестник на експерименталната биология 188, 89-1 () 1.
- Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. и Somero, G.N. (1982). Да живееш с воден стрес: еволюция на осмолитни системи. Science 217, 1214-1222.