Характерни термофили, класификация и среди



на термофилни са подтип на екстремофилни организми, които се характеризират с толериране на високи температури, между 50 ° C и 75 ° C, или защото в тези екстремни среди тези температурни стойности се поддържат, или защото често се достигат.

Термофилните организми са обикновено бактерии или археи, но има и метазои (еукариотни организми, които са хетеротрофни и тъканни), които също се развиват на горещи места..

Известни са и морски организми, които, асоциирани в симбиоза с термофилни бактерии, могат да се адаптират към тези високи температури и че са разработили и биохимични механизми като модифициран хемоглобин, висок кръвен обем, които им позволяват да толерират токсичността на сулфидите и съединенията. сяра.

Смята се, че термофилните прокариоти са първите прости клетки в еволюцията на живота и са обитавали места с вулканична дейност и гейзери в океаните..

Примери за този вид термофилни организми са тези, които живеят в близост до хидротермални отвори или фумароли на дъното на океаните, като метаногенни бактерии (производители на метан) и анелиди. Riftia pachyptila.

Основните местообитания, където могат да бъдат намерени термофили, са:

  • Земни хидротермални среди.
  • Морска хидротермална среда.
  • Горещи пустини.

индекс

  • 1 Характеристики на термофилни организми
    • 1.1 Отличителни черти на термофилните организми
  • 2 Класификация на термофилни организми
  • 3 Термофилни организми и тяхната среда
    • 3.1 Наземни хидротермални среди
    • 3.2 Примери за организми, които обитават сухоземна хидротермална среда
    • 3.3 Бактерии
    • 3.4 Арки
    • 3.5 Еукариоти
    • 3.6 Морски хидротермални среди
    • 3.7 Примери за фауна, свързана с морска хидротермална среда
    • 3.8 Горещи пустини
    • 3.9 Видове пустини
    • 3.10 Примери на термофилни пустинни организми
  • 4 Препратки

Характеристики на термофилни организми

Температура: критичен абиотичен фактор за развитието на микроорганизми

Температурата е един от ключовите фактори на околната среда, които обуславят растежа и оцеляването на живите същества. Всеки вид има диапазон от температури, между които може да оцелее, но има оптимален растеж и развитие при определени температури.

Скоростта на растеж на всеки организъм може да бъде изразена графично спрямо температурата, като се получат стойностите, съответстващи на критичните критични температури (минимални, оптимални и максимални)..

Минимални температури

При минималните температури на растеж на организма се наблюдава намаляване на флуидността на клетъчната мембрана и могат да се спрат процесите на транспортиране и обмен на материали, като вход на хранителни вещества и изход от токсични вещества..

Между минималната температура и оптималната температура се увеличава скоростта на растеж на микроорганизмите.

Оптимална температура

При оптимална температура метаболитни реакции се проявяват с максимална ефективност.

Максимална температура

Над оптималната температура се наблюдава намаляване на скоростта на растеж до максималната температура, която всеки организъм може да понася.

При тези високи температури структурните и функционалните протеини са денатурирани и инактивирани като ензими, тъй като те губят геометричната си конфигурация и специфичната пространствена конфигурация, цитоплазмената мембрана се разпада и термичен лизис или разкъсване настъпва поради топлина.

Всеки микроорганизъм има своите минимални, оптимални и максимални температури на работа и развитие. Термофилите имат изключително високи стойности при тези три температури.

Отличителни черти на термофилните организми

  • Термофилните организми имат високи темпове на растеж, но кратки срокове на живот.
  • Те имат много липиди или дълговерижни наситени мазнини в клетъчната си мембрана; този тип наситени мазнини са способни да абсорбират топлината и да преминат в течно състояние при високи температури (стопяване), без да бъдат унищожени.
  • Неговите структурни и функционални протеини са много стабилни срещу топлина (термостабилни), чрез ковалентни връзки и специални междумолекулни сили, наречени дисперсионни сили на Лондон.
  • Те също имат специални ензими за поддържане на метаболитно функциониране при високи температури.
  • Известно е, че тези термофилни микроорганизми могат да използват сулфидите и богатите серни съединения в вулканични зони, като източници на хранителни вещества за превръщането им в органични вещества.

Класификация на термофилни организми

Термофилните организми могат да бъдат разделени в три широки категории:

  • Умерени термофили (оптимално между 50-60 ° C).
  • Екстремни термофили (оптимално близо до 70 ° C).
  • Хипертермофили (оптимално близки до 80 ° C).

Термофилни организми и тяхната среда

Земни хидротермални среди

Хидротермалните места са изненадващо чести и широко разпространени. Те могат да бъдат разделени като цяло на тези, които са свързани с вулканични области и тези, които не са..

Хидротермалните среди, които представляват най-високите температури, обикновено са свързани с вулканични характеристики (котли, разломи, граници на тектонските плочи, задни дъгови басейни), които позволяват на магмата да се издига до дълбочина, където може да взаимодейства директно с подпочвените води плитък.

Горещи точки също често са придружени от други характеристики, които правят живота труден, като рН, органична материя, химически състав и изключителна соленост..

Следователно жителите на земните хидротермални среди оцеляват при наличието на няколко екстремни условия. Тези организми са известни като полиекстрамофили.

Примери за организми, които обитават земна хидротермална среда

Организациите, принадлежащи към трите области (еукариоти, бактерии и археи), са идентифицирани в сухоземни хидротермални среди. Разнообразието на тези организми се определя главно от температурата.

Докато разнообразна гама от бактериални видове обитават умерено термофилни среди, фотоавтотрофите могат да доминират в микробната общност и да образуват макроскопични структури..

Тези "фотосинтетични килими" се намират на повърхността на повечето неутрални и алкални термални извори (рН по-голямо от 7,0) при температури между 40-71 ° С, като цианобактериите са установени като основни доминиращи производители.

Над 55 ° С, фотосинтетичните килими са предимно обитавани от едноклетъчни цианобактерии, като Synechococcus SP.

бактерии

Фотосинтетичните микробни килими могат да бъдат предимно обитавани от бактерии от родовете Chloroflexus и Roseiflexus, двамата членове на реда Chloroflexales.

Когато те са свързани с цианобактерии, видовете на Chloreflexus и Roseiflexus растат оптимално при фотохетеротрофни условия.

Ако рН е киселинен, родовете са чести Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium и Thermodesulfator.

При хипертермофилни източници (между 72-98 ° С) е известно, че не се наблюдава фотосинтеза, което позволява преобладаването на хемолитоавтотрофни бактерии..

Тези организми принадлежат към вида Aquificae и са космополитни; може да окислява водород или молекулна сяра с кислород като акцептор на електрони и да фиксира въглерод чрез редуциращия трикарбоксилна киселина (rTCA) път.

архибактерии

По-голямата част от култивираните и некултивирани археи, идентифицирани в неутрални и алкални термални среди, принадлежат на вида Crenarchaeota.

Видове като Thermofilum pendens, Thermosphaera agggans или Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, пролиферират под 77 ° С и Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis и Ignisphaera aggregans, в източници с температура над 80 ° C.

В киселата среда има археите на родовете: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium и Galdivirga.

еукариотната

В еукариотите могат да се цитират неутрални и алкални източници Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia и Oramoeba funiarolia.

В киселинни източници можете да намерите жанрите: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium или Galdieria.

Морска хидротермална среда

При температури в диапазона от 2 ° C до над 400 ° C, налягането над няколко хиляди паунда на квадратен инч (psi) и високите концентрации на токсичен сероводород (рН 2,8), дълбоководните хидротермални отвори са вероятно най-екстремните среди на нашата планета.

В тази екосистема микробите служат като долната връзка в хранителната верига, извличайки енергията си от геотермалната топлина и химикалите, открити в дълбините на вътрешността на Земята..

Примери за фауна, свързани с морски хидротермални среди

Фауната, свързана с тези източници или отвори, е много разнообразна и съществуващите взаимоотношения между различните таксони все още не са напълно разбрани.

Сред изолираните видове са както бактериите, така и археите. Например, археите от рода са били изолирани Methanococcus, Methanopyus и анаеробни термофилни бактерии от рода Caminibacter.

Бактериите се развиват в биофилми, които се хранят с множество организми, като амфиподи, копеподи, охлюви, раци от скариди, тръбни червеи, риби и октоподи..

Общата панорама се състои от натрупвания от миди, Bathymodiolus thermophilus, с дължина повече от 10 см, които се скупчват в пукнатини на базалтова лава. Те обикновено са придружени от многобройни раци Галапагос (Munidopsis subsquamosa).

Един от най-необичайните намерени организми е тръбният червей Riftia pachyptila, които могат да бъдат групирани в големи количества и да достигнат размери близо до 2 метра.

Тези тръбни червеи нямат уста, стомах или анус (т.е. нямат храносмилателна система); те са напълно затворена торба, без никакво отваряне към външната среда.

Яркочервеният цвят на писалката на върха се дължи на наличието на извънклетъчен хемоглобин. Водородният сулфид се транспортира през клетъчната мембрана, свързана с нишките на тази писалка, и чрез извънклетъчен хемоглобин достига до специализирана "тъкан", наречена трофозом, съставена изцяло от симбиотични хемосинтетични бактерии..

Може да се каже, че тези червеи имат вътрешна "градина" от бактерии, които се хранят със сероводород и осигуряват "храна" за червея, изключителна адаптация.

Горещи пустини

Горещите пустини покриват между 14 и 20% от повърхността на Земята, приблизително 19-25 млн. Км.

Най-горещите пустини, като Сахара от Северна Африка и пустините на югозападната част на САЩ, Мексико и Австралия, се намират в тропиците както в Северното полукълбо, така и в Южното полукълбо (между около 10 ° и 30- 40 ° ширина.

Видове пустини

Определяща характеристика на гореща пустиня е сухност. Според климатичната класификация на Koppen-Geiger, пустините са региони с годишни валежи от по-малко от 250 mm.

Въпреки това годишното количество на валежите може да бъде подвеждащ индекс, тъй като загубата на вода е решаващ фактор за водния бюджет.

Така дефиницията на пустинята на Програмата на ООН за околната среда е годишен дефицит на влажност в нормални климатични условия, където потенциалната евапотранспирация (PET) е пет пъти по-голяма от действителното валежи (Р)..

В горещите пустини преобладава високият РЕТ, защото поради липсата на облачно покритие слънчевата радиация се приближава максимално в сухите райони.

Пустините могат да се разделят на два вида в зависимост от нивото им на аридност:

  • Хиперридос: с индекс на сухност (P / PET) по-малък от 0.05.
  • Агрегати: с индекс между 0,05 и 0,2.

Пустините се различават от сухите полусухи земи (Р / ПЕТ 0,2-0,5) и сухите сухи влажни зони (0,5-0,65).

Пустините имат и други важни характеристики, като силните температурни колебания и високата соленост на техните почви.

От друга страна, пустинята обикновено се свързва с дюни и пясък, но този образ отговаря само на 15-20% от всички тях; скалистите и планински пейзажи са най-често срещаните пустинни среди.

Примери за термофилни организми на пустинята

Жителите на пустините, които са термофили, имат редица адаптации, за да посрещнат бедствията, които произтичат от липсата на дъжд, високи температури, ветрове, соленост и др..

Ксерофитните растения са разработили стратегии за избягване на транспирация и съхраняване на възможно най-много вода. Сочността или удебеляването на стъблата и листата е една от най-използваните стратегии.

Това е очевидно в семейство Cactaceae, където листата също са били модифицирани под формата на бодли, за да се избегне евапотранспирация и да се отблъсне тревопасните.

Полът Lithops или каменни растения, роден в пустинята Намибия, също развива сочност, но в този случай растението расте на нивото на земята, прикривайки се с околните камъни..

От друга страна, животните, които живеят в тези крайни местообитания, развиват всички видове адаптации, от физиологични до етологични. Например, така наречените кенгуру плъхове имат ниско обемно уриниране с нисък обем и тези животни са много ефективни в тяхната оскъдна вода..

Друг механизъм за намаляване на загубата на вода е повишаването на телесната температура; например, телесната температура на покойните камили може да се увеличи през лятото от около 34 ° С до над 40 ° С.

Температурните изменения са от голямо значение за опазването на водите, поради следното:

  • Увеличаването на телесната температура означава, че топлината се съхранява в тялото, вместо да се разсейва чрез изпаряване на водата. По-късно, през нощта, излишната топлина може да бъде изхвърлена без вода.
  • Топлинната печалба на горещата среда намалява, тъй като температурният градиент е намален.

Друг пример е пясъчният плъх (Psammomys obesus), който е разработил храносмилателен механизъм, който им позволява да се хранят само в пустинните растения от семейство Chenopodiaceae, които съдържат големи количества соли в листата.

Етологичните (поведенчески) адаптации на пустинните животни са многобройни, но може би най-очевидното означава, че цикълът на активност и покой е обърнат.

По този начин тези животни стават активни при залез слънце (нощна активност) и престават да са на разсъмване (дневна почивка), активният им живот не съвпада с най-горещите часове.

препратки

  1. Baker-Austin, C. и Dopson, М. (2007). Живот в киселина: рН хомеостаза при ацидофили. Тенденции в микробиологията 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. и Bjorkman, 0. (1980). Фотосинтетичен отговор и адаптация към температурата във висшите растения. Годишен преглед на физиологията на растенията 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Термофилни микроорганизми и живот при високи температури. Springer-Verlag, New York, 378 pp.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. и Mondaca, A.M. (2009), Изолиране на арсените-оксидиращи бактерии от естествен биофилм, свързан с вулканични скали на пустинята Атакама, Чили. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. and Stein, J. (1998). Червеите се наслаждават на екстремни температури. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. and Childress, J.J. (1992). Някои харесват горещо ... а някои харесват още по-горещо. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, М., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. and Kappen, L. (1975). Адаптивни механизми в пустинните растения. В: Vemberg, F.J. (ред.) Физиологична адаптация към околната среда. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Структурно-функционални връзки на топло пустинните растения. Springer, Heidelberg, Germany, 216 pp.
  9. Gutterman, Y. (2002). Стратегии за оцеляване на годишните пустинни растения. Springer, Берлин, Германия, 368 стр.
  10. Lutz, R.A. (1988). Разпръскване на организми в дълбоководни хидротермални отвори: преглед. 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. и Desbruyeres, D. (1994). Бърз растеж при дълбоководни отвори. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. и Cerrato, R.M. (1981). Растеж на двучерупчести в дълбоководни хидротермални отвори по протежение на Галапагоския разрив. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Пустинни екосистеми: околна среда и производители. Годишен преглед на екологичните системи 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. and Adams, M.W.W. (1998). Термофили: ключовете за молекулярната еволюция и произхода на живота. Тейлър и Франсис, Лондон, 346 стр.