Extremophiles egenskaper, typer och exempel



den extremofiler de är organismer som lever i extrema miljöer, det vill säga de som rör sig bort från de förhållanden där de flesta av de organismer som är kända för människor lever..

Termerna "extrem" och "extremophile" är relativt antropocentriska, eftersom människor utvärderar livsmiljöer och deras invånare beroende på vad som skulle anses vara extremt för vår egen existens.

Det som kännetecknar en extrem miljö är därför att det presenterar oacceptabla förhållanden för människor om dess temperatur, fuktighet, salthalt, ljus, pH, tillgänglighet av syre, toxicitetsnivåer bland annat..

Ur ett icke-antropocentrisk perspektiv kan människor vara extremofila varelser, beroende på organismen som utvärderade dem. Till exempel, utifrån synvinkel av en strikt anaerob organism, för vilken syre är giftigt, skulle aeroba varelser (som människor) vara extremofiler. För människan är tvärtom anaerobe organismer extremofiler.

index

  • 1 Ursprung av termen "extremophiles"
    • 1,1 R. D. Macelroy
  • 2 Egenskaper hos extrema miljöer
  • 3 Typer extremofiler i zoologisk skala
    • 3,1-celliga organismer
    • 3.2 Multicellulära organismer
    • 3.3 Poly-extremofiler
  • 4 vanligaste typer av extrema miljöer
    • 4.1 Extrema kalla miljöer
    • 4.2 Extrema värmemiljöer
    • 4.3 Miljöer med extrema tryck
    • 4.4 Extrema syra och alkaliska miljöer
    • 4.5 Hypersalin och anoxiska miljöer
    • 4.6 Höga strålningsmiljöer
    • 4.7 Antropogena ändar
  • 5 Övergångar och ekotoner
  • 6 Djur och växter med flera steg eller faser
    • 6.1 Växter
    • 6,2 djur
  • 7 referenser

Ursprung av termen "extremophiles"

För närvarande definierar vi som "extrema" många miljöer inom och utanför planeten jorden och ständigt upptäcks organismer kapabla att inte bara överleva utan också för att frodas i många allmänt.

R. D. Macelroy

I 1974, föreslog R.D. MacElroy termen "extremofiler" för att definiera dessa organismer som har optimal tillväxt och utveckling under extrema förhållanden, i motsats till de mesofila organismer som växer i miljöer mellanliggande förhållanden.

Enligt Macelroy:

"Extremófilo är ett beskrivande för organismer som kan inhysa miljöer som är fientliga mot mesofiler, eller organismer som bara växer i mellanmiljöer".

Det finns två grundläggande grader av extremism i organismer: de som kan tolerera ett extremt miljömässigt tillstånd och blir dominerande gentemot andra och de som växer och utvecklas optimalt under extrema förhållanden.

Egenskaper hos extrema miljöer

Namnet på en miljö som "slut" svarar på en mänsklig konstruktion, baserad på en bedömning av de distala ändarna av baslinjen för en viss miljöförhållanden (temperatur, salthalt, strålning etc.), vilket tillåter mänsklig överlevnad.

Denna beteckning måste emellertid baseras på vissa egenskaper hos en miljö, ur organismens synvinkel, som bevarar det (i stället för det mänskliga perspektivet).

Dessa funktioner är: biomassa, produktivitet, biologisk mångfald (antal arter och representera högre taxa), mångfald av processer i ekosystem och särskilda anpassningar till miljön av organismen i fråga.

Summan av alla dessa egenskaper betecknar det extrema tillståndet för en miljö. Till exempel är en extrem miljö en som generellt presenterar:

  • Låg biomassa och produktivitet
  • Överlevnad av arkaiska livsformer
  • Frånvaro av överlägsna livsformer
  • Frånvaron av fotosyntes och kvävefixering men beroendet av andra metaboliska vägar och fysiologiska, metaboliska, morfologiska och / eller livscykelspecifika anpassningar.

Typer av extremofiler i zoologisk skala

Unicellulära organismer

Termen extremofil hänvisar ofta till prokaryoter, såsom bakterier, och används ibland omväxlande med Archaea..

Det finns emellertid ett stort antal extremofila organismer och vår kunskap om fylogenetisk mångfald i extrema livsmiljöer ökar nästan dagligen.

Vi vet till exempel att alla hyper (värmeälskande) är medlemmar i arkéer och bakterier. Eukaryoter är vanliga bland psykrofila (kallälskande), acidofila (älskande lågt pH), alkalofila (älskande högt pH), xerophilic (vänner torra miljöer) och halofiliskt (salt älskande).

Multicellulära organismer

Multicellulära organismer, såsom ryggradslösa djur och ryggradsdjur, kan också vara extremofiler.

Till exempel, en del psykrofilt inkluderar ett litet antal grodor, sköldpaddor och en orm, som under vintern förhindra intracellulär frysning i sina vävnader, ackumulera osmolyter i cellcytoplasman och tillåta frysning endast den extracellulära vatten (yttre cellerna).

Ett annat exempel är fallet med den antarktiska nematoden Panagrolaimus davidi, som kan överleva intracellulär frysning (vattenfrysning inuti dina celler), kan växa och reproducera efter upptining.

Även fisken i familjen Channichthyidae, invånare i Antarktis kalla vatten och södra delen av den amerikanska kontinenten använder frostskyddsproteiner för att skydda sina celler mot deras fullständiga frysning.

Polyextremophile

Poly-extremofiler är organismer som kan överleva mer än ett extremt tillstånd samtidigt, vilket därför är vanligt i alla extrema miljöer.

Till exempel ökenväxter som överlever både extrem värme, begränsad tillgång till vatten och ofta hög salthalt.

Ett annat exempel skulle vara de djur som bor i havsbotten, som kan klara mycket höga tryck, såsom brist på ljus och brist på näringsämnen, bland andra..

De vanligaste typerna av extrema miljöer

Traditionellt miljömässiga extremiteter definieras baserat på abiotiska faktorer, såsom:

  • temperatur.
  • Vatten tillgänglighet.
  • tryck.
  • pH.
  • sälta.
  • Syrekoncentration.
  • Strålningsnivåer.

På liknande sätt beskrivs extremofiler på grundval av extrema förhållanden som stöder.

De viktigaste extrema miljöerna som vi kan känna igen enligt deras abiotiska förhållanden är:

Extrema kalla miljöer

Extrema kalla miljöer är de som bibehålls eller faller ofta i perioder (korta eller långa) med temperaturer under 5 ° C. Dessa inkluderar landstänger, bergsområden och några djuphavsstil. Även några mycket varma öknar under dagen har mycket låga temperaturer under natten.

Det finns andra organismer som lever i kryosfären (där vatten är i ett fast tillstånd). Organismer som lever i ismatriser, permafrost, under permanent eller periodiskt snöskydd måste tåla flera extremiteter, inklusive kyla, uttorkning och höga halter av strålning.

Extrema värmemiljöer

Extremt heta livsmiljöer är de som förblir eller regelbundet når temperaturer över 40 ° C. Till exempel varma öknar, geotermiska platser och djupt vatten hydrotermiska ventiler.

Ofta de förknippas med extrema höga temperaturer miljöer där vatten tillgängligt är mycket begränsad (eller ihärdigt regelbundna tidsperioder), såsom varma och kalla öknar och vissa endolithic livsmiljöer (som är belägna inom stenar).

Miljöer med extrema tryck

Andra miljöer utsätts för högt hydrostatiskt tryck, såsom de benthiska zonerna av hav och djupa sjöar. I dessa djup måste invånarna stå emot tryck över 1000 atmosfärer.

Alternativt finns det hypobära extremiteter (med lågt atmosfärstryck), i berg och i andra höga regioner i världen.

Extrema syra och alkaliska miljöer

I allmänhet är extremt sura miljöer de som upprätthåller eller regelbundet når värden under pH 5.

Lågt pH, i synnerhet, ökar "extremt" tillståndet för en miljö, eftersom det ökar lösligheten hos de närvarande metallerna och de organismer som lever i dem måste anpassas för att möta flera abiotiska extremiteter.

Omvänt är extremt alkaliska miljöer de som förblir eller regelbundet registrerar pH-värden över 9..

Exempel på extrema pH-miljöer inkluderar sjöar, grundvatten och jordar, mycket sura eller alkaliska.

Hypersalin och anoxiska miljöer

Hypersalinmiljöer definieras som de med saltkoncentrationer högre än havsvatten, som har 35 delar per tusen. Dessa miljöer inkluderar hypersalin och saltlösning sjöar.

Med "saltlösning" hänvisar vi inte bara till salthalt av natriumklorid, eftersom det kan finnas saltlösningsmiljöer där det övervägande saltet är annorlunda.

Habitater med begränsat fria syre (hypoxisk) eller inget syre närvarande (anoxisk), antingen ihållande eller med jämna mellanrum, anses också extrema. Exempelvis skulle miljöer med dessa egenskaper vara de anoxiska bassängerna i hav och sjöar och de djupaste sedimentlagren.

Höga strålningsmiljöer

Ultraviolett (UV) eller infraröd (IR) strålning kan också införa extrema förhållanden på organismer. Extrema miljöer i strålning är de som utsätts för onormalt hög strålning eller strålning utanför det normala intervallet. Till exempel polära miljöer och hög höjd (terrestrisk och vattenlevande).

Phaeocystis pouchetii

Vissa arter uppvisar evasiva mekanismer med hög UV- eller IR-strålning. Till exempel, Antarktis tang Phaeocystis pouchetii producerar "solskyddsmedel" vattenlösliga, som starkt absorberar längder UV-B (280-320nm) våg och skydda sina celler extremt höga nivåer av UV-B i den övre 10 m vattenpelare (efter brytningen av havsisen).

Deinococcus radiodurans

Andra organismer är mycket toleranta mot joniserande strålning. Till exempel bakterien Deinococcus radiodurans kan bevara sin genetiska integritet genom att kompensera för omfattande DNA-skador efter exponering för joniserande strålning.

Denna bakterie använder intercellulära mekanismer för att begränsa nedbrytning och begränsa diffusionen av DNA-fragment. Dessutom har den mycket effektiva DNA-reparationsproteiner.

Astyanax hubbsi

Även i miljöer med tydlig låg strålning eller ingen strålning är extremofila organismer anpassade för att reagera på förändringar i strålningsnivåer.

Till exempel, Astyanax hubbsi, en blind mexikansk fisk som bor i grottor, uppvisar inte ytliga perceptiva okulära strukturer och kan ändå skilja små skillnader i omgivande ljus. De använder extraokulära fotoreceptorer för att upptäcka och reagera på visuella stimuli i rörelse.

Antropogena ändar

Vi lever för närvarande i en miljö där extrema miljöförhållanden åläggs, konstgjorda som en effekt av mänsklig verksamhet.

De så kallade miljöerna med antropogen påverkan är extremt varierade, har en global räckvidd och kan inte längre ignoreras när man definierar vissa extrema miljöer.

Till exempel miljöer som påverkas av föroreningar (atmosfäriska, vatten och jord) -liknande klimatförändringar och surt regn, utvinning av naturresurser, fysisk störning och överutnyttjande.

Övergångar och ekotoner

Förutom de extrema miljöerna som nämnts ovan har terrestriska ekologer alltid varit medvetna om den speciella naturen för övergångszoner mellan två eller flera olika samhällen eller miljöer, såsom trädsträckan i bergen eller gränsen mellan skogar och gräsmarker. . Dessa kallas spänningsbälten eller ekotoner.

Ekotoner finns också i havsmiljön, till exempel övergången mellan is och vatten som representeras av havsisens kant. Dessa övergångszoner uppvisar vanligtvis större artdiversitet och biomassa densitet än de flankerande samhällena, till stor del på grund av att de organismer som bor i dem kan utnyttja resurserna i intilliggande miljöer, vilket kan ge dem en fördel.

Men ekotoner förändras ständigt och dynamiska regioner, som ofta visar ett större antal variationer i abiotiska och biotiska förhållanden över en årlig period än närliggande miljöer.

Detta kan rimligen betraktas som "extremt", eftersom det kräver att organismer kontinuerligt anpassar sitt beteende, fenologi (säsongstid) och interaktioner med andra arter.

Arter som lever på båda sidor av ekotonen är ofta mer toleranta mot dynamiken, medan arter vars område är begränsad till ena sidan upplever den andra sidan som extrem.

Generellt är dessa övergångszoner också ofta de första påverkas av förändringar i klimat och / eller förändringar, både naturliga och antropogena.

Djur och växter med flera steg eller faser

Miljöerna är inte bara dynamiska, de kan vara extrema eller inte, men organismer är också dynamiska och har livscykler i olika steg, anpassade till särskilda miljöförhållanden.

Det kan hända att miljön som stöder ett av stadierna i en organisms livscykel är extrem för en annan av stadierna.

växter

Till exempel kokosnoten (Kokosnukifera), presenterar ett frö anpassat för sjötransporter, men det mogna trädet växer på land.

I spårbärande kärlväxter, såsom ormbunkar och olika typer av mossar, kan gametofyten sakna fotosyntetiska pigment, har inga rötter och är beroende av miljöfuktighet.

Medan sporofyterna har rhizomer, rötter och knoppar som tål värmen och torrhet i fullt solljus. Skillnaden mellan sporofyter och gametofyter är i samma ordning som skillnader mellan taxa.

djur

Ett mycket nära exempel är juvenilstadierna hos många arter, vilka i allmänhet är intoleranta för miljön som vanligen omger vuxen, så de kräver vanligtvis skydd och vård under den period då de förvärvar de färdigheter och styrkor de behöver. tillåta att hantera dessa miljöer.

referenser

  1. Kohshima, S. (1984). En ny, kalltolerant insekt som finns i en Himalayan-glaciär. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Några kommentarer om utvecklingen av extremofiler. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10,1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. och Kelly, G.J. (1991) UV-B-skyddande föreningar i den marina algenen Phaeocystis pouchetti från Antarktis. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Hundra år av Dunaliella forskning: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. och Mancinelli, R.L. (2001). Livet i extrema miljöer. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. och Zillig, W. (1995). Lite vid extremt lågt pH. Nature 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. och Storey, J.M. (1996). Naturlig frysning överlevnad hos djur. Årlig granskning av ekologi och systematik 27, 365-386.
  8. Teyke, T. och Schaerer, S. (1994) Blind mexikanska grottfisk (Astyanax hubbsi) svarade på rörliga visuella stimuli. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. och Somero, G.N. (1982). Bor med vattenstress: utveckling av osmolytsystem. Science 217, 1214-1222.