Karakteristiska termofiler, klassificering och miljöer



den termofil är en subtyp av extremofiler kännetecknade av tolererar höga temperaturer, mellan 50 ° C och 75 ° C, antingen därför att dessa värden på temperaturen upprätthålles i dessa extrema miljöer, eller därför ofta når.

Termofila organismer är vanligtvis bakterier eller arkeor, men det finns metazoaner (eukaryota organismer som heterotrof och vävnad), som också utvecklas på heta ställen.

marina organismer associerade symbios med termofila bakterier, kan anpassas till dessa höga temperaturer är också kända och har även utvecklat biokemiska mekanismer som modifierat hemoglobin, hög volym blod, bland andra, som tillåter dem att tolerera toxiciteten av sulfider och föreningar av svavel.

Man tror att termofila prokaryoter var de första enkla cellerna i evolutionen av livet och att de bebodde platser med vulkanaktivitet och gejsrar i oceanerna.

Exempel på sådana termofila organismer är de som bor i närheten av hydrotermiska skorstenar eller ventiler i botten av havet, som de metanogena bakterier (metan producerande) och Annelid Riftia pachyptila.

De viktigaste livsmiljöerna där termofiler kan hittas är:

  • Terrestriska hydrotermiska miljöer.
  • Marine hydrotermiska miljöer.
  • Varma öknar.

index

  • 1 Egenskaper hos termofila organismer
    • 1.1 Utmärkande egenskaper hos termofila organismer
  • 2 Klassificering av termofila organismer
  • 3 Termofila organismer och deras miljöer
    • 3.1 Terrestriska hydrotermiska miljöer
    • 3.2 Exempel på organismer som bevarar terrestriska hydrotermiska miljöer
    • 3,3 bakterier
    • 3,4 bågar
    • 3,5 eukaryoter
    • 3.6 Marine hydrotermiska miljöer
    • 3.7 Exempel på fauna i samband med marina hydrotermiska miljöer
    • 3,8 varma öknar
    • 3.9 Typer av öknar
    • 3.10 Exempel på termofila deserorganismer
  • 4 referenser

Egenskaper hos termofila organismer

Temperatur: kritisk abiotisk faktor för utveckling av mikroorganismer

Temperaturen är en av de viktigaste miljöfaktorerna som förutsätter levande väsens tillväxt och överlevnad. Varje art har en temperaturintervall mellan vilken den kan överleva, men den har optimal tillväxt och utveckling vid specifika temperaturer.

Tillväxthastigheten för varje organism kan uttryckas grafiskt i förhållande till temperaturen, varvid de värden som motsvarar kritiska kritiska temperaturer (minsta, optimala och maximala) erhålls..

Minsta temperaturer

I minimitemperaturerna för tillväxt av en organism händer en minskning av cellmembranets fluiditet och processerna för transport och utbyte av material, som inträde av näringsämnen och utgång av giftiga ämnen kan stoppa.

Mellan minimitemperaturen och den optimala temperaturen ökar tillväxten av mikroorganismer.

Optimal temperatur

Vid optimal temperatur uppstår metaboliska reaktioner med maximal effektivitet.

Maximal temperatur

Över den optimala temperaturen är det en minskning av tillväxten till den maximala temperaturen som kan tolereras av varje organism.

Vid dessa höga temperaturer denaturera och inaktivera de strukturella och funktionella proteiner och enzymer, och därmed förlora deras geometriska konfiguration och särskilt rymdkonfiguration, de cytoplasmatiska membranet brister och den termiska lys eller brott inträffar genom värme.

Varje organism har sitt minimum, optimala och maxtemperaturer drift och utveckling. Termofiler har exceptionellt höga värden vid dessa tre temperaturer.

Utmärkande egenskaper hos termofila organismer

  • Termofila organismer har höga tillväxtnivåer, men korta livstider.
  • De har mycket lipider eller långkedjiga mättade fetter i deras cellmembran; Denna typ av mättade fetter kan absorbera värme och gå till flytande tillstånd vid höga temperaturer (smälta) utan att förstöras.
  • Dess strukturella och funktionella proteiner är mycket stabila mot värme (termostabil), genom kovalenta bindningar och speciella intermolekylära krafter som kallas dispersionsstyrkor i London.
  • De har också speciella enzymer för att upprätthålla metabolisk funktion vid höga temperaturer.
  • Det är känt att dessa termofila mikroorganismer kan använda sulfiderna och rikliga svavelföreningar i vulkanområden, som källor till näringsämnen för att omvandla dem till organiskt material.

Klassificering av termofila organismer

Termofila organismer kan delas in i tre stora kategorier:

  • Måttliga termofiler, (optimalt mellan 50-60 ° C).
  • Extrema termofiler (optimalt nära 70 ° C).
  • Hypertermofiler (optimalt nära 80 ° C).

Termofila organismer och deras miljöer

Terrestriska hydrotermiska miljöer

Hydrotermiska platser är överraskande vanliga och spridda i stor utsträckning. De kan i stor utsträckning delas in i de som är associerade med vulkanområden och de som inte är..

Hydrotermala miljöer med högre temperaturer i allmänhet förknippas med vulkaniska funktioner (pannor, misslyckanden, begränsar tektoniska plattor, bassänger posterior båge), som medger att magma flytta till ett djup där den kan interagera direkt med grundvatten grunt.

Hot spots följs också ofta av andra egenskaper som gör livet svårt, till exempel pH, organiskt material, kemisk sammansättning och extrem salthalt..

Invånarna i markbundna hydrotermiska miljöer överlever därför i närvaro av flera extrema förhållanden. Dessa organismer är kända som polyextramofiler.

Exempel på organismer som bevarar terrestriska hydrotermiska miljöer

Organer som tillhör de tre domänerna (eukaryoter, bakterier och arkeor) har identifierats i terrestriska hydrotermiska miljöer. Mångfalden av dessa organismer bestäms huvudsakligen av temperaturen.

Medan en mängd olika bakteriearter bebor måttligt termofila miljöer kan photoautotrophs dominera den mikrobiella miljön och bilda strukturer såsom "mattor" eller "matta" makroskopisk.

Dessa "fotosyntetiska mattor" är närvarande på ytan av de flesta neutrala och alkaliska heta källor (pH större än 7,0) vid temperaturer mellan 40-71 ° C, med cyanobakterier etablerad som större dominerande producenter.

Över 55 ° C är fotosyntetiska mattor övervägande bebodda av unicellulära cyanobakterier såsom Synechococcus sp.

bakterier

Fotosyntetiska mikrobiella mattor kan också vara övervägande bebodda av bakterier från släktet Chloroflexus och Roseiflexus, båda medlemmarna av ordningen Chloroflexales.

När de är associerade med cyanobakterier, är arten av Chloreflexus och Roseiflexus växa optimalt i fotoheterotrofiska förhållanden.

Om pH är surt är släktet vanligt Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium och Thermodesulfator.

I hyperthermofila källor (mellan 72-98 ° C) är det känt att fotosyntes inte förekommer, vilket möjliggör dominans av kemolitotautrofa bakterier.

Dessa organismer hör till phylum Aquificae och är kosmopolitiska; kan oxidera väte eller molekylär svavel med syre som en elektronacceptor och fixera kol genom den reducerande tricarboxylsyra-roten (rTCA).

arkéer

Majoriteten av odlade och odlade arkeor som identifieras i neutrala och alkaliska termiska miljöer hör till Crenarchaeota phylum.

Arter som Termofilumpendlar, termoseraaggregat eller Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, proliferera under 77 ° C och Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Termofilumpendlar, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis och Ignisfaireaggregat, i källor med en temperatur över 80 ° C.

I sura miljöer finns släktets arkea: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium och Galdivirga.

eukaryot

Inom eukaryoter av neutrala och alkaliska källor kan man citera Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia och Oramoeba funiarolia.

I syra källor kan du hitta genrerna: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium eller Galdieria.

Marine hydrotermiska miljöer

Med temperaturer som sträcker sig från 2 ° C till över 400 ° C, under flera tusen pounds per kvadrattum (psi), och höga koncentrationer av toxisk vätesulfid (pH 2,8), hydrotermiska skorstenar djuphavs möjligen de mest extrema miljöerna på vår planet.

I detta ekosystem tjäna mikrober som den nedre länken av näringskedjan, härleder sin geotermisk värme energi och kemikalier som finns i den djupa inre av jorden.

Exempel på fauna i samband med marina hydrotermiska miljöer

Den fauna som är associerad med dessa källor eller ventilationskanaler är mycket varierad, och de befintliga relationerna mellan de olika taxorna är ännu inte fullständigt förstådda.

Bland de arter som isolerats är både bakterier och archaea. Till exempel har arkean i släktet isolerats Methanococcus, Methanopyus och anaeroba termofila bakterier av släktet Caminibacter.

Bakterier i biofilmer är utvecklade från flera organismer som anfípodos, copepods, sniglar, krabbor räkor, röret maskar, fisk och bläckfisk foder.

Ett gemensamt panorama består av samlingar av musslor, Bathymodiolus thermophilus, av mer än 10 cm i längd, som huddle i sprickor av basalt lava. Dessa är vanligtvis åtföljda av många Galapagos krabbor (Munidopsis subsquamosa).

En av de mest ovanliga organismerna är den rörformiga masken Riftia pachyptila, som kan grupperas i stora mängder och nå storlekar på nära 2 meter.

Dessa rörformade maskar har ingen mun, mage eller anus (det vill säga de har inte ett matsmältningssystem); De är en helt sluten väska, utan öppning till den yttre miljön.

Den ljusa röda färgen på pennan vid spetsen beror på närvaron av extracellulärt hemoglobin. Vätesulfid transporteras genom cellmembranet filamenten associerade med denna penna, och genom extracellulärt hemoglobin når en specialiserad "vävnad" kallas trophosome helt sammansatta chemosynthetic bakterier symbiotiskt.

Man kan säga att dessa maskar har en intern "trädgård" av bakterier som matar på vätesulfid och ger "mat" för masken, en extraordinär anpassning.

Varma öknar

De varma öknen täcker mellan 14 och 20% av jordens yta, cirka 19-25 miljoner km.

De hetaste öknar såsom Sahara av Nordafrika och öknarna i sydvästra USA, Mexiko och Australien, finns i hela tropikerna i både det norra halvklotet och det södra halvklotet (mellan ca 10 ° och 30- 40 ° latitud).

Typer av öknar

En definierande egenskap för en varm öken är aridity. Enligt klimatklassificeringen av Koppen-Geiger är öknen regioner med en årlig nederbörd på mindre än 250 mm.

Årlig nederbörd kan dock vara ett vilseledande index, eftersom vattenförlusten är en avgörande faktor för vattenbudgeten.

Sålunda, är definitionen av Desert miljöprogram för FN en årlig underskott av fukt under normala väderförhållanden, där potentialen (PET) Evapotranspiration är fem gånger större än den faktiska nederbörd (P).

Hög PET förekommer i varma öknar eftersom solstrålning på grund av bristen på molntäckning närmar sig maximalt i torra områden.

Öknarna kan delas in i två typer beroende på deras dricksnivå:

  • Hyperaridos: med ett index av aridity (P / PET) mindre än 0,05.
  • Aggregat: med ett index mellan 0,05 och 0,2.

Öken skiljer sig från torra halvtäta markar (P / PET 0,2-0,5) och torra subfuktiga torra marker (0,5-0,65).

Öknar har andra viktiga egenskaper, såsom deras starka temperaturvariationer och deras höga salthalt.

Å andra sidan är en öken vanligtvis förknippad med sanddyner och sand, men denna bild motsvarar bara 15-20% av dem alla. De steniga och bergiga landskapen är de vanligaste ökenmiljöerna.

Exempel på termofila organismer i öknen

Invånarna i öknar, som är termofiler, har ett antal anpassningar för att klara av motgångar som härrör från bristen på regn, höga temperaturer, vindar, salthalt, etc..

Xerophite-växterna har utvecklat strategier för att undvika transpiration och lagra så mycket vatten som möjligt. Suckulensen eller förtjockningen av stjälkar och löv är en av de mest använda strategierna.

Det är uppenbart i familjen Cactaceae, där bladen också har modifierats i form av spines, både för att undvika evapotranspiration och att avstöda växtätare.

Kön Lithops eller stenplanter som är föremål för Namibiens öken utvecklar även succulens, men i detta fall växer växten på marknivå, kamuflerar sig med de omgivande stenarna.

Å andra sidan utvecklar djuren som lever i dessa extrema livsmiljöer alla slags anpassningar, från fysiologiska till etologiska. Till exempel, så kallade kangaroo råttor förekommer låg volym, urinvolym med låg volym och dessa djur är mycket effektiva i sin vattenskarpa miljö..

En annan mekanism för att minska vattenförlusten är ökningen av kroppstemperaturen; Till exempel kan kroppstemperaturen hos vilande kameler öka under sommaren från cirka 34 ° C till över 40 ° C.

Temperaturvariationer är av stor betydelse för vattenskyddet på grund av följande:

  • Ökningen i kroppstemperatur innebär att värmen lagras i kroppen istället för att släppas genom förångning av vatten. Senare på natten kan överskottsvärme utvisas utan vatten.
  • Värmeförstärkningen av den heta miljön minskar, eftersom temperaturgradienten reduceras.

Ett annat exempel är sandroten (Psammomys obesus), som har utvecklat en matsmältningsmekanism som tillåter dem att mata endast på ökenplantorna i Chenopodiaceae-familjen, som innehåller stora mängder salter i bladen.

De etologiska (beteendemässiga) anpassningarna hos ökendjur är många, men kanske det mest uppenbara innebär att aktivitetsstödcykeln är omvänd.

På så sätt blir dessa djur aktiva vid solnedgången (nattlig aktivitet) och upphör att vara i gryning (dagtid vila), deras aktiva liv inte sammanfaller med de hetaste timmarna.

referenser

  1. Baker-Austin, C. och Dopson, M. (2007). Liv i syra: pH-hemostas i acidofiler. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. och Bjorkman, 0. (1980). Fotosyntetisk respons och anpassning till temperatur i högre växter. Årlig granskning av växtfysiologi 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofila mikroorganismer och liv vid höga temperaturer. Springer-Verlag, New York, 378 sid.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. och Mondaca, A.M. (2009), Isolering av arsenitoxiderande bakterier från en naturlig biofilm associerad med vulkaniska stenar av Atacama-öknen, Chile. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. och Stein, J. (1998). Worms bask i extrema temperaturer. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. och Childress, J.J. (1992). Vissa gillar det varmt ... och några gillar det ännu varmare. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01, Schulze, E.D., Buschbom, U. och Kappen, L. (1975). Adaptiva mekanismer i ökenplanter. I: Vemberg, F.J. (red.) Fysiologisk anpassning till miljön. Intext Press, Platteville, LISA, sid. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Struktur-funktion Relationer av varma ökenväxter. Springer, Heidelberg, Tyskland, 216 sid.
  9. Gutterman, Y. (2002). Överlevnadsstrategier för årliga ökenväxter. Springer, Berlin, Tyskland, 368 sid.
  10. Lutz, R.A. (1988). Dispergering av organismer vid djuphavshydrotermiska ventiler: en granskning. 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. och Desbruyeres, D. (1994). Snabb tillväxt vid djuphavsventiler. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R. A., Revelas, E.C. och Cerrato, R.M. (1981). Tillväxt av musslor vid djuphavshydrotermiska ventiler längs Galapagos Rift. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Ökensekosystem: miljö och producenter. Årlig granskning av ekologiska system 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. och Adams, M.W.W. (1998). Termofiler: nycklarna till molekylär evolution och livets ursprung. Taylor och Francis, London, 346 sid.