Extremofilní charakteristiky, typy a příklady



 extremofilů jsou to organismy, které žijí v extrémních prostředích, tj. těch, které se odklánějí od podmínek, ve kterých žije většina organismů známých lidem..

Pojmy „extrémní“ a „extremofilní“ jsou relativně antropocentrické, protože lidé hodnotí stanoviště a jejich obyvatele v závislosti na tom, co by bylo považováno za extrémní pro naši vlastní existenci..

Extrémní prostředí tedy charakterizuje to, že představuje netolerovatelné podmínky pro člověka, pokud jde o jeho teplotu, vlhkost, slanost, světlo, pH, dostupnost kyslíku, úroveň toxicity, mimo jiné..

Z ne-antropocentrického hlediska by lidé mohli být extremofilní bytosti v závislosti na organismu, který je hodnotil. Například z hlediska přísného anaerobního organismu, pro který je kyslík toxický, by byly aerobní bytosti (jako lidé) extrémofily. Pro člověka jsou naopak anaerobní organismy extremofily.

Index

  • 1 Původ pojmu "extremofily"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Charakteristika extrémních prostředí
  • 3 Typy extremofilů v zoologickém měřítku
    • 3.1 Jednobuněčné organismy
    • 3.2 Vícebuněčné organismy
    • 3.3 Poly-extremofily
  • 4 Nejběžnější typy extrémních prostředí
    • 4.1 Extrémně chladné prostředí
    • 4.2 Extrémní teplotní prostředí
    • 4.3 Prostředí s extrémním tlakem
    • 4.4 Extrémně kyselé a zásadité prostředí
    • 4.5 Hypersalin a anoxické prostředí
    • 4.6 Prostředí s vysokým zářením
    • 4.7 Antropogenní konce
  • 5 Přechody a ekotony
  • 6 Zvířata a rostliny s několika fázemi nebo fázemi
    • 6.1 Zařízení
    • 6.2 Zvířata
  • 7 Odkazy

Původ termínu "extremophiles"

V současné době definujeme jako "extrémy" četná prostředí uvnitř i vně planety Země a neustále objevujeme organismy, které jsou schopny nejen přežití, ale v mnoha z nich také prosperují..

R. D. Macelroy

R. D. Macelroy v roce 1974 navrhl termín "extremofily", aby definoval tyto organismy, které představují optimální růst a vývoj v extrémních podmínkách, na rozdíl od mesofilních organismů, které rostou v prostředích mezilehlých podmínek..

Podle Macelroya:

"Extremófilo je popisný pro organismy schopné obývat prostředí nepřátelské k mesofilům, nebo organismy, které rostou pouze v prostředních prostředích.".

Existují dva základní stupně extremismu v organismech: ty, které mohou tolerovat extrémní environmentální podmínky a stávají se dominantními nad ostatními; a ty, které rostou a rozvíjejí se optimálně v extrémních podmínkách.

Charakteristika extrémních prostředí

Označení prostředí jako „extrémní“ reaguje na antropogenní stavbu, založenou na zvážení vzdálených konců základní linie určitého stavu prostředí (mimo jiné teploty, slanosti, radiace), která umožňuje přežití člověka..

Toto označení však musí být založeno na určitých vlastnostech prostředí, z pohledu organismu, který ho obývá (místo lidské perspektivy)..

Mezi tyto charakteristiky patří: biomasa, produktivita, biologická rozmanitost (počet druhů a zastoupení vyšších taxonů), rozmanitost procesů v ekosystémech a specifické adaptace na životní prostředí daného organismu..

Součet všech těchto charakteristik označuje extrémní stav prostředí. Například extrémní prostředí je prostředí, které obecně představuje:

  • Nízká biomasa a produktivita
  • Převaha archaických forem života
  • Absence nadřazených forem života
  • Absence fotosyntézy a fixace dusíku, ale závislost na jiných metabolických drahách a fyziologických, metabolických, morfologických a / nebo specifických úpravách životního cyklu.

Druhy extremofilů v zoologickém měřítku

Jednobuněčné organismy

Termín extremophile často se odkazuje na prokaryotes, takový jako bakterie, a je někdy používán zaměnitelně s Archaea..

Existuje však široká škála extremofilních organismů a naše znalosti o fylogenetické rozmanitosti v extrémních biotopech rostou téměř denně..

Víme například, že všichni hypertermophiles (teplo-milující) jsou členy Archaea a Bacteria. Eukaryotes je obyčejný mezi psychrophiles (milovníci zima), acidophiles (milovníci nízkého pH), alkalophiles (milovníci vysokého pH), xerophiles (milovníci suchého prostředí) a halophiles (milovníci soli) \ t.

Vícebuněčné organismy

Extremofily mohou být také mnohobuněčné organismy, jako jsou bezobratlí živočichové a obratlovci.

Například, někteří psychrophiles zahrnují malý počet žab, želvy a hada, který během zimy se vyhnout intracelulárnímu zmrazení v jejich tkáních, akumulovat osmolytes v cytoplazmě buňky a dovolit mrznout jen extracelulární vody (vnější k buňkám) \ t.

Dalším příkladem je případ antarktického háďátka Panagrolaimus davidi, které mohou přežít intracelulární zmrazení (zmrazení vody uvnitř buněk), mohou po rozmrazení růst a reprodukovat.

Také ryby čeledi Channichthyidae, obyvatelé studených vod Antarktidy a jihu amerického kontinentu, používají nemrznoucí proteiny k ochraně svých buněk před jejich úplným zmrazením.

Poly-extremofily

Poly-extremofily jsou organismy, které mohou současně přežít více než jednu extrémní podmínku, a proto jsou běžné ve všech extrémních prostředích.

Například pouštní rostliny, které přežijí jak extrémní teplo, tak omezenou dostupnost vody a často vysokou slanost.

Dalším příkladem by byla zvířata, která obývají mořské dno, která jsou schopná odolat mimo jiné velmi vysokým tlakům, jako je nedostatek světla a nedostatek živin..

Nejběžnější typy extrémních prostředí

Tradičně jsou extrémy prostředí definovány na základě abiotických faktorů, jako jsou:

  • Teplota.
  • Dostupnost vody.
  • Tlak.
  • pH.
  • Salinity.
  • Koncentrace kyslíku.
  • Úrovně záření.

Podobně jsou extremofily popsány na základě extrémních podmínek, které podporují.

Nejdůležitější extrémní prostředí, která můžeme rozpoznat podle svých abiotických podmínek, jsou:

Extrémně chladné prostředí

Extrémně chladná prostředí jsou taková, která jsou udržována nebo klesají často po dobu (krátkou nebo dlouhou) teplot pod 5 ° C. Patří mezi ně pozemní póly, horské oblasti a některé hluboké oceánské stanoviště. Dokonce i některé velmi horké pouště během dne mají velmi nízké teploty během noci.

Tam jsou jiné organismy, které žijí v kryosféře (kde voda je v pevném stavu). Například organismy, které žijí v ledových matricích, permafrostu, pod stálým nebo periodickým sněhovým pokryvem, musí tolerovat více extrémů, včetně chladu, vysychání a vysokých úrovní záření..

Extrémní teplotní prostředí

Extrémně horká stanoviště jsou taková, která zůstávají nebo pravidelně dosahují teplot nad 40 ° C. Například horké pouště, geotermální lokality a hydrotermální průduchy hluboké vody.

Oni jsou často spojováni s extrémně vysokými teplotami, prostředí kde dostupná voda je velmi omezená (vytrvale nebo pro pravidelná období času), takový jako studené a horké pouště a některá endolithic stanoviště (který být lokalizován uvnitř skal) \ t.

Prostředí s extrémním tlakem

Jiná prostředí jsou vystavena vysokému hydrostatickému tlaku, jako jsou bentické zóny oceánů a hlubokých jezer. V těchto hloubkách musí obyvatelé vydržet tlaky nad 1000 atmosfér.

Alternativně, tam jsou hypobaric extrémy (s nízkým atmosférickým tlakem), v horách av jiných vysokých oblastech světa.

Extrémně kyselé a zásadité prostředí

Obecně jsou extrémně kyselá prostředí taková, která udržují nebo pravidelně dosahují hodnot pod hodnotou pH 5.

Zejména nízké pH zvyšuje "extrémní" stav prostředí, protože zvyšuje rozpustnost přítomných kovů a organismy, které v nich žijí, musí být přizpůsobeny tak, aby čelily mnohonásobným abiotickým extrémům..

Naopak extrémně alkalické prostředí je takové, které zůstává nebo pravidelně registruje hodnoty pH nad 9..

Příklady extrémních pH prostředí zahrnují jezera, podzemní vody a půdy, vysoce kyselé nebo alkalické.

Hypersalinové a anoxické prostředí

Hypersalinová prostředí jsou definována jako prostředí s koncentracemi solí vyššími než koncentrace mořské vody, která má 35 dílů na tisíc. Mezi tato prostředí patří hypersalinová a solná jezera.

S "fyziologickým roztokem" nemyslíme jen chlorid sodný na slanost, protože může existovat solné prostředí, kde převládající sůl je jiná..

Za extrémní se považují také stanoviště s omezeným volným kyslíkem (hypoxickým) nebo bez přítomnosti kyslíku (anoxické), buď trvale nebo v pravidelných intervalech. Například prostředí s těmito charakteristikami by byla anoxickými mísami v oceánech a jezerech a nejhlubší vrstvy sedimentů.

Prostředí s vysokým zářením

Ultrafialové (UV) nebo infračervené (IR) záření může také způsobit extrémní podmínky na organismech. Extrémní prostředí v záření jsou vystavena abnormálně vysokému záření nebo záření mimo normální rozsah. Například polární prostředí a vysoká nadmořská výška (pozemní jako vodní).

Phaeocystis pouchetii

Některé druhy vykazují únikové mechanismy vysokého UV nebo IR záření. Například antarktické řasy Phaeocystis pouchetii produkuje ve vodě rozpustné "opalovací krémy", které silně absorbují UV-B vlnové délky (280-320nm) a chrání vaše buňky před extrémně vysokými hladinami UV-B v horním 10m vodním sloupci (po lámání mořského ledu).

Deinococcus radiodurans

Jiné organismy jsou velmi tolerantní k ionizujícímu záření. Například bakterie Deinococcus radiodurans může zachovat svou genetickou integritu kompenzací rozsáhlého poškození DNA po vystavení ionizujícímu záření.

Tato bakterie používá mezibuněčné mechanismy k omezení degradace a omezení difúze fragmentů DNA. Kromě toho má vysoce účinné proteiny pro opravu DNA.

Astyanax hubbsi

Dokonce i v prostředích se zjevně nízkým zářením nebo bez ozáření jsou extremofilní organismy přizpůsobeny tak, aby reagovaly na změny v úrovni radiace.

Například, Astyanax hubbsi, slepá mexická ryba žijící v jeskyních, nepředstavuje povrchně vnímatelné okulární struktury a přesto může rozlišovat malé rozdíly v okolním světle. Používají extraokulární fotoreceptory k detekci a reakci na vizuální podněty v pohybu.

Antropogenní konce

V současné době žijeme v prostředí, kde jsou uloženy extrémní podmínky prostředí, uměle vytvořené jako důsledek lidské činnosti.

Takzvaná prostředí s antropogenním dopadem jsou velmi různorodá, mají globální dosah a při definování určitých extrémních prostředí již nemohou být ignorována..

Například prostředí ovlivněná znečištěním (atmosférické, vodní a půdní) - jako je změna klimatu a kyselý déšť - těžba přírodních zdrojů, fyzické narušení a nadměrné využívání..

Přechody a ekotony

Kromě výše zmíněných extrémních prostředí si pozemští ekologové vždy uvědomovali zvláštní povahu přechodových zón mezi dvěma nebo více různorodými komunitami nebo prostředími, jako je linie stromů v horách nebo hranice mezi lesy a pastvinami. , Tito jsou voláni napínací pásy nebo ecotones.

Ekotony také existují v mořském prostředí, například, přechod mezi ledem a vodou reprezentovaný okrajem mořského ledu. Tyto přechodové zóny typicky vykazují větší druhovou rozmanitost a hustotu biomasy než okolní komunity, převážně proto, že organismy, které v nich žijí, mohou využít zdrojů sousedních prostředí, což jim může poskytnout výhodu..

Ekotony jsou však stále se měnícími a dynamickými regiony, které často vykazují širší škálu variací v abiotických a biotických podmínkách v průběhu ročního období než sousední prostředí..

To lze rozumně považovat za „extrémní“, protože vyžaduje, aby organismy neustále přizpůsobovaly své chování, fenologii (sezónní čas) a interakce s jinými druhy..

Druhy, které žijí na obou stranách ekotonu, jsou často více tolerantní k dynamice, zatímco druhy, jejichž rozsah je omezen na jednu stranu, zažívají druhou stranu jako extrémní..

Obecně platí, že tyto přechodové zóny jsou často také první, které jsou ovlivněny změnami klimatu a / nebo změnami, jak přirozenými, tak antropogenními.

Zvířata a rostliny s několika fázemi nebo fázemi

Nejenže jsou prostředí dynamická, mohou být extrémní nebo ne, ale organismy jsou také dynamické a mají životní cykly s různými fázemi, přizpůsobené konkrétním podmínkám prostředí..

Může se stát, že prostředí, které podporuje jedno ze stádií životního cyklu organismu, je extrémní pro další z fází.

Rostliny

Například kokosový ořech (Cocos nucifera), představuje osivo přizpůsobené pro dopravu po moři, ale zralý strom roste na souši.

V cévnatých rostlinách nesoucích spory, jako jsou kapradiny a různé druhy mechů, může být gametofyt prostý fotosyntetických pigmentů, nemá kořeny a závisí na vlhkosti prostředí..

Zatímco sporofyty mají oddenky, kořeny a pupeny, které odolávají podmínkám tepla a sucha v plném slunečním světle. Rozdíl mezi sporofyty a gametofyty je ve stejném pořadí jako rozdíly mezi taxony.

Zvířata

Velmi blízkým příkladem jsou mladistvé stádia mnoha druhů, které jsou obecně netolerantní vůči životnímu prostředí, které obvykle obklopuje dospělé, takže obvykle vyžadují ochranu a péči během období, během něhož získají dovednosti a silné stránky, které potřebují. prostředí.

Odkazy

  1. Kohshima, S. (1984). Nový chladný tolerantní hmyz nalezený v himalájském ledovci. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Některé komentáře k vývoji extremofilů. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10,1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H. J., Davidson, A.T. a Kelly, G.J. (1991) UV-B chránící sloučeniny v mořských řasách Phaeocystis pouchetti z Antarktidy. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Sto let Dunaliella výzkum: 1905-2005. Solné systémy 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. a Mancinelli, R.L. (2001). Život v extrémních prostředích. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. a Zillig, W. (1995). Lite při extrémně nízkém pH. Nature 375, 741-742.
  7. Podlaží, K.B. a Storey, J.M. (1996). Přirozené zmrazení přežití u zvířat. Roční přehled ekologie a systematika 27, 365-386.
  8. Teyke, T. a Schaerer, S. (1994) Blind mexická jeskynní ryba (Astyanax hubbsi) reagoval na pohyblivé vizuální podněty. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. a Somero, G.N. (1982). Život s vodním stresem: vývoj osmolytických systémů. Science 217, 1214-1222.