Charakteristické termofily, klasifikace a prostředí



termofily jsou subtypem extremofilních organismů, které se vyznačují tolerováním vysokých teplot, mezi 50 ° C a 75 ° C, buď proto, že v těchto extrémních prostředích jsou tyto hodnoty teploty udržovány, nebo proto, že jsou často dosahovány.

Termofilní organismy jsou obvykle bakterie nebo archaea, nicméně, tam jsou metazoans (eukaryotic organismy, které jsou heterotrophic a tkáň), který také se vyvíjet v horkých místech.

Mořské organismy jsou také známy tím, že se v symbióze s termofilními bakteriemi mohou přizpůsobit těmto vysokým teplotám a že také vyvinuly biochemické mechanismy, jako je například modifikovaný hemoglobin, vysoký krevní objem, mimo jiné, které jim umožňují tolerovat toxicitu sulfidů a sloučenin. síry.

To je věřil, že thermophilic prokaryotes byl první jednoduché buňky ve vývoji života a že oni obývali místa s sopečnou aktivitou a gejzíry v oceánech..

Příklady tohoto typu termofilních organismů jsou ty, které žijí v blízkosti hydrotermálních průduchů nebo fumarolů na dně oceánů, jako jsou methanogenní bakterie (producenti metanu) a annelidy. Riftia pachyptila.

Hlavní stanoviště, kde lze nalézt teploměry, jsou:

  • Pozemní hydrotermální prostředí.
  • Mořské hydrotermální prostředí.
  • Horké pouště.

Index

  • 1 Charakteristika termofilních organismů
    • 1.1 Charakteristické rysy termofilních organismů
  • 2 Klasifikace termofilních organismů
  • 3 Termofilní organismy a jejich prostředí
    • 3.1 Suchozemské hydrotermální prostředí
    • 3.2 Příklady organismů, které obývají suchozemské hydrotermální prostředí
    • 3.3 Bakterie
    • 3.4 Oblouky
    • 3.5 Eukaryoty
    • 3.6 Mořská hydrotermální prostředí
    • 3.7 Příklady fauny spojené s mořským hydrotermálním prostředím
    • 3.8 Horké pouště
    • 3.9 Druhy pouští
    • 3.10 Příklady termofilních pouštních organismů
  • 4 Odkazy

Charakteristika termofilních organismů

Teplota: kritický abiotický faktor pro vývoj mikroorganismů

Teplota je jedním z klíčových environmentálních faktorů, které ovlivňují růst a přežití živých bytostí. Každý druh má rozmezí teplot, mezi kterými může přežít, má však optimální růst a vývoj při specifických teplotách.

Rychlost růstu každého organismu může být vyjádřena graficky v závislosti na teplotě, přičemž se získají hodnoty odpovídající kritickým kritickým teplotám (minimální, optimální a maximální)..

Minimální teploty

Při minimálních teplotách růstu organismu dochází ke snížení tekutosti buněčné membrány a zastavení procesů transportu a výměny materiálů, jako je vstup živin a únik toxických látek..

Mezi minimální teplotou a optimální teplotou roste rychlost růstu mikroorganismů.

Optimální teplota

Při optimální teplotě dochází k metabolickým reakcím s maximální možnou účinností.

Maximální teplota

Nad optimální teplotou dochází ke snížení rychlosti růstu na maximální teplotu, kterou může každý organismus tolerovat.

Při těchto vysokých teplotách jsou strukturní a funkční proteiny denaturovány a inaktivovány jako enzymy, protože ztrácejí geometrickou konfiguraci a konkrétní prostorovou konfiguraci, cytoplazmatická membrána se rozpadá a dochází k tepelné lýze nebo prasknutí v důsledku tepla.

Každý mikroorganismus má své minimální, optimální a maximální teploty provozu a vývoje. Termofily mají při těchto třech teplotách mimořádně vysoké hodnoty.

Charakteristické rysy termofilních organismů

  • Termofilní organismy mají vysoké rychlosti růstu, ale krátké doby života.
  • Ve své buněčné membráně mají mnoho lipidů nebo nasycených tuků s dlouhým řetězcem; tento druh nasycených tuků je schopný absorbovat teplo a jít do kapalného stavu při vysokých teplotách (tavenina), aniž by byl zničen.
  • Jeho strukturní a funkční proteiny jsou velmi stabilní vůči teplu (termostabilní), přes kovalentní vazby a speciální intermolekulární síly zvané disperzní síly Londýna.
  • Mají také speciální enzymy pro udržení metabolické funkce při vysokých teplotách.
  • Je známo, že tyto termofilní mikroorganismy mohou používat sulfidy a hojné sloučeniny síry v sopečných oblastech, jako zdroje živin pro jejich přeměnu na organické látky..

Klasifikace termofilních organismů

Termofilní organismy lze rozdělit do tří širokých kategorií:

  • Mírné termofily (optimální mezi 50-60 ° C).
  • Extrémní termofily (optimální blízko 70 ° C).
  • Hypertermofily (optimální blízko 80 ° C).

Termofilní organismy a jejich prostředí

Pozemní hydrotermální prostředí

Hydrotermální lokality jsou překvapivě běžné a široce distribuované. Mohou být široce rozděleny na ty, které jsou spojeny s vulkanickými oblastmi a těmi, které nejsou..

Hydrotermální prostředí, která představují nejvyšší teploty, jsou obvykle spojena s vulkanickými rysy (kotle, poruchy, hranice tektonických desek, zadní obloukové pánve), které umožňují magmě vstoupit do hloubky, kde může přímo ovlivňovat podzemní vody. hluboko.

Horké skvrny jsou také často doprovázeny dalšími vlastnostmi, které ztěžují život, jako je pH, organická hmota, chemické složení a extrémní slanost..

Obyvatelé pozemního hydrotermálního prostředí proto přežívají v přítomnosti několika extrémních podmínek. Tyto organismy jsou známé jako polyextramofily.

Příklady organismů, které obývají suchozemské hydrotermální prostředí

Organismy patřící do těchto tří domén (eukaryoty, bakterie a archaea) byly identifikovány v suchozemském hydrotermálním prostředí. Rozmanitost těchto organismů je určena především teplotou.

Zatímco různorodé druhy bakteriálních druhů obývají středně termofilní prostředí, fotoautotrofy mohou dominovat v mikrobiální komunitě a vytvářet makroskopické "rohože" nebo "kobercové" struktury..

Tyto "fotosyntetické koberce" jsou přítomny na povrchu většiny neutrálních a alkalických termálních pramenů (pH vyšší než 7,0) při teplotách mezi 40-71 ° C, přičemž hlavní dominantní producenti mají cyanobakterie..

Nad 55 ° C jsou fotosyntetické koberce převážně obývány jednobuněčnými cyanobakteriemi, jako jsou Synechococcus sp.

Bakterie

Fotosyntetické mikrobiální koberce mohou být také převážně obývány bakteriemi rodu Chloroflexus a Roseiflexus, oba členové řádu Chloroflexales.

Jsou-li spojeny s cyanobakteriemi, druh Chloreflexus a Roseiflexus rostou optimálně ve fotoheterotrofních podmínkách.

Pokud je pH kyseliny, rody jsou běžné Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium a Termodesulfátor.

V hypertermofilních zdrojích (mezi 72-98 ° C) je známo, že nedochází k fotosyntéze, která umožňuje převahu chemolitoutotrofních bakterií.

Tyto organismy patří k kmenu Aquificae a jsou kosmopolitní; může oxidovat vodík nebo molekulovou síru kyslíkem jako elektronovým akceptorem a fixovat uhlík cestou redukující trikarboxylové kyseliny (rTCA).

Oblouky

Většina kultivovaných a nekultivovaných archaea identifikovaných v neutrálním a alkalickém tepelném prostředí patří do kmene Crenarchaeota.

Druhy jako Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans o Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, se šíří pod 77 ° C a Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Ignisphaera aggregans, ve zdrojích s teplotou vyšší než 80 ° C.

V kyselém prostředí existuje archaea rodů: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulphurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium a Galdivirga.

Eukaryoty

Uvnitř eukaryot mohou být citovány neutrální a alkalické zdroje Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia a Oramoeba funiarolia.

Ve zdrojích kyselin najdete žánry: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium o Galdieria.

Mořské hydrotermální prostředí

S teplotami v rozmezí od 2 ° C do více než 400 ° C, tlaky přesahujícími několik tisíc liber na čtvereční palec (psi), a vysoké koncentrace toxického sirovodíku (pH 2,8), hlubokomořské hydrotermální otvory jsou možná najextrémnější prostředí na naší planetě.

V tomto ekosystému slouží mikroby jako spodní spojka v potravinovém řetězci, získávají energii z geotermálního tepla a chemikálií, které se nacházejí v hlubinách vnitrozemí Země..

Příklady fauny spojené s mořským hydrotermálním prostředím

Fauna spojená s těmito zdroji nebo průduchy je velmi různorodá a stávající vztahy mezi různými taxony ještě nejsou plně pochopeny.

Mezi izolovanými druhy patří jak bakterie, tak archaea. Byly izolovány například archaea rodu Methanococcus, Methanopyus a anaerobní termofilní bakterie rodu Caminibacter.

Bakterie se vyvíjejí v biofilmech, které se živí mnoha organismy, jako jsou amfipodi, kopepodi, hlemýždi, krabi krevet, trubkovití červi, ryby a chobotnice.

Společné panorama se skládá z hromadění mušlí, Bathymodiolus thermophilus, o délce více než 10 cm, která se schoulí do trhlin v čedičové lávě. Ty jsou obvykle doprovázeny řadou krabů Galapág (Munidopsis subsquamosa).

Jeden z nejvíce neobvyklých organismů je tubulární červ Riftia pachyptila, které mohou být seskupeny ve velkém množství a dosahují velikosti blízké 2 metry.

Tyto tubulární červy nemají ústa, žaludek nebo řiť (to znamená, že nemají trávicí systém); jsou to zcela uzavřené sáčky, bez jakéhokoliv otevření do vnějšího prostředí.

Jasně červená barva pera na špičce je způsobena přítomností extracelulárního hemoglobinu. Sírovodík je transportován buněčnou membránou spojenou s vlákny tohoto pera a přes extracelulární hemoglobin dosahuje specializované "tkáně" zvané trophosome, složené výhradně ze symbiotických chemosyntetických bakterií.

Lze říci, že tito červi mají vnitřní "zahradu" bakterií, které se živí sirovodíky a poskytují "potravu" pro červ, mimořádnou adaptaci.

Horké pouště

Horké pouště pokrývají 14 až 20% povrchu Země, přibližně 19-25 milionů km.

Nejžhavější pouště, takový jako Sahara severní Afriky a pouště jihozápadní USA, Mexiko a Austrálie, být nalezený skrz tropy v jak severní polokouli tak jižní polokouli (mezi přibližně 10 ° a 30- \ t 40 ° šířka).

Druhy pouští

Rozhodující charakteristikou horké pouště je aridita. Podle klimatické klasifikace Koppen-Geiger jsou pouště regiony s ročními srážkami menšími než 250 mm.

Roční srážky však mohou být zavádějícím indexem, protože ztráta vody je rozhodujícím faktorem pro rozpočet na vodu.

Definice Programu OSN pro životní prostředí v poušti je tedy ročním deficitem vlhkosti v normálních klimatických podmínkách, kde potenciální evapotranspirace (PET) je pětkrát větší než skutečné srážky (P)..

Vysoký PET převládá v horkých pouštích, protože kvůli nedostatku oblačnosti se sluneční záření blíží maximu v suchých oblastech.

Pouště lze rozdělit do dvou typů podle stupně aridity:

  • Hyperáridos: s indexem aridity (P / PET) nižším než 0,05.
  • Agregáty: s indexem mezi 0,05 a 0,2.

Pouště se odlišují od vyprahlých polosuchých zemí (P / PET 0,2-0,5) a suchých subhumidních suchých zemí (0,5-0,65).

Pouště mají další důležité vlastnosti, jako jsou jejich silné teplotní výkyvy a vysoká slanost jejich půd.

Na druhé straně, poušť je obvykle spojována s dunami a pískem, nicméně tento obraz odpovídá pouze 15-20% všech; skalnaté a horské krajiny jsou nejčastějším pouštním prostředím.

Příklady termofilních organismů pouště

Obyvatelé pouští, kteří jsou termofilii, mají řadu adaptací, aby čelili nepříznivým situacím, které vyplývají z nedostatku deště, vysokých teplot, větrů, slanosti..

Rostliny xerofitů vyvinuly strategie, jak se vyhnout transpirace a uchovávat co nejvíce vody. Sukulence nebo zahuštění stonků a listů je jednou z nejpoužívanějších strategií.

V rodině Cactaceae je patrné, že listy byly také modifikovány ve formě páteře, aby se zabránilo evapotranspiraci a odpuzovaly bylinožravce..

Pohlaví Lithopy nebo kamenné rostliny, původem z pouště Namibie, také rozvíjí šťavnatost, ale v tomto případě rostlina roste na úrovni země, kamufláží se okolními kameny.

Na druhou stranu, zvířata, která žijí v těchto extrémních stanovištích, vyvíjejí všechny druhy adaptací, od fyziologických až po etologické. Například tzv. Klokani krys představují nízkoobjemové močení s malým objemem a tato zvířata jsou velmi účinná v prostředí s nedostatkem vody..

Dalším mechanismem pro snížení ztráty vody je zvýšení tělesné teploty; např. tělesná teplota odpočívajících velbloudů se může v létě zvýšit z přibližně 34 ° C na více než 40 ° C.

Teplotní variace mají velký význam pro ochranu vody, a to z následujících důvodů:

  • Zvýšení tělesné teploty znamená, že teplo je uloženo v těle, místo aby se rozptýlilo odpařováním vody. Později, v noci, může být přebytečné teplo vypuzeno bez vody.
  • Tepelný zisk horkého prostředí se snižuje, protože teplotní gradient se snižuje.

Dalším příkladem je krysa písečná (Psammomys obesus), který vyvinul mechanismus trávení, který jim umožňuje živit se pouze na pouštních rostlinách čeledi Chenopodiaceae, které obsahují velké množství solí v listech..

Etologické (behaviorální) adaptace pouštních zvířat jsou četné, ale zřejmě nejzřejmější znamená, že cyklus aktivity a odpočinku je obrácen..

Tímto způsobem se tato zvířata stávají aktivními při západu slunce (noční aktivita) a přestávají být za svítání (denní odpočinek), jejich aktivní život se neshoduje s nejteplejšími hodinami.

Odkazy

  1. Baker-Austin, C. a Dopson, M. (2007). Život v kyselině: pH homeostáza v acidofilech. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. a Bjorkman, 0. (1980). Fotosyntetická odezva a adaptace na teplotu vyšších rostlin. Výroční přehled rostlinné fyziologie 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofilní mikroorganismy a život při vysokých teplotách. Springer-Verlag, New York, 378 pp.
  4. Campos, V. L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. a Mondaca, A.M. (2009), Izolace bakterií oxidujících arsenit z přírodního biofilmu spojeného s vulkanickými horninami pouště Atacama v Chile. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. a Stein, J. (1998). Červi se vyhřívají při extrémních teplotách. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. a Childress, J.J. (1992). Někteří to mají rádi ... a někteří mají rádi ještě teplejší. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. a Kappen, L. (1975). Adaptivní mechanismy v pouštních rostlinách. V: Vemberg, F.J. (ed.) Fyziologická adaptace na životní prostředí. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Strukturně-funkční vztahy teplých pouštních rostlin. Springer, Heidelberg, Německo, 216 pp.
  9. Gutterman, Y. (2002). Strategie přežití každoročních pouštních rostlin. Springer, Berlin, Německo, 368 pp.
  10. Lutz, R.A. (1988). Disperze organismů v hlubinných hydrotermálních průduchech: přehled. 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. a Desbruyeres, D. (1994). Rychlý růst u hlubinných větracích otvorů. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. a Cerrato, R.M. (1981). Růst mlžů u hlubinných hydrotermálních průduchů podél Galapágy. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Pouštní ekosystémy: životní prostředí a producenti. Výroční přehled ekologických systémů 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. a Adams, M.W.W. (1998). Thermophiles: klíče k molekulární evoluci a původu života. Taylor a Francis, Londýn, 346 stran.