Экстремофильные характеристики, виды и примеры

 экстремофилы это организмы, которые живут в экстремальных условиях, то есть те, которые уходят от условий, в которых живет большинство организмов, известных человеку..

Термины «экстремальный» и «экстремофильный» относительно антропоцентричны, потому что люди оценивают места обитания и их обитателей в зависимости от того, что считается экстремальным для нашего собственного существования..

Поэтому, что характеризует экстремальную среду, так это то, что она представляет для людей невыносимые условия, в частности, ее температуру, влажность, соленость, свет, pH, доступность кислорода, уровни токсичности..

С неантропоцентрической точки зрения люди могут быть экстремофильными существами, в зависимости от организма, который их оценил. Например, с точки зрения строго анаэробного организма, для которого кислород токсичен, аэробные существа (например, люди) будут экстремофилами. Для человека, наоборот, анаэробные организмы являются экстремофилами.

индекс

• 1 Происхождение термина «экстремофилы»
  • 1.1 Р. Д. Маселрой
• 2 Характеристики экстремальных сред
• 3 типа экстремофилов по зоологической шкале
  • 3.1 Одноклеточные организмы
  • 3.2 Многоклеточные организмы
  • 3.3 Полиэкстремофилы
• 4 Наиболее распространенные типы экстремальных сред
  • 4.1 Экстремально холодная среда
  • 4.2 Экстремальные жары
  • 4.3 Среды с экстремальным давлением
  • 4.4 Экстремальные кислотные и щелочные среды
  • 4.5 Гиперсоленая и бескислородная среда
  • 4.6 Высокая радиационная среда
  • 4.7 Антропогенные концы
• 5 Переходов и экотонов
• 6 Животные и растения с несколькими стадиями или фазами
  • 6.1 Растения
  • 6.2 Животные
• 7 ссылок

Происхождение термина «экстремофилы»

В настоящее время мы определяем как "крайности" многочисленные среды внутри и за пределами планеты Земля, и мы постоянно обнаруживаем организмы, способные не только выживать, но и широко процветать во многих из них..

Р. Д. Маселрой

В 1974 году Р. Д. Маселрой предложил термин «экстремофилы», чтобы определить эти организмы, которые обеспечивают оптимальный рост и развитие в экстремальных условиях, в отличие от мезофильных организмов, которые растут в средах с промежуточными условиями..

По словам Макелроя:

"Extremófilo - это описание организмов, способных обитать в среде, враждебной мезофилам, или организмов, которые растут только в промежуточных средах.".

Существуют две основные степени экстремизма в организмах: те, которые могут терпеть экстремальные условия окружающей среды и стать доминирующим над другими; и те, которые растут и развиваются оптимально в экстремальных условиях.

Характеристики экстремальных сред

Наименование окружающей среды как «экстремальной» реагирует на антропогенную конструкцию, основанную на рассмотрении отдаленных концов базовой линии определенного состояния окружающей среды (температуры, солености, радиации и др.), Которая обеспечивает выживание человека.

Однако эта деноминация должна основываться на определенных характеристиках окружающей среды с точки зрения организма, который населяет ее (а не с точки зрения человека)..

Эти характеристики включают в себя: биомассу, продуктивность, биоразнообразие (количество видов и представленность высших таксонов), разнообразие процессов в экосистемах и специфическую адаптацию к окружающей среде рассматриваемого организма..

Сумма всех этих характеристик обозначает экстремальное состояние окружающей среды. Например, экстремальная среда - это среда, которая обычно представляет:

• Низкая биомасса и продуктивность
• Преобладание архаичных форм жизни
• Отсутствие высших форм жизни
• Отсутствие фотосинтеза и азотфиксации, но зависимость от других метаболических путей и физиологических, метаболических, морфологических и / или жизненных циклов адаптаций.

Типы экстремофилов по зоологической шкале

Одноклеточные организмы

Термин экстремофил часто относится к прокариотам, таким как бактерии, и иногда используется взаимозаменяемо с археями..

Тем не менее, существует большое разнообразие экстремофильных организмов, и наши знания о филогенетическом разнообразии в экстремальных местообитаниях увеличиваются почти ежедневно.

Мы знаем, например, что все гипертермофилы (теплолюбивые) являются членами архей и бактерий. Эукариоты распространены среди психрофилов (любителей холода), ацидофилов (любителей низкого pH), алкалофилов (любителей высокого pH), ксерофилов (любителей сухой среды) и галофилов (любителей соли).

Многоклеточные организмы

Многоклеточные организмы, такие как беспозвоночные животные и позвоночные, также могут быть экстремофилами.

Например, некоторые психрофилы включают небольшое количество лягушек, черепах и змей, которые в течение зимы избегают внутриклеточного замерзания в своих тканях, накапливая осмолиты в цитоплазме клетки и позволяя замораживать только внеклеточную воду (внешнюю по отношению к клеткам)..

Другим примером является случай антарктической нематоды Панагролаймус давиди, который может пережить внутриклеточное замерзание (замерзание воды внутри ваших клеток), может расти и размножаться после оттаивания.

Также рыбы семейства Channichthyidae, обитатели холодных вод Антарктики и юга американского континента, используют антифризные белки для защиты своих клеток от полного замерзания..

Polyextremophile

Полиэкстремофилы - это организмы, которые могут пережить более одного экстремального состояния одновременно и поэтому распространены во всех экстремальных условиях.

Например, пустынные растения, которые переживают как экстремальную жару, ограниченную доступность воды и, часто, высокую соленость.

Другим примером могут быть животные, населяющие морское дно, которые способны выдерживать очень высокие нагрузки, такие как недостаток света и недостаток питательных веществ, среди прочих..

Наиболее распространенные типы экстремальных сред

Традиционно экстремальные условия окружающей среды определяются на основе абиотических факторов, таких как:

• температура.
• Наличие воды.
• давление.
• pH.
• соленость.
• Концентрация кислорода.
• Уровни радиации.

Точно так же экстремофилы описаны на основе экстремальных условий, которые поддерживают.

Наиболее важные экстремальные условия, которые мы можем распознать по их абиотическим условиям:

Экстремально холодная среда

Крайне холодные среды - это те, которые поддерживаются или часто падают в течение периодов (коротких или продолжительных) температур ниже 5 ° C. К ним относятся полюса земли, горные районы и некоторые глубоководные места обитания океана. Даже некоторые очень жаркие пустыни днем ​​имеют очень низкие температуры ночью.

Есть другие организмы, которые живут в криосфере (где вода находится в твердом состоянии). Например, организмы, которые живут в ледяных матрицах, вечной мерзлоте, под постоянным или периодическим снежным покровом, должны переносить множество экстремальных явлений, включая холода, высыхание и высокие уровни радиации..

Экстремальные жары

Чрезвычайно горячие среды обитания - это те, которые остаются или периодически достигают температуры выше 40 ° C. Например, горячие пустыни, геотермальные участки и глубоководные гидротермальные жерла.

Они часто связаны с экстремально высокими температурами, средами, в которых доступная вода очень ограничена (постоянно или в течение регулярных периодов времени), такими как холодные и жаркие пустыни и некоторые эндолитические места обитания (которые расположены в скалах).

Среды с экстремальным давлением

Другие среды подвержены высокому гидростатическому давлению, такие как бентические зоны океанов и глубоких озер. В этих глубинах его обитатели должны выдерживать давление свыше 1000 атмосфер..

Альтернативно, существуют гипобарические крайности (низкого атмосферного давления) в горах и в других высоких регионах мира..

Экстремальные кислотные и щелочные среды

В целом, чрезвычайно кислые среды - это те, которые поддерживают или регулярно достигают значений ниже pH 5.

Низкий pH, в частности, увеличивает «экстремальные» условия окружающей среды, поскольку он увеличивает растворимость присутствующих металлов, и организмы, которые в них живут, должны быть адаптированы к многочисленным абиотическим крайностям.

И наоборот, чрезвычайно щелочными средами являются те, которые остаются или регулярно регистрируют значения pH выше 9..

Примеры экстремальных сред pH включают озера, грунтовые воды и почвы, сильно кислые или щелочные.

Гиперсоленая и бескислородная среда

Гиперсоленая среда определяется как среда с концентрацией соли выше, чем в морской воде, которая имеет 35 частей на тысячу. Эти среды включают в себя гиперсолевые и соленые озера.

С «физиологическим раствором» мы имеем в виду не только соленость хлористым натрием, поскольку могут быть соленые среды, где преобладающая соль отличается.

Среды обитания с ограниченным свободным кислородом (гипоксическим) или отсутствующим кислородом (аноксическим), постоянно или через регулярные промежутки времени, также считаются экстремальными. Например, средами с такими характеристиками могут быть бескислородные бассейны в океанах и озерах, а также самые глубокие слои отложений..

Высокая радиационная среда

Ультрафиолетовое (УФ) или инфракрасное (ИК) излучение также может создавать для организма экстремальные условия. Экстремальные радиационные условия - это условия, подвергающиеся аномально высокому излучению или излучению за пределами нормального диапазона. Например, полярные среды и большие высоты (наземные и водные).

Phaeocystis pouchetii

Некоторые виды проявляют уклоняющиеся механизмы высокого УФ или ИК-излучения. Например, гостиницы Phaeocystis pouchetii производит водорастворимые «солнцезащитные средства», которые сильно поглощают УФ-В волны (280–320 нм) и защищают ваши клетки от чрезвычайно высокого уровня УФ-В в верхних 10 м толщи воды (после растрескивание морского льда).

Deinococcus radiodurans

Другие организмы очень устойчивы к ионизирующей радиации. Например, бактерия Deinococcus radiodurans может сохранить свою генетическую целостность путем компенсации значительного повреждения ДНК после воздействия ионизирующего излучения.

Эта бактерия использует межклеточные механизмы, чтобы ограничить деградацию и ограничить диффузию фрагментов ДНК. Кроме того, он имеет высокоэффективные белки репарации ДНК.

Astyanax Hubbsi

Даже в средах с кажущимся низким излучением или без излучения экстремофильные организмы приспособлены реагировать на изменения уровня излучения.

Например, Astyanax Hubbsi, слепая мексиканская рыба, обитающая в пещерах, не имеет видимых поверхностных глазных структур и, тем не менее, может различать небольшие различия в окружающем свете. Они используют экстраокулярные фоторецепторы для обнаружения и реагирования на зрительные стимулы в движении.

Антропогенные концы

В настоящее время мы живем в среде, где навязаны экстремальные условия, искусственно созданные как результат человеческой деятельности..

Так называемые среды с антропогенным воздействием чрезвычайно разнообразны, имеют глобальный охват и больше не могут игнорироваться при определении определенных экстремальных сред.

Например, окружающая среда, затронутая загрязнением (атмосферным, водным и почвенным), как изменение климата и кислотные дожди, добыча природных ресурсов, физические нарушения и чрезмерная эксплуатация.

Переходы и экотоны

В дополнение к упомянутым выше экстремальным условиям окружающей среды, экологи суши всегда знали об особой природе переходных зон между двумя или более разнообразными сообществами или средами, такими как линия деревьев в горах или граница между лесами и лугами. , Это так называемые натяжные ремни или экотоны..

Экотоны также существуют в морской среде, например, переход между льдом и водой, представленной краем морского льда. Эти переходные зоны обычно демонстрируют большее видовое разнообразие и плотность биомассы, чем фланкирующие сообщества, в основном потому, что живущие в них организмы могут использовать ресурсы смежных сред, что может дать им преимущество.

Тем не менее, экотоны являются постоянно меняющимися и динамичными регионами, которые часто показывают более широкий диапазон изменений в абиотических и биотических условиях в течение годового периода, чем в соседних средах..

Это можно разумно считать «экстремальным», поскольку оно требует, чтобы организмы постоянно адаптировали свое поведение, фенологию (сезонное время) и взаимодействие с другими видами.

Виды, которые живут по обе стороны экотона, часто более терпимы к динамике, в то время как виды, диапазон которых ограничен одной стороной, воспринимают другую сторону как крайнюю..

В целом, эти переходные зоны также часто в первую очередь подвержены изменениям климата и / или изменениям, как естественным, так и антропогенным.

Животные и растения с несколькими стадиями или фазами

Мало того, что среды динамичны, они могут быть экстремальными или нет, но организмы также динамичны и имеют жизненные циклы с различными стадиями, адаптированными к конкретным условиям окружающей среды..

Может случиться так, что среда, поддерживающая один из этапов жизненного цикла организма, является экстремальной для другого этапа.

растения

Например, кокос (Cocos Nucifera), представляет семена, приспособленные для перевозки по морю, но зрелое дерево растет на суше.

У споровых сосудистых растений, таких как папоротники и различные виды мхов, гаметофит может быть лишен фотосинтетических пигментов, не иметь корней и зависеть от влажности окружающей среды..

В то время как у спорофитов есть корневища, корни и почки, которые выдерживают условия жары и сухости при полном солнечном свете. Разница между спорофитами и гаметофитами находится в том же порядке, что и различия между таксонами.

животные

Очень близким примером являются ювенильные стадии многих видов, которые обычно нетерпимы к окружающей среде, которая обычно окружает взрослых, поэтому они обычно нуждаются в защите и уходе в течение периода, в течение которого они приобретают навыки и сильные стороны, которые им необходимы. позволяют иметь дело с этими средами.

ссылки

1. Kohshima S. (1984). Новое холодоустойчивое насекомое, найденное в гималайском леднике. Природа 310, 225-227.
2. Macelroy, R.D. (1974). Некоторые комментарии об эволюции экстремофилов. Биосистемы, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. и Kelly, G.J. (1991) UV-B защитные соединения в морской водоросли Phaeocystis pouchetti из Антарктиды. Морская биология 109, 391-395.
4. Орен А. (2005). Сто лет Дуналиелла исследование: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Ротшильд, Л.Дж. и Манчинелли Р.Л. (2001). Жизнь в экстремальных условиях. Природа 409, 1092-1101.
6. Schleper C., Piihler G., Kuhlmorgen B. and Zillig W. (1995). Облегченный при чрезвычайно низком pH. Природа 375, 741-742.
7. Этаж, К.Б. и Стори, J.M. (1996). Естественная морозостойкость у животных. Ежегодный обзор экологии и систематики 27, 365-386.
8. Тейке Т. и Шерер С. (1994) Слепые мексиканские пещерные рыбы (Astyanax Hubbsi) реагировал на движущиеся зрительные раздражители. Журнал экспериментальной биологии 188, 89-1 () 1.
9. Янси П.И., Кларк М.Л., Эланд С.С., Боулус Р.Д. и Сомеро, Г.Н. (1982). Жизнь с водным стрессом: эволюция осмолитических систем. Science 217, 1214-1222.