Характеристика термофилов, классификация и среды



термофильный является подтипом экстремофилов, характеризующихся терпимо высокими температурами, в диапазоне от 50 ° С до 75 ° С, либо потому, что эти значениями температуры сохраняется в этих экстремальных условиях, или потому, что часто достигая.

Термофильные организмы - это, как правило, бактерии или археи, однако существуют метазоаны (эукариотические организмы, которые являются гетеротрофными и тканевыми), которые также развиваются в жарких местах..

Известно также, что морские организмы, связанные в симбиозе с термофильными бактериями, могут адаптироваться к этим высоким температурам и что у них также разработаны биохимические механизмы, такие как модифицированный гемоглобин, большой объем крови, среди прочего, которые позволяют им переносить токсичность сульфидов и соединений. серы.

Считается, что термофильные прокариоты были первыми простыми клетками в эволюции жизни и что они населяли места с вулканической активностью и гейзерами в океанах..

Примеры таких термофильных организмов, живущие вблизи гидротермальных источников или отверстий в дне океана, как метаногенные бактерий (производство метана) и кольчатая Riftia pachyptila.

Основные места обитания, где можно найти термофилов:

  • Наземные гидротермальные среды.
  • Морские гидротермальные среды.
  • Горячие пустыни.

индекс

  • 1 Характеристика теплолюбивых организмов
    • 1.1 Отличительные особенности термофильных организмов
  • 2 Классификация теплолюбивых организмов
  • 3 Термофильные организмы и их окружение
    • 3.1 Наземные гидротермальные среды
    • 3.2 Примеры организмов, населяющих наземные гидротермальные среды
    • 3.3 Бактерии
    • 3.4 Арки
    • 3,5 эукариот
    • 3.6 Морские гидротермальные среды
    • 3.7 Примеры фауны, связанной с морской гидротермальной средой
    • 3.8 Горячие пустыни
    • 3.9 Виды пустынь
    • 3.10 Примеры теплолюбивых организмов пустыни
  • 4 Ссылки

Характеристика теплолюбивых организмов

Температура: критический абиотический фактор для развития микроорганизмов

Температура является одним из ключевых факторов окружающей среды, который обусловливает рост и выживание живых существ. У каждого вида есть диапазон температур, между которыми он может выжить, однако он имеет оптимальный рост и развитие при определенных температурах..

Скорость роста каждого организма может быть выражена графически в зависимости от температуры, получая значения, соответствующие критическим критическим температурам (минимум, оптимум и максимум)..

Минимальные температуры

При минимальных температурах роста организма происходит снижение текучести клеточной мембраны, и процессы транспорта и обмена веществ, такие как поступление питательных веществ и выход токсических веществ, могут прекращаться..

Между минимальной температурой и оптимальной температурой скорость роста микроорганизмов увеличивается.

Оптимальная температура

При оптимальной температуре метаболические реакции происходят с максимально возможной эффективностью.

Максимальная температура

Выше оптимальной температуры происходит снижение скорости роста до максимальной температуры, которую может выдержать каждый организм.

При этих высоких температурах структурные и функциональные белки денатурируются и инактивируются как ферменты, так как они теряют свою геометрическую конфигурацию и особую пространственную конфигурацию, цитоплазматическая мембрана разрушается и происходит термический лизис или разрыв из-за нагрева.

Каждый микроорганизм имеет свои минимальные, оптимальные и максимальные температуры эксплуатации и развития. Термофилы имеют исключительно высокие значения при этих трех температурах.

Отличительные особенности теплолюбивых организмов

  • Термофильные организмы имеют высокие темпы роста, но короткие сроки жизни.
  • У них много клеточных мембран липидов или длинноцепочечных насыщенных жиров; Этот тип насыщенных жиров способен поглощать тепло и переходить в жидкое состояние при высоких температурах (плавиться), не разрушаясь..
  • Его структурные и функциональные белки очень устойчивы к теплу (термостабильны), благодаря ковалентным связям и особым межмолекулярным силам, называемым силами рассеяния Лондона..
  • У них также есть специальные ферменты для поддержания метаболического функционирования при высоких температурах.
  • Известно, что эти термофильные микроорганизмы могут использовать сульфиды и обильные соединения серы в вулканических областях в качестве источников питательных веществ для превращения их в органическое вещество..

Классификация теплолюбивых организмов

Термофильные организмы можно разделить на три широкие категории:

  • Умеренные термофилы, (оптимально между 50-60 ° C).
  • Экстремальные термофилы (оптимально около 70 ° C).
  • Гипертермофилы (оптимально близко к 80 ° C).

Термофильные организмы и их окружение

Наземные гидротермальные среды

Гидротермальные участки удивительно распространены и широко распространены. Они могут быть широко разделены на те, которые связаны с вулканическими областями, и те, которые не связаны..

Гидротермальные среды, которые представляют самые высокие температуры, обычно связаны с вулканическими особенностями (котлы, разломы, границы тектонических плит, задние дуговые бассейны), которые позволяют магме подниматься на глубину, где она может взаимодействовать непосредственно с подземными водами. мелкий.

Горячие точки также часто сопровождаются другими характеристиками, которые затрудняют жизнь, такими как pH, органическое вещество, химический состав и экстремальная соленость..

Поэтому обитатели земной гидротермальной среды выживают при наличии нескольких экстремальных условий. Эти организмы известны как полиэкстрамофилы.

Примеры организмов, населяющих наземные гидротермальные среды

Организмы, принадлежащие к трем доменам (эукариотам, бактериям и археям), были идентифицированы в наземных гидротермальных средах. Разнообразие этих организмов определяется в основном температурой.

В то время как разнообразный спектр видов бактерий обитает умеренно термофильные среды, фотоавтотрофы могут доминировать микробное сообщество и образуют структуры, такие как «маты» или «ковер» макроскопические.

Эти «фотосинтетические ковры» присутствуют на поверхности большинства нейтральных и щелочных термальных источников (pH выше 7,0) при температуре от 40 до 71 ° C, причем цианобактерии являются основными доминирующими производителями..

При температуре выше 55 ° C фотосинтетические ковры преимущественно населены одноклеточными цианобактериями, такими как Synechococcus зр.

бактерии

Фотосинтетические микробные ковры также могут быть преимущественно заселены бактериями родов. Chloroflexus и Roseiflexus, оба члена ордена Chloroflexales.

Когда они связаны с цианобактериями, виды Chloreflexus и Roseiflexus расти оптимально в фотогетеротрофных условиях.

Если pH является кислым, роды являются общими Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium и Thermodesulfator.

В гипертермофильных источниках (между 72-98 ° С) известно, что фотосинтез не происходит, что позволяет преобладать хемолитоавтотрофных бактерий.

Эти организмы принадлежат к типу Aquificae и являются космополитическими; может окислять водород или молекулярную серу кислородом в качестве акцептора электронов и связывать углерод через путь восстановления трикарбоновой кислоты (rTCA).

археи

Большинство культивируемых и некультивированных архей, идентифицированных в нейтральной и щелочной термальной среде, относятся к типу Crenarchaeota.

Виды как Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans или Stetteriarogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, размножаться ниже 77 ° С и Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distribta, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis и Ignisphaera aggregans, в источниках с температурой выше 80 ° С.

В кислой среде существуют археи родов: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium и Galdivirga.

эукариот

В пределах эукариот нейтральных и щелочных источников можно указать Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia и Oramoeba funiarolia.

В источниках кислоты вы можете найти жанры: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium или Galdieria.

Морские гидротермальные среды

При температурах от 2 ° C до более чем 400 ° C, давлениях, превышающих несколько тысяч фунтов на квадратный дюйм (psi), и высоких концентрациях токсичного сероводорода (pH 2,8), глубоководные гидротермальные жерла возможно, самые экстремальные условия на нашей планете.

В этой экосистеме микробы служить в качестве нижнего звена пищевой цепи, выводя ее геотермальную тепловую энергию и химические вещества, которые находятся в недрах Земли.

Примеры фауны, связанной с морской гидротермальной средой

Фауна, связанная с этими источниками или жерлами, очень разнообразна, и существующие отношения между различными таксонами еще не полностью поняты.

Среди выделенных видов есть как бактерии, так и археи. Например, археи рода были выделены Метанококк, Метанопюс и анаэробные термофильные бактерии рода Caminibacter.

Бактерии в биопленки развиваются из разных организмов, как anfípodos, веслоногие, улитки, крабы креветки, трубчатых червей, рыб и корма осьминога.

Общая панорама состоит из скоплений мидий, Bathymodiolus thermophilus, длиной более 10 см, которые сжимаются в трещинах базальтовой лавы. Обычно они сопровождаются многочисленными галапагосскими крабами (Munidopsis subquamosa).

Один из самых необычных организмов - трубчатый червь Riftia pachyptila, которые могут быть сгруппированы в больших количествах и достигают размеров, близких к 2 метрам.

Эти трубчатые черви не имеют рта, желудка или заднего прохода (то есть у них нет пищеварительной системы); они представляют собой полностью закрытый пакет, без каких-либо открытий для внешней среды.

Ярко-красный цвет ручки на кончике обусловлен наличием внеклеточного гемоглобина. Сероводород транспортируется через клеточную мембрану, связанную с филаментами этой ручки, и через внеклеточный гемоглобин он попадает в специализированную «ткань», называемую трофосомой, полностью состоящую из симбиотических хемосинтетических бактерий..

Можно сказать, что у этих червей есть внутренний «сад» бактерий, которые питаются сероводородом и обеспечивают «пищу» для червя, необычайную адаптацию..

Горячие пустыни

Горячие пустыни покрывают от 14 до 20% поверхности Земли, примерно 19-25 млн. Км..

Самые жаркие пустыни, такие как Сахара в Северной Африке и пустыни на юго-западе США, в Мексике и Австралии, встречаются в тропиках как в Северном полушарии, так и в Южном полушарии (приблизительно между 10 и 30 градусами). 40 ° широты).

Типы пустынь

Отличительной чертой жаркой пустыни является сухость. Согласно климатической классификации Коппен-Гейгера, пустынями являются регионы с годовым количеством осадков менее 250 мм..

Тем не менее, годовое количество осадков может быть обманчивым показателем, так как потеря воды является решающим фактором водного бюджета..

Таким образом, определение Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде в пустыне - это ежегодный дефицит влажности в нормальных климатических условиях, где потенциальное суммарное испарение (ПЭТ) в пять раз превышает фактические осадки (P).

Высокий ПЭТ преобладает в жарких пустынях, потому что из-за отсутствия облачного покрова солнечная радиация приближается к максимуму в засушливых регионах.

По степени засушливости пустыни можно разделить на два типа:

  • Hyperáridos: с индексом сухости (P / PET) менее 0,05.
  • Агрегаты: с индексом от 0,05 до 0,2.

Пустыни отличаются от засушливых полузасушливых земель (P / PET 0,2-0,5) и засушливых субгумидных засушливых земель (0,5-0,65)..

Пустыни имеют и другие важные характеристики, такие как сильные колебания температуры и высокая соленость почв..

С другой стороны, пустыня обычно ассоциируется с дюнами и песком, однако это изображение соответствует только 15-20% от всех; скалистые и гористые ландшафты являются наиболее частой пустынной средой.

Примеры теплолюбивых организмов пустыни

Жители пустынь, которые являются термофилами, имеют ряд приспособлений, чтобы противостоять невзгодам, которые возникают из-за отсутствия дождя, высоких температур, ветров, солености и других..

Ксерофитные заводы разработали стратегии, позволяющие избежать транспирации и хранить как можно больше воды. Суккулентность или утолщение стеблей и листьев - одна из наиболее часто используемых стратегий..

Это очевидно в семействе Cactaceae, где листья также были изменены в форме шипов, чтобы избежать испарения и отпугнуть травоядных..

Пол Lithops или каменные растения, родом из пустыни Намибии, также развивают сочность, но в этом случае растение растет на уровне земли, маскируя себя окружающими камнями..

С другой стороны, животные, которые живут в этих экстремальных местах обитания, развивают все виды адаптаций, от физиологических до этологических. Например, так называемые крысы-кенгуру имеют низкое и малое количество мочеиспускания, и эти животные очень эффективны в условиях дефицита воды..

Другим механизмом снижения потери воды является повышение температуры тела; например, температура тела отдыхающих верблюдов может возрасти летом примерно с 34 ° C до более 40 ° C..

Изменения температуры имеют большое значение в сохранении воды из-за следующего:

  • Повышение температуры тела означает, что тепло накапливается в теле, а не рассеивается в результате испарения воды. Позже, ночью, избыток тепла можно отогнать без воды.
  • Приток тепла от горячей среды уменьшается, поскольку градиент температуры уменьшается.

Другой пример - песчаная крыса (Psammomys obesus), который разработал пищеварительный механизм, который позволяет им питаться только на пустынных растениях семейства Chenopodiaceae, которые содержат большое количество солей в листьях.

Этологические (поведенческие) адаптации пустынных животных многочисленны, но, пожалуй, наиболее очевидные из них подразумевают, что цикл активность-отдых обращен вспять.

Таким образом, эти животные становятся активными на закате (ночная деятельность) и перестают быть на рассвете (дневной отдых), их активная жизнь не совпадает с самыми жаркими часами..

ссылки

  1. Бейкер-Остин, С. и Допсон, М. (2007). Жизнь в кислоте: pH гомеостаз у ацидофилов. Тенденции в микробиологии 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. и Bjorkman, 0. (1980). Фотосинтетический ответ и адаптация к температуре у высших растений. Ежегодный обзор физиологии растений 31, 491-534.
  3. Брок Т.Д. (1978). Термофильные микроорганизмы и жизнь при высоких температурах. Springer-Verlag, Нью-Йорк, 378 стр..
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. и Мондака, А.М. (2009), Выделение арсенит-окисляющих бактерий из естественной биопленки, связанной с вулканическими породами пустыни Атакама, Чили. Журнал фундаментальной микробиологии 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. and Stein, J. (1998). Черви греются при экстремальных температурах. Природа 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. and Childress, J.J. (1992). Некоторым нравится жарко ... а некоторым нравится еще жарче. Природа 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. and Kappen, L. (1975). Адаптивные механизмы у пустынных растений. В: Vemberg, F.J. (ред.) Физиологическая адаптация к окружающей среде. Intext Press, Platteville, LISA, стр. 111-129.
  8. Гибсон, А.С. (1996). Структурно-функциональные связи теплых пустынных растений. Springer, Гейдельберг, Германия, 216 стр..
  9. Гуттерман Ю. (2002). Стратегии выживания однолетних пустынных растений. Springer, Берлин, Германия, 368 стр..
  10. Лутц, Р.А. (1988). Распространение организмов в глубоководных гидротермальных жерлах: обзор. Закон о океанологии 8, 23-29.
  11. Лутц Р.А., Шэнк Т.М., Форнари Д.Д., Хеймон Р.М., Лилли М.Д., Фон Дамм К.Л. и Desbruyeres D. (1994). Быстрый рост в глубоководных жерлах. Природа 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. и Серрато Р.М. (1981). Рост двустворчатых моллюсков в глубоководных гидротермальных жерлах вдоль Галапагосского рифта. Наука 214, 911-913.
  13. Ной-Меир И. (1973). Пустынные экосистемы: окружающая среда и производители. Ежегодный обзор экологических систем 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. and Adams, M.W.W. (1998). Термофилы: ключи к молекулярной эволюции и происхождение жизни. Тейлор и Фрэнсис, Лондон, 346 стр..