Extremofil tulajdonságok, típusok és példák

az Extremophíies olyan élőlények, amelyek szélsőséges környezetben élnek, vagyis azoktól, amelyek távolodnak attól a körülményektől, ahol az emberek által ismert legtöbb szervezet él..

A "szélsőséges" és az "extremofil" kifejezések viszonylag antropocentrikusak, mivel az emberek az élőhelyeket és azok lakóit értékelik attól függően, hogy mi lenne a saját létünk szempontjából extrém..

Ezért a szélsőséges környezetre jellemző, hogy az ember számára elfogadhatatlan körülményeket mutat a hőmérséklet, a páratartalom, a sótartalom, a fény, a pH, az oxigén rendelkezésre állása, a toxicitási szintek között..

Nem antropocentrikus szemszögből az emberek extremofil lények lehetnek, attól függően, hogy milyen szervezetről van szó. Például egy szigorú anaerob szervezet szempontjából, amelyre az oxigén mérgező, az aerob lények (mint az emberek) extremofilek lennének. Éppen ellenkezőleg, az emberi anaerob szervezetek extremofilek.

index

• 1 Az "extremophiles" kifejezés eredete
  • 1.1. R. D. Macelroy
• 2 A szélsőséges környezetek jellemzői
• 3 Az extremofil típusai az állattani skálán
  • 3.1 Egysejtű szervezetek
  • 3.2 Többsejtű szervezetek
  • 3.3 Poli-extremofilek
• 4 A szélsőséges környezetek leggyakoribb típusai
  • 4.1 Extrém hideg környezet
  • 4.2 Extrém hőkörnyezet
  • 4.3 Rendkívül nagy nyomású környezetek
  • 4.4 Extrém sav- és lúgos környezet
  • 4.5 Hypersalin és anoxikus környezet
  • 4.6 Magas sugárzási környezetek
  • 4.7 Az antropogén végek
• 5 Átmenetek és ökotonok
• 6 Állatok és növények több szakaszban vagy fázisban
  • 6.1 Növények
  • 6.2 Állatok
• 7 Referenciák

Az "extremophiles" kifejezés eredete

Jelenleg "szélsőséges" környezetként határoztuk meg a Földön belül és kívül a Földet, és folyamatosan felfedezzük azokat a szervezeteket, amelyek nemcsak túlélő, hanem sokan is jól élhetnek sokan..

R. D. Macelroy

R. D. Macelroy 1974-ben az "extremofilek" kifejezést javasolta, hogy meghatározza ezeket az organizmusokat, amelyek extrém körülmények között optimális növekedést és fejlődést mutatnak, szemben a mezofil szervezetekkel, amelyek a közbenső körülmények között nőnek..

Macelroy szerint:

"Az Extremófilo leíró jellegű az olyan szervezetek számára, amelyek képesek mezofilekkel szemben ellenséges környezetben lakni, vagy olyan szervezetek, amelyek csak közepes környezetben nőnek".

A szervezetben két szélsőséges fokú szélsőség van: azok, amelyek képesek elvisel szélsőséges környezeti állapot és a többi felett uralkodó; és azok, akik növekednek és fejlődnek optimálisan szélsőséges körülmények között.

A szélsőséges környezetek jellemzői

A környezet „szélsőséges” megnevezése az antropogén építményre reagál, egy bizonyos környezeti állapot (többek között a hőmérséklet, sótartalom, sugárzás) alapvonalának távoli végeinek figyelembevételével, amely lehetővé teszi az emberi túlélést.

Ennek a megnevezésnek azonban egy adott környezet bizonyos jellemzőire kell támaszkodnia, a szervezetben élő szervezet szemszögéből (az emberi szemlélet helyett)..

Ezek a jellemzők: biomassza, termelékenység, biológiai sokféleség (fajok száma és a magasabb taxonok ábrázolása), az ökoszisztémák folyamatainak sokfélesége és a szóban forgó szervezet környezetéhez való specifikus adaptáció.

Mindezek a jellemzők összege a környezet szélsőséges állapotát jelzi. Például egy szélsőséges környezet általában olyan:

• Alacsony biomassza és termelékenység
• Az archaikus életformák túlsúlya
• Kiváló életformák hiánya
• A fotoszintézis és a nitrogén rögzítés hiánya, de az egyéb metabolikus útvonalaktól való függés és a fiziológiai, metabolikus, morfológiai és / vagy életciklus-specifikus adaptációk.

Az extremofil típusai az állattani skálán

Egysejtű szervezetek

Az extremophile kifejezés gyakran a prokariótákra, például a baktériumokra utal, és néha felcserélhetően használják az Archaea-val..

Az extremofil szervezetek széles skáláját mutatják, és a szélsőséges élőhelyek filogenetikai sokféleségének ismerete szinte naponta nő.

Tudjuk például, hogy minden hipertermofil (hőszerető) az Archaea és a Baktériumok tagja. Az eukarióták a pszichrofilek (a hideg szerelmesei), a acidofilek (az alacsony pH-érték szerelmesei), az alkofilek (a magas pH-érték szerelmesei), a xerofilek (a száraz környezet kedvelői) és a halofilek (a só szerelmesei) körében gyakori..

Többsejtű szervezetek

A többsejtű szervezetek, például gerinctelen állatok és gerincesek is lehetnek extremofilek.

Néhány pszichrofil például egy kis számú békák, teknősök és kígyók, amelyek télen elkerülik a sejtek intracelluláris fagyását, felhalmozódnak az ozmolitákat a sejt-citoplazmában és lehetővé teszik csak az extracelluláris víz fagyását (a sejteken kívül).

Egy másik példa az Antarktiszi fonálféreg Panagrolaimus davidi, amely képes túlélni az intracelluláris fagyasztást (a sejtek belsejében fagyasztó víz), felolvasztás után nőhet és szaporodhat.

A Channelichthyidae család halai, az Antarktisz és az amerikai kontinens déli részének hideg vizeinek lakói fagyálló fehérjéket használnak, hogy megvédjék sejtjeiket a teljes fagyasztásuk ellen..

Polyextremophile

A poli-extremofilek olyan szervezetek, amelyek egyidejűleg több szélsőséges állapotot is képesek túlélni, ezért minden szélsőséges környezetben gyakoriak.

Például a sivatagi növények, amelyek túlélnek mind a szélsőséges hőt, mind a korlátozott mennyiségű vizet és gyakran magas sótartalmat.

Egy másik példa lenne a tengerfenéken élő állatok, amelyek képesek ellenállni a nagyon magas nyomásnak, mint például a fény hiánya és a tápanyagok hiánya..

A szélsőséges környezetek leggyakoribb típusai

Hagyományosan a környezeti szélsőségeket az abiotikus tényezők alapján határozzák meg, mint például:

• hőmérséklet.
• Víz rendelkezésre állása.
• nyomás.
• pH.
• saltiness.
• Oxigén koncentrációja.
• Sugárzási szintek.

Hasonlóképpen, az extremofileket a szélsőséges körülmények alapján írják le.

A legfontosabb szélsőséges környezetek, amelyeket abiotikus feltételeink szerint felismerhetünk:

Extrém hideg környezet

Az extrém hideg környezetek olyanok, amelyek gyakran tartanak vagy csökkennek (rövid vagy hosszú ideig) 5 ° C alatti hőmérsékleten. Ezek közé tartoznak a földoszlopok, a hegyvidéki régiók és néhány mély óceáni élőhely. Még néhány nagyon forró sivatag a nap folyamán nagyon alacsony hőmérsékleten éjszaka.

Vannak más szervezetek is, amelyek a krioszférában élnek (ahol a víz szilárd állapotban van). Például a jég mátrixokban élő, tartós vagy időszakos hótakaró alatt élő permafrostnak el kell viselnie a szélsőségeket, beleértve a hideget, a szárítást és a magas sugárzási szintet is..

Extrém hőkörnyezet

Rendkívül meleg élőhelyek azok, amelyek megmaradnak vagy 40 ° C feletti hőmérsékletet érnek el rendszeresen. Például forró sivatagok, geotermikus helyek és mélyvízi hidrotermális szellőzőnyílások.

Gyakran kapcsolódnak szélsőséges magas hőmérsékletekhez, olyan környezetekhez, ahol a rendelkezésre álló víz nagyon korlátozott (tartósan vagy rendszeresen), például hideg és meleg sivatagok, és néhány endolitikus élőhely (amelyek a sziklákon belül találhatók).

Rendkívüli nyomású környezetek

Más környezetek nagy hidrosztatikus nyomásnak vannak kitéve, mint például az óceánok és a mély tavak bentikus zónái. Ezekben a mélységekben lakói 1000 atmoszférát meghaladó nyomásnak kell ellenállniuk.

Alternatívaként, a hegyekben és a világ más magas területein hipobár szélsőséges (alacsony légköri nyomás).

Extrém sav- és lúgos környezet

Általában a rendkívül savas környezet azok, amelyek fenntartják vagy rendszeresen elérik az 5-ös értéket.

Különösen az alacsony pH-érték növeli a környezet "szélsőséges" állapotát, mivel növeli a jelenlévő fémek oldhatóságát, és a benne élő szervezeteket úgy kell kialakítani, hogy több abiotikus szélsőséghez jussanak..

Ezzel ellentétben a rendkívül lúgos környezetek olyanok, amelyek megmaradnak vagy rendszeresen regisztrálnak a 9-nél nagyobb pH-értékeket..

A szélsőséges pH-értékek közé tartoznak például a tavak, a felszín alatti vizek és a talajok, amelyek igen savas vagy lúgosak.

Hypersalin és anoxikus környezet

A Hypersaline környezeteket úgy definiáljuk, mint azokat, amelyeknél a sókoncentráció magasabb, mint a tengervíz, amely 35 ezer részből áll. Ezek a környezetek közé tartoznak a hipersalin és a sós tavak.

A "sóoldattal" nem csak nátrium-klorid sótartalmára utalunk, mivel lehetnek sós környezet, ahol a túlnyomórészt só más..

A korlátozott szabad oxigénnel (hipoxiás) vagy a jelenlévő (anoxikus) oxigénnel élő élőhelyek, akár tartósan, akár rendszeres időközönként, szintén extrémnek tekinthetők. Például az ilyen jellegű környezetek az óceánok és tavak anoxikus medencéi és a legmélyebb üledékrétegek..

Magas sugárzási környezetek

Az ultraibolya (UV) vagy infravörös (IR) sugárzás szélsőséges körülményeket is okozhat a szervezetek számára. A sugárzás szélsőséges környezetei azok, akik rendellenesen magas sugárzásnak vagy sugárzásnak vannak kitéve a normál tartományon kívül. Például a poláris környezetek és a magas magasság (földi, mint vízi).

Phaeocystis pouchetii

Egyes fajok magas UV- vagy infravörös sugárzással küszködnek. Például az Antarktiszi hínár Phaeocystis pouchetii vízben oldódó "napvédőket" termel, amelyek erősen elnyelik az UV-B hullámhosszakat (280-320 nm), és védik a sejteket a rendkívül magas UV-B szintektől a vízoszlop felső 10 m-es részében (miután a tengeri jég törése).

Deinococcus radiodurans

Más szervezetek nagyon toleránsak az ionizáló sugárzással szemben. Például a baktérium Deinococcus radiodurans megőrzi genetikai integritását azáltal, hogy kompenzálja az ionizáló sugárzásnak való kitettség utáni kiterjedt DNS-károsodást.

Ez a baktérium intercelluláris mechanizmusokat használ a degradáció korlátozására és a DNS-fragmensek diffúziójának korlátozására. Ezenkívül igen hatékony DNS-javító fehérjéket tartalmaz.

Astyanax hubbsi

Még a látszólag alacsony sugárzású vagy sugárzás nélküli környezetekben is, az extremofil szervezetek alkalmazkodnak a sugárzási szint változásához.

Például, Astyanax hubbsi, egy vak mexikói halak barlangjai nem mutatnak felszíni érzékelhető szemszerkezeteket, és ugyanakkor megkülönböztethetik a környezeti fény kis különbségeit. Extraokuláris fotoreceptorokat használnak a vizuális ingerek észlelésére és reagálására a mozgásban.

Az antropogén végek

Jelenleg olyan környezetben élünk, ahol szélsőséges környezeti feltételeket szabnak ki, mesterségesen az emberi tevékenység hatásaként.

Az antropogén hatású, úgynevezett környezetek rendkívül változatosak, globálisak, és bizonyos szélsőséges környezetek meghatározásakor már nem lehet figyelmen kívül hagyni.

Például a környezetszennyezés (légköri, víz és talaj) által érintett környezet, mint az éghajlatváltozás és a savas eső, a természeti erőforrások kitermelése, a fizikai zavarok és a túlzott hasznosítás.

Átmenetek és ökotonok

A fent említett szélsőséges környezetek mellett a földi ökológusok mindig is tisztában voltak a két vagy több különböző közösség vagy környezet közötti átmeneti zónák különleges jellegével, mint például a hegyekben lévő fák sora vagy az erdők és a gyepek közötti határ. . Ezeket feszítőszíjaknak vagy ökotonoknak nevezik.

Az ökotonok a tengeri környezetben is léteznek, például a jég és a víz között, amely a tengeri jég szélét képviseli. Ezek az átmeneti zónák tipikusan nagyobb faji sokféleséggel és biomassza sűrűséggel rendelkeznek, mint a szomszédos közösségek, nagyrészt azért, mert azokban élő szervezetek élhetnek a szomszédos környezetek erőforrásaival, amelyek előnyöket adhatnak nekik.

Ugyanakkor az ökotonok folyamatosan változó és dinamikus régiók, amelyek az ötotikus és biotikus körülmények között gyakran változó változatosságot mutatnak, mint a szomszédos környezetek..

Ez ésszerűen „szélsőségesnek” tekinthető, mivel megköveteli, hogy a szervezetek folyamatosan alkalmazkodjanak viselkedésükhöz, fenológiájukhoz (szezonális idővel) és más fajokkal való kölcsönhatásokhoz..

Az ökoton mindkét oldalán élő fajok gyakran jobban tolerálják a dinamikát, míg a fajok, amelyek tartománya az egyik oldalra korlátozódik, a másik oldalt szélsőségesnek tekinti..

Általában ezek az átmeneti zónák gyakran először az éghajlatváltozás és / vagy a természetes és antropogén változások által érintettek.

Állatok és növények több szakaszban vagy fázisban

Nemcsak a környezetek dinamikusak, hanem extrémek lehetnek, de a szervezetek is dinamikusak, és az életciklusok különböző fázisokkal rendelkeznek, az adott környezeti feltételekhez igazítva.

Előfordulhat, hogy a szervezet életciklusának egyik szakaszát támogató környezet extrém a másik fázis esetében.

növények

Például a kókusz (Cocos nucifera), tengeri szállítására alkalmas vetőmagot mutat be, de az érett fa a földön nő.

A spórát hordozó érrendszeri növényekben, mint például a páfrányok és a különböző típusú mohák esetében a gametofitum nem tartalmaz fotoszintetikus pigmenteket, nincs gyökere és nem függ a környezeti nedvességtől..

Míg a sporofiták rizómái, gyökerei és rügyei vannak, amelyek ellenállnak a teljes napfényben a hő és a szárazságnak. A sporofiták és a gametofiták közötti különbség ugyanabban a sorrendben van, mint a taxonok közötti különbségek.

állatok

Egy nagyon szoros példa a sok faj fiatalkori fázisa, amelyek általában nem felelnek meg a felnőttek körüli környezetnek, ezért általában védelmet és gondoskodást igényelnek abban az időszakban, amikor megszerzik a szükséges készségeket és erősségeket. lehetővé teszi ezeknek a környezeteknek a kezelését.

referenciák

1. Kohshima, S. (1984). Egy új hidegtűrő rovar, mely egy himalájai gleccserben található. Nature 310, 225-227.
2. Macelroy, R. D. (1974). Néhány észrevétel az extremofilok alakulásáról. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10,016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, H. J., Davidson, A.T. és Kelly, G.J. (1991) UV-B védő vegyületek a tengeri algában Phaeocystis pouchetti Antarktiszból. Marine Biology 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Száz év dunaliella kutatás: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10,186 / 1746-1448-1 -2.
5. Rothschild, L.J. és Mancinelli, R.L. (2001). Élet szélsőséges környezetben. Nature 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. és Zillig, W. (1995). Lite nagyon alacsony pH-n. Nature 375, 741-742.
7. Storey, K.B. és Storey, J.M. (1996). Természetes fagyasztó túlélés állatokban. Az ökológia és a szisztematika éves áttekintése 27, 365-386.
8. Teyke, T. és Schaerer, S. (1994) Blind mexikói barlanghal (Astyanax hubbsi) reagál a mozgó vizuális ingerekre. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, P. I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. és Somero, G.N. (1982). Víz stresszel élve: az ozmolit rendszerek fejlődése. Science 217, 1214-1222.