Jellemző termofilek, osztályozás és környezetek



az termofil egy altípusa Extremophiles jellemzi tolerálja a magas hőmérséklet, 50 ° C és 75 ° C-on, vagy azért, mert ezek az értékek a hőmérséklet fenntartását ezen szélsőséges körülmények, vagy azért, mert gyakran eléri.

Termofilek általában baktériumok vagy archaea, azonban metazoans (eukarióta szervezetek heterotróf és szövet) is kialakulhat forró foltok.

Ismeretesek a tengeri élőlények is, amelyek a termofil baktériumok szimbiózisához kapcsolódnak, és alkalmazkodhatnak ezekhez a magas hőmérsékletekhez, és többek között olyan biokémiai mechanizmusokat fejlesztettek ki, mint a módosított hemoglobin, magas vérmennyiség, ami lehetővé teszi számukra a szulfidok és vegyületek toxicitásának tolerálását. kén.

Úgy véljük, hogy a termofil prokarióták az első evolúciós sejtek az élet evolúciójában, és hogy az óceánokban vulkanikus tevékenységgel és gejzírekkel lakott helyek voltak..

Ilyen típusú termofil szervezetek például azok, amelyek az óceánok alján lévő hidrotermikus szellőzőnyílások vagy fumarolok közelében élnek, például metanogén baktériumok (metántermelők) és annelidek. Riftia pachyptila.

A főbb élőhelyek, ahol a termofilek megtalálhatók, a következők:

  • Földi hidrotermikus környezet.
  • Tengeri hidrotermikus környezet.
  • Forró sivatagok.

index

  • 1 A termofil szervezetek jellemzői
    • 1.1 A termofil szervezetek megkülönböztető jellemzői
  • 2 A termofil szervezetek osztályozása
  • 3 Termofil szervezetek és környezetük
    • 3.1 Földi hidrotermikus környezet
    • 3.2 Példák a földi hidrotermikus környezetben élő szervezetekre
    • 3.3 Baktériumok
    • 3.4 Ívek
    • 3.5 Eukarióták
    • 3.6 Tengeri hidrotermikus környezet
    • 3.7 Példák a tengeri hidrotermikus környezethez kapcsolódó állatvilágra
    • 3.8 Forró sivatagok
    • 3.9 A sivatagok típusai
    • 3.10 Termofil sivatagi szervezetek példái
  • 4 Referenciák

A termofil szervezetek jellemzői

Hőmérséklet: kritikus abiotikus faktor a mikroorganizmusok fejlődéséhez

A hőmérséklet az egyik legfontosabb környezeti tényező, amely az élő lények növekedését és túlélését feltételezi. Mindegyik fajnak olyan hőmérséklet-tartománya van, amely között fennmaradhat, azonban optimális növekedést és fejlődést mutat bizonyos hőmérsékleteken.

Az egyes szervezetek növekedési üteme grafikusan fejezhető ki a hőmérséklethez viszonyítva, a kritikus kritikus hőmérsékletekhez (minimális, optimális és maximum) megfelelő értékeket kapva..

Minimális hőmérséklet

A szervezet növekedésének minimális hőmérsékletén a sejtmembrán folyékonyságának csökkenése következik be, és az anyagok szállítása és cseréje, mint például a tápanyagok bejutása és a mérgező anyagok kilépése megállhat.

A minimális hőmérséklet és az optimális hőmérséklet között nő a mikroorganizmusok növekedési sebessége.

Optimális hőmérséklet

Az optimális hőmérsékleten a metabolikus reakciók a lehető legnagyobb hatékonysággal jelentkeznek.

Maximális hőmérséklet

Az optimális hőmérséklet felett csökken a növekedési sebesség a maximális hőmérsékletig, amelyet az egyes szervezetek tolerálhatnak.

Ezeken a magas hőmérsékleteken a szerkezeti és funkcionális fehérjék denaturálódnak és inaktiválódnak mint enzimek, mivel elveszítik geometriai konfigurációjukat és különleges térbeli konfigurációjukat, a citoplazmatikus membrán lebomlik és a hő lízis vagy repedés következik be a hő miatt.

Minden mikroorganizmusnak minimális, optimális és maximális hőmérséklete van. A termofilek kivételesen magas értékekkel rendelkeznek ezen a három hőmérsékleten.

A termofil szervezetek megkülönböztető tulajdonságai

  • A termofil szervezetek magas növekedési sebességgel rendelkeznek, de rövid élettartamuk van.
  • A sejtmembránjukban sok lipid vagy hosszú láncú telített zsír van; az ilyen típusú telített zsírok képesek a hő elnyelésére, és folyékony állapotba kerülnek magas hőmérsékleten (olvadék), anélkül, hogy megsemmisülnének.
  • A szerkezeti és funkcionális fehérjék nagyon stabilak a hő (termostabil) ellen, kovalens kötésekkel és speciális intermolekuláris erőkkel, amelyeket London diszperziós erőinek neveznek..
  • Speciális enzimekkel rendelkeznek a metabolikus működés magas hőmérsékleten történő fenntartásához.
  • Ismert, hogy ezek a termofil mikroorganizmusok a szulfidokat és a bőséges kénvegyületeket vulkanikus területeken használhatják tápanyagok forrásaként, hogy ezeket szerves anyaggá alakítsák át..

A termofil szervezetek osztályozása

A termofil szervezetek három széles kategóriába sorolhatók:

  • Mérsékelt termofilek (optimális 50-60 ° C között).
  • Extrém termofilek (optimális közel 70 ° C-ig).
  • Hiperhermofilek (optimális közel 80 ° C-ig).

Termofil szervezetek és környezetük

Földi hidrotermikus környezet

A hidrotermikus helyek meglepően gyakori és széles körben elterjedtek. Ezek széles körben oszthatók azokra, amelyek a vulkáni területekhez és a nem vulkáni területekhez kapcsolódnak..

A legmagasabb hőmérsékletet mutató hidrotermikus környezetek általában vulkáni jellemzőkkel (kazánok, hibák, tektonikus lemezhatárok, hátsó íves medencék) kapcsolódnak, amelyek lehetővé teszik, hogy a magma olyan mélységben emelkedjen, ahol közvetlenül érintkezhet a felszín alatti vízzel sekély.

A forró helyeket gyakran más olyan jellemzők is kísérik, amelyek megnehezítik az életet, például a pH, a szerves anyag, a kémiai összetétel és a szélsőséges sótartalom..

Ezért a földi hidrotermikus környezet lakói több szélsőséges körülmények között is fennmaradnak. Ezeket az organizmusokat polextramofilnek nevezik.

Példák a földi hidrotermikus környezetben élő szervezetekre

A három doménhez (eukarióták, baktériumok és archaea) tartozó szervezeteket földi hidrotermikus környezetben azonosították. Ezen szervezetek sokféleségét elsősorban a hőmérséklet határozza meg.

Míg a baktériumfajok sokfélesége mérsékelten termofil környezetben él, a fotóautotrófok dominálhatnak a mikrobiális közösségben, és makroszkopikus "szőnyeg" vagy "szőnyeg" szerkezeteket alkothatnak..

Ezek a "fotoszintetikus szőnyegek" a semleges és lúgos hőforrások nagy részén (pH-érték 7,0 felett) vannak jelen 40-71 ° C közötti hőmérsékleten, a fő domináns termelőként pedig a cianobaktériumok..

55 ° C fölött a fotoszintetikus szőnyegek főként egysejtű cianobaktériumok, mint pl. Synechococcus sp.

baktériumok

A fotoszintetikus mikrobás szőnyegek túlnyomórészt a nemzetségek baktériumaiban élhetnek Chloroflexus és Roseiflexus, mindkettő a Chloroflexales rend.

Amikor a cianobaktériumokhoz kapcsolódnak, a fajok Chloreflexus és Roseiflexus optimálisan növekszik a fotoheterotróp körülmények között.

Ha a pH sav, a nemzetségek gyakoriak Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Termodesulfobium és Thermodesulfator.

Hipertermofil forrásokban (72-98 ° C között) ismert, hogy a fotoszintézis nem fordul elő, ami lehetővé teszi a kemolithoautotróf baktériumok dominanciáját..

Ezek a szervezetek tartoznak a törzs Aquificae és kozmopolita; oxidálódhat hidrogénatom vagy molekuláris kén oxigénnel elektron akceptorként, és rögzíti a szén a trikarboxilsav- keresztül szűkítő (RTCA angol).

archaea

A semleges és lúgos termikus környezetekben azonosított, termesztett és nem tenyésztett archaea nagy része a Crenarchaeota-fajtához tartozik..

Olyan fajok, mint Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans vagy Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, 77 ° C alatt elszaporodnak Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis és Ignisphaera aggregánok, 80 ° C-nál magasabb hőmérsékletű forrásokban.

A savas környezetben a nemzetségek archaeaja van: Sulfolobus, Sulphurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium és Galdivirga.

eukarióta

A semleges és lúgos források eukariótái között említhetők Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba termofília és Oramoeba funiarolia.

Savforrásokban megtalálhatók a műfajok: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium vagy Galdieria.

Tengeri hidrotermikus környezet

2 ° C-tól 400 ° C-ig terjedő hőmérsékleteken, több ezer font / négyzet hüvelyk (psi) fölötti nyomás, valamint a toxikus hidrogén-szulfid magas koncentrációja (pH = 2,8), mélytengeri hidrotermikus szellőzőnyílások vannak. talán a bolygónk legszélsőségesebb környezetei.

Ebben az ökoszisztéma mikrobák szolgálhat az alsó linket a tápláléklánc nyeri geotermikus energia és vegyi anyagokat, amelyek a mély belső a Föld.

Példák a tengeri hidrotermikus környezethez kapcsolódó állatvilágra

Az ezekhez a forrásokhoz vagy szellőzőnyílásokhoz kapcsolódó állatvilág nagyon változatos, és a különböző taxonok közötti meglévő kapcsolatok még nem teljesen ismertek.

Az izolált fajok közül mind a baktériumok, mind az archaea. Például a nemzetség archaeaját izolálták Methanococcus, Methanopyus és a nemzetségben lévő anaerob termofil baktériumok Caminibacter.

Baktériumok biofilmekben fejlesztenek több szervezetekből anfípodos, Copepoda, csigák, rákok rák, csöves férgek, halak és polipok takarmány.

A közös panoráma kagyló felhalmozódása, Bathymodiolus thermophilus, 10 cm-nél hosszabb, ami a bazalt láva repedéseiben zúzódik. Ezeket általában számos Galapagos-rákkal kísérik (Munidopsis subsquamosa).

Az egyik legszokatlanabb organizmus a cső alakú féreg Riftia pachyptila, amelyek nagy mennyiségben csoportosíthatók, és közel 2 méteres méretűek lehetnek.

Ezeknek a cső alakú férgeknek nincs szájuk, gyomoruk vagy végbélnyílásuk (azaz nincs emésztőrendszerük); teljesen zárt zsák, anélkül, hogy a külső környezetre nyílna.

A toll csúcsán a fényes vörös szín extracelluláris hemoglobin jelenlétének köszönhető. A hidrogén-szulfidot az e toll filamentumaival társított sejtmembránon keresztül szállítják, és extracelluláris hemoglobinon keresztül eléri a trofoszómának nevezett speciális szövetet, amely teljes egészében szimbiotikus kemoszintetikus baktériumokból áll..

Elmondható, hogy ezek a férgek baktériumok belső "kertjével" rendelkeznek, amelyek hidrogén-szulfidot táplálnak, és a "féreg" táplálékát biztosítják, rendkívüli alkalmazkodást..

Forró sivatagok

A forró sivatagok a Föld felszínének 14 és 20% -át fedik le, mintegy 19-25 millió km-re.

A legmelegebb sivatagok, mint például az észak-afrikai Szahara és az Egyesült Államok, Mexikó és Ausztrália délnyugati részeinek sivatagai, mind az északi féltekén, mind a déli féltekén megtalálhatók az egész trópusokon (kb. 40 ° szélesség).

A sivatagok típusai

A forró sivatag meghatározó jellemzője a szárazság. A Koppen-Geiger éghajlati osztályozása szerint a sivatagok olyan területek, amelyek éves csapadékmennyisége 250 mm-nél kisebb.

Az éves csapadékmennyiség azonban félrevezető index lehet, mivel a vízveszteség a vízfinanszírozás döntő tényezője.

Így az Egyesült Nemzetek Környezetvédelmi Programjának sivatagi meghatározása a szokásos éghajlati viszonyok között a nedvesség éves hiánya, ahol a potenciális evapotranszspiráció (PET) ötször nagyobb, mint a tényleges csapadék (P).

A forró sivatagokban magas a PET, mert a felhőtakaró hiánya miatt a napsugárzás a száraz területeken közeledik.

A sivatagok kétféle típusra oszthatók a szárazság szintje szerint:

  • Hyperáridos: ariditási indexe (P / PET) kisebb, mint 0,05.
  • Összetételek: 0,05 és 0,2 között.

A sivatagokat megkülönböztetik a száraz félig száraz területekről (P / PET 0,2-0,5) és száraz, nedves száraz területekről (0.5-0.65).

A sivatagok más fontos jellemzőkkel rendelkeznek, például erős hőmérsékletváltozásuk és a talajok magas sótartalma.

Másrészt a sivatagot általában a dűnék és a homok köti össze, azonban ez a kép csak az összes 15-20% -ának felel meg; a sziklás és hegyvidéki tájak a leggyakoribb sivatagi környezet.

Példák a sivatag termofil organizmusaira

A sivatagok termofilek lakói egy sor adaptációval rendelkeznek, hogy szembenézzenek az eső, a magas hőmérséklet, a szél, a sótartalom hiányából adódó károkkal..

A xerofit növények olyan stratégiákat dolgoztak ki, amelyek megakadályozzák a transzpirációt és tárolják a lehető legtöbb vizet. A szárak és levelek szukkultsága vagy sűrűsége az egyik legelterjedtebb stratégia.

Nyilvánvaló a Cactaceae családban, ahol a leveleket tüskék formájában is módosították, mind az evapotranspiráció elkerülése, mind a növényfajok visszaszorítása érdekében..

A nem Lithops vagy a Namíbia sivatagában őshonos kőműves növények is szukkulációt alakítanak ki, de ebben az esetben a növény a talaj szintjén növekszik, magával ragadja magát a környező kövekkel.

Másrészről, ezekben a szélsőséges élőhelyeken élő állatok mindenféle adaptációt fejlesztenek, az élettani és az etológiai szempontból. Például az úgynevezett kenguru patkányok kis térfogatú, kis térfogatú vizelettel rendelkeznek, és ezek az állatok vízhatékony környezetükben nagyon hatékonyak..

A vízveszteség csökkentésének másik mechanizmusa a testhőmérséklet növekedése; például a pihenő tevék testhőmérséklete nyáron körülbelül 34 ° C-ról 40 ° C-ra emelkedhet.

A hőmérséklet-változások nagy jelentőséggel bírnak a víz megőrzésében, az alábbiak miatt:

  • A testhőmérséklet növekedése azt jelenti, hogy a testben a hőt a víz elpárologtatása révén tárolják. Később, éjszaka, a felesleges hőt víz nélkül ki lehet utasítani.
  • A forró környezet hőnyeresége csökken, mivel a hőmérsékleti gradiens csökken.

Egy másik példa a homok patkánya (Psammomys obesus), amely olyan emésztési mechanizmust fejlesztett ki, amely lehetővé teszi számukra, hogy csak a Chenopodiaceae család sivatagi növényein táplálkozzanak, amelyek nagy mennyiségű sót tartalmaznak a levelekben.

A sivatagi állatok etológiai (viselkedési) adaptációi számosak, de talán a legnyilvánvalóbb az azt jelenti, hogy a tevékenység-pihenési ciklus megfordul.

Ily módon ezek az állatok napnyugtakor aktívak (éjszakai tevékenység) és megszűnnek hajnalban (nappali pihenés), aktív életük nem esik egybe a legmelegebb órákkal.

referenciák

  1. Baker-Austin, C. és Dopson, M. (2007). Élet a savban: pH homeosztázis acidofilekben. Trends in Microbiology 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. és Bjorkman, 0. (1980). A fotoszintetikus válasz és a magasabb növények hőmérséklet-adaptációja. A növényi fiziológia éves áttekintése 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofil mikroorganizmusok és élet magas hőmérsékleten. Springer-Verlag, New York, 378 pp.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. és Mondaca, A.M. (2009), Az arzenit-oxidáló baktériumok izolálása egy természetes biofilmből, amely az Atacama-sivatag vulkáni szikláival kapcsolatos. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. és Stein, J. (1998). A férgek szélsőséges hőmérsékleteken harapnak. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. és Childress, J. J. (1992). Vannak, mint a forró ... és néhány még melegebb is. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. és Kappen, L. (1975). Adaptív mechanizmusok a sivatagi növényekben. In: Vemberg, F.J. (szerk.) Fiziológiai adaptáció a környezethez. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). A meleg sivatagi növények szerkezete-funkció kapcsolatai. Springer, Heidelberg, Németország, 216 pp.
  9. Gutterman, Y. (2002). Az éves sivatagi növények túlélési stratégiái. Springer, Berlin, Németország, 368 pp.
  10. Lutz, R.A. (1988). A mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásokban lévő szervezetek eloszlása: felülvizsgálat. Oceanologica 8, 23-29.
  11. Lutz, R. A., Shank, T. M., Fornari, D. J., Haymon, R. M., Lilley, M. D., Von Damm, K.L. és Desbruyeres, D. (1994). Gyors növekedés a mélytengeri nyílásokon. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D. C., Lutz, R. A., Revelas, E.C. és Cerrato, R.M. (1981). A gáztartalmú növények növekedése a mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílásokon a Galapagos-rift mentén. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Sivatagi ökoszisztémák: környezet és termelők. Éves áttekintés az ökológiai rendszerekről 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. és Adams, M.W. (1998). Termofilek: a molekuláris evolúció és az élet eredete. Taylor és Francis, London, 346 pp.