EKSTREMOFILAI: CHARAKTERISTIKOS, TIPAI IR PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Į ekstremofilai yra organizmai, kurie gyvena ekstremaliomis aplinkos, ty tie, kurie nukrypti nuo sąlygų, kuriose jie gyvena dauguma žinomų organizmų žmonėms.

Sąvokos „kraštutinis“ ir „ekstremofilas“ yra gana antropocentrinės, nes mes, žmonės, vertiname buveines ir jų gyventojus remdamiesi tuo, kas mūsų pačių egzistavimui būtų laikoma kraštutine.

1 pav. Tardigrades, prieglobstis, žinomas dėl savo sugebėjimo išgyventi labai šiurkščioje aplinkoje. Šaltinis: Willow Gabriel, „Goldstein Lab“, per „Wikimedia Commons“

Dėl to, kas minėta, ekstremaliajai aplinkai būdinga tai, kad ji sudaro netoleruotinas sąlygas žmonėms, be kita ko, atsižvelgiant į jos temperatūrą, drėgmę, druskingumą, šviesą, pH, deguonies kiekį, toksiškumo lygį.

Neantropocentriniu požiūriu, žmonės gali būti ekstremofilai, priklausomai nuo organizmo, kuris juos įvertino. Pavyzdžiui, griežtai anaerobinio organizmo, kuriam deguonis yra toksiškas, požiūriu, aerobinės būtybės (kaip ir žmonės) būtų ekstremofilai. Žmogui, atvirkščiai, anaerobiniai organizmai, yra ekstremofilai.

Sąvokos „ekstremofilai“ kilmė

Šiuo metu mes apibrėžiame kaip „ekstremalią“ daugybę aplinkų Žemės planetoje ir išorėje ir nuolat atrandame organizmų, galinčių ne tik išgyventi, bet ir plačiai klestėti daugelyje jų.

RD Macelroy

1974 m. RD Macelroy pasiūlė terminą „ekstremofilai“ apibrėžti šiuos organizmus, kurie pasižymi optimaliu augimu ir vystymusi ekstremaliomis sąlygomis, priešingai nei mezofiliniai organizmai, kurie auga aplinkoje, kuriai būdingos tarpinės sąlygos.

Pasak Macelroy:

"Extremofilas yra aprašomasis organizmams, galintiems gyventi aplinkoje, kuriai priešiškos mezofilai, arba organizmams, kurie auga tik tarpinėse aplinkose."

Organizmuose yra du pagrindiniai ekstremizmo laipsniai: tie, kurie gali toleruoti ekstremalią aplinkos būklę ir tapti dominuojančiais prieš kitus; ir tie, kurie optimaliai auga ir vystosi ekstremaliomis sąlygomis.

Ekstremalių aplinkų charakteristikos

Aplinkos priskyrimas „ekstremaliai“ reaguoja į antropogeninę konstrukciją, pagrįstą tam tikrų aplinkos sąlygų (temperatūros, druskingumo, radiacijos ir kt.), Leidžiančio žmonėms išgyventi, pradinių atstumų kraštutinumais.

Tačiau šis pavadinimas turi būti pagrįstas tam tikromis aplinkos savybėmis, atsižvelgiant į jį apgyvendinančio organizmo (o ne iš žmogaus perspektyvos).

Šios savybės apima: biomasę, produktyvumą, biologinę įvairovę (rūšių skaičių ir aukštesnių taksonų reprezentaciją), ekosistemų procesų įvairovę ir konkrečias adaptacijas atitinkamo organizmo aplinkoje.

Visų šių charakteristikų suma žymi ekstremalią aplinkos būklę. Pavyzdžiui, ekstremali aplinka paprastai yra tokia:

• Maža biomasė ir našumas
• Archajiškų gyvybės formų vyravimas
• Aukštesnių gyvybės formų nebuvimas
• Nėra fotosintezės ir azoto fiksacijos, bet priklausomybė nuo kitų metabolizmo būdų ir specifinių fiziologinių, metabolinių, morfologinių ir (arba) gyvenimo ciklo adaptacijų.

Ekstremofilų tipai zoologinėje skalėje

Vienaląsčiai organizmai

Terminas Extremophilic dažnai reiškia prokariotus, tokius kaip bakterijos, ir kartais vartojamas pakaitomis su Archaea.

Tačiau yra daugybė ekstremofilinių organizmų, ir mūsų žinios apie filogenetinę įvairovę ekstremaliose buveinėse beveik kasdien didėja.

Pavyzdžiui, mes žinome, kad visi hipertermofilai (šilumos mėgėjai) yra Archaea ir bakterijų nariai. Eukariotai yra paplitę tarp psichofilų (peršalimo mėgėjų), acidofilų (žemo pH mėgėjų), alkalofilų (aukšto pH mėgėjų), kserofilų (sausos aplinkos mylėtojų) ir halofilų (druskos mėgėjų).

2 pav. Karštas šaltinis Jeloustouno nacionaliniame parke JAV, ryškios spalvos, kurias įgauna šie šaltiniai, yra susijusios su termofilinių bakterijų dauginimu. Šaltinis: Jimas Peaco, Nacionalinio parko tarnyba, per „Wikimedia Commons“

Daugialąsteliniai organizmai

Daugialąsčiai organizmai, tokie kaip bestuburiai ir stuburiniai gyvūnai, taip pat gali būti ekstremofilai.

Pavyzdžiui, kai kurie psichofilai apima nedaug varlių, vėžlių ir gyvatės, kurie žiemą išvengia tarpląstelinio užšalimo jų audiniuose, kaupdami osmolitus ląstelių citoplazmoje ir leisdami užšalti tik tarpląsteliniam vandeniui (išoriniam ląstelių). .

Kitas pavyzdys yra antarktido nematodo Panagrolaimus davidi atvejis, kuris gali išgyventi tarpląsteliniame užšaldyme (vandens užšalimas jo ląstelėse), sugebėdamas augti ir daugintis po atšildymo.

Taip pat Channichthyidae šeimos žuvys, šaltų Antarktidos ir Amerikos žemyno pietų gyventojai, naudoja antifrizinius baltymus, kad apsaugotų savo ląsteles nuo visiško užšalimo.

Poli-ekstremofilai

Poliekstremofilai yra organizmai, kurie vienu metu gali išgyventi daugiau nei vieną kraštutinę būklę, todėl yra būdingi visoms ekstremalioms aplinkoms.

Pvz., Dykumų augalai, išgyvenantys didelę šilumą, taip pat ribotas vandens prieinamumas ir dažnai didelis druskingumas.

Kitas pavyzdys galėtų būti jūros dugne gyvenantys gyvūnai, kurie, be kita ko, gali atlaikyti labai didelį spaudimą, pavyzdžiui, trūksta šviesos ir trūksta maistinių medžiagų.

Dažniausiai pasitaikantys ekstremalių aplinkų tipai

Aplinkos kraštutinumai tradiciškai apibrėžiami remiantis abiotiniais veiksniais, tokiais kaip:

• Temperatūra.
• Vandens prieinamumas.
• Slėgis.
• pH.
• Druskingumas.
• Deguonies koncentracija.
• Spinduliuotės lygiai.

Ekstremofilai yra panašiai apibūdinami remiantis ekstremaliomis sąlygomis, kurias jie išgyvena.

Svarbiausios ekstremalios aplinkos, kurias galime atpažinti pagal jų abiotines sąlygas:

Ypač šalta aplinka

Ypač šalta aplinka yra tokia, kuri išlieka arba dažnai krenta periodus (trumpus ar ilgus), žemesnės nei 5 ° C temperatūros. Tai apima Žemės polius, kalnuotus regionus ir kai kurias gilių vandenynų buveines. Net kai kuriose labai karštose dykumose naktį būna labai žema temperatūra.

Yra ir kitų organizmų, gyvenančių kriosferoje (kur vanduo yra kieto būvio). Pavyzdžiui, organizmai, gyvenantys ledo matricose, amžinametyje, esant nuolatiniam ar periodiniam sniego sluoksniui, turi toleruoti daugybę kraštutinumų, įskaitant šaltį, sausinimąsi ir aukštą radiacijos lygį.

Nepaprasta šiluma

Ypač karštos buveinės yra tos, kurios išlieka arba periodiškai pasiekia aukštesnę nei 40 ° C temperatūrą. Pavyzdžiui, karštos dykumos, geoterminės vietos ir giliavandenės hidroterminės angos.

Jie dažnai siejami su ypač aukšta temperatūra, aplinka, kurioje vandens yra labai mažai (nuolat arba reguliariai), pavyzdžiui, karštų ir šaltų dykumų ir kai kurių endolitinių buveinių (esančių uolienose).

Nepaprasto slėgio aplinka

Kitos aplinkos, tokios kaip vandenynų ir giliųjų ežerų dugno zonos, patiria didelį hidrostatinį slėgį. Tokiame gylyje jo gyventojai turi atlaikyti didesnį nei 1000 atmosferų slėgį.

Taip pat kalnuose ir kituose pakilusiuose pasaulio regionuose yra hipobariniai kraštutinumai (žemo atmosferos slėgio).

3 pav. Jūros fumaroles arba hidroterminės angos. Ekstremalios aplinkos, kurioje gyvena visa organizmų bendruomenė, kurioje yra aukštas slėgis ir temperatūra, taip pat sieros išmetimas, pavyzdys. Šaltinis: NOAA, per „Wikimedia Commons“

Ypatinga rūgščių ir šarmų aplinka

Apskritai, ypač rūgštinė aplinka yra ta, kurioje palaikomos arba reguliariai pasiekiamos vertės, mažesnės už pH 5.

Visų pirma žemas pH padidina „ekstremalią“ aplinkos būklę, nes padidina esančių metalų tirpumą, o juose gyvenantys organizmai turi būti pritaikyti susidurti su keliais abiotiniais kraštutinumais.

Priešingai, ypač šarminė aplinka yra ta, kurioje išlieka arba reguliariai registruojamos pH vertės virš 9.

Ekstremalios pH aplinkos pavyzdžiai yra ežerai, požeminis vanduo ir labai rūgštus ar šarminis dirvožemis.

4 pav. Nykštukinis omaras (Munidopsis polymorpha), urvo gyventojas ir endeminis Kanzarų salų Lanzarotės saloje. Tarp tipiškų šio tipo ekstremalių olų pritaikymų yra šie: dydžio sumažėjimas, blyškumas ir aklumas. Šaltinis: flickr.com/photos//5582888539

Hipersalinė ir anoksinė aplinka

Hipersalinė aplinka yra tokia, kurios druskos koncentracija yra didesnė nei jūros vandens, kuriame yra 35 dalys iš tūkstančio. Šios aplinkos apima hipersalinius ir druskingus ežerus.

Kalbant apie „fiziologinį tirpalą“, mes neturime omenyje tik druskingumo, kurį sukelia natrio chloridas, nes gali būti druskingoje aplinkoje, kur vyraujanti druska yra kažkas kita.

5 paveikslas. Rausvos spalvos vanduo Salina Las Cumaraguas mieste Falcón Venesueloje. Rausvos spalvos yra dumblių, vadinamų Dunaliella salina, produktas, galintis atsispirti didelėje druskos druskos druskos koncentracijoje. Šaltinis: „HumbRios“, iš „Wikimedia Commons“

Buveinės, turinčios ribotą laisvojo deguonies kiekį (hipoksinį) arba neturinčios deguonies (anoksinį), nuolat arba reguliariai, taip pat laikomos ekstremaliomis. Pavyzdžiui, aplinka, kuriai būdingos šios savybės, būtų vandenynų ir ežerų anoksiniai baseinai ir gilesni nuosėdų sluoksniai.

6 pav. Artemia monica - vėžiagyvis, gyvenantis Mono ežere, Kalifornijoje (JAV), druskingoje aplinkoje (natrio bikarbonatas) ir aukštas pH. Šaltinis: photolib.noaa.gov

Didelės radiacijos aplinka

Ultravioletinė (UV) arba infraraudonoji (IR) spinduliuotė taip pat gali sukelti organizmams ekstremalias sąlygas. Ekstremalioji radiacijos aplinka yra tokia, kuriai būdinga neįprastai didelė arba už normos ribų esanti radiacija. Pavyzdžiui, poliarinė ir aukštumų aplinka (sausumos ir vandens).

Phaeocystis pouchetii

Kai kurioms rūšims būdingas išsisukinėjimo būdas, susijęs su dideliu UV ar IR spinduliuote. Pavyzdžiui, iš Antarkties jūros dumblių Phaeocystis pouchetii gaminami vandenyje tirpūs „saulės spinduliai“, kurie stipriai sugeria UV-B bangos ilgį (280–320 nm) ir apsaugo jo ląsteles nuo ypač aukšto UV-B lygio per 10 m. viršutinė vandens kolona (po jūros ledo pertraukos).

Deinococcus radiodurans

Kiti organizmai labai toleruoja jonizuojančiąją spinduliuotę. Pavyzdžiui, bakterija Deinococcus radiodurans gali išsaugoti savo genetinį vientisumą kompensuodama didelius DNR pažeidimus po jonizuojančiosios spinduliuotės poveikio.

Ši bakterija naudoja tarpląstelinius mechanizmus, kad apribotų skilimą ir apribotų DNR fragmentų sklaidą. Be to, jis turi labai efektyvius DNR atstatymo baltymus.

Astyanax hubbsi

Net tokiose aplinkose, kur, matyt, mažai arba visai nėra radiacijos, ekstremofiliniai organizmai yra pritaikyti reaguoti į radiacijos lygio pokyčius.

Pavyzdžiui, Astyanax hubbsi, Meksikos olose gyvenantis aklasis akys neturi paviršutiniškai juntamų akių struktūrų, tačiau vis dėlto gali atskirti nedidelius aplinkos šviesos skirtumus. Jie naudoja ekstraokulinius fotoreceptorius, kad aptiktų judančius regos dirgiklius ir į juos reaguotų.

7 pav. Astyanax genties aklosios žuvys, urvo gyventojas. Šaltinis: Shizhao, iš „Wikimedia Commons“

Antropogeniniai kraštutinumai

Šiuo metu gyvename tokioje aplinkoje, kurioje dėl žmogaus veiklos dirbtinai sukuriamos ekstremalios aplinkos sąlygos.

Vadinamosios antropogeninio poveikio aplinkos yra labai įvairios, visuotinės apimties ir nebegali būti ignoruojamos apibrėžiant tam tikras ekstremalias aplinkas.

Pavyzdžiui, aplinkos, paveiktos taršos (atmosferos, vandens ir dirvožemio), pvz., Klimato pokyčių ir rūgštaus lietaus, gamtos išteklių gavybos, fizinių trikdžių ir perdėto eksploatavimo.

Perėjimai ir ekotonai

Be jau minėtų ekstremalių aplinkų, sausumos ekologai visada žinojo apie perėjimo zonų tarp dviejų ar daugiau skirtingų bendruomenių ar aplinkos ypatumus, tokius kaip medžių linija kalnuose arba riba tarp miškų ir pievų. . Tai vadinama įtempimo diržais arba ekotonais.

Ekotonai taip pat egzistuoja jūrinėje aplinkoje, pavyzdžiui, perėjimas tarp ledo ir vandens, kurį vaizduoja jūros ledo kraštas. Paprastai šiose pereinamosiose zonose yra didesnė rūšių įvairovė ir biomasės tankis nei besiribojančiose bendruomenėse, daugiausia dėl to, kad jose gyvenantys organizmai gali naudotis ištekliais iš gretimos aplinkos, o tai gali suteikti jiems pranašumą.

Tačiau ekotonai nuolat kinta ir dinamiški regionai, dažnai parodantys didesnį abiotinių ir biotinių sąlygų kitimą per metus nei gretimos aplinkos.

Tai pagrįstai galima laikyti „ekstremaliu“, nes tam reikia organizmų nuolat pritaikyti savo elgesį, fenologiją (sezoniniai orai) ir sąveiką su kitomis rūšimis.

Rūšys, gyvenančios iš abiejų ekotonų pusių, dažnai yra tolerantiškesnės dinamikai, o rūšys, kurių paplitimas ribojamas vienoje pusėje, iš kitos pusės patiria kraštutinumą.

Apskritai šios perėjimo zonos taip pat dažnai būna pirmosios, kurias paveikia klimato pokyčiai ir (arba) trikdžiai - tiek natūralūs, tiek antropogeniniai.

Gyvūnai ir augalai su įvairiais etapais ar fazėmis

Aplinka yra ne tik dinamiška, ir gali būti, kad ir kokia ekstremali, tačiau organizmai taip pat yra dinamiški ir turi skirtingą gyvenimo ciklą, pritaikytą konkrečioms aplinkos sąlygoms.

Gali atsitikti taip, kad aplinka, palaikanti vieną iš organizmo gyvenimo ciklo stadijų, yra ekstremali kitam etapui.

Augalai

Pavyzdžiui, kokosas (Cocos nucifera) turi sėklą, pritaikytą gabenti jūra, tačiau subrendęs medis auga sausumoje.

Kraujagysles sporomis turinčiuose augaluose, tokiuose kaip paparčiai ir skirtingos samanos, gametofitas neturi fotosintetinių pigmentų, neturi šaknų ir priklauso nuo aplinkos drėgmės.

Nors sporofitai turi šakniastiebius, šaknis ir ūglius, kurie visiškai saulės spinduliuose atlaiko karštas ir sausas sąlygas. Skirtumas tarp sporofitų ir gametofitų yra ta pačia tvarka kaip ir skirtumai tarp taksonų.

Gyvūnai

Labai artimas pavyzdys yra daugelio rūšių jaunystės stadijos, paprastai netoleruojančios aplinkos, kuri paprastai supa suaugusįjį, todėl jiems paprastai reikalinga apsauga ir priežiūra tuo laikotarpiu, per kurį jie įgyja reikiamų įgūdžių ir stiprybių. leisti susidoroti su tokia aplinka.

Nuorodos

1. Kohshima, S. (1984). Naujas šalčiui atsparus vabzdys, rastas Himalajų ledyne. Gamta 310, 225–227.
2. Macelroy, RD (1974). Keletas komentarų apie ekstremalių žmonių raidą. „Biosistemos“, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT ir Kelly, GJ (1991), apsaugantys nuo UV-B junginius jūros dumbliuose Phaeocystis pouchetti iš Antarktidos. Jūrų biologija 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Šimtas Dunaliella tyrimų metų: 1905–2005 m. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ ir Mancinelli, RL (2001). Gyvenimas ekstremalioje aplinkoje. Gamta 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. ir Zillig, W. (1995). Lite labai žemoje pH. Gamta 375, 741–742.
7. „Storey“, KB ir „Storey“, JM (1996). Natūralus gyvūnų išgyvenimas užšaldant. Metinė ekologijos ir sistematikos apžvalga 27, 365-386.
8. Teyke, T. ir Schaerer, S. (1994) Aklosios meksikietiškos urvų žuvys (Astyanax hubbsi) reaguoja į judančius regos dirgiklius. Žurnalas Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD ir Somero, GN (1982). Gyvenimas esant vandens stresui: osmolitų sistemų raida. Mokslas 217, 1214–1222.