ЕКСТРЕМОФИЛИ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

У Ектремопхилес су организми који живе у екстремним срединама, односно оних које одступају од услова у којима живе највише познати организама људи.

Изрази „екстремни“ и „екстремофилни“ су релативно антропоцентрични, јер ми људи процењујемо станишта и њихове становнике, на основу онога што би се сматрало екстремним за наше постојање.

Слика 1. Тардиградес, Пхилум познат по својој способности да опстане у веома грубим окружењима. Извор: Виллов Габриел, Голдстеин Лаб, путем Викимедиа Цоммонса

Због горе наведеног, екстремно окружење карактеризира то што представља неподношљиве услове за људска бића у погледу његове температуре, влажности, сланости, светлости, пХ, доступности кисеоника, нивоа токсичности, између осталог.

Из не-антропоцентричке перспективе, људска бића могу бити екстремофили, зависно од организма који их је проценио. На пример, са становишта строгог анаеробног организма, за који је кисеоник токсичан, аеробна бића (попут људи) били би екстремофили. За људско биће, напротив, анаеробни организми су екстремофили.

Порекло термина "Екстремофили"

Тренутно дефинишемо као „екстремна“ бројна окружења унутар и изван планете Земље и непрестано откривамо организме који су способни, не само да преживе, већ и који у великом делу успевају у многим од њих.

РД Мацелрои

Године 1974., РД Мацелрои је предложио термин "Ектремопхилес" да би дефинисао ове организме који показују оптималан раст и развој у екстремним условима, за разлику од мезофилних организама који расту у срединама са средњим условима.

Према Мацелрои-у:

"Екстремофил је описни облик за организме који су способни да насељавају окружење непријатељски мезофиле, или организме који расту само у средњим срединама."

Постоје два основна степена екстремизма у организмима: она која могу поднијети екстремно окружење и постати доминантна над другима; и оне које расту и развијају се оптимално у екстремним условима.

Карактеристике екстремних окружења

Именовање животне средине као "екстремно" реагује на антропогену конструкцију, засновану на разматрању удаљености крајњих вриједности одређеног стања животне средине (температура, салинитет, зрачење, између осталог), што омогућава човеку опстанак.

Међутим, ово име мора бити засновано на одређеним карактеристикама окружења, из перспективе организма који га насељава (пре него из људске перспективе).

Ове карактеристике укључују: биомасу, продуктивност, биоразноликост (број врста и заступљеност виших својти), разноликост процеса у екосуставима и специфичне прилагодбе животној средини организма о којем је реч.

Збир свих ових карактеристика означава екстремно стање окружења. На пример, екстремно окружење је оно које генерално представља:

• Ниска биомаса и продуктивност
• Превладавање архаичних облика живота
• Одсуство виших животних форми
• Одсуство фотосинтезе и фиксације азота, али зависност од других метаболичких путева и специфичних физиолошких, метаболичких, морфолошких и / или адаптација животног циклуса.

Врсте екстремофила на зоолошкој скали

Једноћелијски организми

Израз Ектремопхилиц се често односи на прокариоте, попут бактерија, а понекад се употребљава наизменично са Арцхаеа.

Међутим, постоји велики избор екстремофилних организама и наше знање о филогенетској разноликости у екстремним стаништима готово свакодневно се повећава.

Знамо, на пример, да су сви хипертермофили (љубитељи топлоте) чланови Археје и Бактерија. Еукариоти су уобичајени код психрофила (љубитељи хладноће), ацидофила (љубитељи ниског пХ), алкалофила (љубитељи високог пХ), ксерофила (љубитељи сувог окружења) и халофила (љубитељи соли).

Слика 2. Врело врело у Националном парку Иелловстоне у САД-у, светле боје које ови извори стјечу повезане су са ширењем термофилних бактерија. Извор: Јим Пеацо, Служба националног парка, путем Викимедиа Цоммонса

Вишећелијски организми

Вишећелијски организми, попут бескраљежњака и кичмењака, такође могу бити екстремофили.

На пример, неки псирофили укључују мали број жаба, корњача и змија, који током зиме избегавају интрацелуларно смрзавање у својим ткивима, накупљајући осмолате у ћелијској цитоплазми и омогућавају замрзавање само ванћелијске воде (спољашње према ћелијама) .

Други пример је случај антарктичке нематоде Панагролаимус давиди, која може преживети унутарћелијско смрзавање (замрзавање воде унутар својих ћелија), способно да расте и размножава се после одмрзавања.

Такође рибе породице Цханницхтхиидае, становници хладних вода Антарктике и југа америчког континента, користе антифриз протеине да би заштитили своје ћелије од њиховог потпуног замрзавања.

Поли-Ектремопхилес

Поли-екстремофили су организми који могу преживети више од једног екстремног стања истовремено, тако да су уобичајени у свим екстремним срединама.

На пример, пустињске биљке које преживе екстремне врућине, као и ограничену доступност воде и често високу сланост.

Други пример су животиње које обитавају на морском дну, које су способне да издрже изузетно висок притисак, попут недостатка светлости и недостатка хранљивих састојака, између осталог.

Најчешћи типови екстремних окружења

Екстремне околности традиционално се дефинишу на основу абиотских фактора, као што су:

• Температура.
• Доступност воде.
• Притисак.
• пХ.
• Сланост.
• Концентрација кисеоника.
• Ниво зрачења.

Екстремофили су на сличан начин описани на основу екстремних услова који преживе.

Најважнија екстремна окружења која можемо препознати према њиховим абиотским условима су:

Екстремно хладно окружење

Изузетно хладна окружења су она која постоје или често падају током периода (кратких или дугих) температура испод 5 ° Ц. Они укључују земаљске ступове, планинске регионе и нека дубока океанска станишта. Чак и неке веома вруће пустиње током дана имају врло ниске температуре ноћу.

Постоје и други организми који живе у криосфери (где је вода у чврстом стању). На пример, организми који живе у леденим матрицама, вечно смрзавању, под сталним или периодичним снежним покривачима, морају да толеришу вишеструке крајности, укључујући хладноћу, пресушивање и високе нивое зрачења.

Екстремно топлотно окружење

Изузетно врућа станишта су она која остају или периодично достижу температуре преко 40 ° Ц. На пример, вруће пустиње, геотермална места и дубокоморски хидротермални отвори.

Они су често повезани са екстремно високим температурама, срединама у којима је доступна вода веома ограничена (упорно или током редовних периода), попут врућих и хладних пустиња, и неких ендолитских станишта (која се налазе у стијенама).

Екстремно окружење притиска

Остала окружења су изложена високом хидростатичком притиску, као што су бентонске зоне океана и дубока језера. На овим дубинама, његови становници морају издржати притиске веће од 1000 атмосфере.

Алтернативно, у планинама иу осталим повишеним регионима света постоје хипобарични екстреми (ниског атмосферског притиска).

Слика 3. Морски фумароли или хидротермални отвори. Пример екстремног окружења у коме живи читава заједница организама у којима има високог притиска и температуре, као и сумпорних пражњења. Извор: НОАА, путем Викимедиа Цоммонса

Екстремно кисела и алкална окружења

Генерално, изузетно кисела окружења су она која одржавају или редовно достижу вредности испод пХ 5.

Низак пХ нарочито повећава „екстремно“ стање животне средине јер повећава растворљивост присутних метала и организми који у њима живе морају бити прилагођени да се суоче са више абиотских крајности.

Супротно томе, изузетно алкална окружења су она која остају или редовно региструју пХ вредности изнад 9.

Примери екстремно пХ окружења укључују језера, подземне воде и високо кисела или алкална тла.

Слика 4. Патуљасти јастог (Мунидопсис полиморпха), становник пећине и ендем за острво Ланзароте, Канарска острва. Међу типичне адаптације ове врсте екстремних пећинских средина спадају: смањење величине, слепоћа и слепоћа. Извор: флицкр.цом/пхотос//5582888539

Хиперсалинско и аноксично окружење

Хиперсалинске средине су дефинисане као оне са концентрацијом соли већом од оне у морској води која има 35 делова на хиљаду. Ова окружења укључују хиперсалинска и слана језера.

Под "физиолошком раствором" не мислимо само на салинитет због натријум хлорида, јер може постојати слана средина у којој је превладавајућа со нешто друго.

Слика 5. Ружичаста боја воде у Салина Лас Цумарагуас, држава Фалцоне у Венецуели. Ружичаста боја је производ алге зване Дуналиелла салина, која је способна да одоли високим концентрацијама натријум хлорида присутног у физиолошком раствору. Извор: ХумбРиос, из Викимедиа Цоммонс

Станишта са ограниченим слободним кисеоником (хипоксичним) или без присутног кисеоника (аноксични), било упорно или у правилним интервалима, такође се сматрају екстремним. На пример, окружење са овим карактеристикама били би аноксицни базени у океанима и језерима и дубљи слојеви седимента.

Слика 6. Артемиа моница, рак који живи у Моно Лакеу, у Калифорнији (САД), сланом окружењу (бикарбонат натријума) и високом пХ. Извор: пхотолиб.ноаа.гов

Околина са високим зрачењем

Ултраљубичасто (УВ) или инфрацрвено (ИР) зрачење такође може да наметне екстремне услове организмима. Екстремна окружења зрачења су она која су изложена ненормално високом зрачењу или зрачењу изван нормалног распона. На пример, поларна и велика надморска висина (копнена и водена).

Пхаеоцистис поуцхетии

Неке врсте показују механизме избегавања високог УВ или ИР зрачења. На пример, морска алга Антарктика Пхаеоцистис поуцхетии производи „водотопљиве“ креме за сунчање које снажно апсорбују таласне дужине УВ-Б (280-320нм) и штите њене ћелије од изузетно високог нивоа УВ-Б у року од 10 м. горњи водени стуб (након пробијања морског леда).

Деиноцоццус радиодуранс

Остали организми су врло толерантни на јонизујуће зрачење. На пример, бактерија Деиноцоццус радиодуранс може да сачува свој генетски интегритет компензацијом обимног оштећења ДНК после излагања јонизујућем зрачењу.

Ова бактерија користи међућелијске механизме да ограничи разградњу и ограничи дифузију фрагмената ДНК. Поред тога, поседује високо ефикасне протеине за поправљање ДНК.

Астианак хуббси

Чак и у окружењима са наизглед ниским или никаквим зрачењем, екстремофилни организми су прилагођени да одговоре на промене нивоа зрачења.

На пример, Астианак хуббси, мексичка слепића у којој се налази пећина, нема површно осетљиве очне структуре, али ипак може да разликује мале разлике у спољној светлости. Користе се екстраокуларни фоторецептори за откривање и реаговање на покретне визуелне подражаје.

Слика 7. Слепа риба рода Астианак, становник пећине. Извор: Схизхао, са Викимедиа Цоммонс

Антропогени крајности

Тренутно живимо у окружењу у којем су наметнути екстремни услови околине, вештачки створени као ефекат људских активности.

Такозвана антропогена окружења су веома разнолика, глобална по обиму и више се не могу занемарити приликом дефинисања одређених екстремних окружења.

На пример, окружења која су под утицајем загађења (атмосферска, воде и тла) - као што су климатске промене и киселе кише -, вађење природних ресурса, физичка узнемиреност и прекомерна експлоатација.

Прелази и екотони

Поред горе поменутих екстремних окружења, земаљски еколози су одувек били свесни посебне природе прелазних зона између две или више разноликих заједница или окружења, попут стабла у планинама или границе између шума и травњака. . Они се називају затегнути појасеви или екотони.

Екотони постоје и у морском окружењу, на пример, прелаз између леда и воде представљеног ивицом морског леда. Ове прелазне зоне обично показују већу разноликост врста и густину биомасе у односу на бочне заједнице, углавном зато што организми који живе у њима могу искористити ресурсе суседних средина, што им може дати предност.

Међутим, екотони се непрестано мењају и динамички су региони, често показују шири спектар варијација у абиотским и биотским условима током годишњег периода у односу на суседна окружења.

Ово би се могло разумно сматрати екстремним, јер захтева од организама да непрестано прилагођавају своје понашање, фенологију (сезонско време) и интеракције са другим врстама.

Врсте које живе са обе стране екотона често су толерантније према динамици, док врсте чији је распон ограничен на једну страну доживљавају другу страну као екстремну.

Опћенито, ове транзицијске зоне су често прве под утјецајем промјена климе и / или поремећаја, природних и антропогених.

Животиње и биљке у различитим фазама или фазама

Не само да су окружења динамична, а могу бити и нису екстремна, већ су и организми динамични и имају животне циклусе са различитим фазама, прилагођени одређеним условима окружења.

Може се догодити да окружење које подржава једну од фаза животног циклуса организма буде екстремно за неку другу фазу.

Биљке

На пример, кокос (Цоцос нуцифера) има семе прилагођено за транспорт морским путем, али зрело дрво расте на копну.

У васкуларним биљкама које носе споре, попут папрати и различитих врста маховине, гаметофит може бити лишен фотосинтетским пигментима, без корена и зависити од влажности околине.

Док спорофити имају коренике, корење и изданке који подносе вруће и суве услове на пуном сунцу. Разлика између спорофита и гаметофита је истим редоследом као и разлике између својти.

Животиње

Врло близак пример чине јувенилне фазе многих врста, које су углавном нетолерантне према околини која обично окружује одраслу особу, па им је обично потребна заштита и нега током периода у којем стичу вештине и снаге које им омогућавају. дозвољавају да се баве овим срединама.

Референце

1. Кохсхима, С. (1984). Нови инсект хладно толерантан нађен у хималајском глечеру. Природа 310, 225-227.
2. Мацелрои, РД (1974). Неки коментари о еволуцији крајника. Биосистемс, 6 (1), 74–75. дои: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Марцхант, ХЈ, Давидсон, АТ и Келли, ГЈ (1991) од УВ-Б заштитних једињења у морској алги Пхаеоцистис поуцхетти са Антарктика. Поморска биологија 109, 391-395.
4. Орен, А. (2005). Сто година Дуналиелла истраживања: 1905-2005. Салине Системс 1, дои: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Ротхсцхилд, Љ и Манцинелли, РЛ (2001). Живот у екстремним окружењима. Натуре 409, 1092-1101.
6. Сцхлепер, Ц., Пиихлер, Г., Кухлморген, Б. и Зиллиг, В. (1995). Лите на изузетно ниском пХ. Природа 375, 741-742.
7. Стореи, КБ и Стореи, ЈМ (1996). Преживљавање природног смрзавања код животиња. Годишњи преглед екологије и систематике 27, 365-386.
8. Теике, Т. и Сцхаерер, С. (1994) Слепе мексичке пећинске рибе (Астианак хуббси) реагују на покретне визуелне подражаје. Часопис за експерименталну биологију 188, 89-1 () 1.
9. Ианцеи, ПИ И., Цларк, МЛ, Еланд, СЦ, Бовлус РД и Сомеро, ГН (1982). Живјети са воденим стресом: еволуција осмолитних система. Наука 217, 1214-1222.