- Карактеристике термофилних организама
- Температура: критични абиотски фактор за развој микроорганизама
- Минималне температуре
- Оптимална температура
- Максимална температура
- Различите карактеристике термофилних организама
- Класификација термофилних организама
- Термофилни организми и њихова околина
- Земаљска хидротермална окружења
- Примери организама који обитавају у земаљским хидротермалним срединама
- Бактерије
- Арцхес
- Еукариоти
- Морска хидротермална окружења
- Примери фауне повезане са морским хидротермалним окружењем
- Вруће пустиње
- Врсте пустиња
- Примери пустињских термофилних организама
- Референце
Термофилан су подврста Ектремопхилес одликује изузетном толеришу температуре између 50 ° Ц и 75 ° Ц, или зато што су ове вредности одржавају температуру у овим екстремним условима, или због често достиже.
Термофилни организми су углавном бактерије или археје, међутим постоје метазои (еукариотски организми који су хетеротрофни и ткивни), који се такође развијају на топлим местима.
Слика 1. Пустиња Атацама у Чилеу, једно од најсушнијих места на свету. Извор: пикабаи.цом
Морски организми су такође познати да се, повезани у симбиози са термофилним бактеријама, могу прилагодити овим високим температурама и који су такође развили биохемијске механизме, као што су модификовани хемоглобин, велики волумен крви, између осталог, који им омогућавају да толеришу токсичност сулфида и једињења. сумпор.
Сматра се да су термофилни прокариоти прве једноставне ћелије у еволуцији живота и да насељавају места са вулканском активношћу и гејзере у океанима.
Примери ове врсте термофилних организама су они који живе у близини хидротермалних отвора или отвора на дну океана, попут метаногених (бактерија које производе метан) бактерије и ридета пафиптила.
Главна станишта на којима се могу наћи термофили су:
- Земаљска хидротермална окружења.
- Морска хидротермална окружења.
- Вруће пустиње.
Карактеристике термофилних организама
Температура: критични абиотски фактор за развој микроорганизама
Температура је један од кључних фактора животне средине који одређује раст и опстанак живих бића. Свака врста има распон температура у којима може преживјети, међутим има оптималан раст и развој на специфичним температурама.
Стопа раста сваког организма у односу на температуру може се графички изразити, добијајући вредности које одговарају важним критичним температурама (минималне, оптималне и максималне).
Минималне температуре
При минималним температурама раста организма долази до смањења флуидности ћелијске мембране и могу се зауставити процеси транспорта и размене материјала, као што су унос хранљивих материја и излазак токсичних материја.
Између минималне и оптималне температуре повећава се стопа раста микроорганизама.
Оптимална температура
На оптималној температури метаболичке реакције се дешавају са највећом могућом ефикасношћу.
Максимална температура
Изнад оптималне температуре долази до смањења брзине раста до максималне температуре коју сваки организам може да поднесе.
При овим високим температурама структурни и функционални протеини попут ензима денатурирају се и инактивирају, јер губе своју геометријску конфигурацију и одређену просторну конфигурацију, цитоплазматска мембрана се пробија и долази до термичке лизе или руптуре услед дејства топлоте.
Сваки микроорганизам има своје минималне, оптималне и максималне температуре за рад и развој. Термофили имају изузетно високе вредности на ове три температуре.
Различите карактеристике термофилних организама
- Термофилни организми имају високу стопу раста, али кратког животног века.
- У својој ћелијској мембрани имају велику количину засићених масти или липида дугог ланца; ова врста засићених масти је способна да апсорбује топлоту и прелази у течно стање при високим температурама (топљењу), а да се притом не уништи.
- Његови структурни и функционални протеини су врло стабилни против топлоте (термостабилни), кроз ковалентне везе и посебне интермолекуларне силе које се зову лондонске силе распршивања.
- Такође имају посебне ензиме за одржавање метаболичког функционисања на високим температурама.
- Познато је да ови термофилни микроорганизми могу да користе сулфиде и сумпорна једињења која обилују у вулканским областима, као изворе хранљивих материја да их претворе у органску материју.
Класификација термофилних организама
Термофилне организме можемо поделити у три широке категорије:
- Умерени термофили (оптимално између 50-60 ° Ц).
- Екстремни термофили (оптимално близу 70 ° Ц).
- Хипертермофили (оптимално близу 80 ° Ц).
Термофилни организми и њихова околина
Земаљска хидротермална окружења
Хидротермална места су изненађујуће честа и широко распрострањена. Они се могу широко поделити на она која су повезана са вулканским областима и она која нису.
Хидротермална окружења са највишим температурама углавном су повезана са вулканским карактеристикама (калдере, расједи, тектонске границе плоча, базени стражњих лукова), који омогућавају магми да се подигне до дубине, где може директно комуницирати са подземном водом дубоко.
Слика 2. Татио гејзири, Атацама, Чиле. Извор: Диего Делсо
Вруће тачке често су праћене другим карактеристикама које отежавају развој живота, као што су екстремне пХ вредности, органске материје, хемијски састав и сланост.
Становници земаљских хидротермалних средина, према томе, преживљавају у присуству различитих екстремних услова. Ови организми су познати као полиекстремофили.
Примери организама који обитавају у земаљским хидротермалним срединама
У земаљским хидротермалним срединама идентификовани су организми који припадају сва три домена (еукариотска, бактеријска и археја). Разноликост ових организама углавном је одређена температуром.
Док разнолики спектар бактеријских врста обитава у умерено термофилном окружењу, фотоаутотрофи могу да доминирају микробном заједницом и формирају макроскопске „тепих“ или „тепишне“ структуре.
Ове „фотосинтетске простирке“ присутне су на површини већине неутралних и алкалних врућих извора (пХ већи од 7,0) на температурама између 40-71 ° Ц, с тим да су цијанобактерије утврђене као главни доминантни произвођачи.
Изнад 55 ° Ц фотосинтетски отирачи претежно су смештени у једноћелијским цијанобактеријама као што је Синецхоцоццус сп.
Бактерије
Фотосинтетичке микробне простирке такође могу бити претежно насељене бактеријама родова Цхлорофлекус и Росеифлекус, оба члана реда Цхлорофлекалес.
Када су повезани са цијанобактеријама, врсте Цхлорефлекус и Росеифлекус оптимално расту у фотохетеротрофичним условима.
Ако је пХ кисео, уобичајени су родови Ацидиоспхаера, Ацидипхилиум, Десулфотомацулум, Хидрогенобацулум, Метилокорус, Сулфобациллус Тхермоанаеробацтер, Тхермодесулфобиум и Тхермодесулфатор.
У хипертермофилним изворима (између 72-98 ° Ц) познато је да се не догађа фотосинтеза, што омогућава превладавање хемолитоаутотрофичних бактерија.
Ови организми припадају типу Акуифицае и космополити су; они могу да оксидују водоник или молекулски сумпор кисеоником као акцептор електрона и фиксирају угљеник путем пута смањујући трикарбоксилна киселина (рТЦА).
Арцхес
Већина култивисаних и некултивисаних археија идентификованих у неутралном и алкалном термалном окружењу припада типу Цренарцхаеота.
Врсте као што су Тхермофилум пенденс, Тхермоспхаера агреганс или Стеттериа хидрогенопхила Нитросоцалдус иелловстонии, размножавају се испод 77 ° Ц и Тхермопротеус неутропхилус, Вулцанисаета дистрибута, Тхермофилум пенденс, Аеропируни перник, Десулфуроцоццус ингера, виши извори, аусулфус игроксис мобилис.
У киселом окружењу налазе се археје родова: Сулфолобус, Сулпхуроцоццус, Металлоспхаера, Ацидианус, Сулпхуриспхаера, Пицропхилус, Тхермопласма, Онданокладијум и Галдивирга.
Еукариоти
Међу еукариотама из неутралних и алкалних извора могу се поменути Тхермомицес ланугиносус, Сциталидиум тхермопхилум, Ецхинамоеба тхермарум, Маринамоеба тхермопхилиа и Орамоеба фуниаролиа.
У киселим изворима могу се наћи родови: Пиннулариа, Цианидиосцхизон, Цианидиум или Галдиериа.
Морска хидротермална окружења
Са температурама у распону од 2 ° Ц до преко 400 ° Ц, притисцима већим од неколико хиљада фунти по квадратном инчу (пси), те високим концентрацијама токсичног хидроген сулфида (пХ 2,8), дубоководни хидротермални отвори су вероватно најекстремније окружење на нашој планети.
У овом екосистему микроби служе као доња карика у ланцу хране, црпећи своју енергију из геотермалне топлоте и хемикалија које се налазе дубоко у унутрашњости Земље.
Слика 4. Хидротермални црви одвода и цеви. Извор: пхотолиб.ноаа.гов
Примери фауне повезане са морским хидротермалним окружењем
Фауна повезана с овим изворима или отворима је веома разнолика, а односи између различитих својти још увек нису у потпуности разјашњени.
Међу изолованим врстама су и бактерије и археје. На пример, изоловане су археје рода Метханоцоццус, Метанопиус и термофилне анаеробне бактерије рода Цаминибацтер.
Бактерије успевају у биофилима којима се хране више организама као што су амфипи, копитони, пужеви, ракови, ракови, рибе и хоботнице.
Слика 5. Козице рода Римицарис, становници фумарола. Извор: НОАА Океанос Екплорер Екплорер, Експедиција успона средњег Кајмана 2011
Уобичајени сценариј су накупине шкољке, Батхимодиолус тхермопхилус, дужине више од 10 цм, накупљене у пукотинама у базалтичкој лави. Обично их прате бројни ракови галатеида (Мунидопсис субскуамоса).
Један од најнеобичнијих организама који се налази је риба рифтиа пацхиптила, која се може групирати у великом броју и достићи величине близу 2 метра.
Ови тубоми немају уста, желудац или анус (то јест, немају пробавни систем); они су потпуно затворена врећа, без икаквог отварања спољној средини.
Слика 6. Рифтија пашиптила са анемонама и шкољкама. Извор:
НОАА Океанос Екплорер Екплорер, Галапагос Рифт Екпедитион 2011
Сјајно црвена боја оловке на врху је последица присуства ванћелијског хемоглобина. Водоник сулфид се транспортује кроз ћелијску мембрану повезану са влакнима овог шљунка, а кроз ванћелијски хемоглобин долази до специјализованог „ткива“ названог трофосом, који је у потпуности састављен од симбиотских хемосинтетских бактерија.
За ове глисте може се рећи да имају унутрашњу "башту" бактерија које се хране водоник-сулфидом и пружају "храну" црва, што је изванредна адаптација.
Вруће пустиње
Вруће пустиње покривају између 14 и 20% Земљине површине, отприлике 19-25 милиона км.
Најтоплије пустиње, попут Сахаре у Северној Африци и пустиње југозападне САД, Мексика и Аустралије, налазе се у тропским областима и на северној и на јужној хемисфери (између приближно 10 ° и 30 ° 40 ° географске ширине).
Врсте пустиња
Дефинирајућа карактеристика вруће пустиње је сухоћа. Према климатској класификацији Коппен-Геигер, пустиње су региони са годишњом количином падавина мањом од 250 мм.
Међутим, годишње падавине могу бити погрешан индекс, јер је губитак воде одлука о буџету воде.
Дакле, дефиниција пустиње из Програма Уједињених нација за животну средину је годишњи дефицит влаге у нормалним климатским условима, где је потенцијална евапотранспирација (ПЕТ) пет пута већа од стварних падавина (П).
Високи ПЕТ преовладава у врућим пустињама, јер се због недостатка облака покрива соларна радијација максимално у сушним регионима.
Десерти се могу поделити у две врсте према степену сухоће:
- Хипер-сува: са индексом аридности (П / ПЕТ) мањим од 0,05.
- Агрегати: са индексом између 0,05 и 0,2.
Пустине се разликују од сухих полу-сушних земљишта (П / ПЕТ 0,2-0,5) и од сувих суб-влажних земљишта (0,5-0,65).
Пустиње имају и друге важне карактеристике, као што су њихове снажне температурне разлике и велика сланост тла.
С друге стране, пустиња је обично повезана са динама и песком, међутим, ова слика одговара само 15-20% свих њих; стјеновити и планински пејзажи су најчешћа пустињска окружења.
Примери пустињских термофилних организама
Становници пустиња, који су термофили, имају низ прилагођавања да се суоче са невољама које настају услед недостатка кише, високих температура, ветра, сланости.
Ксерофитне биљке су развиле стратегије за избегавање знојења и складиштења што више воде. Сукуленција или задебљање стабљика и лишћа је једна од најчешће коришћених стратегија.
То је очигледно у породици Цацтацеае, где су листови такође модификовани у бодље, како би се спречила евапотранспирација и одбацили биљоједи.
Слика 7. Кактус у Сингапурском ботаничком врту. Извор: Имг написао Цалвин Тео, са Викимедиа Цоммонс
Род Литхопс или камене биљке, поријеклом из намибијске пустиње, такође развија сочност, али у овом случају биљка расте поравнато са земљом, камуфлирајући се околним камењем.
Слика 8. Литхопс херреи, пустињска сочна биљка попут камена. Извор: Стан Схебс, на Ботаничкој башти Универзитета у Калифорнији
Са друге стране, животиње које живе на овим екстремним стаништима развијају све врсте прилагодби, од физиолошких до етолошких. На пример, такозване кенгур-пацови имају мокрено мокрење у малом броју, што ове животиње чини веома ефикасним у њиховом оскудном окружењу.
Други механизам за смањење губитка воде је пораст телесне температуре; На пример, телесна температура дева у мировању може да се повећа љети са око 34 ° Ц на преко 40 ° Ц.
Промјене температуре су од велике важности у очувању воде за:
- Повишена телесна температура значи да се топлота складишти у телу, уместо да се распрши испаравањем воде. Касније, ноћу, вишак топлоте може се избацити без губљења воде.
- Добитак топлоте из врућег окружења се смањује, јер се смањује градијент температуре.
Други пример је пешчани пацов (Псаммомис обесус), који је развио пробавни механизам који им омогућава да се хране само пустињским биљкама породице Цхеноподиацеае, које у лишћу садрже велике количине соли.
Слика 9. Пјешчани пацов (Псаммомис обесус). Извор: Гари Л. Цларк, из Викимедиа Цоммонс
Етолошке (бихевиоралне) прилагодбе пустињских животиња су бројне, али можда најочитија подразумијева да је циклус активности-одмора обрнут.
На овај начин ове животиње постају активне на заласку сунца (ноћне активности) и престају да буду активне у зору (дневни одмор), па се њихов активни живот не поклапа са најтоплијим сатима.
Референце
- Бакер-Аустин, Ц. и Допсон, М. (2007). Живот у киселини: хомеостаза пХ у ацидофилима. Трендови у микробиологији 15, 165-171.
- Берри, ЈА и Бјоркман, 0. (1980). Фотосинтетски одзив и прилагођавање температури у вишим постројењима. Годишњи преглед физиологије биљака 31, 491-534.
- Броцк, ТД (1978). Термофилни микроорганизми и живот на високим температурама. Спрингер-Верлаг, Нев Иорк, 378 стр.
- Цампос, ВЛ, Есцаланте, Г., Јафиез, Ј., Зарор, ЦА и Мондаца, АМ (2009), Изолација бактерија које оксидирају арсенит из природног биофилма повезаног с вулканским стенама пустиње Атацама, Чиле. Часопис за основну микробиологију 49, 93-97.
- Цари, ЦС, Сханк, Т. и Стеин, Ј. (1998). Црви се купају на екстремним температурама. Природа 391, 545-546.
- Цхевалдонне, П, Десбруиерес, Д. и Цхилдресс, ЈЈ (1992). Неки је воле вруће… а неки је воле још топлију. Природа 359, 593-594.
- Евенари, М., Ланге, 01., Сцхулзе, ЕД, Бусцхбом, У. и Каппен, Л. (1975). Прилагодљиви механизми у пустињским биљкама. У: Вемберг, ФЈ (ур.) Физиолошка прилагодба околини. Интект Пресс, Платтевилле, ЛИСА, стр. 111-129.
- Гибсон, АЦ (1996). Структурно-функцијски односи топлих пустињских биљака. Спрингер, Хеиделберг, Немачка, 216 стр.
- Гуттерман, И. (2002). Стратегије преживљавања годишњих пустињских биљака. Спрингер, Берлин, Немачка, 368 стр.
- Лутз, РА (1988). Расипање организама у дубокоморским хидротермалним отворима: преглед. Оцеанологица Ацта 8, 23-29.
- Лутз, РА, Сханк, ТМ, Форнари, ДЈ, Хаимон, РМ, Лиллеи, МД, Вон Дамм, КЛ и Десбруиерес, Д. (1994). Брз раст на дубокоморским отворима. Природа 371, 663-664.
- Рхоадс, ДЦ, Лутз, РА, Ревелас, ЕЦ и Церрато, РМ (1981). Раст шкољкаша на дубокоморским хидротермалним отворовима дуж Галапагоског потока. Наука 214, 911-913.
- Нои-Меир И. (1973). Пустињски екосистеми: околиш и произвођачи. Годишњи преглед еколошких система 4, 25-51.
- Виегел, Ј. и Адамс, МВВ (1998). Термофили: кључеви за молекуларну еволуцију и порекло живота. Таилор анд Францис, Лондон, 346 стр.