EKSTREMOFILI: RAKSTURLIELUMI, VEIDI UN PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Par extremophiles ir organismi, kas dzīvo ekstrēmos apstākļos, ti, tiem, kas atšķiras no apstākļiem, kādos viņi dzīvo visvairāk pazīstami organismus cilvēki.

Jēdzieni “ekstrēmi” un “ekstremofili” ir samērā antropocentriski, jo cilvēki novērtē dzīvotnes un to iedzīvotājus, balstoties uz to, ko mūsu eksistencē uzskatītu par galēju.

1. attēls. Tardigrades, patvērums, kas pazīstams ar spēju izdzīvot ļoti nelīdzenā vidē. Avots: Willow Gabriel, Goldstein Lab, izmantojot Wikimedia Commons

Sakarā ar iepriekšminēto ekstrēmo vidi raksturo tas, ka tā rada neciešamus apstākļus cilvēkiem, cita starpā, ar temperatūru, mitrumu, sāļumu, gaismu, pH, skābekļa pieejamību, toksicitātes līmeni.

No antropocentriskā viedokļa cilvēki var būt ekstremofili atkarībā no organisma, kas tos novērtējis. Piemēram, no stingri anaerobā organisma viedokļa, kuram skābeklis ir toksisks, aerobās būtnes (piemēram, cilvēki) būtu ekstremofili. Cilvēkam, gluži pretēji, anaerobie organismi, ir ekstremofili.

Termina "Extremophiles" izcelsme

Mēs šobrīd definējam kā "ekstrēmo" daudzkārtējo vidi gan planētas Zeme, gan ārpus tās, un mēs pastāvīgi atklājam organismus, kas spēj ne tikai izdzīvot, bet arī plaši plaukst daudzos no tiem.

RD Macelroy

1974. gadā RD Macelroy ierosināja terminu "Extremophiles", lai definētu šos organismus, kuriem ekstrēmos apstākļos ir optimāla augšana un attīstība, pretstatā mezofīlajiem organismiem, kas aug vidē ar starpposma apstākļiem.

Saskaņā ar Macelroy:

"Extremophile ir aprakstošs organismiem, kas spēj dzīvot vidē, kas ir naidīga pret mezofiliem, vai organismiem, kas aug tikai vidējā vidē."

Organismos pastāv divas ekstrēmisma pamata pakāpes: tādas, kas var paciest ārkārtēju vides stāvokli un kļūt dominējošas pār citiem; un tie, kas optimāli aug un attīstās ekstremālos apstākļos.

Ekstremālās vides raksturojums

Vides apzīmējums kā "ekstrēms" reaģē uz antropogēnu uzbūvi, balstoties uz noteiktu vides apstākļu (temperatūras, sāļuma, starojuma, cita starpā), bāzes līnijas attālāko galējību ņemšanu vērā, kas ļauj cilvēkiem izdzīvot.

Tomēr šim apzīmējumam jābalstās uz noteiktām vides īpašībām, ņemot vērā organisma, kas tajā apdzīvo (nevis cilvēka skatījumu).

Šīs īpašības ietver: biomasu, produktivitāti, bioloģisko daudzveidību (sugu skaits un augstāku taksonu attēlojums), procesu daudzveidību ekosistēmās un īpašus pielāgojumus attiecīgā organisma videi.

Visu šo īpašību kopsumma apzīmē vides galējos apstākļus. Piemēram, ekstrēma vide ir tāda, kas parasti raksturo:

• Zema biomasa un produktivitāte
• Arhaisko dzīves formu pārsvars
• Augstāku dzīvības formu neesamība
• Nav fotosintēzes un slāpekļa fiksācijas, bet atkarība no citiem metabolisma ceļiem un specifiskām fizioloģiskām, vielmaiņas, morfoloģiskām un / vai dzīves cikla adaptācijām.

Ekstremofilu veidi zooloģiskajā skalā

Vienšūnu organismi

Termins Extremophilic bieži attiecas uz prokariotiem, piemēram, baktērijām, un to dažreiz lieto aizvietojami ar Archaea.

Tomēr ir ļoti daudz ekstremofilo organismu, un mūsu zināšanas par filoģenētisko daudzveidību ekstrēmos biotopos gandrīz katru dienu palielinās.

Mēs, piemēram, zinām, ka visi hipertermofili (karstuma cienītāji) ir Archaea un baktēriju biedri. Eikarioti ir izplatīti psihofilu (aukstuma cienītāju), acidofilu (zema pH līmeņa cienītāju), alkalofilu (augsta pH cienītāju), kserofilu (sausas vides cienītāju) un halofilu (sāls cienītāju) vidū.

2. attēls. Karstais avots Jeloustonas Nacionālajā parkā ASV, košās krāsas, kuras iegūst šie avoti, ir saistītas ar termofilu baktēriju izplatīšanos. Avots: Džims Peako, Nacionālā parka dienests, izmantojot Wikimedia Commons

Daudzšūnu organismi

Daudzšūnu organismi, piemēram, bezmugurkaulnieki un mugurkaulnieki, var būt arī ekstremofili.

Piemēram, dažos psirofilos ietilpst neliels skaits varžu, bruņurupuču un čūskas, kas ziemā izvairās no intracelulāras sasalšanas savos audos, akumulējot osmolītus šūnu citoplazmā un ļaujot sasaldēt tikai ārpusšūnu ūdeni (ārpus šūnām). .

Vēl viens piemērs ir Antarktikas nematodes Panagrolaimus davidi gadījums, kas var pārdzīvot intracelulāru sasalšanu (ūdens sasalšanu savās šūnās), pēc atkausēšanas spējot augt un vairoties.

Arī Channichthyidae dzimtas zivis, Antarktīdas un Amerikas kontinenta dienvidu daļu auksto ūdeņu iedzīvotāji izmanto antifrīzu proteīnus, lai aizsargātu savas šūnas pret pilnīgu sasalšanu.

Poli-ekstremofili

Poli-ekstremofīli ir organismi, kas vienlaikus var izdzīvot vairāk nekā vienā galējā stāvoklī, tādējādi ir izplatīti visās ekstremālās vidēs.

Piemēram, tuksneša augi, kas izdzīvo ārkārtīgi karstumā, kā arī ierobežotā ūdens pieejamībā un bieži vien ar augstu sāļumu.

Cits piemērs varētu būt dzīvnieki, kas apdzīvo jūras dibenu un kas cita starpā spēj izturēt īpaši lielu spiedienu, piemēram, gaismas trūkumu un barības vielu trūkumu.

Visizplatītākie ekstremālās vides veidi

Vides galējības parasti tiek noteiktas, pamatojoties uz abiotiskiem faktoriem, piemēram:

• Temperatūra.
• Ūdens pieejamība.
• Spiediens.
• pH.
• Sāļums.
• Skābekļa koncentrācija.
• Starojuma līmeņi.

Ekstremofīli ir aprakstīti līdzīgi, ņemot vērā ekstremālos apstākļus, kādus viņi iztur.

Vissvarīgākās ekstrēmās vides, kuras mēs varam atpazīt atbilstoši to abiotiskajiem apstākļiem, ir:

Īpaši auksta vide

Īpaši auksta vide ir tāda, kas saglabājas vai bieži pazeminās periodos (īsi vai ilgi), kad temperatūra ir zemāka par 5 ° C. Tajos ietilpst Zemes stabi, kalnaini reģioni un daži dziļi okeāna biotopi. Pat dažos ļoti karstajos tuksnešos dienas laikā naktī ir ļoti zema temperatūra.

Ir arī citi organismi, kas dzīvo kriosfērā (kur ūdens ir cietā stāvoklī). Piemēram, organismiem, kas dzīvo ledus matricās, mūžīgā sasaluma apstākļos, zem pastāvīgas vai periodiskas sniega segas, ir jāpanes vairākas galējības, ieskaitot aukstumu, žāvēšanu un augstu radiācijas līmeni.

Īpaša karstuma vide

Īpaši karsti biotopi ir tie, kas saglabājas vai periodiski sasniedz temperatūru virs 40 ° C. Piemēram, karstie tuksneši, ģeotermālās vietas un dziļūdens hidrotermālās atveres.

Tie bieži tiek saistīti ar ārkārtīgi augstu temperatūru, vidēm, kurās pieejamais ūdens ir ļoti ierobežots (pastāvīgi vai regulāri), piemēram, karstajiem un aukstajiem tuksnešiem un dažiem endolīta biotopiem (kas atrodas klintīs).

Īpaša spiediena vide

Citas vides, piemēram, okeānu un dziļo ezeru bentiskās zonas, ir pakļautas lielam hidrostatiskajam spiedienam. Šajos dziļumos tās iedzīvotājiem jāiztur spiediens, kas pārsniedz 1000 atmosfēras.

Alternatīvi ir hipobāras galējības (ar zemu atmosfēras spiedienu) kalnos un citos paaugstinātos pasaules reģionos.

3. attēls. Jūras fumaroles vai hidrotermiskās atveres. Ekstremālas vides, kurā dzīvo visa organismu kopiena, piemērs, kurā ir augsts spiediens un temperatūra, kā arī sēra izplūdes. Avots: NOAA, izmantojot Wikimedia Commons

Ļoti skāba un sārmaina vide

Parasti ārkārtīgi skāba vide ir tā, kas uztur vai regulāri sasniedz vērtības zem pH 5.

Īpaši zems pH līmenis paaugstina vides “ekstremālos” apstākļus, jo tas palielina esošo metālu šķīdību, un tajos dzīvojošie organismi ir jāpielāgo, lai stātos pretī vairākām abiotiskām galējībām.

Un otrādi, ārkārtīgi sārmainā vide ir tā, kurā saglabājas vai regulāri tiek reģistrētas pH vērtības virs 9.

Ekstremālas pH vides piemēri ir ezeri, gruntsūdeņi un ļoti skābās vai sārmainās augsnes.

4. attēls. Rūķu omārs (Munidopsis polymorpha), alas iemītnieks un endēmisks Lanzarotes salā Kanāriju salās. Starp tipiskiem pielāgojumiem šāda veida ekstremālai alu videi ir: lieluma samazināšana, bālums un aklums. Avots: flickr.com/photos//5582888539

Hipersalīna un anoksiska vide

Hipersalīna vide tiek definēta kā tāda, kurā sāls koncentrācija ir lielāka nekā jūras ūdenī, kurā ir 35 daļas uz tūkstoti. Šajās vidēs ietilpst hipersalīns un sāls ezeri.

Ar "fizioloģisko šķīdumu" mēs neattiecas tikai uz sāļumu nātrija hlorīda dēļ, jo var būt sāls vide, kurā dominējošais sāls ir kaut kas cits.

5. attēls. Sārtā ūdens krāsa Salina Las Cumaraguas, Falcón štatā Venecuēlā. Sārtā krāsa ir aļģu ar nosaukumu Dunaliella salina produkts, kas spēj izturēt augstu nātrija hlorīda koncentrāciju fizioloģiskajā šķīdumā. Avots: HumbRios, no Wikimedia Commons

Dzīvotnes ar ierobežotu brīvā skābekļa daudzumu (hipoksisko) vai bez skābekļa klātbūtnes (anoksiskas), pastāvīgi vai regulāri, arī uzskata par galējām. Piemēram, vide ar šīm īpašībām būtu oksidāžu un ezeru anoksiskie baseini un dziļākie nogulumu slāņi.

6. attēls. Artemia monica, vēžveidīgais, kas dzīvo Mono ezerā, Kalifornijā (ASV), sāls vidē (nātrija bikarbonāts) un augstu pH. Avots: photolib.noaa.gov

Vidē ar augstu radiācijas līmeni

Ultravioletais (UV) vai infrasarkanais (IR) starojums arī var radīt organismiem ekstremālos apstākļus. Ārkārtas radiācijas vide ir tāda, kas pakļauta neparasti lielam starojumam vai starojumam ārpus normas. Piemēram, polārā un augstkalnu vide (sauszemes un ūdens vide).

Phaeocystis pouchetii

Dažām sugām raksturīgi izvairīšanās no ultravioletā vai infrasarkanā starojuma. Piemēram, Antarktikas jūraszāles Phaeocystis pouchetii ražo ūdenī šķīstošus "saules aizsarglīdzekļus", kas spēcīgi absorbē UV-B viļņu garumu (280-320nm) un aizsargā tās šūnas no īpaši augsta UV-B līmeņa 10 m attālumā. augšējā ūdens staba (pēc jūras ledus pārtraukuma).

Deinococcus radiodurans

Citi organismi ir ļoti toleranti pret jonizējošo starojumu. Piemēram, baktērija Deinococcus radiodurans var saglabāt savu ģenētisko integritāti, kompensējot plašus DNS bojājumus pēc jonizējošā starojuma iedarbības.

Šī baktērija izmanto starpšūnu mehānismus, lai ierobežotu sadalīšanos un ierobežotu DNS fragmentu difūziju. Turklāt tam ir ļoti efektīvi DNS remonta proteīni.

Astyanax hubbsi

Pat vidē ar acīmredzami zemu radiāciju vai bez tās, Extremophilic organismi ir pielāgoti, lai reaģētu uz izmaiņām radiācijas līmenī.

Piemēram, Astyanax hubbsi, meksikāņu alā dzīvojošajai akmenei, nav virspusēji uztveramas acu struktūras, tomēr tā var atšķirt nelielas atšķirības apkārtējā apgaismojumā. Viņi izmanto ekstraokulāros fotoreceptorus, lai noteiktu kustīgus redzes stimulus un reaģētu uz tiem.

7. attēls. Astyanax ģints aklās zivis, alas iemītnieks. Avots: Shizhao, no Wikimedia Commons

Antropogēnas galējības

Mēs šobrīd dzīvojam vidē, kur tiek uzlikti ārkārtīgi vides apstākļi, kas mākslīgi radīti cilvēku darbību rezultātā.

Tā dēvētās antropogēnās ietekmes vides ir ārkārtīgi dažādas, globāla mēroga, un to vairs nevar ignorēt, nosakot noteiktas galējās vides.

Piemēram, vide, ko ietekmē piesārņojums (atmosfēra, ūdens un augsne), piemēram, klimata pārmaiņas un skābais lietus, dabas resursu ieguve, fiziski traucējumi un pārmērīga izmantošana.

Pārejas un ekotoni

Papildus iepriekšminētajām ekstremālajām vidēm zemes ekologi vienmēr ir zinājuši pārejas zonu īpašo raksturu starp divām vai vairāk dažādām kopienām vai vidi, piemēram, koku līniju kalnos vai robežu starp mežiem un zālājiem. . Tos sauc par spriegojuma jostām vai ekotoniem.

Ekotoni atrodas arī jūras vidē, piemēram, pāreja starp ledu un ūdeni, ko attēlo jūras ledus mala. Šajās pārejas zonās parasti ir lielāka sugu daudzveidība un biomasas blīvums nekā blakus esošajās kopienās, galvenokārt tāpēc, ka tajās dzīvojošie organismi var izmantot resursus no blakus esošās vides, kas viņiem var dot priekšrocības.

Tomēr ekotonijas nepārtraukti mainās un dinamiski reģioni, bieži vien abiotisko un biotisko apstākļu variāciju diapazons gada laikā ir lielāks nekā blakus esošajās vidēs.

To var pamatoti uzskatīt par "galēju", jo tas prasa organismiem pastāvīgi pielāgot savu izturēšanos, fenoloģiju (sezonālie laika apstākļi) un mijiedarbību ar citām sugām.

Sugas, kas dzīvo abās ekotona pusēs, bieži ir tolerantākas pret dinamiku, savukārt sugas, kuru izplatība ir ierobežota vienā pusē, otru pusi izjūt kā galējības.

Kopumā šīs pārejas zonas bieži vien ir arī pirmās, kuras ietekmē gan dabiskas, gan antropogēnas klimata izmaiņas un / vai traucējumi.

Dzīvnieki un augi ar dažādiem posmiem vai fāzēm

Vide ir ne tikai dinamiska, un tā var būt vai nebūt ekstrēma, bet arī organismi ir dinamiski un dzīves cikli ar dažādiem posmiem ir pielāgoti konkrētiem vides apstākļiem.

Var gadīties, ka vide, kas atbalsta vienu no organisma dzīves cikla posmiem, ir ekstrēma citam posmam.

Augi

Piemēram, kokosriekstam (Cocos nucifera) ir sēkla, kas pielāgota pārvadāšanai pa jūru, bet nobriedis koks aug uz sauszemes.

Asinsvadu sporos augos, piemēram, papardes un dažāda veida sūnās, gametofītā var nebūt fotosintētisku pigmentu, tam nav sakņu un tas ir atkarīgs no vides mitruma.

Kamēr sporofītiem ir sakneņi, saknes un dzinumi, kas pilnos saules staros iztur karstus un sausus apstākļus. Atšķirība starp sporofītiem un gametofītiem ir tādā pašā secībā kā atšķirības starp taksoniem.

Dzīvnieki

Ļoti tuvu piemēru veido daudzu sugu mazuļu stadijas, kas parasti ir neiecietīgas pret vidi, kas parasti ieskauj pieaugušo, tāpēc tām parasti nepieciešama aizsardzība un aprūpe periodā, kurā viņi iegūst prasmes un stiprās puses, kas viņiem to ļauj. ļauj tikt galā ar šīm vidēm.

Atsauces

1. Košima, S. (1984). Jauns auksti izturīgs kukainis, kas atrasts Himalaju ledājā. Daba 310, 225–227.
2. Macelroy, RD (1974). Daži komentāri par ekstrēmfilu attīstību. Biosistēmas, 6. (1), 74. – 75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT un Kelly, GJ (1991) UV-B aizsargājošie savienojumi jūras aļģēs Phaeocystis pouchetti no Antarktīdas. Jūras bioloģija 109, 391-395.
4. Orens, A. (2005). Dunaliella pētījumu simts gadi: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rotšilds, LJ un Mancinelli, RL (2001). Dzīve ekstrēmās vidēs. Daba 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. un Zillig, W. (1995). Lite pie ārkārtīgi zema pH līmeņa. Daba 375, 741-742.
7. Stāvs, KB un Stāvs, JM (1996). Dzīvnieku dabiska izdzīvošana sasalšanas laikā. Ekoloģijas un sistemātikas gada pārskats 27, 365-386.
8. Teyke, T. un Schaerer, S. (1994) Neredzīgās meksikāņu alas zivis (Astyanax hubbsi) reaģē uz kustīgiem vizuāliem stimuliem. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD un Somero, GN (1982). Dzīve ar ūdens stresu: osmolītu sistēmu evolūcija. Zinātne 217, 1214-1222.