Charakteristiky, typy a príklady extrémov



 Extremophiles sú to organizmy, ktoré žijú v extrémnych prostrediach, to znamená tie, ktoré sa odkláňajú od podmienok, v ktorých žije väčšina organizmov, ktoré ľudia poznajú..

Pojmy "extrém" a "extremofil" sú relatívne antropocentrické, pretože ľudia hodnotia biotopy a ich obyvateľov v závislosti od toho, čo by sa považovalo za extrémne pre našu vlastnú existenciu..

Extrémne prostredie preto charakterizuje, že predstavuje pre človeka netolerovateľné podmienky týkajúce sa teploty, vlhkosti, slanosti, svetla, pH, dostupnosti kyslíka, úrovne toxicity, okrem iného..

Z ne-antropocentrickej perspektívy by mohli byť ľudia extrémofilnými bytosťami v závislosti od organizmu, ktorý ich hodnotil. Napríklad z hľadiska prísneho anaeróbneho organizmu, pre ktorý je kyslík toxický, by boli aeróbne bytosti (ako ľudia) extrémofily. Pre ľudskú bytosť sú naopak anaeróbne organizmy extrémofily.

index

  • 1 Pôvod pojmu "extremofily"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Charakteristika extrémnych prostredí
  • 3 Druhy extrémofilov v zoologickej škále
    • 3.1 Jednobunkové organizmy
    • 3.2 Viacbunkové organizmy
    • 3.3 Poly-extremofily
  • 4 Najbežnejšie typy extrémnych prostredí
    • 4.1 Extrémne chladné prostredie
    • 4.2 Extrémne tepelné prostredie
    • 4.3 Prostredia s extrémnym tlakom
    • 4.4 Extrémne kyseliny a zásadité prostredia
    • 4.5 Hypersalín a anoxické prostredie
    • 4.6 Prostredia s vysokým žiarením
    • 4.7 Antropogénne konce
  • 5 Prechody a ekotóny
  • 6 Zvieratá a rastliny s niekoľkými stupňami alebo fázami
    • 6.1 Rastliny
    • 6.2 Zvieratá
  • 7 Referencie

Pôvod termínu "extremophiles"

V súčasnosti definujeme ako "extrémy" početné prostredia vo vnútri a mimo planéty Zem a neustále objavujeme organizmy schopné, nielen prežiť, ale aj v mnohých z nich prosperovať..

R. D. Macelroy

V roku 1974 R. D. Macelroy navrhol termín "extremofily" na definovanie týchto organizmov, ktoré predstavujú optimálny rast a vývoj v extrémnych podmienkach, na rozdiel od mezofilných organizmov, ktoré rastú v prostrediach stredných podmienok..

Podľa Macelroya:

"Extremófilo je opisný pre organizmy schopné obývať prostredie nepriateľské voči mezofilom alebo organizmom, ktoré rastú iba v prostrednom prostredí.".

Existujú dva základné stupne extrémizmu v organizmoch: tie, ktoré môžu tolerovať extrémne environmentálne podmienky a stávajú sa dominantnými nad ostatnými; a tie, ktoré rastú a rozvíjajú sa optimálne v extrémnych podmienkach.

Charakteristiky extrémnych prostredí

Označenie prostredia ako „extrémne“ reaguje na antropogénnu stavbu, založenú na zvážení vzdialených koncov základnej línie určitého environmentálneho stavu (okrem iného teploty, slanosti, žiarenia), ktorá umožňuje prežitie človeka..

Toto označenie však musí byť založené na určitých charakteristikách prostredia, z pohľadu organizmu, ktorý ho obýva (namiesto ľudského pohľadu)..

Medzi tieto charakteristiky patria: biomasa, produktivita, biodiverzita (počet druhov a zastúpenie vyšších taxónov), rôznorodosť procesov v ekosystémoch a špecifické úpravy životného prostredia daného organizmu..

Súčet všetkých týchto charakteristík označuje extrémny stav prostredia. Napríklad extrémne prostredie je prostredie, ktoré vo všeobecnosti predstavuje:

  • Nízka biomasa a produktivita
  • Prednosť archaických foriem života
  • Absencia nadradených foriem života
  • Absencia fotosyntézy a fixácie dusíka, ale závislosť od iných metabolických ciest a fyziologických, metabolických, morfologických a / alebo životných cyklov špecifických úprav..

Druhy extrémofilov zoologického rozsahu

Jednobunkové organizmy

Pojem extremofil často označuje prokaryoty, ako sú baktérie, a niekedy sa zamieňa s Archaea..

Existuje však široká škála extrémofilných organizmov a naše znalosti o fylogenetickej diverzite v extrémnych biotopoch sa zvyšujú takmer denne..

Vieme napríklad, že všetci hypertermofili (teplomilujúci) sú členmi Archaea a Baktérií. Eukaryoty sú bežné medzi psychrofilmi (milovníci chladu), acidofilmi (milovníci nízkeho pH), alkalofilmi (milovníci vysokého pH), xerofilmi (milovníci suchého prostredia) a halofilmi (milovníci soli).

Viacbunkové organizmy

Mnohobunkové organizmy, ako napríklad bezstavovce a stavovce, môžu byť tiež extrémofily.

Niektoré psychrofily napríklad zahŕňajú malý počet žiab, korytnačiek a hada, ktoré počas zimy zamedzujú intracelulárnemu zmrazovaniu v tkanivách, akumulujú osmolyty v bunkovej cytoplazme a umožňujú zmrazenie iba extracelulárnej vody (vonkajšej voči bunkám)..

Ďalším príkladom je prípad háďatka antarktického Panagrolaimus davidi, ktoré môžu prežiť intracelulárne zmrazenie (zmrazenie vody vo vnútri buniek), môžu po rozmrazení rásť a množiť sa.

Aj ryby čeľade Channichthyidae, obyvatelia studených vôd Antarktídy a na juhu amerického kontinentu, používajú nemrznúce proteíny na ochranu svojich buniek pred ich úplným zamrznutím.

Polyextremophile

Poly-extremofily sú organizmy, ktoré dokážu prežiť viac ako jednu extrémnu podmienku, a preto sú bežné vo všetkých extrémnych prostrediach.

Napríklad púštne rastliny, ktoré prežijú extrémne teplo, obmedzenú dostupnosť vody a často vysokú slanosť.

Ďalším príkladom by boli zvieratá, ktoré obývajú morské dno, ktoré sú schopné odolať okrem iného vysokým tlakom, ako je napríklad nedostatok svetla a nedostatok živín..

Najbežnejšie typy extrémnych prostredí

Tradične sú extrémy prostredia definované na základe abiotických faktorov, ako sú:

  • teplota.
  • Dostupnosť vody.
  • tlak.
  • pH.
  • slanosť.
  • Koncentrácia kyslíka.
  • Úrovne žiarenia.

Podobne sú extrémofily popísané na základe extrémnych podmienok, ktoré podporujú.

Najdôležitejšie extrémne prostredia, ktoré môžeme rozpoznať podľa ich abiotických podmienok sú:

Extrémne chladné prostredie

Extrémne chladné prostredie je prostredie, ktoré sa často udržiava alebo klesá na krátke alebo dlhé obdobia teplôt pod 5 ° C. Patria medzi ne pôdne póly, horské oblasti a niektoré hlboké oceánske biotopy. Dokonca aj niektoré veľmi horúce púšte počas dňa majú veľmi nízke teploty počas noci.

Existujú aj iné organizmy, ktoré žijú v kryosfére (kde je voda v pevnom stave). Napríklad organizmy, ktoré žijú v ľadových matriciach, permafrostu, pod trvalým alebo periodickým snehovým pokrytím, musia tolerovať viaceré extrémy, vrátane chladu, vysychania a vysokých úrovní žiarenia.

Extrémne teplo

Extrémne horúce biotopy sú tie, ktoré zostávajú alebo pravidelne dosahujú teploty nad 40 ° C. Napríklad horúce púšte, geotermálne lokality a hlbokovodné hydrotermálne prieduchy.

Často sú spojené s extrémne vysokými teplotami, prostredím, kde je dostupná voda veľmi obmedzená (trvalo alebo pravidelne), ako sú studené a horúce púšte a niektoré endolitické biotopy (ktoré sa nachádzajú v skalách)..

Prostredia s extrémnym tlakom

Iné prostredia sú vystavené vysokému hydrostatickému tlaku, ako sú napríklad bentické zóny oceánov a hlbokých jazier. V týchto hĺbkach musia jeho obyvatelia odolať tlakom nad 1000 atmosfér.

Alternatívne existujú hypobarické extrémy (s nízkym atmosférickým tlakom), v horách av iných vysokých regiónoch sveta.

Extrémne kyseliny a zásadité prostredia

Vo všeobecnosti sú extrémne kyslé prostredia také, ktoré udržujú alebo pravidelne dosahujú hodnoty pod hodnotou pH 5.

Najmä nízke pH zvyšuje "extrémne" podmienky prostredia, pretože zvyšuje rozpustnosť prítomných kovov a organizmy, ktoré v nich žijú, musia byť prispôsobené tak, aby čelili mnohonásobným abiotickým extrémom..

Naopak, extrémne alkalické prostredia sú tie, ktoré zostávajú alebo pravidelne registrujú hodnoty pH nad 9..

Príklady extrémnych pH prostredí zahŕňajú jazerá, podzemné vody a pôdy, vysoko kyslé alebo zásadité.

Hypersalín a anoxické prostredie

Hypersalínové prostredie je definované ako prostredie s koncentráciou soli vyššou ako je koncentrácia morskej vody, ktorá má 35 dielov na tisíc. Tieto prostredia zahrnujú hypersalínové a soľné jazerá.

S "fyziologickým roztokom" nehovoríme len o slanosti chloridom sodným, pretože môžu existovať slané prostredia, kde prevládajúca soľ je iná..

Za extrémne sa považujú aj biotopy s obmedzeným voľným kyslíkom (hypoxickým) alebo bez prítomnosti kyslíka (anoxické), buď trvalo alebo v pravidelných intervaloch. Napríklad prostredia s týmito vlastnosťami by boli anoxické povodia v oceánoch a jazerách a najhlbšie vrstvy sedimentov.

Prostredie s vysokým žiarením

Ultrafialové (UV) alebo infračervené (IR) žiarenie môže tiež spôsobiť extrémne podmienky pre organizmy. Extrémne prostredia v žiarení sú tie, ktoré sú vystavené abnormálne vysokému žiareniu alebo žiareniu mimo normálneho rozsahu. Napríklad polárne prostredie a vysoká nadmorská výška (pozemné ako vodné).

Phaeocystis pouchetii

Niektoré druhy vykazujú únikové mechanizmy vysokého UV alebo IR žiarenia. Napríklad antarktické morské riasy Phaeocystis pouchetii produkuje vo vode rozpustné "opaľovacie krémy", ktoré silne absorbujú UV-B vlnové dĺžky (280-320nm) a chránia vaše bunky pred extrémne vysokými úrovňami UV-B v horných 10m vodného stĺpca (po lámanie morského ľadu).

Deinococcus radiodurans

Iné organizmy sú veľmi tolerantné voči ionizujúcemu žiareniu. Napríklad baktéria Deinococcus radiodurans môže zachovať svoju genetickú integritu kompenzáciou rozsiahleho poškodenia DNA po vystavení ionizujúcemu žiareniu.

Táto baktéria využíva intercelulárne mechanizmy na obmedzenie degradácie a obmedzenie difúzie fragmentov DNA. Okrem toho má vysoko účinné proteíny na opravu DNA.

Astyanax hubbsi

Dokonca aj v prostrediach so zdanlivo nízkym žiarením alebo bez žiarenia sú extrémofilné organizmy prispôsobené tak, aby reagovali na zmeny v úrovni žiarenia.

Napríklad, Astyanax hubbsi, slepá mexická ryba obývajúca jaskyne, nepredstavuje povrchne vnímateľné očné štruktúry a napriek tomu dokáže rozlíšiť malé rozdiely v okolitom svetle. Používajú extraokulárne fotoreceptory na detekciu a reakciu na vizuálne podnety v pohybe.

Antropogénne konce

V súčasnosti žijeme v prostredí, kde sú uložené extrémne environmentálne podmienky, umelo vytvorené ako dôsledok ľudskej činnosti.

Takzvané prostredia s antropogénnym vplyvom sú veľmi rozmanité, majú globálny dosah a pri definovaní určitých extrémnych prostredí ich už nemožno ignorovať.

Napríklad prostredia postihnuté znečistením (atmosféra, voda a pôda) - ako napríklad klimatické zmeny a kyslé dažde - ťažba prírodných zdrojov, fyzické narušenie a nadmerné využívanie..

Prechody a ekotóny

Okrem vyššie uvedených extrémnych prostredí si pozemskí ekológovia vždy uvedomovali osobitný charakter prechodových zón medzi dvoma alebo viacerými rôznorodými komunitami alebo prostrediami, ako je napríklad línia stromov v horách alebo hranica medzi lesmi a trávnymi porastmi. , Tieto sa nazývajú napínacie pásy alebo ekotóny.

Ekotóny existujú aj v morskom prostredí, napríklad prechod medzi ľadom a vodou, ktorý predstavuje okraj morského ľadu. Tieto prechodové zóny zvyčajne vykazujú väčšiu druhovú diverzitu a hustotu biomasy ako okolité komunity, najmä preto, že organizmy, ktoré v nich žijú, môžu využiť zdroje susedných prostredí, ktoré im môžu poskytnúť výhodu..

Ekotóny sú však neustále sa meniace a dynamické regióny, ktoré často vykazujú širší rozsah variácií v abiotických a biotických podmienkach v priebehu ročného obdobia ako v susedných prostrediach..

To by sa mohlo rozumne považovať za "extrémne", pretože vyžaduje, aby organizmy neustále prispôsobovali svoje správanie, fenológiu (sezónny čas) a interakcie s inými druhmi..

Druhy, ktoré žijú na oboch stranách ekotónu, sú často viac tolerantné k dynamike, zatiaľ čo druhy, ktorých rozsah je obmedzený na jednu stranu, zažívajú druhú stranu ako extrémnu..

Vo všeobecnosti sú tieto prechodné zóny tiež často prvé postihnuté zmenami klímy a / alebo zmenami, a to prirodzenými aj antropogénnymi.

Zvieratá a rastliny s niekoľkými stupňami alebo fázami

Nielenže sú prostredia dynamické, môžu byť extrémne alebo nie, ale organizmy sú tiež dynamické a majú životný cyklus s rôznymi štádiami, prispôsobenými konkrétnym podmienkam prostredia..

Môže sa stať, že prostredie, ktoré podporuje jedno zo štádií životného cyklu organizmu, je extrémne pre iné štádium.

rastliny

Napríklad kokosový orech (Cocos nucifera), predstavuje osivo prispôsobené na prepravu po mori, ale zrelý strom rastie na pevnine.

V cievnatých rastlinách nesúcich spóry, ako sú paprade a rôzne druhy machov, môže byť gametofyt zbavený fotosyntetických pigmentov, nemá korene a závisí od vlhkosti prostredia..

Zatiaľ čo sporofyty majú odnože, korene a púčiky, ktoré odolajú podmienkam tepla a sucha v plnom slnečnom svetle. Rozdiel medzi sporofytmi a gametofytmi je v rovnakom poradí ako rozdiely medzi taxónmi.

zver

Veľmi blízkym príkladom sú mladistvé štádiá mnohých druhov, ktoré sú vo všeobecnosti netolerantné voči prostrediu, ktoré obyčajne obklopuje dospelého, takže zvyčajne vyžadujú ochranu a starostlivosť počas obdobia, počas ktorého získajú zručnosti a silné stránky, ktoré potrebujú. umožniť riešenie týchto prostredí.

referencie

  1. Kohshima, S. (1984). Nový chladný tolerantný hmyz nájdený v himalájskom ľadovci. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Niektoré komentáre k vývoju extrémofilov. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10,1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H. J., Davidson, A.T. a Kelly, G.J. (1991) UV-B chrániace zlúčeniny v morských riasach Phaeocystis pouchetti z Antarktídy. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Sto rokov Dunaliella výskum: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. a Mancinelli, R.L. (2001). Život v extrémnych prostrediach. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. a Zillig, W. (1995). Lite pri extrémne nízkom pH. Nature 375, 741-742.
  7. Poschodie, K.B. a Storey, J.M. (1996). Prirodzené zmrazenie prežitia u zvierat. Výročná správa o ekológii a systematike 27, 365-386.
  8. Teyke, T. a Schaerer, S. (1994) Blind Mexican cave fish (Astyanax hubbsi) reagoval na pohyblivé vizuálne podnety. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M. L., Eland, S.C., Bowlus R.D. a Somero, G.N. (1982). Život s vodným stresom: vývoj osmolytových systémov. Science 217, 1214-1222.