EXTREMOPHILES: EGENSKAPER, TYPER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De extremofiler är organismer som lever i extrema miljöer, det vill säga de som avviker från de förhållanden under vilka de lever mest kända organismer av människor.

Begreppen "extrem" och "extremofil" är relativt antropocentriska, eftersom människor utvärderar livsmiljöer och deras invånare, baserat på vad som skulle anses extremt för vår egen existens.

Bild 1. Tardigrades, en filum känd för sin förmåga att överleva i mycket grova miljöer. Källa: Willow Gabriel, Goldstein Lab, via Wikimedia Commons

På grund av det ovan nämnda är det som kännetecknar en extrem miljö att den presenterar oacceptabla förhållanden för människor vad gäller dess temperatur, fuktighet, salthalt, ljus, pH, syretillgänglighet, toxicitetsnivåer, bland andra.

Ur ett icke-antropocentriskt perspektiv kan människor vara extremofiler, beroende på organismen som utvärderade dem. Till exempel, med tanke på en strikt anaerob organism, för vilken syre är giftigt, skulle aeroba varelser (som människor) vara extremofiler. För människan är tvärtom anaeroba organismer extremofiler.

Ursprunget av termen "Extremophiles"

Vi definierar för närvarande som "extrema" många miljöer inom och utanför planeten Jorden och vi upptäcker ständigt organismer som är kapabla, inte bara att överleva, utan också att blomstra i många av dem.

RD Macelroy

1974 föreslog RD Macelroy termen "Extremophiles" för att definiera dessa organismer som uppvisar optimal tillväxt och utveckling under extrema förhållanden, i motsats till mesofila organismer, som växer i miljöer med mellanliggande förhållanden.

Enligt Macelroy:

"Extremophile är ett beskrivande för organismer som kan befolka miljöer som är fientliga mot mesofiler, eller organismer som bara växer i mellanliggande miljöer."

Det finns två grundläggande grader av extremism i organismer: de som tål ett extremt miljöskick och blir dominerande över andra; och de som växer och utvecklas optimalt under extrema förhållanden.

Egenskaper för extrema miljöer

Beteckningen av en miljö som "extrem" svarar på en antropogen konstruktion, baserad på hänsyn till de avlägsna ytterligheterna i baslinjen för ett visst miljövillkor (temperatur, salthalt, strålning, bland andra), vilket möjliggör människans överlevnad.

Men detta namn måste baseras på vissa egenskaper hos en miljö, ur perspektivet av organismen som bebor den (snarare än det mänskliga perspektivet).

Dessa egenskaper inkluderar: biomassa, produktivitet, biologisk mångfald (antal arter och representation av högre taxa), mångfald av processer i ekosystem och specifika anpassningar till miljön för organismen i fråga.

Summan av alla dessa egenskaper betecknar en extrem miljö. Exempelvis är en extrem miljö generellt:

• Låg biomassa och produktivitet
• Övervägande av arkaiska livsformer
• Frånvaro av högre livsformer
• Frånvaro av fotosyntes och kvävefixering men beroende av andra metaboliska vägar och specifika fysiologiska, metaboliska, morfologiska och / eller livscykelanpassningar.

Typer av ekstremofiler på zoologisk skala

Unicellulära organismer

Termen Extremophilic hänvisar ofta till prokaryoter, till exempel bakterier, och används ibland utbytbart med Archaea.

Det finns emellertid ett brett utbud av extremmofila organismer och vår kunskap om den fylogenetiska mångfalden i extrema livsmiljöer ökar nästan dagligen.

Vi vet till exempel att alla hypertermofiler (värmevänner) är medlemmar i Archaea och Bacteria. Eukaryoter är vanliga bland psykrofiler (älskare av kyla), acidofiler (älskare av lågt pH), alkalofiler (älskare av högt pH), xerofiler (älskare av torra miljöer) och halofiler (älskare av salt).

Bild 2. Varma våren i Yellowstone National Park i USA, de ljusa färgerna som dessa fjädrar förvärvar är relaterade till spridningen av termofila bakterier. Källa: Jim Peaco, National Park Service, via Wikimedia Commons

Flercelliga organismer

Flercelliga organismer, såsom ryggradslösa djur och ryggradsdjur, kan också vara extremofiler.

Till exempel inkluderar vissa psykrofiler ett litet antal grodor, sköldpaddor och en orm, som under vintern undviker intracellulär frysning i sina vävnader, ackumulerar osmolyter i cellens cytoplasma och tillåter bara frysning av extracellulärt vatten (utanför celler) .

Ett annat exempel är fallet med den antarktiska nematoden Panagrolaimus davidi, som kan överleva intracellulär frysning (frysning av vattnet i dess celler), som kan växa och reproducera efter upptining.

Även fisken från familjen Channichthyidae, invånare i det kalla vattnet i Antarktis och söder om den amerikanska kontinenten, använder frostskyddsproteiner för att skydda sina celler mot deras fullständiga frysning.

Poly-extremofiler

Polyekstremofiler är organismer som kan överleva mer än ett extremt tillstånd samtidigt och därmed vara vanliga i alla extrema miljöer.

Till exempel ökenväxter som överlever extrem värme samt begränsad vattentillgänglighet och ofta hög salthalt.

Ett annat exempel är djur som lever i havsbotten, som kan motstå extremt högt tryck, såsom brist på ljus och brist på näringsämnen, bland andra.

Vanliga typer av extrema miljöer

Miljömässiga ytterligheter definieras traditionellt baserat på abiotiska faktorer, såsom:

• Temperatur.
• Tillgänglighet för vatten.
• Tryck.
• pH.
• Salthalt.
• Syrekoncentration.
• Strålningsnivåer.

Extremofiler beskrivs på liknande sätt på grundval av de extrema förhållanden som de tål.

De viktigaste extrema miljöer som vi kan känna igen enligt deras abiotiska förhållanden är:

Extrema kalla miljöer

Extremt kalla miljöer är de som kvarstår eller faller ofta under perioder (kort eller lång) med temperaturer under 5 ° C. Dessa inkluderar jordens poler, bergsområden och vissa livsmiljöer på djupt hav. Även några mycket heta öknar under dagen har mycket låga temperaturer på natten.

Det finns andra organismer som lever i kryosfären (där vattnet är i fast tillstånd). Till exempel måste organismer som lever i ismatriser, permafrost under permanenta eller periodiska snöskydd, tolerera flera ytterligheter, inklusive kyla, uttorkning och höga strålningsnivåer.

Extrema värmemiljöer

Extremt heta livsmiljöer är de som återstår eller periodvis når temperaturer över 40 ° C. Till exempel heta öknar, geotermiska platser och hydrotermiska ventiler på djuphav.

De är ofta förknippade med extrema höga temperaturer, miljöer där tillgängligt vatten är mycket begränsat (ihållande eller under regelbundna perioder), såsom heta och kalla öknar, och vissa endolitiska livsmiljöer (finns i stenar).

Extrema tryckmiljöer

Andra miljöer utsätts för högt hydrostatisk tryck, såsom bottenzonerna i hav och djupa sjöar. På dessa djup måste dess invånare motstå tryck som är mer än 1000 atmosfärer.

Alternativt finns det hypobariska ytterligheter (med lågt atmosfärstryck), i berg och i andra höga regioner i världen.

Bild 3. Marine fumaroles eller hydrotermiska ventiler. Exempel på en extrem miljö bebodd av ett helt samhälle av organismer, där det finns högt tryck och temperatur, samt svavelutsläpp. Källa: NOAA, via Wikimedia Commons

Extreme syror och alkaliska miljöer

I allmänhet är extremt sura miljöer de som upprätthåller eller regelbundet når värden under pH 5.

I synnerhet lågt pH ökar det "extrema" tillståndet i en miljö, eftersom det ökar lösligheten hos de närvarande metallerna och organismerna som lever i dem måste anpassas för att möta flera abiotiska ytterligheter.

Omvänt är extremt alkaliska miljöer de som kvarstår eller regelbundet registrerar pH-värden över 9.

Exempel på extrema pH-miljöer inkluderar sjöar, grundvatten och mycket sura eller alkaliska jordar.

Bild 4. Dvärghummer (Munidopsis polymorpha), en grottdrivare och endemisk till ön Lanzarote, Kanarieöarna. Bland de typiska anpassningarna till denna typ av extrema grottomiljöer är: minskning i storlek, blekhet och blindhet. Källa: flickr.com/photos//5582888539

Hypersalina och anoxiska miljöer

Hypersalina miljöer definieras som de med saltkoncentrationer större än havsvattnet, som har 35 delar per tusen. Dessa miljöer inkluderar sjöar med hypersalin och saltlösning.

Med "saltlösning" hänvisar vi inte bara till salthalt på grund av natriumklorid, eftersom det kan vara saltmiljöer där det dominerande saltet är något annat.

Bild 5. Rosa färg på vattnet i Salina Las Cumaraguas, delstaten Falcón i Venezuela. Den rosa färgen är produkten av en alga som kallas Dunaliella salina och kan motstå höga koncentrationer av natriumklorid i saltlösning. Källa: HumbRios, från Wikimedia Commons

Livsmiljöer med begränsat fritt syre (hypoxiskt) eller inget syre närvarande (anoxiskt), antingen ihållande eller med regelbundna intervall, anses också vara extrem. Till exempel skulle miljöer med dessa egenskaper vara de anoxiska bassängerna i hav och sjöar och de djupare sedimentlagren.

Figur 6. Artemia monica, en kräftdjur som lever i Mono Lake, Kalifornien (USA), en salt miljö (natriumbikarbonat) och högt pH. Källa: photolib.noaa.gov

Miljöer med hög strålning

Ultraviolett (UV) eller infraröd (IR) strålning kan också påföra organismer extrema förhållanden. Extreme strålningsmiljöer är de som utsätts för onormalt hög strålning eller strålning utanför det normala området. Till exempel polära och höga höjdmiljöer (markbundna och vattenlevande).

Phaeocystis pouchetii

Vissa arter visar undvikande mekanismer för hög UV- eller IR-strålning. Till exempel producerar den antarktiska tång Phaeocystis pouchetii vattenlösliga "solskyddsmedel" som starkt absorberar UV-B-våglängder (280-320 nm) och skyddar dess celler från extremt höga nivåer av UV-B inom 10 m. övre vattenspelare (efter havsbrott).

Deinococcus radiodurans

Andra organismer är mycket toleranta mot joniserande strålning. Till exempel kan bakterien Deinococcus radiodurans bevara sin genetiska integritet genom att kompensera för omfattande DNA-skador efter exponering för joniserande strålning.

Denna bakterie använder intercellulära mekanismer för att begränsa nedbrytning och begränsa diffusionen av DNA-fragment. Dessutom har den mycket effektiva DNA-reparationsproteiner.

Astyanax hubbsi

Även i miljöer med uppenbarligen låg eller ingen strålning är Extremophilic organismer anpassade för att svara på förändringar i strålningsnivåer.

Till exempel, Astyanax hubbsi, en mexikansk grottbeboande blindfisk, har inga ytligt märkbara okulära strukturer, men kan ändå skilja små skillnader i omgivande ljus. De använder extraokulära fotoreceptorer för att upptäcka och svara på rörliga visuella stimuli.

Bild 7. Blind fisk från släktet Astyanax, grottbeboare. Källa: Shizhao, från Wikimedia Commons

Antropogena ytterligheter

Vi lever för närvarande i en miljö där extrema miljöförhållanden införs, artificiellt genererade som en effekt av mänskliga aktiviteter.

De så kallade antropogena påverkningsmiljöerna är extremt varierande, globala i omfattning och kan inte längre ignoreras när vissa extrema miljöer definieras.

Till exempel miljöer som påverkas av föroreningar (atmosfär, vatten och jord) - såsom klimatförändringar och surt regn-, utvinning av naturresurser, fysisk störning och överutnyttjande.

Övergångar och ekotoner

Förutom de extrema miljöer som nämnts ovan har markekologer alltid varit medvetna om övergångsområdes speciella karaktär mellan två eller flera olika samhällen eller miljöer, såsom trädgränsen i bergen eller gränsen mellan skogar och gräsmarker. . Dessa kallas spänningsbälten eller ekotoner.

Ekotoner finns också i den marina miljön, till exempel övergången mellan is och vatten som representeras av havets iskant. Dessa övergångsområden uppvisar vanligtvis större artsdiversitet och biomassatäthet än de flankerande samhällena, till stor del för att organismerna som bor i dem kan dra fördel av resurserna i de angränsande miljöerna, vilket kan ge dem en fördel.

Emellertid förändras ekotoner kontinuerligt och dynamiska regioner, som ofta visar ett större utbud av variation i abiotiska och biotiska förhållanden under en årlig period än angränsande miljöer.

Detta kan rimligen betraktas som "extremt" eftersom det kräver organismer att kontinuerligt anpassa sitt beteende, fenologi (säsongsväder) och interaktioner med andra arter.

Arter som lever på båda sidor av ekotonen är ofta mer toleranta för dynamik, medan arter vars omfattning är begränsad till ena sidan upplever den andra sidan som extrem.

I allmänhet är dessa övergångsområden ofta de första som påverkas av klimatförändringar och / eller störningar, både naturliga och antropogena.

Djur och växter med olika stadier eller faser

Miljöerna är inte bara dynamiska och kanske inte kanske extrema, utan organismer är också dynamiska och har livscykler med olika stadier, anpassade till särskilda miljöförhållanden.

Det kan hända att miljön som stöder en av stadierna i en organisms livscykel är extrem för en annan av stadierna.

växter

Till exempel har kokosnöten (Cocos nucifera) ett frö anpassat för transport till sjöss, men det mogna trädet växer på land.

I vaskulära sporbärande växter, såsom ormbunkar och olika typer av mossor, kan gametofyten sakna fotosyntetiska pigment, har inga rötter och är beroende av miljöfuktighet.

Medan sporofyter har rhizomer, rötter och skott som motstår heta och torra förhållanden i fullt solljus. Skillnaden mellan sporofyter och gametofyter är i samma ordning som skillnaderna mellan taxa.

djur

Ett mycket nära exempel är ungdomsstadierna för många arter, som i allmänhet är intoleranta mot miljön som vanligtvis omger den vuxna, så de kräver vanligtvis skydd och vård under den period då de förvärvar de färdigheter och styrkor de behöver. tillåta att hantera dessa miljöer.

referenser

1. Kohshima, S. (1984). En ny kalltolerant insekt som finns i en Himalaya glaciär. Naturen 310, 225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Några kommentarer om extremfiles utveckling. Biosystems, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT och Kelly, GJ (1991) UV-B-skyddande föreningar i den marina algen Phaeocystis pouchetti från Antarktis. Marine Biology 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Hundra års Dunaliella-forskning: 1905-2005. Saltlösningssystem 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ och Mancinelli, RL (2001). Livet i extrema miljöer. Naturen 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. och Zillig, W. (1995). Lite vid extremt lågt pH. Naturen 375, 741-742.
7. Storey, KB och Storey, JM (1996). Naturlig frysning överlevnad hos djur. Årlig översyn av ekologi och systematik 27, 365-386.
8. Teyke, T. och Schaerer, S. (1994) Blind mexikansk grottfisk (Astyanax hubbsi) svarar på rörliga visuella stimuli. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD och Somero, GN (1982). Att leva med vattenstress: utveckling av osmolytsystem. Science 217, 1214-1222.