EXTREMOPHILES: MGA KATANGIAN, URI AT HALIMBAWA - BIOLOGY - 2024

Ang mga extremophile ay mga organismo na naninirahan sa matinding mga kapaligiran, ibig sabihin, ang mga lumihis mula sa mga kondisyon kung saan sila nakatira ang kilalang organismo ng mga tao.

Ang mga salitang "matinding" at "extremophile" ay medyo anthropocentric, sapagkat sinusuri ng mga tao ang mga tirahan at ang kanilang mga naninirahan, batay sa kung ano ang maituturing na matindi para sa aming sariling pag-iral.

Larawan 1. Ang mga Tardigrades, isang Phylum na kilala sa kakayahang makaligtas sa napaka-magaspang na kapaligiran. Pinagmulan: Willow Gabriel, Goldstein Lab, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Dahil sa nabanggit, kung ano ang nagpapakilala sa isang matinding kapaligiran ay naghahatid ito ng hindi maiwasang mga kondisyon para sa mga tao tungkol sa temperatura, kahalumigmigan, asin, ilaw, pH, pagkakaroon ng oxygen, antas ng pagkakalason, bukod sa iba pa.

Mula sa isang non-anthropocentric na pananaw, ang mga tao ay maaaring maging mga ekstremile, depende sa organismo na sinuri ang mga ito. Halimbawa, mula sa punto ng view ng isang mahigpit na anaerobic organismo, kung saan ang oxygen ay nakakalason, ang mga aerobic na nilalang (tulad ng mga tao) ay magiging mga ekstremile. Para sa tao, sa kabaligtaran, ang mga anaerobic na organismo, ay mga extremophile.

Pinagmulan ng salitang "Extremophiles"

Kasalukuyan naming tinukoy ang "matinding" maraming mga kapaligiran sa loob at labas ng planeta ng Earth at palagi kaming natuklasan ang mga organismo na may kakayahang, hindi lamang sa nakaligtas, kundi pati na rin ng malawak na umunlad sa marami sa kanila.

RD Macelroy

Noong 1974, iminungkahi ni RD Macelroy ang salitang "Extremophiles" upang tukuyin ang mga organismong ito na nagpapakita ng pinakamainam na paglaki at pag-unlad sa ilalim ng matinding kundisyon, kumpara sa mga mesophilic organismo, na lumalaki sa mga kapaligiran na may mga intermediate na kondisyon.

Ayon kay Macelroy:

"Ang Extremophile ay isang naglalarawan para sa mga organismo na may kakayahang mamuhay ng mga kapaligiran na hindi maganda sa mga mesophile, o mga organismo na lumalaki lamang sa mga intermediate na kapaligiran."

Mayroong dalawang pangunahing antas ng ekstremismo sa mga organismo: yaong maaaring magparaya sa isang matinding kondisyon sa kapaligiran at maging nangingibabaw sa iba; at ang mga lumalaki at nabuo nang mabuti sa ilalim ng matinding mga kondisyon.

Mga katangian ng matinding mga kapaligiran

Ang denominasyon ng isang kapaligiran bilang "matinding" ay tumugon sa isang konstruksyon ng antropogeniko, batay sa pagsasaalang-alang ng malalayong mga labi ng baseline ng isang tiyak na kondisyon sa kapaligiran (temperatura, kaasinan, radiation, bukod sa iba pa), na nagbibigay-daan sa kaligtasan ng tao.

Gayunpaman, ang pangalang ito ay dapat na batay sa ilang mga katangian ng isang kapaligiran, mula sa pananaw ng organismo na nakatira dito (sa halip na pananaw ng tao).

Ang mga katangiang ito ay kinabibilangan ng: biomass, pagiging produktibo, biodiversity (bilang ng mga species at representasyon ng mas mataas na taxa), pagkakaiba-iba ng mga proseso sa ekosistema at tiyak na pagbagay sa kapaligiran ng organismo na pinag-uusapan.

Ang kabuuan ng lahat ng mga katangian na ito ay nagpapahiwatig ng matinding kondisyon ng isang kapaligiran. Halimbawa, ang isang matinding kapaligiran ay isang pangkalahatang regalo:

• Mababang biomass at pagiging produktibo
• Ang namamayani ng mga porma ng buhay ng arko
• Pagkawala ng mga mas mataas na porma ng buhay
• Kakulangan ng fotosintesis at pag-aayos ng nitrogen ngunit ang pag-asa sa iba pang mga metabolic pathway at tiyak na physiological, metabolic, morphological at / o life cycle adaptation.

Mga uri ng Extremophiles sa Zoological Scale

Mga unicellular na organismo

Ang salitang Extremophilic ay madalas na tumutukoy sa mga prokaryote, tulad ng bakterya, at kung minsan ay ginagamit interchangeably sa Archaea.

Gayunpaman, mayroong isang malawak na iba't ibang mga Extremophilic na organismo at ang aming kaalaman sa pagkakaiba-iba ng phylogenetic sa matinding tirahan ay tataas araw-araw.

Alam namin, halimbawa, na ang lahat ng mga hyperthermophiles (mga mahilig sa init) ay mga miyembro ng Archaea at Bacteria. Ang mga eukaryotes ay pangkaraniwan sa mga psychrophile (mga mahilig sa malamig), acidophiles (mga mahilig sa mababang pH), alkalophile (mga mahilig sa mataas na pH), xerophiles (mga mahilig sa dry environment) at halophiles (mahilig ng asin).

Larawan 2. Mainit na tagsibol sa Yellowstone National Park sa USA, ang mga maliliwanag na kulay na nakuha ng mga bukal na ito ay nauugnay sa paglaganap ng mga bakterya ng thermophilic. Pinagmulan: Jim Peaco, National Park Service, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Multicellular organismo

Ang maraming mga organismo ng multicellular, tulad ng mga invertebrate at vertebrate na mga hayop, ay maaari ring maging mga ekstremile.

Halimbawa, ang ilang mga psychrophile ay nagsasama ng isang maliit na bilang ng mga palaka, pagong at isang ahas, na sa panahon ng taglamig maiwasan ang intracellular pagyeyelo sa kanilang mga tisyu, na nag-iipon ng mga osmolyte sa cell cytoplasm at pinapayagan ang pagyeyelo lamang ng extracellular na tubig (panlabas sa mga cell) .

Ang isa pang halimbawa ay ang kaso ng Antarctic nematode Panagrolaimus davidi, na maaaring mabuhay ng intracellular na pagyeyelo (pagyeyelo ng tubig sa loob ng mga cell nito), na maaaring lumago at magparami pagkatapos ng paglusaw.

Gayundin ang mga isda ng pamilyang Channichthyidae, ang mga naninirahan sa malamig na tubig ng Antarctica at timog ng kontinente ng Amerika, gumamit ng mga antifreeze na protina upang maprotektahan ang kanilang mga cell laban sa kanilang kumpletong pagyeyelo.

Poly-Extremophiles

Ang Poly-Extremophiles ay mga organismo na maaaring mabuhay ng higit sa isang matinding kondisyon sa parehong oras, sa gayon ay karaniwan sa lahat ng matinding kapaligiran.

Halimbawa, ang mga halaman sa disyerto na nakataguyod ng matinding init pati na rin ang limitadong pagkakaroon ng tubig, at madalas na mataas na kaasinan.

Ang isa pang halimbawa ay ang mga hayop na naninirahan sa dagat, na may kakayahang makaligtaan ang sobrang mataas na panggigipit, tulad ng kakulangan ng ilaw at kakulangan ng mga nutrisyon, bukod sa iba pa.

Karamihan sa mga karaniwang uri ng matinding mga kapaligiran

Ang mga labis na ekstrem sa kapaligiran ay ayon sa kaugalian na batay sa abiotic factor, tulad ng:

• Temperatura.
• Pagkakaroon ng tubig.
• Pressure.
• pH.
• Pag-iisa.
• Ang konsentrasyon ng oksiheno.
• Mga antas ng radiation.

Ang mga Extremophile ay magkatulad na inilarawan batay sa matinding mga kondisyon na kanilang tiniis.

Ang pinakamahalagang matinding kapaligiran na maaari nating makilala ayon sa kanilang mga mapang-abusong kondisyon ay:

Matinding lamig na kapaligiran

Labis na malamig na mga kapaligiran ay ang mga nagpapatuloy o madalas na mahulog sa mga panahon (maikli o mahaba) ng temperatura sa ibaba 5 ° C. Kasama dito ang mga pole ng Earth, mga bulubunduking rehiyon, at ilang mga malalim na tirahan ng karagatan. Kahit na ang ilang mga napakainit na disyerto sa araw ay may napakababang temperatura sa gabi.

Mayroong iba pang mga organismo na nakatira sa crystal (kung saan ang tubig ay nasa isang solidong estado). Halimbawa, ang mga organismo na naninirahan sa mga matris ng yelo, permafrost, sa ilalim ng permanenteng o pana-panahong mga takip ng niyebe, ay dapat magparaya sa maraming mga labis na pagkalagot, kabilang ang malamig, desiccation, at mataas na antas ng radiation.

Matinding kapaligiran sa init

Ang sobrang init na tirahan ay ang mga nananatili o pana-panahon na umaabot sa temperatura sa itaas 40 ° C. Halimbawa, ang mga mainit na disyerto, mga site ng geothermal, at mga water ventothermal ng malalim na dagat.

Madalas silang nauugnay sa matinding mataas na temperatura, mga kapaligiran kung saan ang magagamit na tubig ay limitado (tuloy-tuloy o para sa mga regular na tagal ng panahon), tulad ng mainit at malamig na mga disyerto, at ilang mga endolitikikong tirahan (matatagpuan sa loob ng mga bato).

Labis na presyon ng kapaligiran

Ang iba pang mga kapaligiran ay napapailalim sa mataas na presyon ng hydrostatic, tulad ng mga benthic zone ng mga karagatan at malalim na lawa. Sa mga kalaliman na ito, ang mga naninirahan dito ay dapat na makatiis ng mga panggigipit na higit sa 1000 na atmospheres.

Bilang kahalili, mayroong mga hypobaric extremes (ng mababang presyur sa atmospera), sa mga bundok at sa iba pang mga nakataas na rehiyon ng mundo.

Larawan 3. Mga fumarole ng dagat o hydrothermal vents. Halimbawa ng isang matinding kapaligiran na tinitirahan ng isang buong pamayanan ng mga organismo, kung saan mayroong mataas na presyon at temperatura, pati na rin mga asupre na may asupre. Pinagmulan: NOAA, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Matinding acid at alkalina na kapaligiran

Sa pangkalahatan, ang sobrang acidic na kapaligiran ay ang nagpapanatili o regular na maabot ang mga halaga sa ibaba pH 5.

Ang mababang pH, lalo na, ay nagdaragdag ng "matinding" kalagayan ng isang kapaligiran, dahil pinatataas nito ang solubility ng mga metal na naroroon at ang mga organismo na nakatira sa mga ito ay dapat na ibagay upang harapin ang maraming mga abiotic na labis.

Sa kabaligtaran, ang labis na alkalina na kapaligiran ay ang nananatili o regular na nagrehistro ng mga halaga ng pH sa itaas 9.

Ang mga halimbawa ng matinding kapaligiran sa pH ay may kasamang lawa, tubig sa lupa, at lubos na acidic o alkalina na mga lupa.

Larawan 4. Ang dwarf lobster (Munidopsis polymorpha), isang naninirahan sa kuweba at endemik sa isla ng Lanzarote, Canary Islands. Kabilang sa mga tipikal na pagbagay sa ganitong uri ng matinding mga kapaligiran sa yungib ay: pagbawas sa laki, pagkakalma at pagkabulag. Pinagmulan: flickr.com/photos//5582888539

Ang mga hypersaline at anoxic na kapaligiran

Ang mga paligid ng hypersaline ay tinukoy bilang mga may konsentrasyon sa asin na mas malaki kaysa sa dagat ng dagat, na mayroong 35 bahagi bawat libong. Kasama sa mga kapaligiran na ito ang mga hypersaline at lawa ng asin.

Sa pamamagitan ng "saline" hindi lamang namin tinutukoy ang kaasinan dahil sa sodium klorido, dahil maaaring mayroong mga kapaligiran ng saline kung saan ang pangunahing namamahagi ng asin ay iba pa.

Larawan 5. Kulay rosas na kulay ng tubig sa Salina Las Cumaraguas, estado ng Falcón sa Venezuela. Ang kulay-rosas na kulay ay ang produkto ng isang alga na tinatawag na Dunaliella salina, na may kakayahang pigilan ang mataas na konsentrasyon ng sodium chloride na naroroon sa asin. Pinagmulan: HumbRios, mula sa Wikimedia Commons

Ang mga gawi na may limitadong libreng oxygen (hypoxic) o walang oxygen na naroroon (anoxic), na tuloy-tuloy o sa mga regular na agwat, ay itinuturing din na matinding. Halimbawa, ang mga kapaligiran na may mga katangiang ito ay ang mga anoxic basins sa mga karagatan at lawa, at ang mas malalim na strata ng sediment.

Larawan 6. Artemia monica, isang crustacean na nakatira sa Mono Lake, sa California (USA), isang kapaligiran ng asin (sodium bikarbonate) at mataas na pH. Pinagmulan: photolib.noaa.gov

Mataas na kapaligiran ng radiation

Ang ultraviolet (UV) o ang infrared (IR) radiation ay maaari ring magpataw ng matinding kondisyon sa mga organismo. Ang matinding mga paligid ng radiation ay ang mga nakalantad sa abnormally mataas na radiation o radiation sa labas ng normal na saklaw. Halimbawa, ang mga polar at mataas na lugar sa taas (terrestrial at aquatic).

Phaeocystis pouchetii

Ang ilang mga species ay nagpapakita ng mga hindi maiwasan na mekanismo ng mataas na UV o IR radiation. Halimbawa, ang damong-dagat ng Antarctic na Phaeocystis pouchetii ay naglilikha ng mga "sunscreens" na tinutubig ng tubig na malakas na sumipsip ng mga wavelength ng UV-B (280-320nm) at pinoprotektahan ang mga cell nito mula sa sobrang mataas na antas ng UV-B sa loob ng 10 m. itaas na haligi ng tubig (pagkatapos ng sea ice break).

Mga radiodurans na Deinococcus

Ang iba pang mga organismo ay lubos na mapagparaya sa radiation ng ionizing. Halimbawa, ang bacterium Deinococcus radiodurans ay maaaring mapanatili ang integridad ng genetic nito sa pamamagitan ng pag-compensate para sa malawak na pagkasira ng DNA pagkatapos ng pagkakalantad sa radiation ng radiation.

Ang bakterya na ito ay gumagamit ng mga mekanismo ng intercellular upang limitahan ang pagkasira at paghigpitan ang pagkalat ng mga fragment ng DNA. Bilang karagdagan, ito ay lubos na mahusay na mga protina sa pag-aayos ng DNA.

Astyanax hubbsi

Kahit na sa mga kapaligiran na tila mababa o walang radiation, ang mga Extremophilic na organismo ay inangkop upang tumugon sa mga pagbabago sa mga antas ng radiation.

Halimbawa, ang Astyanax hubbsi, isang blindfish ng Mexico na naninirahan sa kweba, ay walang mababaw na natatanto na mga ocular na istruktura, ngunit maaaring makilala ang mga maliit na pagkakaiba sa ambient light. Gumagamit sila ng extraocular photoreceptors upang makita at tumugon sa paglipat ng visual na stimulus.

Larawan 7. Bulag na isda ng genus na Astyanax, naninirahan sa kuweba. Pinagmulan: Shizhao, mula sa Wikimedia Commons

Ang mga sobrang antropogeniko

Kami ay kasalukuyang nakatira sa isang kapaligiran kung saan ipinataw ang matinding mga kondisyon sa kapaligiran, na likhang nilikha bilang isang epekto ng mga aktibidad ng tao.

Ang tinatawag na mga epekto ng antropogenikong epekto ay lubos na nag-iiba, global sa saklaw, at hindi na maiwalang bahala kapag tinukoy ang ilang matinding mga kapaligiran.

Halimbawa, ang mga kapaligiran na naapektuhan ng polusyon (atmospheric, tubig at lupa) -such bilang pagbabago ng klima at acid acid-, pagkuha ng likas na yaman, kaguluhan ng pisikal at sobrang pag-iipon.

Mga paglilipat at ecotones

Bilang karagdagan sa matinding mga kapaligiran na nabanggit sa itaas, ang mga terrestrial ecologist ay palaging may kamalayan sa espesyal na likas na katangian ng mga zone ng paglipat sa pagitan ng dalawa o higit pang magkakaibang mga komunidad o kapaligiran, tulad ng linya ng puno sa mga bundok o hangganan sa pagitan ng mga kagubatan at mga damo. . Ang mga ito ay tinatawag na tension sinturon o ecotones.

Ang Ecotones ay umiiral din sa kapaligiran ng dagat, halimbawa, ang paglipat sa pagitan ng yelo at tubig na kinakatawan ng gilid ng yelo ng dagat. Ang mga zones ng paglipat na ito ay karaniwang nagpapakita ng higit na pagkakaiba-iba ng species at density ng biomass kaysa sa mga komunidad ng flanking, higit sa lahat dahil ang mga organismo na nakatira sa mga ito ay maaaring samantalahin ang mga mapagkukunan mula sa mga kalapit na kapaligiran, na maaaring magbigay sa kanila ng isang kalamangan.

Gayunpaman, ang mga ecotones ay patuloy na nagbabago at mga dinamikong rehiyon, na madalas na nagpapakita ng isang mas malawak na hanay ng pagkakaiba-iba sa mga abiotic at biotic na kondisyon sa isang taunang panahon kaysa sa mga kalapit na kapaligiran.

Ito ay makatuwirang maituturing na "matinding" dahil nangangailangan ito ng mga organismo na patuloy na iakma ang kanilang pag-uugali, phenology (pana-panahong panahon), at pakikipag-ugnayan sa iba pang mga species.

Ang mga species na naninirahan sa magkabilang panig ng ecotone ay madalas na mas mapagparaya ng mga dinamika, habang ang mga species na limitado sa isang panig ay nakakaranas sa kabilang panig bilang matinding.

Sa pangkalahatan, ang mga zone ng paglipat na ito ay madalas din ang unang apektado ng mga pagbabago sa klima at / o mga kaguluhan, kapwa natural at anthropogeniko.

Mga hayop at halaman na may iba't ibang yugto o phase

Hindi lamang ang mga kapaligiran ay dinamikong, at maaaring o hindi maaaring matindi, ngunit ang mga organismo ay dinamiko at may mga siklo sa buhay na may iba't ibang yugto, inangkop sa partikular na mga kondisyon sa kapaligiran.

Maaaring mangyari na ang kapaligiran na sumusuporta sa isa sa mga yugto ng siklo ng buhay ng isang organismo ay labis para sa isa pang yugto.

Mga halaman

Halimbawa, ang niyog (Cocos nucifera) ay mayroong binhi na inangkop para sa transportasyon sa pamamagitan ng dagat, ngunit ang matandang puno ay lumalaki sa lupa.

Sa spore-bearing vascular halaman, tulad ng ferns at iba't ibang uri ng mga mosses, ang gametophyte ay maaaring wala ng mga photosynthetic pigment, walang mga ugat, at nakasalalay sa kahalumigmigan sa kapaligiran.

Habang ang mga sporophyte ay may mga rhizome, ugat at mga shoots na makatiis sa mainit at tuyo na mga kondisyon sa buong sikat ng araw. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga sporophyte at gametophyte ay nasa parehong pagkakasunud-sunod ng pagkakaiba sa pagitan ng taxa.

Mga Hayop

Ang isang napakalapit na halimbawa ay ang mga yugto ng juvenile ng maraming mga species, na sa pangkalahatan ay hindi pagpaparaan ng kapaligiran na karaniwang nakapaligid sa may sapat na gulang, kaya kadalasan ay nangangailangan sila ng proteksyon at pangangalaga sa panahon kung saan nakukuha nila ang mga kasanayan at lakas na kailangan nila. payagan na harapin ang mga kapaligiran na ito.

Mga Sanggunian

1. Kohshima, S. (1984). Isang nobelang malamig-mapagparaya na insekto na natagpuan sa isang Himalayan glacier. Kalikasan 310, 225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Ang ilang mga puna tungkol sa ebolusyon ng mga extremephile. Biosystem, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marsoant, HJ, Davidson, AT at Kelly, GJ (1991) na pinoprotektahan ng UV-B ang mga compound sa marine alga Phaeocystis pouchetti mula sa Antarctica. Marine Biology 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Isang daang taon ng pananaliksik sa Dunaliella: 1905-2005. Mga Sistemang Pang-asin 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ at Mancinelli, RL (2001). Buhay sa matinding kapaligiran. Kalikasan 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. at Zillig, W. (1995). Lite sa sobrang mababang pH. Kalikasan 375, 741-742.
7. Storey, KB at Storey, JM (1996). Likas na pagyeyelo ng kaligtasan sa mga hayop. Taunang Repasuhin ng Ecology at Systematics 27, 365-386
8. Si Teyke, T. at Schaerer, S. (1994) Blind Mexican na isda sa kuweba (Astyanax hubbsi) ay tumugon sa paglipat ng visual na pampasigla. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD at Somero, GN (1982). Nabubuhay sa stress ng tubig: ebolusyon ng mga sistema ng osmolyte. Agham 217, 1214-1222.