Определение экстремофилов
Экстремофилы – это организмы, которые эволюционировали, чтобы выжить в условиях, когда-то считавшихся совершенно необитаемыми. Эти среды негостеприимны, они достигают экстремальных условий жары, кислотности, давления и холода, которые могут быть фатальными для большинства других форм жизни. Поскольку экстремофилы живут на крайних концах спектра, они могут указывать диапазон условий, при которых возможна жизнь.
Однако важно отметить, что экстремофилы являются «экстремальными» только с антропоцентрической точки зрения. Например, в то время как кислород необходим для нас самих и большей части жизни на Земле, многие организмы процветают в среде, где вообще нет кислорода.
Экстремофилы можно разделить на две широкие категории: экстремофильные организмы и экстремотолерантные организмы. Как следует из суффикса «philic», переводимого как «любящий», экстремофильные организмы нуждаются в одном или нескольких экстремальных условиях, чтобы процветать, в то время как экстремотолерантные организмы оптимально растут в более «нормальных» условиях, но все же способны пережить один или несколько экстремальных физико-химических веществ. ценности.
Большинство экстремофилов представляют собой микроскопические организмы, принадлежащие к домен жизни, известной как архея. Однако говорить, что экстремофилы ограничены этим доменом, было бы неправильно. Некоторые экстремофилы принадлежат к бактерии домен, а некоторые даже многоклеточный эукариоты!
Важность в исследованиях
Ферменты, секретируемые экстремофилами, называемые «экстремозимами», которые позволяют им функционировать в таких запрещающих средах, представляют большой интерес для медицинских и биотехнических исследователей. Возможно, они будут ключом к созданию генетически обоснованных лекарств или технологий, которые могут функционировать в экстремальных условиях.
Астробиологи также проявляют интерес к экстремофилам за их замечательную устойчивость к замерзанию. Экстремофилы, или «психрофилы», которые активны в таких средах, повышают вероятность жизни на других планетах, поскольку большинство тел в Солнечной системе заморожены. Кроме того, биохимические свойства таких психрофилов, такие как способность использовать мышьяк, а не фосфор для создания энергии, еще больше расширяют возможности внеземной жизни. И поскольку экстремофилы могут указывать диапазон условий, при которых возможна жизнь, они также могут дать подсказки о том, как и где искать жизнь в других солнечных телах.
Типы экстремофилов
Конечно, разные условия окружающей среды требуют разных адаптаций со стороны организмов, которые живут в этих условиях. Экстремофилы классифицируются в соответствии с условиями, в которых они растут. Однако обычно среды представляют собой смесь различных физико-химических условий, требующих, чтобы экстремофилы адаптировались к множественным физико-химическим параметрам. Экстремофилы, обнаруженные в таких условиях, называются «полиэкстремофилы».
ацидофильных
Ацидофилы адаптированы к условиям с кислотными значениями pH, которые варьируются от 1 до 5. В эту группу входят некоторые эукариоты, бактерии и археи, которые находятся в таких местах, как серные бассейны, районы, загрязненные кислотным дренажем шахт, и даже в наших собственных желудках!
Ацидофилы регулируют свои уровни pH с помощью различных специализированных механизмов, некоторые из которых пассивны (не оказывают энергии), а некоторые активны (оказывают энергию). Пассивные механизмы обычно включают усиление клеточная мембрана против внешней среды, и может включать в себя выделение биопленка мешать диффузия молекул в клетка или полностью меняя клеточную мембрану для включения защитных веществ и жирные кислоты, Некоторые ацидофилы могут секретировать буферные молекулы, чтобы помочь поднять их внутренние уровни pH. Механизмы активного регулирования pH включают водородный насос, который выталкивает ионы водорода из клетки с постоянно высокой скоростью.
Alakaliphiles
Алкалифилы адаптированы к условиям с базовыми значениями pH 9 или выше. Они поддерживают гомеостаз как пассивными, так и активными механизмами. Пассивные механизмы включают объединение цитоплазматических полиаминов внутри клетки. Полиамины богаты положительно заряженными аминогруппами, которые буферизуют цитоплазма в щелочной среде. Другой пассивный механизм имеет низкую проницаемость мембраны, которая препятствует движению протонов внутрь и наружу клетки. Активный метод регуляции включает ионный канал натрия, который переносит протоны в клетку.
термофильных
Термофилы процветают при чрезвычайно высоких температурах между 113 и 251 градусами по Фаренгейту. Их можно найти в таких местах, как гидротермальные жерла, вулканические отложения и горячие источники. Их выживание в таких местах можно отнести к их экстремозимам. аминокислоты из этих типов ферментов не теряют свою форму и теряют форму при сильном нагревании, что позволяет продолжать нормальную работу.
психрофильных
Психрофилы (также известные как криофилы) процветают при чрезвычайно низких температурах 5 градусов по Фаренгейту или ниже. Эта группа относится ко всем трем областям жизни (бактерии, археи и эукарья), и их можно найти в таких местах, как холодные почвы, вечная мерзлота, полярный лед, холодная вода океана и альпийские снежные покровы.
Один из способов выживания в условиях сильного холода можно объяснить их экстремозимами, которые продолжают функционировать при низких температурах и немного медленнее при еще более низких температурах. Психрофилы также способны производить белки, которые функционируют при низких температурах и содержат большое количество ненасыщенных жирных кислот в своих плазматических мембранах, которые помогают защитить клетки от холода. В частности, однако, некоторые психрофилы могут заменить воду в своих телах сахарной трегалозой, предотвращая образование вредных кристаллов льда.
ксерофилы
Ксерофилы растут в очень сухих условиях, которые могут быть очень горячими или очень холодными. Они были найдены в таких местах, как пустыня Атакама, Большой бассейн и Антарктика. Как и их психрофильные друзья, некоторые ксерофилы способны заменить воду трегалозой, которая также может защищать мембраны и другие структуры от периодов с низкой доступностью воды.
Барофил (Пьезофил)
Барофилы – это организмы, которые лучше всего растут при высоких давлениях 400 атм и более. Они могут выжить, регулируя текучесть фосфолипидов в мембране. Эта текучесть компенсирует градиент давления между внутренней и внешней частью ячейки и внешней средой. Экстремальные барофилы оптимально растут при 700 атм или выше и не будут расти при более низких давлениях.
галофилы
Галофилы – это организмы, которые требуют высоких концентраций соли для роста. При солености свыше 1,5 М преобладают прокариотические бактерии. Тем не менее, эта группа относится ко всем трем сферам жизни, но в меньшем количестве.
Преодоление проблем гиперсоленой среды начинается с минимизации клеточной потери воды. Галофилы делают это путем накопления растворенных веществ в цитоплазме с помощью различных механизмов. Галофильные археи используют натриево-калиевые ионные насосы для удаления натрия и потребления калия. Галотолерантные бактерии уравновешивают осмотическое давление используя глицерин как совместимые растворы.
Примеры экстремофилов
Snottite
Также известный как «сопли», соплиты состоят из колоний обитающих в пещере экстремофильных, одноклеточных бактерий. Эти колонии похожи на сталактиты, но имеют консистенцию, ну, конечно, соплей. Эти колонии бактерий выживают экстремально токсичность и кислотность, среди других экстремальных физико-химических условий. Они выживают, используя хемосинтез превратить вулканические соединения серы в энергию и серная кислота отходы.
Гигантские трубочные черви
Гигантский трубчатый червь – это глубоководный экстремофил, найденный вблизи гидротермальных жерл, живущих в условиях высокого давления, высокой температуры и отсутствия солнечного света. Вода возле гидротермальных вентилей может достигать температуры 600 градусов по Фаренгейту, а давление может достигать почти 9000 фунтов на квадратный дюйм! Не имея собственного пищеварительного тракта, они выживают в таких условиях с помощью своих симбиотических партнеров: экстремофильных бактерий, которые живут в средней кишке гигантского трубчатого червя. Бактерии, которые могут составлять до половины веса червя, используют хемосинтез для превращения кислорода, сероводорода и углекислого газа в органические молекулы, которые червь может использовать в качестве пищи.
тихоходки
Технически эти восьминогие микроскопические существа, более технически более экстремальные, чем экстремофильные, являются одним из наиболее устойчивых организмов, известных человеку. У них есть две стратегии выживания: одна в случае наводнения, а другая в случае замерзания или засухи. При возникновении наводнения тардиграды раздуваются, как воздушные шары, что позволяет им всплывать на поверхность, где они имеют доступ к кислороду. В случае засухи или замерзания tardigrades обладают замечательной способностью заменять более 97% воды в их организме на тип сахара, называемый трегалозой. Это уменьшает потребность в воде и предотвращает образование кристаллов льда, которые в противном случае могли бы образоваться с водой и нанести вред этим организмам. Используя эти методы выживания, эти существа пережили температуры от -458 градусов по Фаренгейту до 300 градусов по Фаренгейту, давление в шесть раз больше, чем в самых глубоких частях океана, смертельные дозы радиации и даже космический вакуум! Тем не менее, чем дольше tardigrades остаются в неоптимальных условиях, тем ниже их шансы на выживание.
лорициферы
Эти микроскопические организмы были впервые собраны из глубин бассейна Средиземного моря, где насыщенный солью рассол, в котором они обитают, не смешивается и не поливается водами над ним. Они населяли морской осадок, процветая в этой соленой, сульфидной, морозной среде с высоким давлением без кислорода и света. Это возможно, потому что, в отличие от нас, у Loricifera есть водородосомы, которые не требуют кислорода вместо митохондрии, чтобы производить энергию!
гриллоблаттиды
Grylloblattidae – это семейство психрофильных насекомых, которые встречаются в холодных условиях, таких как горные вершины, ледники и ледяные щиты. Они предпочитают температуру от 33,8 до 39,2 градусов по Фаренгейту – чуть выше точки замерзания. Когда температура опускается ниже нуля, эти насекомые прячутся в снегу и остаются рядом с почвой – в противном случае они рискуют умереть из-за кристаллов льда, образующихся в их телах.
викторина
1. Психрофил _________.A. процветает в сильной жаре.B. Растет в условиях высокой солености.C. холодолюбиваD. XXXX
Ответ на вопрос № 1
С верно. «Psychro» переводится как «холодный», а «phile» переводится как «любитель». Поэтому психрофил это любитель простуды. Термофил процветает в условиях сильной жары. Галофилы растут в высокой солености.
2. Экстремотолерантным органом является ______________.A. организм не найден на земле.B. адаптирован к экстремальным условиям.C. адаптированы к умеренным условиям и могут жить в экстремальных условиях.D. адаптированы только к умеренным условиям.
Ответ на вопрос № 2
С верно. Некоторые экстремотолерантные организмы могут выживать в космосе, но они встречаются на Земле. Хотя они адаптированы к более умеренным или нормальным условиям, они способны выживать в экстремальных условиях.
3. Микроб Picrophilus torridus живет при уровне pH 0 (очень кислый). Что это за экстремофил?A. ксерофил.B. Барофил.C. алкалифил.D. ацидофил.
Ответ на вопрос № 3
D верно. Ксерофил живет в сухих условиях. Барофил живет под высоким давлением. Алкалифил процветает в щелочных (основных) растворах. Ацидофил процветает в кислых растворах.
Ссылки
- Образовательные ресурсы. (2017, 10 апреля). Получено 18 мая 2017 г., http://serc.carleton.edu/microbelife/index.html
- Экстремофилы. (2017, 15 мая). Получено 18 мая 2017 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Extremophile
- Гигантский трубчатый червь. (2017, 05 мая). Получено 18 мая 2017 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Giant_tube_worm
- Гриллоблаттиды. (2017, 10 мая). Получено 18 мая 2017 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Grylloblattidae.
- Лорициферы. (2017, 14 мая). Получено 18 мая 2017 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Loricifera
- Niederberger, T. (n.d.). Экстремофилы. Получено 18 мая 2017 г. со страницы https://www.britannica.com/science/extremophile
- Snottite. (2017, 14 апреля). Получено 18 мая 2017 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Snottite.
- Тихоходок. (2017, 15 мая). Получено 18 мая 2017 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Tardigrade