Karakteristik termofiller, sınıflandırma ve ortamlar



termofilik 50 ° C ile 75 ° C arasında yüksek sıcaklıklara tolerans göstererek karakterize edilen ekstremofil organizmaların bir alt tipidir;.

Termofilik organizmalar genellikle bakteri veya arkadır, ancak sıcak yerlerde de gelişen metazoanlar (heterotrofik ve dokudaki ökaryotik organizmalar) vardır..

Deniz organizmaları ayrıca, termofilik bakterilerle simbiyoz ile ilişkili olarak, bu yüksek sıcaklıklara adapte olabileceklerini ve ayrıca, diğerlerinin yanı sıra, sülfidlerin ve bileşiklerin toksisitesini tolere etmelerine izin veren modifiye hemoglobin, yüksek kan hacmi gibi biyokimyasal mekanizmalar geliştirdiklerini de bilinmektedir. kükürt.

Termofilik prokaryotların yaşamın evriminde ilk basit hücreler olduğu ve okyanuslarda volkanik aktiviteye ve gayzerlere sahip yerlere sahip oldukları düşünülmektedir..

Bu tip termofilik organizmaların örnekleri, metanojenik bakteriler (metan üreticileri) ve annelitler gibi okyanusların dibinde hidrotermal havalandırma veya fumarollerin yakınında yaşayanlardır. Riftia pachyptila.

Termofillerin bulunabileceği ana habitatlar:

  • Karasal hidrotermal ortamlar.
  • Deniz hidrotermal ortamları.
  • Sıcak tatlılar.

indeks

  • 1 Termofilik organizmaların özellikleri
    • 1.1 Termofilik organizmaların ayırt edici özellikleri
  • 2 Termofilik organizmaların sınıflandırılması
  • 3 Termofilik organizmalar ve çevreleri
    • 3.1 Karasal hidrotermal ortamlar
    • 3.2 Karasal hidrotermal ortamlarda yaşayan organizma örnekleri
    • 3.3 Bakteriler
    • 3.4 Kemerler
    • 3.5 Ökaryotlar
    • 3.6 Deniz hidrotermal ortamları
    • 3.7 Deniz hidrotermal ortamlarıyla ilgili fauna örnekleri
    • 3.8 Sıcak tatlılar
    • 3.9 Çöl çeşitleri
    • 3.10 Termofilik çöl organizmalarına örnekler
  • 4 Kaynakça

Termofilik organizmaların özellikleri

Sıcaklık: mikroorganizmaların gelişimi için kritik abiyotik faktör

Sıcaklık, canlıların büyümesini ve hayatta kalmasını düzenleyen temel çevresel faktörlerden biridir. Her türün hayatta kalabileceği çeşitli sıcaklıklar vardır, ancak belirli sıcaklıklarda optimal bir büyüme ve gelişme gösterir..

Her organizmanın büyüme hızı, kritik kritik sıcaklıklara (minimum, optimum ve maksimum) karşılık gelen değerleri elde ederek sıcaklığa karşı grafiksel olarak ifade edilebilir..

Minimum sıcaklıklar

Bir organizmanın minimum büyüme sıcaklıklarında, hücresel zarın akışkanlığının düşmesi gerçekleşir ve besinlerin girmesi ve toksik maddelerin çıkması gibi malzemelerin taşınması ve değişmesi süreçleri durabilir.

Minimum sıcaklık ve optimum sıcaklık arasında, mikroorganizmaların büyüme hızı artar.

En uygun sıcaklık

Optimum sıcaklıkta, metabolik reaksiyonlar mümkün olan maksimum verimlilikle gerçekleşir.

Maksimum sıcaklık

Optimum sıcaklığın üstünde, her organizma tarafından tolere edilebilecek maksimum hıza büyüme oranında bir düşüş vardır..

Bu yüksek sıcaklıklarda yapısal ve fonksiyonel proteinler, geometrik konfigürasyonlarını ve özel uzaysal konfigürasyonlarını yitirdiklerinden, enzim olarak denatüre edilir ve inaktive edilir, sitoplazmik membran bozulur ve ısı nedeniyle termal lizis veya yırtılma meydana gelir..

Her mikroorganizmanın minimum, optimum ve maksimum çalışma ve gelişme sıcaklıkları vardır. Thermophiles bu üç sıcaklıkta son derece yüksek değerlere sahip.

Termofilik organizmaların ayırt edici özellikleri

  • Termofilik organizmalar yüksek büyüme oranlarına sahiptir ancak kısa ömürlüdürler.
  • Hücre zarlarında çok sayıda lipit veya uzun zincirli doymuş yağ bulunur; bu tür doymuş yağlar, tahribat olmadan ısıyı emebilir ve yüksek sıcaklıklarda (eriyik) sıvı hale gelebilir.
  • Yapısal ve fonksiyonel proteinleri, ısıya (termostabil), kovalent bağlar ve Londra'nın dağılma kuvvetleri adı verilen özel moleküller arası kuvvetler vasıtasıyla çok kararlıdır..
  • Ayrıca yüksek sıcaklıklarda metabolik işleyişlerini korumak için özel enzimlere sahiptirler..
  • Bu termofilik mikroorganizmaların, volkanik alanlarda sülfidleri ve bol kükürt bileşiklerini, bunları organik maddeye dönüştürmek için besin kaynakları olarak kullanabileceği bilinmektedir..

Termofilik organizmaların sınıflandırılması

Termofilik organizmalar üç geniş kategoriye ayrılabilir:

  • Orta dereceli termofiller, (50-60 ° C arasında optimum).
  • Aşırı termofiller (optimum 70 ° C'ye yakın).
  • Hipertermofiller (80 ° C'ye kadar optimum).

Termofilik organizmalar ve çevreleri

Karasal hidrotermal ortamlar

Hidrotermal sahalar şaşırtıcı şekilde yaygındır ve yaygın şekilde dağılmıştır. Genel olarak volkanik alanlarla ilişkili olanlara ve olmayanlara bölünebilirler..

En yüksek sıcaklıkları sunan hidrotermal ortamlar, magmanın doğrudan yeraltı suyu ile etkileşime girebileceği bir derinliğe yükselmesine izin veren volkanik özelliklerle (kazanlar, faylar, tektonik plaka sınırları, arka ark havzaları) ilişkilendirilir sığ.

Sıcak noktalara sıklıkla pH, organik madde, kimyasal bileşim ve aşırı tuzluluk gibi hayatı zorlaştıran diğer özellikler de eşlik eder..

Bu nedenle, karasal hidrotermal ortamların sakinleri, birkaç aşırı koşulun varlığında yaşar. Bu organizmalar polietilenofiller olarak bilinir..

Karasal hidrotermal ortamlarda yaşayan organizma örnekleri

Karasal hidrotermal ortamlarda, üç bölgeye ait (organizmalar, ökaryotlar, bakteriler ve archaea) organizmalar tanımlanmıştır. Bu organizmaların çeşitliliği esas olarak sıcaklık tarafından belirlenir..

Çok çeşitli bakteri türleri orta derecede termofilik ortamlarda yaşarken, fotoototroflar mikrobiyal topluluğa hakim olabilir ve makroskopik "paspaslar" veya "halı" yapıları oluşturabilir..

Bu "fotosentetik halılar", ana baskın üreticiler olarak kurulan siyanobakterilerle, 40-71 ° C arasındaki sıcaklıklarda nötr ve alkali termal yayların çoğunda (pH 7.0'dan büyük) yüzeyinde bulunur..

55 ° C nin üstünde fotosentetik halılar çoğunlukla tek hücreli siyanobakteriler tarafından iskan edilir. Synechococcus sp.

bakteriler

Fotosentetik mikrobiyal halılar da ağırlıklı olarak cinsin bakterileri tarafından iskan edilebilir Chloroflexus ve Roseiflexus, Chloroflexales grubunun her iki üyesi.

Siyanobakterilerle ilişkilendirildiğinde, Chloreflexus ve Roseiflexus Fotoheterotrofik koşullarda en iyi şekilde büyür.

PH asit ise, cins ortaktır Asitiosphaera, Asidiphilium, Desulfotomaculum, Hidrojenobakulum, Metilokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium ve Thermodesulfator.

Hipertermofilik kaynaklarda (72-98 ° C arası), kemolitotoutotrofik bakterilerin baskınlığına izin veren fotosentezin olmadığı bilinmektedir..

Bu organizmalar phylum Aquificae'ye aittir ve kozmopolittir; elektron alıcısı olarak hidrojen veya moleküler sülfürü oksijene okside edebilir ve indirgen trikarboksilik asit (rTCA) yolundan karbonu sabitleyebilir.

archaea

Nötr ve alkali termal ortamlarda tanımlanan ekili ve ekilmemiş archaeaların çoğu Crenarchaeota phylum'a aittir..

Türler gibi Thermofilum pendens, Thermosphaera agregaları veya Stetteria hidrojenophila Nitrosocaldus yellowstonii, 77 ° C'nin altında çoğalır ve Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta dağılımı, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis ve Ignisphaera agregaları, 80 ° C'den yüksek bir sıcaklığa sahip kaynaklarda.

Asidik ortamlarda, cinse ait archaealar vardır: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Termoplazma, Thennocladium ve Galdivirga.

ökaryotik

Nötr ve alkali kaynakların ökaryotları içinde gösterilebilir Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia ve Oramoeba Instagram Hesabındaki Resim ve Videoları funiarolia.

Asit kaynaklarında türleri bulabilirsiniz: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium veya Galdieria.

Deniz hidrotermal ortamları

2 ° C ile 400 ° C arasında değişen sıcaklıklar, inç kare başına birkaç pound (psi) 'nin üzerindeki basınç ve yüksek konsantrasyonlarda toksik hidrojen sülfit (2.8 pH), derin deniz hidrotermal menfezleri; gezegenimizdeki muhtemelen en aşırı çevre.

Bu ekosistemde, mikroplar, besin zincirinde daha düşük bir bağ olarak görev yapar, enerjilerini jeotermal ısıdan ve Dünya'nın derinliklerinde bulunan kimyasallardan alır..

Deniz hidrotermal ortamlarıyla ilişkili fauna örnekleri

Bu kaynaklarla veya deliklerle ilişkilendirilen fauna çok çeşitlidir ve farklı taksonlar arasındaki mevcut ilişkiler henüz tam olarak anlaşılmamıştır..

İzole edilen türler arasında hem bakteri hem de archaea bulunur. Örneğin, cinsin archaea izole edilmiştir Methanococcus, Methanopyus ve cinsin anaerobik termofilik bakterileri Caminibacter.

Bakteriler, amfipodlar, kopepodlar, salyangozlar, karides yengeçleri, tübüler kurtlar, balıklar ve ahtapotlar gibi birçok organizmada beslenen biyofilmlerde gelişir..

Ortak bir panorama midye birikintilerinden oluşur., Bathymodiolus thermophilus, Bazaltik lav çatlaklarına sokulmuş, uzunluğu 10 cm'den fazla olan Bunlara genellikle çok sayıda Galapagos yengeç eşlik eder.Munidopsis subsquamosa).

Bulunan en sıradışı organizmalardan biri tübüler kurt Riftia pachyptila, büyük miktarlarda gruplandırılabilir ve 2 metreye yakın boyutlara ulaşabilir.

Bu tübüler kurtçukların ağzı, midesi veya anusu yoktur (yani, sindirim sistemi yoktur); Dış ortama hiç açılmadan tamamen kapalı bir çantadırlar..

Kalemin ucundaki parlak kırmızı renk, hücre dışı hemoglobinin varlığına bağlıdır. Hidrojen sülfit, bu kalemin filamentleri ile bağlantılı hücre zarı boyunca taşınır ve hücre dışı hemoglobin vasıtasıyla, tamamen simbiyotik kemosentetik bakterilerden oluşan, trophosome adı verilen özel bir "dokuya" ulaşır..

Bu kurtların, hidrojen sülfit ile beslenen ve kurt için "yiyecek" sağlayan olağanüstü bir adaptasyon sağlayan dahili bir bakteri bahçesine sahip oldukları söylenebilir..

Sıcak tatlılar

Sıcak çöller, Dünya yüzeyinin% 14 ila 20'sini, yaklaşık 19-25 milyon km'yi kaplar..

Kuzey Afrika Sahara ve ABD'nin güneybatı çölleri, Meksika ve Avustralya gibi en sıcak çöller, kuzey Yarımküre ve Güney Yarımküre'de tropik bölgelerde bulunur (yaklaşık 10 ° - 30- 40 ° enlem).

Çöl çeşitleri

Sıcak bir çölün tanımlayıcı özelliği, kuraklıktır. Koppen-Geiger iklim sınıflandırmasına göre, çöller yıllık 250 mm'den az yağış alan bölgelerdir..

Ancak, yıllık yağış yanıltıcı bir endeks olabilir, çünkü su kaybı su bütçesinin belirleyici bir faktörüdür..

Bu nedenle, Birleşmiş Milletler Çevre Programının çöl tanımı, normal iklim koşullarında, potansiyel evapotranspirasyonun (PET), gerçek yağıştan (P) beş kat daha fazla olduğu normal iklim koşullarında yıllık bir nem eksikliğidir..

Yüksek PET'ler sıcak çöllerde hüküm sürmektedir, çünkü bulut örtüsünün olmaması nedeniyle güneş radyasyonu kurak bölgelerde maksimum seviyeye yaklaşmaktadır..

Çöller, kuraklık seviyelerine göre iki türe ayrılabilir:

  • Hyperáridos: kuraklık indeksi (P / PET) 0,05'ten az.
  • Toplamlar: 0.05 ile 0.2 arasında bir indeksle.

Çöller kurak yarı kurak topraklardan (P / PET 0.2-0.5) ve kuru nemli kuru topraklardan (0.5-0.65) ayrılır..

Çöller, güçlü sıcaklık değişimleri ve topraklarının yüksek tuzluluk dereceleri gibi diğer önemli özelliklere sahiptir..

Öte yandan, bir çöl genellikle kum tepecikleri ve kumla ilişkilendirilir, ancak bu görüntü, yalnızca hepsinin% 15-20'sine tekabül eder; kayalık ve dağlık manzaralar en sık görülen çöl ortamlarıdır.

Çölde termofilik organizma örnekleri

Termofil olan çöllerin sakinleri, diğerleri arasında yağmur, yüksek sıcaklık, rüzgar, tuzluluk eksikliğinden kaynaklanan olumsuzluklarla yüzleşmek için bir dizi adaptasyona sahiptir..

Xerofit bitkiler terlemeyi önlemek ve mümkün olduğunca fazla su depolamak için stratejiler geliştirmiştir. Sap ve yaprakların özlülüğü veya kalınlaşması, en çok kullanılan stratejilerden biridir.

Hem evapotranspirasyondan kaçınmak hem de otçulları itmek için yaprakların diken şeklinde de modifiye edildiği Cactaceae familyasında belirgindir..

Cinsiyet Lithops veya Namibya çölüne özgü taş bitkileri de, aynı zamanda mutluluğu geliştirir, ancak bu durumda, bitki kendisini çevreleyen taşlarla kamufle ederek yer seviyesinde büyür..

Öte yandan, bu aşırı habitatlarda yaşayan hayvanlar, fizyolojikten etolojiye kadar her türlü adaptasyonu geliştirir. Örneğin, sözde kanguru fareleri düşük hacimli, düşük hacimli idrara çıkma gösterir ve bu hayvanlar su kıtlığı çevrelerinde çok verimlidir..

Su kaybını azaltmak için bir başka mekanizma vücut sıcaklığındaki artıştır; örneğin, dinlenme develerinin vücut sıcaklığı yazın yaklaşık 34 ° C'den 40 ° C'ye kadar yükselebilir..

Su değişimlerinde sıcaklık değişimleri aşağıdakilerden dolayı büyük öneme sahiptir:

  • Vücut sıcaklığındaki artış, suyun suyun buharlaşması yoluyla dağılması yerine vücutta depolanması anlamına gelir. Daha sonra, gece, aşırı ısı susuz atılabilir.
  • Sıcak ortamın ısı kazancı azalır, çünkü sıcaklık gradyanı azalır.

Başka bir örnek ise kum faresidir (Psammomys obesus) Yapraklarda çok miktarda tuz içeren yalnızca Chenopodiaceae familyasının çöl bitkilerinde beslenmelerini sağlayan bir sindirim mekanizması geliştirmiştir..

Çöl hayvanlarının etolojik (davranışsal) adaptasyonları çoktur, ama belki de en belirgin olanı aktivite-dinlenme döngüsünün tersine çevrilmiş olduğu anlamına gelir.

Bu şekilde, bu hayvanlar günbatımında aktif olurlar (gece aktivitesi) ve şafakta (gündüz dinlenme) dururlar, aktif yaşamları en sıcak saatlerle çakışmaz.

referanslar

  1. Baker-Austin, C. ve Dopson, M. (2007). Asitte Yaşam: Asitofillerde pH homeostazı. Mikrobiyolojideki Eğilimler 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. ve Bjorkman, 0. (1980). Fotosentetik tepkisi ve yüksek bitkilerde sıcaklığa adaptasyonu. Bitki Fizyolojisinin Yıllık Değerlendirmesi 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Termofilik Mikroorganizmalar ve Yüksek Sıcaklıklardaki Yaşam. Springer-Verlag, New York, 378 s..
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. ve Mondaca, A.M. (2009), Şili'deki Atacama Çölü'nün volkanik kayalarına bağlı doğal bir biyofilmden arsenit oksitleyici bakteri izolasyonu. Temel Mikrobiyoloji Dergisi 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. ve Stein, J. (1998). Solucanlar aşırı sıcaklıklarda baskındır. Nature 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. ve Childress, J.J. (1992). Bazıları sıcak sever ... bazıları sıcak olsa bile. Nature 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. ve Kappen, L. (1975). Çöl bitkilerinde adaptif mekanizmalar. In: Vemberg, F.J. (ed.) Çevreye Fizyolojik Uyum. Intext Press, Platteville, LISA, s. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Sıcak Çöl Bitkilerinin Yapı-İşlev İlişkisi. Springer, Heidelberg, Almanya, 216 s.
  9. Gutterman, Y. (2002). Yıllık Çöl Bitkilerinin Hayatta Kalma Stratejileri. Springer, Berlin, Almanya, 368 s.
  10. Lutz, R.A. (1988). Organizmaların derin deniz hidrotermal deliklerinde dağılması: bir gözden geçirme. Oceanologica Yasası 8, 23-29.
  11. Lutz, R.A., Shank, T.M., Fornari, D.J., Haymon, R.M., Lilley, M.D., Von Damm, K.L. ve Desbruyeres, D. (1994). Derin deniz menfezlerinde hızlı büyüme. Nature 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. ve Cerrato, R.M. (1981). Galapagos Rifti boyunca derin deniz hidrotermal menfezlerinde bivalves büyümesi. Science 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Çöl ekosistemleri: çevre ve üreticiler. Ekolojik Sistemlerin Yıllık Gözden Geçirilmesi 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. ve Adams, M.W.W. (1998). Termofiller: Moleküler evrimin ve yaşamın kökeninin anahtarları. Taylor ve Francis, Londra, 346 s..