Kenmerken, types en voorbeelden van extremofielen



de extremofielen het zijn organismen die leven in extreme omgevingen, dat wil zeggen, die zich verwijderen van de omstandigheden waarin de meeste van de voor de mens bekende organismen leven..

De termen 'extreem' en 'extremofiel' zijn relatief antropocentrisch, omdat mensen habitats en hun bewoners evalueren, afhankelijk van wat als extreem wordt beschouwd voor ons eigen bestaan.

Daarom, wat een extreme omgeving kenmerkt, is dat het onaanvaardbare omstandigheden voor mensen biedt met betrekking tot de temperatuur, vochtigheid, zoutgehalte, licht, pH, beschikbaarheid van zuurstof, toxiciteitsniveaus, onder anderen..

Vanuit een niet-antropocentrisch perspectief kunnen mensen extremofiele wezens zijn, afhankelijk van het organisme dat hen evalueerde. Bijvoorbeeld, vanuit het oogpunt van een strikt anaëroob organisme, waarvoor zuurstof giftig is, zouden aerobe wezens (zoals mensen) extremofielen zijn. Voor de mens daarentegen zijn anaërobe organismen extremofielen.

index

  • 1 Oorsprong van de term "extremofielen"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Kenmerken van extreme omgevingen
  • 3 soorten extremofielen op de zoölogische schaal
    • 3.1 Eencellige organismen
    • 3.2 Meercellige organismen
    • 3.3 Poly-extremofielen
  • 4 Meest voorkomende soorten extreme omgevingen
    • 4.1 Extreme koude omgevingen
    • 4.2 Extreme hitte-omgevingen
    • 4.3 Omgevingen met extreme druk
    • 4.4 Extreme zure en basische omgevingen
    • 4.5 Hypersaline en anoxische omgevingen
    • 4.6 Hoge stralingsomgevingen
    • 4.7 Antropogene doeleinden
  • 5 Overgangen en ecotones
  • 6 Dieren en planten met verschillende stadia of fasen
    • 6.1 Planten
    • 6.2 Dieren
  • 7 Referenties

Oorsprong van de term "extremofielen"

Momenteel definiëren we als "uitersten" een groot aantal omgevingen binnen en buiten de planeet Aarde en we ontdekken constant organismen die niet alleen in staat zijn om te overleven, maar ook om in veel van hen op grote schaal te gedijen.

R. D. Macelroy

In 1974, R.D. MacElroy voorgesteld de term "extremofielen" naar deze organismen met optimale groei en ontwikkeling onder extreme omstandigheden te definiëren, in tegenstelling tot de mesofiele organismen die groeien in omgevingen tussenproduct omstandigheden.

Volgens Macelroy:

"Extremófilo is een beschrijvend middel voor organismen die in een omgeving kunnen leven die vijandig staat tegenover mesofielen, of organismen die alleen in intermediaire omgevingen groeien".

Er zijn twee basisgraden van extremisme in organismen: die kunnen tolereren een extreme omgevingsconditie en dominant worden over anderen; en degenen die groeien en ontwikkelen optimaal onder extreme omstandigheden.

Kenmerken van extreme omgevingen

De naam van een omgeving zoals "end" reageert op een menselijke constructie, gebaseerd op overwegingen van de distale einden van de basislijn van een bepaalde omgevingsconditie (temperatuur, zoutgehalte, straling, enz.), Waardoor menselijke overleving.

Deze denominatie moet echter gebaseerd zijn op bepaalde kenmerken van een omgeving, vanuit het perspectief van het organisme dat het bewoont (in plaats van het menselijke perspectief).

Deze kenmerken omvatten: biomassa, productiviteit, biodiversiteit (aantal soorten en representatie van hogere taxa), diversiteit van processen in ecosystemen en specifieke aanpassingen aan de omgeving van het betreffende organisme.

De optelsom van al deze kenmerken geeft de extreme toestand van een omgeving aan. Een extreme omgeving is bijvoorbeeld een omgeving die over het algemeen presenteert:

  • Lage biomassa en productiviteit
  • Voorspoed van archaïsche levensvormen
  • Afwezigheid van superieure levensvormen
  • Afwezigheid van fotosynthese en stikstoffixatie maar de afhankelijkheid van andere metabole routes en fysiologische, metabole, morfologische en / of levenscyclusspecifieke aanpassingen.

Soorten extremofielen op de zoölogische schaal

Eencellige organismen

De term extremofiel verwijst vaak naar prokaryoten, zoals bacteriën, en wordt soms door elkaar gebruikt met Archaea..

Er is echter een grote verscheidenheid aan extremofiele organismen en onze kennis van fylogenetische diversiteit in extreme habitats neemt bijna dagelijks toe.

We weten bijvoorbeeld dat alle hyperthermofielen (warmteminnende) lid zijn van Archaea en Bacteria. Eukaryoten komen veel voor bij psychrofiele (koudeminnende), acidofiele (liefhebbers lage pH), alkalofiele (lovers hoge pH), xerofiele (liefhebbers droge omgevingen) en halophilic (zoutminnende).

Meercellige organismen

Meercellige organismen, zoals ongewervelde dieren en gewervelde dieren, kunnen ook extremofielen zijn.

Bijvoorbeeld, sommige psychrofiel omvatten een klein aantal kikkers, schildpadden en een slang, die in de winter te voorkomen intracellulaire bevriezen in hun weefsels accumuleren osmolyten in het cytoplasma en het laten bevriezen van alleen het extracellulaire water (buitenste cellen).

Een ander voorbeeld is het geval van de Antarctische nematode Panagrolaimus davidi, die kan overleven intracellulair bevriezen (water bevriezen in uw cellen), kan groeien en reproduceren na ontdooien.

Ook de vis van de familie Channichthyidae, bewoners van de koude wateren van de Zuidpool en het zuiden van het Amerikaanse continent, gebruiken antivries-eiwitten om hun cellen te beschermen tegen hun volledige bevriezing.

Polyextremophile

Poly-extremofielen zijn organismen die tegelijkertijd meer dan één extreme conditie kunnen overleven en daarom in alle extreme omgevingen algemeen voorkomen.

Bijvoorbeeld woestijnplanten die zowel extreme hitte overleven, beperkte beschikbaarheid van water en vaak een hoog zoutgehalte.

Een ander voorbeeld zijn de dieren in de zeebodem, die in staat zijn om hoge drukken te weerstaan, zoals het gebrek aan licht en gebrek aan voedingsstoffen, onder andere..

Meest voorkomende soorten extreme omgevingen

Traditioneel worden extreme omgevingsfactoren gedefinieerd op basis van abiotische factoren, zoals:

  • temperatuur.
  • Beschikbaarheid van water.
  • druk.
  • pH.
  • zoutheid.
  • Zuurstofconcentratie.
  • Stralingsniveaus.

Evenzo worden extremofielen beschreven op basis van extreme omstandigheden die dit ondersteunen.

De belangrijkste extreme omgevingen die we herkennen aan hun abiotische omstandigheden zijn:

Extreme koude omgevingen

Extreem koude omgevingen zijn die die worden onderhouden of vaak vallen gedurende perioden (kort of lang) met temperaturen onder 5 ° C. Deze omvatten landpalen, bergachtige regio's en enkele diepzeehabitats. Zelfs sommige zeer hete woestijnen gedurende de dag hebben 's nachts zeer lage temperaturen.

Er zijn andere organismen die in de cryosfeer leven (waar het water zich in een vaste toestand bevindt). Bijvoorbeeld, organismen die in ijsmatrices leven, permafrost, onder permanente of periodieke sneeuwbedekking, moeten meerdere extremen tolereren, waaronder koude, uitdroging en hoge niveaus van straling.

Extreme hitteomgevingen

Extreem hete habitats zijn die die blijven of periodiek temperaturen boven 40 ° C bereiken. Bijvoorbeeld hete woestijnen, geothermische sites en diep water hydrothermale ventilatieopeningen.

Vaak geassocieerd zij met extreme hoge temperatuur omgevingen waar water beschikbaar is zeer beperkt is (of aanhoudend reguliere speeltijd periodes), zoals warme en koude woestijnen, en sommige endolithic habitats (die gevestigd zijn op de rotsen).

Omgevingen met extreme druk

Andere omgevingen zijn onderhevig aan hoge hydrostatische druk, zoals de bentische zones van oceanen en diepe meren. In deze diepten moeten de bewoners bestand zijn tegen drukken van meer dan 1000 atmosfeer.

Als alternatief zijn er hypobarische extremen (van lage atmosferische druk), in bergen en in andere hoge delen van de wereld.

Extreme zure en alkalische omgevingen

Over het algemeen zijn extreem zure omgevingen degene die waarden onder pH 5 handhaven of regelmatig bereiken.

Lage pH verhoogt in het bijzonder de "extreme" toestand van een omgeving, omdat het de oplosbaarheid van de aanwezige metalen verhoogt en de organismen die erin leven moeten worden aangepast om meerdere abiotische uitersten te weerstaan.

Omgekeerd zijn extreem basische omgevingen die die blijven of regelmatig pH-waarden boven 9 registreren..

Voorbeelden van extreme pH-omgevingen zijn meren, grondwater en bodem, sterk zuur of basisch.

Hypersaline en anoxische omgevingen

Hypersaline omgevingen worden gedefinieerd als die met zoutconcentraties hoger dan die van zeewater, dat 35 delen per duizend heeft. Deze omgevingen omvatten hypersaline en zoute meren.

Met "zoutoplossing" bedoelen we niet alleen het zoutgehalte door natriumchloride, omdat er zoutrijke omgevingen kunnen zijn waar het overheersende zout een andere is.

Habitats met beperkte vrije zuurstof (hypoxisch) of geen zuurstof (anoxisch), hetzij persistent, hetzij met regelmatige tussenpozen, worden ook als extreem beschouwd. Omgevingen met deze kenmerken zijn bijvoorbeeld de anoxische bekkens in oceanen en meren en de diepste sedimentlagen.

Hoge stralingsomgevingen

Ultraviolette (UV) of infrarode (IR) straling kan ook extreme omstandigheden aan organismen opleggen. Extreme omgevingen in straling zijn die blootgesteld aan abnormaal hoge straling of straling buiten het normale bereik. Bijvoorbeeld polaire omgevingen en grote hoogte (terrestrische als in het water levende).

Phaeocystis pouchetii

Sommige soorten vertonen ontwijkingsmechanismen van hoge UV- of IR-straling. Bijvoorbeeld Antarctisch zeewier Phaeocystis pouchetii produceert "zonnefilters" wateroplosbaar, dat sterk absorbeert lengten UV-B (280-320nm) wave en de cellen tegen extreem hoge UV-B in het bovenste 10 m waterkolom (na het breken van het zee-ijs).

Deinococcus radiodurans

Andere organismen zijn zeer tolerant voor ioniserende straling. Bijvoorbeeld de bacterie Deinococcus radiodurans kan zijn genetische integriteit behouden door te compenseren voor uitgebreide DNA-schade na blootstelling aan ioniserende straling.

Deze bacterie gebruikt intercellulaire mechanismen om afbraak te beperken en de diffusie van DNA-fragmenten te beperken. Bovendien heeft het zeer efficiënte DNA-reparatie-eiwitten.

Astyanax hubbsi

Zelfs in omgevingen met schijnbaar lage straling of zonder straling, worden extremofiele organismen aangepast om te reageren op veranderingen in stralingsniveaus.

Bijvoorbeeld, Astyanax hubbsi, een blinde Mexicaanse vis die grotten bewoont, geen oppervlakkige waarneembare oculaire structuren vertoont en toch kleine verschillen in omgevingslicht kan onderscheiden. Ze gebruiken extraoculaire fotoreceptoren om visuele stimuli in beweging te detecteren en erop te reageren.

Antropogene doelen

We leven momenteel in een omgeving waar extreme milieuomstandigheden worden opgelegd, kunstmatig gegenereerd als een effect van menselijke activiteiten.

De zogenaamde omgevingen met antropogene impact zijn zeer gevarieerd, hebben een wereldwijd bereik en kunnen niet langer worden genegeerd bij het definiëren van bepaalde extreme omgevingen..

Bijvoorbeeld omgevingen die worden beïnvloed door vervuiling (atmosferisch, water en bodem) -zoals klimaatverandering en zure regen-, winning van natuurlijke hulpbronnen, fysieke verstoring en overexploitatie.

Overgangen en ecotones

Naast de hierboven genoemde extreme omgevingen zijn terrestrische ecologen zich altijd bewust geweest van de speciale aard van overgangszones tussen twee of meer verschillende gemeenschappen of omgevingen, zoals de rij bomen in de bergen of de grens tussen bossen en graslanden. . Dit worden spanriemen of ecotonen genoemd.

Ecotonen bestaan ​​ook in de mariene omgeving, bijvoorbeeld de overgang tussen ijs en water vertegenwoordigd door de rand van zee-ijs. Deze overgangszones vertonen doorgaans een grotere soortendiversiteit en biomassadichtheid dan de flankerende gemeenschappen, grotendeels omdat de organismen die erin leven voordeel kunnen halen uit de hulpbronnen van aangrenzende omgevingen, wat hen een voordeel kan opleveren.

Ecotonen veranderen echter voortdurend en zijn dynamische regio's, die vaak een breder scala aan variaties in abiotische en biotische omstandigheden vertonen over een jaarlijkse periode dan aangrenzende omgevingen..

Dit kan redelijkerwijs als "extreem" worden beschouwd, omdat het vereist dat organismen voortdurend hun gedrag, fenologie (seizoensgebonden tijd) en interacties met andere soorten aanpassen..

Soorten die aan beide zijden van de ecotone leven, zijn vaak toleranter ten opzichte van de dynamiek, terwijl soorten waarvan het bereik beperkt is tot één kant, de andere kant als extreem ervaren..

Over het algemeen worden deze overgangszones ook vaak het eerst beïnvloed door veranderingen in het klimaat en / of veranderingen, zowel natuurlijke als antropogene.

Dieren en planten met verschillende stadia of fasen

Niet alleen zijn omgevingen dynamisch, ze kunnen extreem zijn of niet, maar organismen zijn ook dynamisch en hebben levenscycli met verschillende stadia, aangepast aan bepaalde milieuomstandigheden.

Het kan gebeuren dat de omgeving die een van de fasen van de levenscyclus van een organisme ondersteunt, extreem is voor een ander stadium.

planten

Bijvoorbeeld, de kokosnoot (Cocos nucifera), presenteert een zaad aangepast voor transport over zee, maar de volwassen boom groeit op het land.

In spor dragende vasculaire planten, zoals varens en verschillende soorten mossen, kan het gametofyt vrij zijn van fotosynthetische pigmenten, geen wortels hebben en afhankelijk zijn van omgevingsvochtigheid.

Terwijl de sporofieten wortelstokken, wortels en knoppen hebben die bestand zijn tegen hitte en droogte in de volle zon. Het verschil tussen sporofyten en gametofyten is in dezelfde volgorde als verschillen tussen taxa.

dieren

Een zeer dichtbij voorbeeld zijn de juveniele stadia van vele soorten, die over het algemeen niet tolerant zijn voor de omgeving die de volwassene meestal omgeeft, dus ze hebben meestal bescherming en zorg nodig tijdens de periode waarin ze de vaardigheden en sterke punten verwerven die ze nodig hebben. sta toe om met deze omgevingen om te gaan.

referenties

  1. Kohshima, S. (1984). Een nieuw koudetolerant insect gevonden in een Himalaya-gletsjer. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Enkele opmerkingen over de evolutie van extremofielen. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. en Kelly, G.J. (1991) UV-B beschermende verbindingen in de zeealgen Phaeocystis pouchetti van Antarctica. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Honderd jaar geleden Dunaliella onderzoek: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. en Mancinelli, R.L. (2001). Leven in extreme omgevingen. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. en Zillig, W. (1995). Lite bij extreem lage pH. Nature 375, 741-742.
  7. Verdiepte, K.B. en Storey, J.M. (1996). Natuurlijke bevriezingsoverleving bij dieren. Jaaroverzicht van ecologie en systematiek 27, 365-386.
  8. Teyke, T. en Schaerer, S. (1994) Blinde Mexicaanse grotvis (Astyanax hubbsi) reageerde op bewegende visuele stimuli. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. en Somero, G.N. (1982). Leven met waterstress: evolutie van osmolytische systemen. Science 217, 1214-1222.