EXTREMOPHILES: EGENSKAPER, TYPER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

De extremophiles er organismer som lever i ekstreme miljøer, det vil si de som avviker fra forholdene der de bor mest kjente organismer av mennesker.

Begrepene "ekstrem" og "ekstremofil" er relativt antroposentriske, fordi mennesker vurderer naturtyper og deres innbyggere, basert på hva som vil anses som ekstreme for vår egen eksistens.

Figur 1. Tardigrades, en filum kjent for sin evne til å overleve i veldig røffe omgivelser. Kilde: Willow Gabriel, Goldstein Lab, via Wikimedia Commons

På grunn av det nevnte er det som kjennetegner et ekstremt miljø at det presenterer utålelige forhold for mennesker angående temperatur, fuktighet, saltholdighet, lys, pH, oksygentilgjengelighet, giftighetsnivåer, blant andre.

Fra et ikke-antroposentrisk perspektiv kan mennesker være ekstremofile, avhengig av organismen som evaluerte dem. For eksempel, med tanke på en streng anaerob organisme, som oksygen er giftig for, ville aerobe vesener (som mennesker) være ekstremofile. For mennesket, tvert imot, anaerobe organismer, er ekstremofile.

Opprinnelsen til begrepet "Extremophiles"

Vi definerer for øyeblikket som "ekstreme" mange miljøer i og utenfor planeten Jorden, og vi oppdager stadig organismer som er i stand til ikke bare å overleve, men også til å trives i mange av dem.

RD Macelroy

I 1974 foreslo RD Macelroy uttrykket "Extremophiles" for å definere disse organismer som viser optimal vekst og utvikling under ekstreme forhold, i motsetning til mesofile organismer, som vokser i miljøer med mellomliggende forhold.

I følge Macelroy:

"Ekstremofil er en beskrivende beskrivelse for organismer som er i stand til å befolke miljøer som er fiendtlige mot mesofile, eller organismer som bare vokser i mellommiljøer."

Det er to grunnleggende grader av ekstremisme i organismer: de som tåler en ekstrem miljøtilstand og blir dominerende over andre; og de som vokser og utvikler seg optimalt under ekstreme forhold.

Kjennetegn på ekstreme miljøer

Betegnelsen på et miljø som "ekstrem" svarer til en antropogen konstruksjon, basert på hensynet til de fjerne ytterpunktene i grunnlinjen til en viss miljøtilstand (temperatur, saltholdighet, stråling, blant andre), noe som tillater menneskelig overlevelse.

Imidlertid må dette navnet være basert på visse kjennetegn ved et miljø, fra perspektivet til organismen som bor i den (i stedet for det menneskelige perspektivet).

Disse egenskapene inkluderer: biomasse, produktivitet, biologisk mangfold (antall arter og representasjon av høyere taxa), mangfold av prosesser i økosystemer og spesifikke tilpasninger til miljøet til den aktuelle organismen.

Summen av alle disse egenskapene betegner den ekstreme tilstanden til et miljø. For eksempel er et ekstremt miljø et generelt sett:

• Lav biomasse og produktivitet
• Overvekt av arkaiske livsformer
• Fravær av høyere livsformer
• Fravær av fotosyntese og nitrogenfiksering, men avhengighet av andre metabolske veier og spesifikke fysiologiske, metabolske, morfologiske og / eller livssyklustilpasninger.

Typer ekstremofiler på zoologisk skala

Enscellulære organismer

Begrepet Extremophilic refererer ofte til prokaryoter, for eksempel bakterier, og brukes noen ganger om hverandre med Archaea.

Imidlertid er det et bredt utvalg av ekstremofile organismer, og kunnskapen vår om det fylogenetiske mangfoldet i ekstreme naturtyper øker nesten daglig.

Vi vet for eksempel at alle hypertermofiler (varmeelskere) er medlemmer av Archaea og Bacteria. Eukaryoter er vanlige blant psykrofiler (elskere av kulde), acidofile (elskere av lav pH), alkalofile (elskere av høy pH), xerofiler (elskere av tørre miljøer) og halofile (elskere av salt).

Figur 2. Den varme våren i Yellowstone nasjonalpark i USA, de lyse fargene som disse fjærene skaffer seg er relatert til spredning av termofile bakterier. Kilde: Jim Peaco, National Park Service, via Wikimedia Commons

Flercellede organismer

Flercellede organismer, som virvelløse dyr og virveldyr, kan også være ekstremofile.

For eksempel inkluderer noen psykrofiler et lite antall frosker, skilpadder og en slange, som i løpet av vinteren unngår intracellulær frysing i vevene deres, akkumulerer osmolytter i cellecytoplasma og bare tillater frysing av ekstracellulært vann (utenfor celler) .

Et annet eksempel er tilfellet med den antarktiske nematoden Panagrolaimus davidi, som kan overleve intracellulær frysing (frysing av vannet i cellene) og kunne vokse og reprodusere seg etter tining.

Også fiskene fra familien Channichthyidae, innbyggere i det kalde vannet i Antarktis og sør på det amerikanske kontinentet, bruker frostvæskeproteiner for å beskytte cellene mot fullstendig frysing.

Poly-extremophiles

Poly-ekstremofile er organismer som kan overleve mer enn en ekstrem tilstand på samme tid, og dermed være vanlige i alle ekstreme miljøer.

For eksempel ørkenplanter som overlever ekstrem varme så vel som begrenset vanntilgjengelighet, og ofte høy saltholdighet.

Et annet eksempel er dyrene som bor på havbunnen, som er i stand til å motstå svært høyt trykk, som mangel på lys og mangel på næringsstoffer, blant andre.

Vanlige typer ekstreme miljøer

Miljøekstremer er tradisjonelt definert basert på abiotiske faktorer, for eksempel:

• Temperatur.
• Vanntilgjengelighet.
• Press.
• pH.
• Saltholdighet.
• Oksygenkonsentrasjon.
• Strålingsnivåer.

Ekstremofile er beskrevet på samme måte på bakgrunn av de ekstreme forholdene de tåler.

De viktigste ekstreme miljøene som vi kan gjenkjenne i henhold til deres abiotiske forhold, er:

Ekstreme kalde omgivelser

Ekstremt kalde miljøer er de som vedvarer eller faller ofte i perioder (kort eller lang) med temperaturer under 5 ° C. Disse inkluderer jordens poler, fjellrike områder og noen naturtyper i dyphavet. Selv noen veldig varme ørkener i løpet av dagen har veldig lave temperaturer om natten.

Det er andre organismer som lever i kryosfæren (der vann er i fast tilstand). For eksempel må organismer som lever i ismatriser, permafrost, under permanente eller periodiske snødekker, tåle flere ytterpunkter, inkludert kulde, uttørking og høye nivåer av stråling.

Ekstreme varmemiljøer

Ekstremt varme leveområder er de som forblir eller periodevis når temperaturer over 40 ° C. For eksempel varme ørkener, geotermiske steder og vannhull på dypt hav.

De er ofte assosiert med ekstreme høye temperaturer, miljøer der tilgjengelig vann er svært begrenset (vedvarende eller i regelmessige perioder), for eksempel varme og kalde ørkener, og noen endolittiske naturtyper (finnes i steiner).

Ekstreme trykkmiljøer

Andre miljøer er utsatt for høyt hydrostatisk trykk, for eksempel bentiske soner i hav og dype innsjøer. På disse dypene må innbyggerne tåle et trykk som er større enn 1000 atmosfærer.

Alternativt er det hypobariske ytterpunkter (med lavt atmosfærisk trykk), i fjell og i andre høye regioner i verden.

Figur 3. Marine fumaroles eller hydrotermiske ventilasjonsåpninger. Eksempel på et ekstremt miljø bebodd av et helt samfunn av organismer, der det er høyt trykk og temperatur, samt svovelutslipp. Kilde: NOAA, via Wikimedia Commons

Ekstreme syre- og alkaliske miljøer

Generelt er ekstremt sure miljøer de som opprettholder eller regelmessig når verdier under pH 5.

Spesielt lav pH øker den "ekstreme" tilstanden i et miljø, siden det øker løseligheten av metaller som er til stede, og organismer som lever i dem, må tilpasses for å møte flere abiotiske ytterpunkter.

Motsatt er ekstremt alkaliske miljøer de som er igjen eller regelmessig registrerer pH-verdier over 9.

Eksempler på ekstreme pH-miljøer inkluderer innsjøer, grunnvann og svært sure eller basiske jordarter.

Figur 4. Dverghummeren (Munidopsis polymorpha), en huleboer og endemisk til øya Lanzarote, Kanariøyene. Blant de typiske tilpasningene til denne typen ekstreme hulemiljøer er: reduksjon i størrelse, blekhet og blindhet. Kilde: flickr.com/photos//5582888539

Hypersaline og anoksiske miljøer

Hypersaline miljøer er definert som de med saltkonsentrasjon større enn sjøvann, som har 35 deler promille. Disse miljøene inkluderer hypersaline og saltvannssjøer.

Med "saltvann" refererer vi ikke bare til saltholdighet på grunn av natriumklorid, siden det kan være saltmiljøer der det dominerende saltet er noe annet.

Figur 5. Rosa farge på vannet i Salina Las Cumaraguas, Falcón delstat i Venezuela. Den rosa fargen er et produkt av en alge som kalles Dunaliella salina, og som er i stand til å motstå høye konsentrasjoner av natriumklorid i saltvann. Kilde: HumbRios, fra Wikimedia Commons

Habitater med begrenset fritt oksygen (hypoksisk) eller ingen oksygen til stede (anoksisk), verken vedvarende eller med jevne mellomrom, regnes også som ekstreme. For eksempel vil miljøer med disse egenskapene være de anoksiske bassengene i hav og innsjøer, og de dypere sedimentlagene.

Figur 6. Artemia monica, et krepsdyr som bor i Mono Lake, i California (USA), et saltvannsmiljø (natriumbikarbonat) og høy pH. Kilde: photolib.noaa.gov

Miljøer med høy stråling

Ultraviolett (UV) eller infrarød (IR) stråling kan også påføre organismer ekstreme forhold. Ekstreme strålingsmiljøer er de som er utsatt for unormalt høy stråling eller stråling utenfor normalområdet. For eksempel polare og høye høydemiljøer (terrestriske og akvatiske).

Phaeocystis pouchetii

Noen arter viser unnvikende mekanismer for høy UV- eller IR-stråling. For eksempel produserer den antarktiske tang Phaeocystis pouchetii vannløselige "solkremer" som sterkt absorberer UV-B-bølgelengder (280-320nm) og beskytter cellene mot ekstremt høye nivåer av UV-B innen 10 meter. øvre vannsøyle (etter havispause).

Deinococcus radiodurans

Andre organismer er veldig tolerante for ioniserende stråling. For eksempel kan bakterien Deinococcus radiodurans bevare sin genetiske integritet ved å kompensere for omfattende DNA-skader etter eksponering for ioniserende stråling.

Denne bakterien bruker intercellulære mekanismer for å begrense nedbrytning og begrense diffusjonen av DNA-fragmenter. I tillegg har den svært effektive DNA-reparasjonsproteiner.

Astyanax hubbsi

Selv i miljøer med tilsynelatende lav eller ingen stråling, er ekstremofile organismer tilpasset for å svare på endringer i strålingsnivå.

For eksempel har Astyanax hubbsi, en meksikansk huleboligblindfisk, ingen overfladisk synlige okulære strukturer, men kan likevel skille små forskjeller i omgivelseslys. De bruker ekstraokulære fotoreseptorer for å oppdage og svare på bevegelige visuelle stimuli.

Figur 7. Blind fisk av slekten Astyanax, huleboer. Kilde: Shizhao, fra Wikimedia Commons

Antropogene ytterpunkter

Vi lever for tiden i et miljø der ekstreme miljøforhold er pålagt, kunstig generert som en effekt av menneskelige aktiviteter.

De såkalte antropogene påvirkningsmiljøene er ekstremt varierte, globale i omfang, og kan ikke lenger ignoreres når man definerer visse ekstreme miljøer.

For eksempel miljøer som er påvirket av forurensning (atmosfærisk, vann og jord), som klimaendringer og sur nedbør, utvinning av naturressurser, fysisk forstyrrelse og overutnyttelse.

Overganger og økotoner

I tillegg til de ekstreme miljøene som er nevnt over, har jordekologer alltid vært klar over overgangssonens spesielle natur mellom to eller flere forskjellige samfunn eller miljøer, for eksempel tregrensen i fjell eller grensen mellom skog og gressletter. . Disse kalles spennbelter eller økotoner.

Økotoner finnes også i det marine miljøet, for eksempel overgangen mellom is og vann representert ved kanten av havisen. Disse overgangssonene viser typisk større artsmangfold og biomassetetthet enn de flankerende samfunnene, i stor grad fordi organismer som lever i dem kan dra nytte av ressursene i de tilstøtende miljøene, noe som kan gi dem en fordel.

Imidlertid er økotoner kontinuerlig i endring og dynamiske regioner, som ofte viser et bredere spekter av variasjoner i abiotiske og biotiske forhold over en årlig periode enn tilstøtende miljøer.

Dette kan med rimelighet anses som "ekstremt" fordi det krever at organismer kontinuerlig tilpasser sin oppførsel, fenologi (sesongvær) og interaksjoner med andre arter.

Arter som lever på begge sider av økotonen er ofte mer tolerante for dynamikk, mens arter hvis rekkevidde er begrenset til den ene siden, opplever den andre siden som ekstreme.

Generelt er disse overgangssonene ofte de første som blir påvirket av endringer i klima og / eller forstyrrelser, både naturlige og menneskeskapte.

Dyr og planter med forskjellige stadier eller faser

Miljøer er ikke bare dynamiske og er kanskje ikke ekstreme, men organismer er også dynamiske og har livssykluser med forskjellige stadier, tilpasset spesielle miljøforhold.

Det kan hende at miljøet som støtter et av stadiene i livssyklusen til en organisme er ekstremt for et annet av stadiene.

planter

For eksempel har kokosnøtten (Cocos nucifera) et frø tilpasset transport til sjøs, men det modne treet vokser på land.

I vaskulære sporbærende planter, som bregner og forskjellige typer moser, kan gametofytten være blottet for fotosyntetiske pigmenter, har ingen røtter og er avhengig av miljøfuktighet.

Mens sporofytter har jordstengler, røtter og skudd som tåler varme og tørre forhold i full sollys. Forskjellen mellom sporofytter og gametofytter er i samme rekkefølge som forskjellene mellom taxa.

dyr

Et veldig nært eksempel er ungdomsstadiene til mange arter, som generelt er intolerante for miljøet som vanligvis omgir voksen, så de trenger vanligvis beskyttelse og omsorg i den perioden de tilegner seg ferdighetene og styrkene de trenger. tillat å takle disse miljøene.

referanser

1. Kohshima, S. (1984). Et nytt kaldtolerant insekt som finnes i en Himalaya-isbre. Naturen 310, 225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Noen kommentarer om ekstremefiles utvikling. Biosystems, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT og Kelly, GJ (1991) UV-B-beskyttende forbindelser i den marine algen Phaeocystis pouchetti fra Antarktis. Marine Biologi 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Hundre år med Dunaliella-forskning: 1905-2005. Saltvannssystemer 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ og Mancinelli, RL (2001). Livet i ekstreme miljøer. Naturen 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. og Zillig, W. (1995). Lite ved ekstremt lav pH. Naturen 375, 741-742.
7. Storey, KB og Storey, JM (1996). Naturlig fryseoverlevelse hos dyr. Årlig gjennomgang av økologi og systematikk 27, 365-386.
8. Teyke, T. og Schaerer, S. (1994) Blind meksikansk hulefisk (Astyanax hubbsi) reagerer på bevegelige visuelle stimuli. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD og Somero, GN (1982). Å leve med vannspenning: evolusjon av osmolyttesystemer. Vitenskap 217, 1214-1222.