Thermophiles đặc trưng, ​​phân loại và môi trường



các thermophiles là một kiểu con của các sinh vật cực đoan được đặc trưng bởi chịu đựng nhiệt độ cao, từ 50 ° C đến 75 ° C, bởi vì trong những môi trường khắc nghiệt này, các giá trị nhiệt độ này được duy trì hoặc do chúng thường xuyên đạt được.

Các sinh vật ưa nhiệt thường là vi khuẩn hoặc vi khuẩn cổ, tuy nhiên, có metazoans (sinh vật nhân chuẩn là dị dưỡng và mô), cũng phát triển ở những nơi nóng.

Các sinh vật biển cũng được biết rằng, liên quan đến sự cộng sinh với vi khuẩn ưa nhiệt, có thể thích nghi với nhiệt độ cao này và chúng cũng đã phát triển các cơ chế sinh hóa như hemoglobin biến đổi, lượng máu cao, trong số những loại khác, cho phép chúng dung nạp độc tính của sulfide và các hợp chất. của lưu huỳnh.

Người ta tin rằng prokaryote ưa nhiệt là những tế bào đơn giản đầu tiên trong quá trình tiến hóa của sự sống và chúng sinh sống ở những nơi có hoạt động núi lửa và mạch nước phun trong đại dương.

Ví dụ về loại sinh vật ưa nhiệt này là những sinh vật sống gần lỗ thông thủy nhiệt hoặc fumarole ở đáy đại dương, chẳng hạn như vi khuẩn methanogen (nhà sản xuất metan) và annelids. Riftia pachyptila.

Các môi trường sống chính nơi sinh vật ưa nhiệt có thể được tìm thấy là:

  • Môi trường thủy nhiệt trên cạn.
  • Môi trường thủy nhiệt biển.
  • Sa mạc nóng.

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm của sinh vật ưa nhiệt
    • 1.1 Đặc điểm nổi bật của sinh vật ưa nhiệt
  • 2 Phân loại sinh vật ưa nhiệt
  • 3 sinh vật ưa nhiệt và môi trường của chúng
    • 3.1 Môi trường thủy nhiệt trên cạn
    • 3.2 Ví dụ về các sinh vật sống trong môi trường thủy nhiệt trên cạn
    • 3.3 Vi khuẩn
    • 3,4 vòm
    • 3.5 Sinh vật nhân chuẩn
    • 3.6 Môi trường thủy nhiệt biển
    • 3.7 Ví dụ về hệ động vật liên quan đến môi trường thủy nhiệt biển
    • 3,8 sa mạc nóng
    • 3.9 Các loại sa mạc
    • 3.10 Ví dụ về các sinh vật sa mạc ưa nhiệt
  • 4 tài liệu tham khảo

Đặc điểm của sinh vật ưa nhiệt

Nhiệt độ: yếu tố phi sinh học quan trọng cho sự phát triển của vi sinh vật

Nhiệt độ là một trong những yếu tố môi trường quan trọng tạo điều kiện cho sự phát triển và sinh tồn của sinh vật. Mỗi loài có một phạm vi nhiệt độ giữa nó có thể tồn tại, tuy nhiên, nó có sự tăng trưởng và phát triển tối ưu ở nhiệt độ cụ thể.

Tốc độ tăng trưởng của mỗi sinh vật có thể được biểu thị bằng đồ họa so với nhiệt độ, đạt được các giá trị tương ứng với nhiệt độ tới hạn quan trọng (tối thiểu, tối ưu và tối đa)..

Nhiệt độ tối thiểu

Trong nhiệt độ tối thiểu của sự phát triển của một sinh vật, sự giảm tính lưu động của màng tế bào xảy ra và các quá trình vận chuyển và trao đổi vật liệu, như sự xâm nhập của các chất dinh dưỡng và thoát ra các chất độc hại có thể dừng lại.

Giữa nhiệt độ tối thiểu và nhiệt độ tối ưu, tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật tăng lên.

Nhiệt độ tối ưu

Ở nhiệt độ tối ưu, các phản ứng trao đổi chất xảy ra với hiệu quả tối đa có thể.

Nhiệt độ tối đa

Trên nhiệt độ tối ưu, có sự giảm tốc độ tăng trưởng đến nhiệt độ tối đa có thể được chấp nhận bởi mỗi sinh vật.

Ở nhiệt độ cao này, các protein cấu trúc và chức năng bị biến tính và bất hoạt như các enzyme, vì chúng mất cấu hình hình học và cấu hình không gian đặc biệt, màng tế bào chất bị phá vỡ và sự phá vỡ nhiệt hoặc vỡ do nhiệt.

Mỗi vi sinh vật có nhiệt độ hoạt động và phát triển tối thiểu, tối ưu và tối đa. Thermophiles có giá trị đặc biệt cao ở ba nhiệt độ này.

Đặc điểm nổi bật của sinh vật ưa nhiệt

  • Các sinh vật ưa nhiệt có tốc độ tăng trưởng cao, nhưng thời gian sống ngắn.
  • Chúng có nhiều lipit hoặc chất béo bão hòa chuỗi dài trong màng tế bào; loại chất béo bão hòa này có khả năng hấp thụ nhiệt và chuyển sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ cao (tan chảy) mà không bị phá hủy.
  • Các protein cấu trúc và chức năng của nó rất bền với nhiệt (chịu nhiệt), thông qua các liên kết cộng hóa trị và các lực liên phân tử đặc biệt gọi là lực phân tán của London.
  • Chúng cũng có các enzyme đặc biệt để duy trì chức năng trao đổi chất ở nhiệt độ cao.
  • Người ta biết rằng các vi sinh vật ưa nhiệt này có thể sử dụng sunfua và các hợp chất lưu huỳnh dồi dào trong các khu vực núi lửa, làm nguồn dinh dưỡng để chuyển đổi chúng thành chất hữu cơ.

Phân loại sinh vật ưa nhiệt

Các sinh vật ưa nhiệt có thể được chia thành ba loại chính:

  • Thermophiles vừa phải, (tối ưu trong khoảng 50-60 ° C).
  • Thermophiles cực đoan (tối ưu gần 70 ° C).
  • Hyperthermophiles (tối ưu gần 80 ° C).

Các sinh vật ưa nhiệt và môi trường của chúng

Môi trường thủy nhiệt trên cạn

Các trang web thủy nhiệt là đáng ngạc nhiên phổ biến và phân phối rộng rãi. Chúng có thể được chia thành các khu vực liên quan đến các khu vực núi lửa và những khu vực không có..

Môi trường thủy nhiệt có nhiệt độ cao nhất thường liên quan đến các đặc điểm núi lửa (nồi hơi, đứt gãy, ranh giới mảng kiến ​​tạo, lưu vực hồ quang sau), cho phép magma tăng lên độ sâu nơi nó có thể tương tác trực tiếp với nước ngầm sâu.

Các điểm nóng cũng thường đi kèm với các đặc điểm khác làm cho cuộc sống khó khăn, chẳng hạn như pH, chất hữu cơ, thành phần hóa học và độ mặn cực cao..

Các cư dân của môi trường thủy nhiệt trên mặt đất, do đó, tồn tại trong sự hiện diện của một số điều kiện khắc nghiệt. Những sinh vật này được gọi là polyextramophiles.

Ví dụ về các sinh vật sống trong môi trường thủy nhiệt trên cạn

Các sinh vật thuộc ba miền (sinh vật nhân chuẩn, vi khuẩn và vi khuẩn cổ) đã được xác định trong môi trường thủy nhiệt trên cạn. Sự đa dạng của các sinh vật này được xác định chủ yếu bởi nhiệt độ.

Trong khi một loạt các loài vi khuẩn sống trong môi trường ưa nhiệt vừa phải, quang tự dưỡng có thể thống trị cộng đồng vi sinh vật và hình thành các cấu trúc "thảm" hoặc "thảm" vĩ mô..

Những "thảm quang hợp" này hiện diện trên bề mặt của hầu hết các lò xo nhiệt trung tính và kiềm (pH lớn hơn 7,0) ở nhiệt độ từ 40-71 ° C, với vi khuẩn lam được thành lập như là nhà sản xuất chính.

Trên 55 ° C, thảm quang hợp chủ yếu là nơi sinh sống của vi khuẩn lam đơn bào như Synechococcus sp.

Vi khuẩn

Thảm vi sinh vật quang hợp cũng có thể chủ yếu là nơi cư trú của vi khuẩn của chi Tảo lục và Hoa hồng, cả hai thành viên của đơn đặt hàng Chloroflexales.

Khi chúng được liên kết với vi khuẩn lam, loài Chloreflexus và Hoa hồng phát triển tối ưu trong điều kiện quang điện.

Nếu pH là axit, thì giống là phổ biến Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium và Bình giữ nhiệt.

Trong các nguồn tăng thân nhiệt (trong khoảng 72-98 ° C), người ta đã biết rằng quá trình quang hợp không xảy ra, điều này cho phép sự chiếm ưu thế của vi khuẩn chemolithoautotrophic.

Những sinh vật này thuộc về phylum Aquificae và mang tính quốc tế; có thể oxy hóa hydro hoặc lưu huỳnh phân tử bằng oxy như một chất nhận điện tử và cố định carbon thông qua con đường khử axit tricarboxylic (rTCA).

Cổng vòm

Phần lớn các vi khuẩn cổ được trồng và không canh tác được xác định trong môi trường nhiệt trung tính và kiềm thuộc về Crenarchaeota phylum.

Loài như Thermofilum Pendens, Thermosphaera tổng hợp o Stetteria hydroophila Nitrosocaldus yellowstonii, sinh sôi nảy nở dưới 77 ° C và Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum Pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus Mobilis e Ignisphaera tổng hợp, trong các nguồn có nhiệt độ lớn hơn 80 ° C.

Trong môi trường axit, có các vi khuẩn cổ: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium và Galdivirga.

Sinh vật nhân chuẩn

Trong các sinh vật nhân chuẩn của các nguồn trung tính và kiềm có thể được trích dẫn Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia và Oramoeba funiarolia.

Trong các nguồn axit bạn có thể tìm thấy các thể loại: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium o Galdieria.

Môi trường thủy nhiệt biển

Với nhiệt độ từ 2 ° C đến hơn 400 ° C, áp suất vượt quá vài nghìn pound mỗi inch vuông (psi) và nồng độ hydro sunfua độc hại (pH 2,8), các lỗ thông thủy nhiệt ở biển sâu là có thể là môi trường khắc nghiệt nhất trên hành tinh của chúng ta.

Trong hệ sinh thái này, các vi khuẩn đóng vai trò là mắt xích thấp hơn trong chuỗi thức ăn, lấy năng lượng của chúng từ nhiệt địa nhiệt và các hóa chất được tìm thấy ở độ sâu bên trong Trái Đất..

Ví dụ về hệ động vật liên quan đến môi trường thủy nhiệt biển

Hệ động vật liên quan đến các nguồn hoặc lỗ thông hơi này rất đa dạng và mối quan hệ hiện có giữa các loài khác nhau vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

Trong số các loài đã được phân lập có cả vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Ví dụ, vi khuẩn cổ đã được phân lập Methanococcus, Methanopyus và vi khuẩn ưa nhiệt kỵ khí của chi Vi khuẩn.

Vi khuẩn phát triển trong màng sinh học ăn nhiều sinh vật như amphipod, copepod, ốc sên, cua tôm, giun ống, cá và bạch tuộc.

Một bức tranh toàn cảnh chung bao gồm sự tích lũy của trai, Bathymodiolus thermophilus, có chiều dài hơn 10 cm, nằm trong các vết nứt của dung nham bazan. Chúng thường đi kèm với nhiều cua Galapagos (Munidopsis subsquamosa).

Một trong những sinh vật bất thường nhất được tìm thấy là giun hình ống Riftia pachyptila, có thể được nhóm lại với số lượng lớn và đạt kích thước gần 2 mét.

Những con giun hình ống này không có miệng, dạ dày hoặc hậu môn (nghĩa là chúng không có hệ thống tiêu hóa); chúng là một túi hoàn toàn kín, không có bất kỳ mở ra môi trường bên ngoài.

Màu đỏ tươi của bút ở đầu là do sự hiện diện của hemoglobin ngoại bào. Hydrogen sulfide được vận chuyển qua màng tế bào liên kết với các sợi của cây bút này, và thông qua hemoglobin ngoại bào, nó đạt đến một "mô" đặc biệt gọi là trophosome, bao gồm hoàn toàn các vi khuẩn tổng hợp cộng sinh.

Có thể nói rằng những con giun này có một "vườn" vi khuẩn bên trong ăn hydro sunfua và cung cấp "thức ăn" cho con giun, một sự thích nghi phi thường.

Sa mạc nóng

Các sa mạc nóng bao phủ từ 14 đến 20% bề mặt Trái đất, khoảng 19-25 triệu km.

Các sa mạc nóng nhất, như Sahara của Bắc Phi và các sa mạc ở Tây Nam của Hoa Kỳ, Mexico và Úc, được tìm thấy trên khắp vùng nhiệt đới ở cả Bắc bán cầu và Nam bán cầu (trong khoảng từ 10 ° đến 30- Vĩ độ 40 °).

Các loại sa mạc

Một đặc điểm xác định của một sa mạc nóng là khô cằn. Theo phân loại khí hậu của Koppen-Geiger, các sa mạc là những vùng có lượng mưa hàng năm dưới 250 mm.

Tuy nhiên, lượng mưa hàng năm có thể là một chỉ số sai lệch, vì mất nước là một yếu tố quyết định của ngân sách nước.

Do đó, định nghĩa sa mạc của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc là sự thiếu hụt độ ẩm hàng năm trong điều kiện khí hậu bình thường, trong đó khả năng thoát hơi nước (PET) lớn hơn năm lần so với lượng mưa thực tế (P).

PET cao chiếm ưu thế trong các sa mạc nóng vì, do không có mây che phủ, bức xạ mặt trời gần đạt mức tối đa ở các vùng khô cằn.

Các sa mạc có thể được chia thành hai loại theo mức độ khô cằn của chúng:

  • Hyperáridos: với chỉ số khô cằn (P / PET) dưới 0,05.
  • Cốt liệu: với chỉ số từ 0,05 đến 0,2.

Các sa mạc được phân biệt với các vùng đất khô cằn khô cằn (P / PET 0,2-0,5) và các vùng đất khô cằn khô ẩm (0,5-0,65).

Các sa mạc có các đặc điểm quan trọng khác, chẳng hạn như sự thay đổi nhiệt độ mạnh và độ mặn cao của đất.

Mặt khác, một sa mạc thường được liên kết với cồn cát, tuy nhiên, hình ảnh này chỉ tương ứng với 15-20% của tất cả chúng; phong cảnh núi đá là môi trường sa mạc thường xuyên nhất.

Ví dụ về các sinh vật ưa nhiệt của sa mạc

Cư dân của các sa mạc, là những người ưa nhiệt, có một loạt các thích ứng để đối mặt với những nghịch cảnh phát sinh từ việc thiếu mưa, nhiệt độ cao, gió, độ mặn, trong số những người khác..

Các nhà máy xerophite đã phát triển các chiến lược để tránh thoát hơi nước và lưu trữ càng nhiều nước càng tốt. Sự mọng nước hoặc dày của thân và lá, là một trong những chiến lược được sử dụng nhiều nhất.

Đó là điều hiển nhiên trong họ Cactaceae, nơi lá cũng đã được sửa đổi dưới dạng gai, cả hai để tránh thoát hơi nước và đẩy lùi động vật ăn cỏ.

Giới tính Litva hoặc cây đá, có nguồn gốc từ sa mạc Namibia, cũng phát triển mọng nước, nhưng trong trường hợp này, cây mọc ở mặt đất, ngụy trang bằng những viên đá xung quanh.

Mặt khác, các động vật sống trong những môi trường sống khắc nghiệt này phát triển tất cả các loại thích nghi, từ sinh lý đến đạo đức. Ví dụ, cái gọi là chuột túi có thể đi tiểu với khối lượng thấp, khối lượng thấp và những động vật này rất hiệu quả trong môi trường khan hiếm nước..

Một cơ chế khác để giảm mất nước là tăng nhiệt độ cơ thể; ví dụ, nhiệt độ cơ thể của những con lạc đà nghỉ ngơi có thể tăng vào mùa hè từ khoảng 34 ° C đến hơn 40 ° C.

Sự thay đổi nhiệt độ có tầm quan trọng lớn trong bảo tồn nước, bởi vì những điều sau đây:

  • Sự gia tăng nhiệt độ cơ thể có nghĩa là nhiệt được lưu trữ trong cơ thể thay vì tiêu tan thông qua sự bốc hơi của nước. Sau đó, vào ban đêm, nhiệt dư thừa có thể được thải ra mà không có nước.
  • Độ tăng nhiệt của môi trường nóng giảm, vì độ dốc nhiệt độ giảm.

Một ví dụ khác là chuột cát (Psammomys béo phì), đã phát triển một cơ chế tiêu hóa cho phép chúng chỉ ăn các loại thực vật sa mạc thuộc họ Chenop Zodiaceae, chứa một lượng lớn muối trong lá.

Sự thích nghi về đạo đức (hành vi) của động vật sa mạc rất nhiều, nhưng có lẽ rõ ràng nhất ngụ ý rằng chu trình nghỉ ngơi hoạt động bị đảo ngược.

Bằng cách này, những con vật này trở nên hoạt động vào lúc hoàng hôn (hoạt động về đêm) và ngừng hoạt động vào lúc bình minh (nghỉ ngơi ban ngày), cuộc sống năng động của chúng không trùng với những giờ nóng nhất.

Tài liệu tham khảo

  1. Baker-Austin, C. và Dopson, M. (2007). Cuộc sống trong axit: cân bằng nội môi pH trong axitophiles. Xu hướng vi sinh vật 15, 165-171.
  2. Berry, J.A. và Bjorkman, 0. (1980). Phản ứng quang hợp và thích nghi với nhiệt độ ở thực vật bậc cao. Đánh giá hàng năm về sinh lý thực vật 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Vi sinh vật ưa nhiệt và sự sống ở nhiệt độ cao. Springer-Verlag, New York, 378 trang.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. và Mondaca, A.M. (2009), Phân lập vi khuẩn oxy hóa arsenite từ màng sinh học tự nhiên liên quan đến đá núi lửa của sa mạc Atacama, Chile. Tạp chí Vi sinh cơ bản 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. và Stein, J. (1998). Giun chìm trong nhiệt độ khắc nghiệt. Thiên nhiên 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. và Childress, J.J. (1992). Một số thích nóng ... và một số thích nóng hơn. Thiên nhiên 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. và Kappen, L. (1975). Cơ chế thích nghi ở thực vật sa mạc. Trong: Vprice, F.J. (ed.) Thích ứng sinh lý với môi trường. Báo chí nội bộ, Platteville, LISA, trang. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Cấu trúc-Quan hệ chức năng của cây sa mạc ấm. Springer, Heidelberg, Đức, 216 trang.
  9. Gutterman, Y. (2002). Chiến lược sinh tồn của thực vật sa mạc hàng năm. Springer, Berlin, Đức, 368 trang.
  10. Lutz, R.A. (1988). Phân tán các sinh vật ở các lỗ thông thủy nhiệt dưới biển sâu: một đánh giá. Đạo luật Oceanologica 8, 23-29.
  11. Lutz, R.A., Shank, T.M., Fornari, D.J., Haymon, R.M., Lilley, M.D., Von Damm, K.L. và Desbruyeres, D. (1994). Tăng trưởng nhanh chóng ở các lỗ thông hơi ở biển sâu. Thiên nhiên 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. và Cerrato, R.M. (1981). Sự phát triển của hai mảnh vỏ tại các lỗ thông thủy nhiệt dưới biển sâu dọc theo Rạn Galapagos. Khoa học 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Hệ sinh thái sa mạc: môi trường và nhà sản xuất. Đánh giá hàng năm về hệ thống sinh thái 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. và Adams, M.W.W. (1998). Thermophiles: chìa khóa của sự tiến hóa phân tử và nguồn gốc của sự sống. Taylor và Francis, Luân Đôn, 346 trang.