EXTREMOFILE: CARACTERISTICI, TIPURI ȘI EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Cele extremofile sunt organisme care trăiesc în medii extreme, adică cele care se abat de la condițiile în care trăiesc organisme cele mai cunoscute de oameni.

Termenii „extrem” și „extremofil” sunt relativ antropocentrici, pentru că noi, oamenii, evaluăm habitatele și locuitorii acestora, pe baza a ceea ce ar fi considerat extrem pentru propria noastră existență.

Figura 1. Tardigrade, un Phylum cunoscut pentru capacitatea sa de a supraviețui în medii foarte dure. Sursa: Willow Gabriel, Laboratorul Goldstein, prin Wikimedia Commons

Datorită celor menționate anterior, ceea ce caracterizează un mediu extrem este faptul că prezintă condiții intolerabile pentru ființele umane în ceea ce privește temperatura, umiditatea, salinitatea, lumina, pH-ul, disponibilitatea de oxigen, nivelurile de toxicitate, printre altele.

Din perspectivă non-antropocentrică, ființele umane ar putea fi extremofile, în funcție de organismul care le-a evaluat. De exemplu, din punctul de vedere al unui organism strict anaerob, pentru care oxigenul este toxic, ființele aerobe (precum oamenii) ar fi extremofile. Pentru om, dimpotrivă, organismele anaerobe sunt extremofile.

Originea termenului "Extremofile"

În prezent definim ca „extreme” numeroase medii în interiorul și în afara planetei Pământ și descoperim în permanență organisme capabile, nu numai de a supraviețui, dar și de a prospera pe scară largă în multe dintre ele.

RD Macelroy

În 1974, RD Macelroy a propus termenul „Extremofile” pentru a defini aceste organisme care prezintă o dezvoltare și o dezvoltare optimă în condiții extreme, spre deosebire de organismele mezofile, care cresc în medii cu condiții intermediare.

Potrivit lui Macelroy:

"Extremofilul este un descriptiv pentru organismele capabile să populeze medii ostile mezofililor sau organismelor care cresc doar în medii intermediare."

Există două grade de bază ale extremismului în organisme: cele care pot tolera o condiție de mediu extremă și pot deveni dominante asupra altora; și cele care cresc și se dezvoltă optim în condiții extreme.

Caracteristicile mediilor extreme

Denumirea de mediu ca „extremă” răspunde la o construcție antropică, bazată pe considerarea extremelor îndepărtate a liniei de bază a unei anumite condiții de mediu (temperatură, salinitate, radiații, printre altele), care permite supraviețuirea umană.

Totuși, acest nume trebuie să se bazeze pe anumite caracteristici ale unui mediu, din perspectiva organismului care îl locuiește (și nu din perspectiva umană).

Aceste caracteristici includ: biomasa, productivitatea, biodiversitatea (numărul de specii și reprezentarea taxonilor mai mari), diversitatea proceselor din ecosisteme și adaptările specifice la mediul organismului în cauză.

Suma totală a tuturor acestor caracteristici indică condiția extremă a unui mediu. De exemplu, un mediu extrem este cel care prezintă în general:

• Biomasă și productivitate scăzute
• Predominanta formelor de viata arhaice
• Absența formelor de viață superioare
• Absența fotosintezei și fixării azotului, dar dependență de alte căi metabolice și adaptări fiziologice, metabolice, morfologice și / sau ciclului de viață specifice.

Tipuri de extremofile pe scara zoologică

Organisme unicelulare

Termenul Extremofil se referă frecvent la procariote, cum ar fi bacteriile, și este uneori utilizat în mod interschimbabil cu Archaea.

Cu toate acestea, există o mare varietate de organisme extremofile și cunoștințele noastre despre diversitatea filogenetică din habitatele extreme cresc aproape zilnic.

Știm, de exemplu, că toți hipertermofilii (iubitorii de căldură) sunt membri ai Archaea și Bacteriilor. Eucariotele sunt frecvente printre psihofile (iubitori de frig), acidofile (iubitori de pH scăzut), alcalofile (iubitori de pH ridicat), xerofile (iubitori de medii uscate) și halofile (iubitori de sare).

Figura 2. Izvorul cald în Parcul Național Yellowstone din SUA, culorile strălucitoare pe care le obțin aceste izvoare sunt legate de proliferarea bacteriilor termofile. Sursa: Jim Peaco, Serviciul Parcului Național, prin Wikimedia Commons

Organisme multicelulare

Organismele multicelulare, cum ar fi animalele nevertebrate și vertebrate, pot fi, de asemenea, extremofile.

De exemplu, unele psihofile includ un număr mic de broaște, broaște țestoase și un șarpe, care în timpul iernii evită înghețarea intracelulară în țesuturile lor, acumulând osmoliți în citoplasma celulară și permit înghețarea numai a apei extracelulare (externe celulelor) .

Un alt exemplu este cazul nematodului antarctic Panagrolaimus davidi, care poate supraviețui înghețului intracelular (înghețarea apei din celulele sale), fiind capabil să crească și să se reproducă după dezgheț.

De asemenea, peștii familiei Channichthyidae, locuitori ai apelor reci din Antarctica și sudul continentului american, folosesc proteine ​​antigel pentru a-și proteja celulele împotriva înghețului complet.

Poly-extremofile

Poly-Extremofilele sunt organisme care pot supraviețui mai mult de o condiție extremă în același timp, fiind astfel comune în toate mediile extreme.

De exemplu, plantele deșertice care supraviețuiesc căldurii extreme, precum și disponibilitatea limitată a apei și deseori salinitatea ridicată.

Un alt exemplu ar fi animalele care locuiesc în fundul mării, care sunt capabile să reziste la presiuni foarte mari, cum ar fi lipsa de lumină și lipsa de nutrienți, printre altele.

Cele mai comune tipuri de medii extreme

Extremele de mediu sunt definite în mod tradițional pe baza factorilor abiotici, cum ar fi:

• Temperatura.
• Disponibilitatea apei.
• Presiune.
• pH.
• Salinitate.
• Concentrație de oxigen.
• Niveluri de radiații.

Extremofilii sunt descriși în mod similar pe baza condițiilor extreme pe care le suportă.

Cele mai importante medii extreme pe care le putem recunoaște în funcție de condițiile lor abiotice sunt:

Medii reci extreme

Mediile extrem de reci sunt cele care persistă sau cad frecvent pentru perioade (scurte sau lungi) de temperaturi sub 5 ° C. Acestea includ polii Pământului, regiuni muntoase și unele habitate oceanice adânci. Chiar și unele deserturi foarte calde în timpul zilei au temperaturi foarte scăzute noaptea.

Există și alte organisme care trăiesc în criosferă (unde apa este în stare solidă). De exemplu, organismele care trăiesc în matrice de gheață, permafrost, sub acoperire permanentă sau periodică de zăpadă, trebuie să tolereze extremele multiple, inclusiv frigul, desicarea și nivelurile ridicate de radiații.

Medii de căldură extremă

Habitatele extrem de fierbinți sunt cele care rămân sau ajung periodic la temperaturi peste 40 ° C. De exemplu, deșerturile fierbinți, siturile geotermale și aerisirile hidrotermale de adâncime.

Adesea sunt asociate cu temperaturi extreme ridicate, medii în care apa disponibilă este foarte limitată (persistent sau pentru perioade regulate de timp), cum ar fi deșerturile calde și reci, precum și unele habitate endolitice (găsite în roci).

Medii de presiune extremă

Alte medii sunt supuse unei presiuni hidrostatice ridicate, cum ar fi zonele bentnice ale oceanelor și lacurile adânci. La aceste adâncimi, locuitorii săi trebuie să reziste la presiuni mai mari de 1000 de atmosfere.

În mod alternativ, există extreme hipobarice (cu presiune atmosferică scăzută), în munți și în alte regiuni ridicate ale lumii.

Figura 3. Fumarole marine sau guri de aerisire hidrotermale. Exemplu de mediu extrem locuit de o întreagă comunitate de organisme, în care există presiune și temperatură ridicată, precum și descărcări sulfuroase. Sursa: NOAA, prin Wikimedia Commons

Medii extrem de acide și alcaline

În general, mediile extrem de acide sunt cele care mențin sau ating regulat valori sub pH 5.

PH-ul scăzut, în special, crește condiția „extremă” a unui mediu, deoarece crește solubilitatea metalelor prezente, iar organismele care trăiesc în ele trebuie adaptate pentru a face față extremelor abiotice.

În schimb, mediile extrem de alcaline sunt cele care rămân sau înregistrează regulat valori ale pH-ului peste 9.

Exemple de medii cu pH extrem sunt lacurile, apele subterane și solurile extrem de acide sau alcaline.

Figura 4. Lobul pitic (Munidopsis polymorpha), un locuitor al peșterii și endemic al insulei Lanzarote, Insulele Canare. Printre adaptările tipice la acest tip de medii rupestre extreme se numără: reducerea dimensiunilor, paloare și orbire. Sursa: flickr.com/photos//5582888539

Medii hipersaline și anoxice

Mediile hipersaline sunt definite ca cele cu concentrații de sare mai mari decât cele ale apei de mare, care are 35 de părți la o mie. Aceste medii includ lacuri hipersaline și saline.

Cu „soluție salină” nu ne referim doar la salinitate datorită clorurii de sodiu, deoarece pot exista medii saline în care sarea predominantă este altceva.

Figura 5. Colorația roz a apei în Salina Las Cumaraguas, statul Falcón din Venezuela. Colorația roz este produsul unei alge numită Dunaliella salina, capabilă să reziste la concentrații mari de clorură de sodiu prezentă în soluție salină. Sursa: HumbRios, de la Wikimedia Commons

Habitatele cu oxigen liber limitat (hipoxic) sau fără oxigen prezent (anoxic), persistent sau la intervale regulate, sunt de asemenea considerate extreme. De exemplu, mediile cu aceste caracteristici ar fi bazinele anoxice din oceane și lacuri și straturile de sedimente mai adânci.

Figura 6. Artemia monica, un crustaceu care trăiește în Lacul Mono, California (SUA), un mediu salin (bicarbonat de sodiu) și un pH ridicat. Sursa: photolib.noaa.gov

Medii cu radiații ridicate

Radiațiile ultraviolete (UV) sau infraroșii (IR) pot impune, de asemenea, condiții extreme organismelor. Mediile de radiații extreme sunt cele expuse la radiații sau anormal de ridicate în afara domeniului normal. De exemplu, mediile polare și de mare altitudine (terestre și acvatice).

Phaeocystis pouchetii

Unele specii prezintă mecanisme evazive ale radiațiilor UV sau IR ridicate. De exemplu, Phaeocystis pouchetii din alge marine antarctice produce „rame solare” solubile în apă, care absorb puternic lungimile de undă ale UV-B (280-320 nm) și protejează celulele sale de niveluri extrem de ridicate de UV-B la 10 m. coloana superioară de apă (după spargerea gheții marine).

Deinococcus radiodurans

Alte organisme sunt foarte tolerante la radiațiile ionizante. De exemplu, bacteria Deinococcus radiodurans își poate păstra integritatea genetică compensând deteriorarea extensivă a ADN-ului după expunerea la radiații ionizante.

Această bacterie folosește mecanisme intercelulare pentru a limita degradarea și a restricționa difuzarea fragmentelor de ADN. În plus, are proteine ​​de reparare a ADN-ului extrem de eficiente.

Astyanax hubbsi

Chiar și în medii aparent scăzute sau deloc de radiații, organismele extreme sunt adaptate pentru a răspunde modificărilor nivelului de radiații.

De exemplu, Astyanax hubbsi, un pește orb care locuiește în peșteri din Mexic, nu are structuri oculare perceptibile superficial, dar poate distinge mici diferențe de lumină ambientală. Folosesc fotoreceptori extraoculari pentru a detecta și a răspunde la stimulii vizuali în mișcare.

Figura 7. Pești orbi din genul Astyanax, locuitor de peșteri. Sursa: Shizhao, de la Wikimedia Commons

Extremele antropice

În prezent trăim într-un mediu în care se impun condiții extreme de mediu, generate artificial ca efect al activităților umane.

Așa-numitele medii de impact antropice sunt extrem de variate, de anvergură globală și nu mai pot fi ignorate la definirea anumitor medii extreme.

De exemplu, mediile afectate de poluare (atmosferică, apă și sol) - cum ar fi schimbările climatice și ploi acide -, extragerea resurselor naturale, perturbarea fizică și supraexploatare.

Tranziții și ecotone

Pe lângă mediile extreme menționate mai sus, ecologii terești au fost întotdeauna conștienți de natura specială a zonelor de tranziție între două sau mai multe comunități sau medii diverse, cum ar fi linia arborilor din munți sau limita dintre păduri și pajiști. . Acestea se numesc centuri de tensiune sau ecotone.

Ecotonele există și în mediul marin, de exemplu, tranziția dintre gheață și apă reprezentată de marginea gheții marine. Aceste zone de tranziție prezintă, de obicei, o mai mare diversitate de specii și o densitate de biomasă decât comunitățile flancare, în mare parte deoarece organismele care trăiesc în ele pot profita de resurse din mediile adiacente, ceea ce le poate oferi un avantaj.

Cu toate acestea, ecotonele sunt în continuă schimbare și regiuni dinamice, prezentând adesea o gamă mai largă de variații în condițiile abiotice și biotice într-o perioadă anuală decât mediile adiacente.

Acest lucru ar putea fi considerat în mod rezonabil „extrem”, deoarece necesită organismelor să-și adapteze continuu comportamentul, fenologia (vremea sezonieră) și interacțiunile cu alte specii.

Speciile care trăiesc de ambele părți ale ecotonei sunt adesea mai tolerante la dinamică, în timp ce speciile a căror gamă este limitată la o parte experimentează cealaltă parte la fel de extremă.

În general, aceste zone de tranziție sunt adesea primele care sunt afectate de schimbările climatice și / sau de tulburări, atât naturale cât și antropice.

Animale și plante cu diferite etape sau faze

Nu numai că mediile sunt dinamice și pot fi sau nu extreme, dar organismele sunt, de asemenea, dinamice și au cicluri de viață cu diferite etape, adaptate condițiilor de mediu particulare.

Se poate întâmpla ca mediul care susține una dintre etapele ciclului de viață al unui organism să fie extrem pentru o altă etapă.

Plante

De exemplu, nuca de cocos (Cocos nucifera) are o sămânță adaptată pentru transport pe mare, dar copacul matur crește pe uscat.

La plantele vasculare purtătoare de spori, precum ferigi și diferite tipuri de mușchi, gametofitul poate fi lipsit de pigmenți fotosintetici, nu are rădăcini și depinde de umiditatea mediului.

În timp ce sporofitele au rizomi, rădăcini și lăstari care rezistă la condiții calde și uscate în plină soare. Diferența dintre sporofite și gametofite este în aceeași ordine cu diferențele dintre taxoni.

animale

Un exemplu foarte strâns îl reprezintă etapele juvenile ale multor specii, care sunt, în general, intolerante pentru mediul care înconjoară de obicei adultul, astfel încât, de obicei, acestea necesită protecție și îngrijire în perioada în care dobândesc abilitățile și punctele forte de care au nevoie. permite să se ocupe de aceste medii.

Referințe

1. Kohshima, S. (1984). O nouă insectă tolerantă la frig găsită într-un ghețar din Himalaya Natura 310, 225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Câteva comentarii cu privire la evoluția extremelor. Biosystems, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT și Kelly, GJ (1991) Compuși protectori UV-B în algele marine Phaeocystis pouchetti din Antarctica. Marine Biology 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). O sută de ani de cercetări în Dunaliella: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ și Mancinelli, RL (2001). Viața în medii extreme. Natura 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. și Zillig, W. (1995). Lite la pH extrem de scăzut. Natura 375, 741-742.
7. Storey, KB and Storey, JM (1996). Supraviețuirea naturală la îngheț la animale. Revizuirea anuală a ecologiei și sistematicii 27, 365-386.
8. Teyke, T. și Schaerer, S. (1994) Peștele de peșteră orb mexican (Astyanax hubbsi) răspunde la stimulii vizuali în mișcare. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD și Somero, GN (1982). Trăind cu stresul apei: evoluția sistemelor osmolitice. Știința 217, 1214-1222.