Extremophile Eigenschaften, Typen und Beispiele

Das Extremophile Es sind Organismen, die in extremen Umgebungen leben, dh solche, die weit von den Bedingungen entfernt sind, unter denen die meisten dem Menschen bekannten Organismen leben.

Die Begriffe „extrem“ und „extremophil“ sind relativ anthropozentrisch, da Menschen Lebensräume und ihre Bewohner auf der Grundlage dessen bewerten, was für unsere eigene Existenz als extrem angesehen wird.

Aufgrund der oben genannten Eigenschaften zeichnet sich eine extreme Umgebung unter anderem dadurch aus, dass sie für den Menschen unerträgliche Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Salzgehalt, Licht, pH-Wert, Sauerstoffverfügbarkeit und Toxizität aufweist..

Aus nicht-anthropozentrischer Sicht könnten Menschen extremophile Menschen sein, abhängig von dem Organismus, der sie bewertet hat. Unter dem Gesichtspunkt eines strengen anaeroben Organismus, für den Sauerstoff giftig ist, wären aerobe Wesen (wie Menschen) beispielsweise Extremophile. Für den Menschen hingegen sind anaerobe Organismen extremophile.

Artikelverzeichnis

• 1 Ursprung des Begriffs "Extremophile"
  • 1.1 R. D. Macelroy
• 2 Eigenschaften extremer Umgebungen
• 3 Arten von Extremophilen auf der zoologischen Skala
  • 3.1 Einzellige Organismen
  • 3.2 Mehrzellige Organismen
  • 3.3 Poly-Extremophile
• 4 Häufigste Arten extremer Umgebungen
  • 4.1 Extrem kalte Umgebungen
  • 4.2 Umgebungen mit extremer Hitze
  • 4.3 Umgebungen mit extremem Druck
  • 4.4 Extrem saure und alkalische Umgebungen
  • 4.5 Hypersaline und anoxische Umgebungen
  • 4.6 Umgebungen mit hoher Strahlung
  • 4.7 Anthropogene Extreme
• 5 Übergänge und Ökotöne
• 6 Tiere und Pflanzen mit verschiedenen Stadien oder Phasen
  • 6.1 Pflanzen
  • 6.2 Tiere
• 7 Referenzen

Herkunft des Begriffs "Extremophile"

Gegenwärtig definieren wir zahlreiche Umgebungen innerhalb und außerhalb des Planeten Erde als "extrem" und entdecken ständig Organismen, die in der Lage sind, in vielen von ihnen nicht nur zu überleben, sondern auch weit zu gedeihen.

R. D. Macelroy

1974 schlug R. D. Macelroy den Begriff "Extremophile" vor, um diese Organismen zu definieren, die unter extremen Bedingungen ein optimales Wachstum und eine optimale Entwicklung zeigen, im Gegensatz zu mesophilen Organismen, die in Umgebungen mit Zwischenbedingungen wachsen..

Laut Macelroy:

""Extremophil ist eine Beschreibung für Organismen, die in der Lage sind, mesophile Umgebungen zu bevölkern, oder für Organismen, die nur in Zwischenumgebungen wachsen"".

Es gibt zwei grundlegende Grade von Extremismus in Organismen: diejenigen, die dies können tolerieren eine extreme Umweltbedingung und Dominanz gegenüber anderen; und diejenigen, die wachsen und sich entwickeln optimal unter extremen Bedingungen.

Eigenschaften extremer Umgebungen

Die Bezeichnung einer Umgebung als "extrem" reagiert auf eine anthropogene Konstruktion, die auf der Berücksichtigung der entfernten Extreme der Grundlinie einer bestimmten Umweltbedingung (Temperatur, Salzgehalt, Strahlung ua) basiert, die das Überleben des Menschen ermöglicht.

Dieser Name muss jedoch auf bestimmten Merkmalen einer Umgebung basieren, und zwar aus der Sicht des Organismus, der sie bewohnt (und nicht aus der Sicht des Menschen)..

Diese Merkmale umfassen: Biomasse, Produktivität, Biodiversität (Anzahl der Arten und Repräsentation höherer Taxa), Vielfalt der Prozesse in Ökosystemen und spezifische Anpassungen an die Umwelt des betreffenden Organismus..

Die Gesamtsumme all dieser Merkmale bezeichnet den extremen Zustand einer Umgebung. Zum Beispiel ist eine extreme Umgebung eine, die im Allgemeinen Folgendes darstellt:

• Geringe Biomasse und Produktivität
• Prävalenz archaischer Lebensformen
• Fehlen höherer Lebensformen
• Keine Photosynthese und Stickstofffixierung, aber Abhängigkeit von anderen Stoffwechselwegen und spezifischen physiologischen, metabolischen, morphologischen und / oder Lebenszyklusanpassungen.

Arten von Extremophilen im zoologischen Maßstab

Einzellige Organismen

Der Begriff Extremophil bezieht sich häufig auf Prokaryoten wie Bakterien und wird manchmal austauschbar mit Archaea verwendet..

Es gibt jedoch eine Vielzahl extremophiler Organismen, und unser Wissen über die phylogenetische Vielfalt in extremen Lebensräumen nimmt fast täglich zu..

Wir wissen zum Beispiel, dass alle Hyperthermophilen (Wärmeliebhaber) Mitglieder von Archaea und Bacteria sind. Eukaryoten sind häufig bei Psychophilen (Liebhaber von Erkältung), Acidophilen (Liebhaber von niedrigem pH-Wert), Alkalophilen (Liebhaber von hohem pH-Wert), Xerophilen (Liebhaber trockener Umgebungen) und Halophilen (Liebhaber von Salz)..

Mehrzellige Organismen

Mehrzellige Organismen wie Wirbellose und Wirbeltiere können ebenfalls akuminiert sein.

Zum Beispiel enthalten einige Psychrophile eine kleine Anzahl von Fröschen, Schildkröten und einer Schlange, die im Winter ein intrazelluläres Einfrieren in ihren Geweben vermeiden, Osmolyte im Zellzytoplasma ansammeln und das Einfrieren von nur extrazellulärem Wasser (außerhalb der Zellen) ermöglichen..

Ein weiteres Beispiel ist der antarktische Fadenwurm Panagrolaimus davidi, die das intrazelluläre Einfrieren (Einfrieren von Wasser in ihren Zellen) überleben kann und nach dem Auftauen wachsen und sich vermehren kann.

Auch die Fische der Familie der Channichthyidae, die in den kalten Gewässern der Antarktis und im Süden des amerikanischen Kontinents leben, verwenden Frostschutzproteine, um ihre Zellen vor dem vollständigen Einfrieren zu schützen..

Poly-Extremophile

Poly-Extremophile sind Organismen, die mehr als eine extreme Erkrankung gleichzeitig überleben können und daher in allen extremen Umgebungen verbreitet sind..

Zum Beispiel Wüstenpflanzen, die sowohl extreme Hitze als auch begrenzte Wasserverfügbarkeit und oft hohen Salzgehalt überstehen.

Ein weiteres Beispiel wären die Tiere, die auf dem Meeresboden leben und sehr hohen Drücken standhalten können, wie z. B. Lichtmangel und Nährstoffmangel..

Die häufigsten Arten extremer Umgebungen

Umweltextreme werden traditionell auf der Grundlage abiotischer Faktoren definiert, wie z.

• Temperatur.
• Wasserverfügbarkeit.
• Druck.
• pH.
• Salzgehalt.
• Sauerstoffkonzentration.
• Strahlungswerte.

Extremophile werden in ähnlicher Weise anhand der extremen Bedingungen beschrieben, denen sie ausgesetzt sind..

Die wichtigsten extremen Umgebungen, die wir anhand ihrer abiotischen Bedingungen erkennen können, sind:

Extrem kalte Umgebungen

Extrem kalte Umgebungen sind solche, die häufig bestehen bleiben oder für kurze (lange oder lange) Zeiträume von Temperaturen unter 5 ° C fallen. Dazu gehören die Pole der Erde, Bergregionen und einige Tiefsee-Lebensräume. Sogar einige sehr heiße Wüsten während des Tages haben nachts sehr niedrige Temperaturen..

Es gibt andere Organismen, die in der Kryosphäre leben (wo sich Wasser in einem festen Zustand befindet). Beispielsweise müssen Organismen, die in Eismatrizen, Permafrost, unter permanenter oder periodischer Schneedecke leben, mehrere Extreme tolerieren, einschließlich Kälte, Austrocknung und hoher Strahlung..

Extreme Hitzeumgebungen

Extrem heiße Lebensräume sind solche, die verbleiben oder regelmäßig Temperaturen über 40 ° C erreichen. Zum Beispiel heiße Wüsten, geothermische Standorte und hydrothermale Tiefseequellen.

Sie sind häufig mit extrem hohen Temperaturen verbunden, Umgebungen, in denen das verfügbare Wasser sehr begrenzt ist (dauerhaft oder für regelmäßige Zeiträume), wie heiße und kalte Wüsten und einige endolithische Lebensräume (innerhalb von Felsen).

Umgebungen mit extremem Druck

Andere Umgebungen sind einem hohen hydrostatischen Druck ausgesetzt, wie z. B. die benthischen Zonen von Ozeanen und tiefen Seen. In diesen Tiefen müssen die Bewohner Drücken von mehr als 1000 Atmosphären standhalten.

Alternativ gibt es hypobare Extreme (mit niedrigem Luftdruck) in Bergen und in anderen erhöhten Regionen der Welt.

Extrem saure und alkalische Umgebungen

Im Allgemeinen sind extrem saure Umgebungen solche, die Werte unter pH 5 beibehalten oder regelmäßig erreichen.

Insbesondere ein niedriger pH-Wert erhöht den „extremen“ Zustand einer Umgebung, da er die Löslichkeit der vorhandenen Metalle erhöht und die in ihnen lebenden Organismen an mehrere abiotische Extreme angepasst werden müssen..

Umgekehrt sind extrem alkalische Umgebungen solche, die pH-Werte über 9 beibehalten oder regelmäßig registrieren.

Beispiele für Umgebungen mit extremem pH-Wert sind Seen, Grundwasser und stark saure oder alkalische Böden.

Hypersaline und anoxische Umgebungen

Hypersaline Umgebungen sind solche mit Salzkonzentrationen, die höher sind als die von Meerwasser mit 35 Promille. Diese Umgebungen umfassen hypersaline und salzhaltige Seen.

Mit „Kochsalzlösung“ beziehen wir uns nicht nur auf den Salzgehalt aufgrund von Natriumchlorid, da es möglicherweise salzhaltige Umgebungen gibt, in denen das vorherrschende Salz etwas anderes ist..

Lebensräume mit begrenztem freien Sauerstoff (hypoxisch) oder ohne Sauerstoff (anoxisch), entweder dauerhaft oder in regelmäßigen Abständen, werden ebenfalls als extrem angesehen. Umgebungen mit diesen Eigenschaften wären beispielsweise die anoxischen Becken in Ozeanen und Seen und die tieferen Sedimentschichten..

Umgebungen mit hoher Strahlung

Ultraviolette (UV) oder Infrarotstrahlung (IR) kann Organismen auch extreme Bedingungen auferlegen. Extreme Strahlungsumgebungen sind solche, die ungewöhnlich hoher Strahlung oder Strahlung außerhalb des normalen Bereichs ausgesetzt sind. Zum Beispiel polare und hochgelegene Umgebungen (terrestrisch und aquatisch).

Phaeocystis pouchetii

Einige Arten zeigen Ausweichmechanismen hoher UV- oder IR-Strahlung. Zum Beispiel die antarktischen Algen Phaeocystis pouchetii produziert wasserlösliche „Sonnenschutzmittel“, die UV-B-Wellenlängen (280-320 nm) stark absorbieren und Ihre Zellen in den oberen 10 m der Wassersäule (nach Meereisbruch) vor extrem hohen UV-B-Werten schützen..

Deinococcus radiodurans

Andere Organismen sind sehr tolerant gegenüber ionisierender Strahlung. Zum Beispiel die Bakterien Deinococcus radiodurans kann Ihre genetische Integrität erhalten, indem Sie umfangreiche DNA-Schäden nach Exposition gegenüber ionisierender Strahlung kompensieren.

Dieses Bakterium verwendet interzelluläre Mechanismen, um den Abbau und die Diffusion von DNA-Fragmenten zu begrenzen. Darüber hinaus verfügt es über hocheffiziente DNA-Reparaturproteine.

Astyanax Hubbsi

Selbst in Umgebungen mit scheinbar geringer oder keiner Strahlung sind extremophile Organismen angepasst, um auf Änderungen der Strahlungswerte zu reagieren..

Beispielsweise, Astyanax Hubbsi, Ein mexikanischer blinder Höhlenfisch hat keine oberflächlich wahrnehmbaren Augenstrukturen und kann dennoch kleine Unterschiede im Umgebungslicht erkennen. Verwenden Sie extraokulare Fotorezeptoren, um sich bewegende visuelle Reize zu erkennen und darauf zu reagieren.

Anthropogene Extreme

Wir leben derzeit in einer Umgebung, in der extreme Umweltbedingungen auferlegt werden, die durch menschliche Aktivitäten künstlich erzeugt werden..

Sogenannte anthropogene Einwirkungsumgebungen sind äußerst vielfältig, global ausgerichtet und können bei der Definition bestimmter extremer Umgebungen nicht länger ignoriert werden.

Zum Beispiel Umgebungen, die von Verschmutzung betroffen sind (Atmosphäre, Wasser und Boden) - wie Klimawandel und saurer Regen -, Gewinnung natürlicher Ressourcen, physische Störungen und Übernutzung.

Übergänge und Ökotöne

Zusätzlich zu den oben erwähnten extremen Umgebungen waren sich terrestrische Ökologen immer der besonderen Natur von Übergangszonen zwischen zwei oder mehr verschiedenen Gemeinschaften oder Umgebungen bewusst, wie z. B. der Baumgrenze in Bergen oder der Grenze zwischen Wäldern und Grasland. Diese werden als Spanngurte oder Ökotöne bezeichnet..

Ökotöne existieren auch in der Meeresumwelt, zum Beispiel der Übergang zwischen Eis und Wasser, der durch den Rand des Meereises dargestellt wird. Diese Übergangszonen weisen typischerweise eine größere Artenvielfalt und Biomassedichte auf als die flankierenden Gemeinschaften, zum großen Teil, weil die in ihnen lebenden Organismen die Ressourcen der angrenzenden Umgebungen nutzen können, was ihnen einen Vorteil verschaffen kann..

Ökotöne sind jedoch sich ständig verändernde und dynamische Regionen, die häufig über einen jährlichen Zeitraum ein breiteres Spektrum an Variationen der abiotischen und biotischen Bedingungen aufweisen als angrenzende Umgebungen..

Dies könnte vernünftigerweise als „extrem“ angesehen werden, da Organismen ihr Verhalten, ihre Phänologie (saisonale Zeit) und ihre Wechselwirkungen mit anderen Arten kontinuierlich anpassen müssen..

Arten, die auf beiden Seiten des Ökotons leben, sind häufig toleranter gegenüber Dynamik, während Arten, deren Reichweite auf eine Seite beschränkt ist, die andere Seite als extrem empfinden..

Im Allgemeinen sind diese Übergangszonen häufig auch die ersten, die von natürlichen und anthropogenen Klimaveränderungen und / oder Störungen betroffen sind..

Tiere und Pflanzen mit verschiedenen Stadien oder Phasen

Umgebungen sind nicht nur dynamisch und können extrem sein oder auch nicht, sondern Organismen sind auch dynamisch und haben Lebenszyklen mit unterschiedlichen Stadien, die an bestimmte Umgebungsbedingungen angepasst sind..

Es kann vorkommen, dass die Umgebung, die eine der Phasen des Lebenszyklus eines Organismus unterstützt, für eine andere Phase extrem ist.

Pflanzen

Zum Beispiel die Kokosnuss (Cocos nucifera) präsentiert einen Samen, der für den Seetransport geeignet ist, aber der reife Baum wächst an Land.

In vaskulären sporentragenden Pflanzen wie Farnen und verschiedenen Moosarten kann der Gametophyt frei von photosynthetischen Pigmenten sein, keine Wurzeln haben und von der Luftfeuchtigkeit abhängen..

Während Sporophyten Rhizome, Wurzeln und Triebe haben, die heißen und trockenen Bedingungen bei vollem Sonnenlicht standhalten. Der Unterschied zwischen Sporophyten und Gametophyten liegt in derselben Reihenfolge wie die Unterschiede zwischen Taxa.

Tiere

Ein sehr nahes Beispiel sind die Jugendstadien vieler Arten, die im Allgemeinen gegenüber der Umwelt, die normalerweise den Erwachsenen umgibt, intolerant sind. Daher benötigen sie normalerweise Schutz und Pflege während des Zeitraums, in dem sie die Fähigkeiten und Stärken erwerben, die sie zulassen Umgang mit diesen Umgebungen.

Verweise

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