Das Psychophile Sie sind ein Subtyp der extremophilen Organismen, der sich dadurch auszeichnet, dass er niedrigen Temperaturen im Allgemeinen zwischen -20 ° C und 10 ° C standhält und dauerhaft kalte Lebensräume besetzt. Diese Organismen sind normalerweise Bakterien oder Archaeen, es gibt jedoch Metazoen wie Flechten, Algen, Pilze, Nematoden und sogar Insekten und Wirbeltiere..
Kalte Umgebungen dominieren die Biosphäre der Erde und werden von reichlich vorhandenen und vielfältigen Mikroorganismen besiedelt, die eine potenziell kritische Rolle in globalen biogeochemischen Kreisläufen spielen..
Psychrophile Organismen halten nicht nur niedrigen Temperaturen stand, sondern müssen auch an andere extreme Bedingungen wie hohe Drücke, hohe Salzkonzentrationen und hohe ultraviolette Strahlung angepasst werden..
Artikelverzeichnis
Die Hauptlebensräume psychrophiler Organismen sind:
-Polare Meeresumgebungen.
-Eisbeutel oder Meereis.
-Polare terrestrische Umgebungen.
-Seen in großer Höhe und Breite.
-Subglaziale Seen.
-Kalte Alpenregionen.
-Gletscheroberflächen.
-Polare Wüsten.
-Tiefer Ozean.
Psychrophile werden durch verschiedene Anpassungen vor dem Einfrieren geschützt. Eine davon ist die Flexibilität ihrer Zellmembranen, die sie erreichen, indem sie einen hohen Gehalt an kurzen und ungesättigten Fettsäuren in die Strukturen ihrer Lipidmembranen aufnehmen..
Durch den Einbau dieser Fettsäuren wird der Schmelzpunkt gesenkt und gleichzeitig die Fließfähigkeit und Beständigkeit erhöht..
Eine weitere wichtige Anpassung von Psychrophilen ist die Synthese von Frostschutzproteinen. Diese Proteine halten das Körperwasser in einem flüssigen Zustand und schützen die DNA, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt von Wasser fallen. Sie verhindern auch die Bildung oder Rekristallisation von Eis.
Die Vielfalt einzelliger Psychrophiler ist sehr groß, unter diesen können wir Mitglieder der meisten Bakterienlinien erwähnen: Acidobakterien, Actinobakterien, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 und Planctomyceten.
Darüber hinaus wurden Proteobakterien und Verrucomicrobia in der Arktis, Antarktis und in alpinen Kryokonen nachgewiesen. Sie wurden auch in Grönland, Kanada, Tibet und im Himalaya entdeckt..
Unter den psychrophilen Cyanobakterien finden wir Leptolvngbva, Phormidium und Nostoc. Andere gebräuchliche Gattungen sind einzellig Aphanothece, Chroococcus Y. Charnaesiphon, und das filamentöse Oszillatorien, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium Y. Plectonerna.
Unter den psychrophilen Insekten können wir die Gattung nennen Diamesa aus dem Himalaya (Nepal), der bis zum Erreichen einer Temperatur von -16 ° C aktiv bleibt.
Es gibt auch die Apterus-Mücke (ohne Flügel), Belgien Antarktis, 2-6 mm lang, endemisch in der Antarktis. Dies ist das einzige Insekt auf dem Kontinent und auch das einzige ausschließlich terrestrische Tier.
Wirbeltiere können auch Psychophile sein. Einige Beispiele sind eine kleine Anzahl von Fröschen, Schildkröten und eine Schlange, die das Einfrieren von extrazellulärem Wasser (Wasser außerhalb der Zellen) als Überlebensstrategie verwenden, um ihre Zellen im Winter zu schützen..
Der antarktische Fadenwurm Panagrolaimus davidi kann das Einfrieren von intrazellulärem Wasser überleben und anschließend nachwachsen und sich vermehren.
Auch die Fische der Familie der Channichthyidae, die in den kalten Gewässern der Antarktis und im Süden Südamerikas leben, verwenden Frostschutzproteine, um ihre Zellen vor dem vollständigen Einfrieren zu schützen..
Die maximale Temperatur (T.max) Die Wachstumsrate eines Organismus ist die höchste, die er tolerieren kann. Während die optimale Temperatur (T.opt) Wachstum ist dasjenige, bei dem der Organismus schneller wächst.
Alle Organismen, die in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen überleben und gedeihen, gelten allgemein als Psychophile. Wie wir jedoch wissen, ist der Begriff psychrophil sollte nur auf Organismen angewendet werden, deren T.max beträgt 20 ° C (dh sie können höhere Temperaturen nicht überstehen).
Mikroorganismen wurden aus sehr kalten Gebieten isoliert, die unter Laborbedingungen bei Temperaturen über 20 ° C wachsen können, was darauf hinweist, dass sie, obwohl sie an niedrige Temperaturen angepasst sind, nicht als Psychophile betrachtet werden sollten. Diese Mikroorganismen werden als "mesotolerant" bezeichnet, dh sie tolerieren Durchschnittstemperaturen.
Methanococcoides burtonii Es handelt sich um eine extremophile und methanogene Archaee, die aus dem Ace-See in der Antarktis isoliert wurde und deren Temperatur zwischen 1 und 2 ° C liegt. In Laborstudien wurde jedoch festgestellt, dass sein T.opt Die Wachstumsrate beträgt 23 ° C und die T.max ist 28 ° C, sollte also nicht als psychrophil angesehen werden.
Methanogenium frigidum Es ist auch eine methanogene und halophile Archaea (die Salz im Medium verträgt), die aus dem Ace-See selbst isoliert wurde und im Labor ein T aufweistopt 15 ° C und ein T.max von 18 ° C, wobei es möglich ist, es als psychrophil zu klassifizieren.
Es könnte angenommen werden, dass der Psychophile M. frigidum sollte besser an niedrige Temperaturen angepasst sein als M. burtonii. jedoch, M. burtonii wächst schneller als M. frigidum bei Temperaturen von 1 bis 2 ° C in Ace Lake.
Diese Daten zeigen, dass es neben der Temperatur noch andere Umweltfaktoren (biotisch und abiotisch) gibt, die das Bevölkerungswachstum dieser Mikroorganismen in ihrem natürlichen Lebensraum beeinflussen..
Das Überleben eines Organismus in einer bestimmten Umgebung hängt von der Kombination mehrerer Umweltfaktoren ab und nicht von der Wirkung nur eines. Andererseits hat jeder Mikroorganismus spezifische Anforderungen (unterschiedlich zur Temperatur), die sich auch auf seine Leistung auswirken..
Im Falle von M. burtonii Y. M. frigidum, Es ist bekannt, dass jeder unterschiedliche Kohlenstoff- und Energiequellen nutzt: M. burtonii verwendet methylierte Substrate, während M. frigidum benutze H.zwei: COzwei für ihr Wachstum. Ace Lake ist mit Methan gesättigt, was das Wachstum von begünstigt M. burtonii.
Sphingopyxis alaskensis Es ist ein Bakterium, das aus den Meeresgewässern der nördlichen Hemisphäre isoliert wurde, wo Temperaturen von 4 bis 10 ° C herrschen. Andererseits wachsen Haloarchaeas, Archaeen, die in stark salzgesättigten Gewässern leben, bei einer Temperatur von -20 ° C..
Trotz hoher Populationen in ihren natürlichen Lebensräumen wurde keiner dieser Mikroorganismen im Labor unter 4 ° C kultiviert..
Gleichzeitig, S. alaskensis hat ein T.max 45 ° C und Haloarchaea können bei Temperaturen über 30 ° C wachsen, so dass sie nicht als psychrophil angesehen werden können. Ihre Populationen sind jedoch gut angepasst und kommen in extrem kalten Gebieten sehr häufig vor..
Aus dem oben Gesagten können wir annehmen, dass es andere einschränkende Umweltfaktoren gibt, die das Überleben dieser Organismen in ihren natürlichen Lebensräumen beeinflussen, und dass die Temperatur nicht der Faktor mit dem größten Gewicht ist..
Die Enzyme psychrophiler Organismen zeichnen sich durch hohe Aktivität bei niedrigen und moderaten Temperaturen aus. Zusätzlich haben diese Enzyme eine schlechte thermische Stabilität..
Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Enzyme psychrophiler Organismen sehr attraktiv, um unter anderem in verschiedenen Prozessen in der Lebensmittelindustrie, Medizin, Molekularbiologie und Pharmaindustrie eingesetzt zu werden..
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