Das Thermophile Sie sind ein Subtyp extremophiler Organismen, die sich durch hohe Temperaturen zwischen 50 ° C und 75 ° C auszeichnen, entweder weil diese Temperaturwerte in diesen extremen Umgebungen beibehalten werden oder weil sie häufig erreicht werden.
Thermophile Organismen sind im Allgemeinen Bakterien oder Archaeen, es gibt jedoch Metazoen (eukaryotische Organismen, die heterotrop und Gewebe sind), die sich auch an heißen Orten entwickeln.
Es sind auch Meeresorganismen bekannt, die sich in Symbiose mit thermophilen Bakterien an diese hohen Temperaturen anpassen können und die auch biochemische Mechanismen wie modifiziertes Hämoglobin und hohes Blutvolumen entwickelt haben, die es ihnen ermöglichen, die Toxizität von Sulfiden und Verbindungen zu tolerieren Schwefel.
Es wird angenommen, dass thermophile Prokaryoten die ersten einfachen Zellen in der Entwicklung des Lebens waren und dass sie Orte mit vulkanischer Aktivität und Geysiren in den Ozeanen bewohnten.
Beispiele für diese Art von thermophilen Organismen sind solche, die in der Nähe von hydrothermalen Entlüftungsöffnungen oder Entlüftungsöffnungen am Boden der Ozeane leben, wie methanogene (methanproduzierende) Bakterien und Anneliden Riftia pachyptila.
Die Hauptlebensräume, in denen Thermophile vorkommen, sind:
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Die Temperatur ist einer der wichtigsten Umweltfaktoren, die das Wachstum und das Überleben von Lebewesen bestimmen. Jede Art hat einen Temperaturbereich, zwischen dem sie überleben kann, jedoch ein optimales Wachstum und eine optimale Entwicklung bei bestimmten Temperaturen..
Die Wachstumsrate jedes Organismus gegenüber der Temperatur kann grafisch ausgedrückt werden, wobei die Werte erhalten werden, die den wichtigen kritischen Temperaturen (Minimum, Optimum und Maximum) entsprechen..
Bei den minimalen Wachstumstemperaturen eines Organismus tritt eine Abnahme der Fließfähigkeit der Zellmembran auf und die Prozesse des Transports und Austauschs von Materialien, wie der Eintritt von Nährstoffen und der Austritt von toxischen Substanzen, können gestoppt werden..
Zwischen der minimalen Temperatur und der optimalen Temperatur nimmt die Wachstumsrate von Mikroorganismen zu.
Bei optimaler Temperatur treten Stoffwechselreaktionen mit höchstmöglicher Effizienz auf.
Oberhalb der optimalen Temperatur tritt eine Abnahme der Wachstumsrate auf die maximale Temperatur auf, die jeder Organismus tolerieren kann.
Bei diesen hohen Temperaturen werden strukturelle und funktionelle Proteine wie Enzyme denaturiert und inaktiviert, da sie ihre geometrische Konfiguration und besondere räumliche Konfiguration verlieren, die zytoplasmatische Membran bricht und aufgrund der Wärmeeinwirkung eine thermische Lyse oder ein Bruch auftritt..
Jeder Mikroorganismus hat seine minimalen, optimalen und maximalen Betriebs- und Entwicklungstemperaturen. Thermophile haben bei diesen drei Temperaturen außergewöhnlich hohe Werte..
Thermophile Organismen können in drei große Kategorien unterteilt werden:
Hydrothermale Standorte sind überraschend häufig und weit verbreitet. Sie können grob in solche unterteilt werden, die mit vulkanischen Gebieten verbunden sind, und solche, die dies nicht sind..
Hydrothermale Umgebungen mit den höchsten Temperaturen sind im Allgemeinen mit vulkanischen Merkmalen (Calderas, Verwerfungen, plattentektonischen Grenzen, Rückbogenbecken) verbunden, die es Magma ermöglichen, bis zu einer Tiefe aufzusteigen, in der es direkt mit dem Grundwassertiefen interagieren kann.
Hot Spots werden oft auch von anderen Eigenschaften begleitet, die die Entwicklung des Lebens erschweren, wie z. B. extreme pH-Werte, organische Substanz, chemische Zusammensetzung und Salzgehalt..
Einwohner terrestrischer hydrothermaler Umgebungen überleben daher unter verschiedenen extremen Bedingungen. Diese Organismen sind als Polyextremophile bekannt..
Organismen, die zu allen drei Domänen gehören (Eukaryoten, Bakterien und Archaeen), wurden in terrestrischen hydrothermalen Umgebungen identifiziert. Die Vielfalt dieser Organismen wird hauptsächlich durch die Temperatur bestimmt.
Während eine Vielzahl von Bakterienarten in mäßig thermophilen Umgebungen leben, können Photoautotrophen die mikrobielle Gemeinschaft dominieren und makroskopische „matten“ oder „teppichartige“ Strukturen bilden..
Diese „photosynthetischen Matten“ befinden sich auf der Oberfläche der meisten neutralen und alkalischen heißen Quellen (pH-Wert über 7,0) bei Temperaturen zwischen 40 und 71 ° C, wobei Cyanobakterien als Hauptbeherrscher etabliert sind..
Oberhalb von 55 ° C werden photosynthetische Matten überwiegend von einzelligen Cyanobakterien wie z Synechococcus sp.
Photosynthetische mikrobielle Matten können auch überwiegend von Bakterien der Gattungen bewohnt sein Chloroflexus Y. Roseiflexus, beide Mitglieder der Ordnung Chloroflexales.
Wenn mit Cyanobakterien assoziiert, ist die Art von Chloreflexus Y. Roseiflexus unter photoheterotrophen Bedingungen optimal wachsen.
Wenn der pH-Wert sauer ist, sind die Gattungen üblich Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium Y. Thermodesulfator.
In hyperthermophilen Quellen (zwischen 72 und 98 ° C) ist bekannt, dass keine Photosynthese stattfindet, was das Überwiegen chemolytoautotropher Bakterien ermöglicht.
Diese Organismen gehören zum Stamm Aquificae und sind kosmopolitisch; kann Wasserstoff oder molekularen Schwefel mit Sauerstoff als Elektronenakzeptor oxidieren und Kohlenstoff über den reduzierenden Tricarbonsäure (rTCA) -Pfad fixieren.
Die meisten kultivierten und nicht kultivierten Archaeen, die in neutralen und alkalischen thermischen Umgebungen identifiziert wurden, gehören zum Stamm Crenarchaeota.
Arten wie Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans oder Stetteria Hydrogenophila Nitrosocaldus Yellowstonii, unter 77 ° C vermehren und Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta Distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis und Ignisphaera aggregans, in Quellen mit Temperaturen über 80 ° C..
In sauren Umgebungen finden sich Archaeen der Gattungen: Sulfolobus, Sulphurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulphurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium Y. Galdivirga.
Unter den Eukaryoten aus neutralen und alkalischen Quellen können wir zitieren Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia Y. Oramoeba funiarolia.
In sauren Quellen finden Sie die Gattungen: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium oder Galdieria.
Mit Temperaturen im Bereich von 2 ° C bis über 400 ° C, Drücken von mehr als mehreren tausend Pfund pro Quadratzoll (psi) und hohen Konzentrationen an giftigem Schwefelwasserstoff (pH 2,8) sind hydrothermale Tiefseeentlüftungsöffnungen möglicherweise die extremsten Umgebungen auf unserem Planeten.
In diesem Ökosystem dienen Mikroben als unteres Glied in der Nahrungskette und beziehen ihre Energie aus Erdwärme und Chemikalien, die sich tief im Erdinneren befinden..
Die mit diesen Quellen oder Entlüftungsöffnungen verbundene Fauna ist sehr unterschiedlich, und die Beziehungen zwischen den verschiedenen Taxa sind noch nicht vollständig verstanden..
Unter den Arten, die isoliert wurden, befinden sich sowohl Bakterien als auch Archaeen. Zum Beispiel wurden Archaeen der Gattung isoliert Methanococcus, Methanopyus und thermophile anaerobe Bakterien der Gattung Caminibacter.
Bakterien gedeihen in Biofilmen, die sich von mehreren Organismen wie Amphipoden, Copepoden, Schnecken, Krabbengarnelen, Röhrenwürmern, Fischen und Tintenfischen ernähren.
Ein gemeinsames Panorama besteht aus Muschelansammlungen, Bathymodiolus thermophilus, über 10 cm lang, drängt sich in Risse in der Basaltlava. Diese werden normalerweise von zahlreichen Galateidenkrabben begleitet (Munidopsis subsquamosa).
Einer der ungewöhnlichsten Organismen ist der Röhrenwurm Riftia pachyptila, die in großen Mengen gruppiert werden können und Größen nahe 2 Meter erreichen.
Diese Röhrenwürmer haben keinen Mund, Magen oder Anus (dh sie haben kein Verdauungssystem); Sie sind ein vollständig geschlossener Beutel ohne Öffnung zur äußeren Umgebung.
Die leuchtend rote Farbe des Stifts an der Spitze ist auf das Vorhandensein von extrazellulärem Hämoglobin zurückzuführen. Schwefelwasserstoff wird durch die Zellmembran transportiert, die mit den Filamenten dieser Wolke verbunden ist, und erreicht durch extrazelluläres Hämoglobin ein spezialisiertes „Gewebe“, das als Trophosom bezeichnet wird und vollständig aus symbiotischen chemosynthetischen Bakterien besteht..
Man kann sagen, dass diese Würmer einen internen „Garten“ von Bakterien haben, die sich von Schwefelwasserstoff ernähren und dem Wurm die „Nahrung“ liefern, eine außergewöhnliche Anpassung.
Heiße Wüsten bedecken 14-20% der Erdoberfläche, ungefähr 19-25 Millionen km.
Die heißesten Wüsten wie die Sahara Nordafrikas und die Wüsten des Südwestens der USA, Mexikos und Australiens sind in den Tropen sowohl in der nördlichen als auch in der südlichen Hemisphäre (zwischen etwa 10 ° und 30-40 ° Breite) zu finden..
Ein charakteristisches Merkmal einer heißen Wüste ist die Trockenheit. Wüsten sind nach der Koppen-Geiger-Klimaklassifikation Regionen mit einem Jahresniederschlag von weniger als 250 mm.
Der jährliche Niederschlag kann jedoch ein irreführender Index sein, da der Wasserverlust ein entscheidender Faktor für den Wasserhaushalt ist..
Daher ist die Definition von Wüste aus dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen ein jährliches Feuchtigkeitsdefizit unter normalen klimatischen Bedingungen, bei denen die potenzielle Evapotranspiration (PET) fünfmal höher ist als der tatsächliche Niederschlag (P)..
In heißen Wüsten ist ein hoher PET-Wert weit verbreitet, da sich die Sonnenstrahlung aufgrund mangelnder Wolkendecke in ariden Regionen dem Maximum nähert.
Wüsten können je nach Trockenheit in zwei Arten unterteilt werden:
Wüsten unterscheiden sich von trockenen halbtrockenen Gebieten (P / PET 0,2-0,5) und von trockenen subfeuchten Gebieten (0,5-0,65)..
Wüsten haben andere wichtige Eigenschaften, wie ihre starken Temperaturschwankungen und den hohen Salzgehalt ihrer Böden..
Andererseits ist eine Wüste normalerweise mit Dünen und Sand verbunden, dieses Bild entspricht jedoch nur 15-20% von allen; felsige und bergige Landschaften sind die häufigsten Wüstenumgebungen.
Die Bewohner der Wüsten, die Thermophile sind, haben eine Reihe von Anpassungen vorgenommen, um den Widrigkeiten zu begegnen, die unter anderem durch Regenmangel, hohe Temperaturen, Winde und Salzgehalt entstehen.
Xerophytische Pflanzen haben Strategien entwickelt, um Schweiß zu vermeiden und so viel Wasser wie möglich zu speichern. Die Sukkulenz oder Verdickung von Stielen und Blättern ist eine der am häufigsten verwendeten Strategien.
Es zeigt sich in der Familie der Cactaceae, wo die Blätter auch in Form von Stacheln modifiziert wurden, um sowohl eine Evapotranspiration zu vermeiden als auch Pflanzenfresser abzuwehren..
Das Geschlecht Lithops oder Steinpflanzen, die in der namibischen Wüste beheimatet sind, entwickeln ebenfalls Sukkulenz, aber in diesem Fall wächst die Pflanze bodenbündig und tarnt sich mit den umgebenden Steinen.
Andererseits entwickeln Tiere, die in diesen extremen Lebensräumen leben, alle Arten von Anpassungen, von physiologischen bis zu ethologischen. Zum Beispiel zeigen die sogenannten Känguru-Ratten in geringer Anzahl Urin mit geringem Volumen, was diese Tiere in ihrer wasserarmen Umgebung sehr effizient macht..
Ein weiterer Mechanismus zur Verringerung des Wasserverlusts ist eine Erhöhung der Körpertemperatur. Beispielsweise kann die Körpertemperatur ruhender Kamele im Sommer von etwa 34 ° C auf über 40 ° C ansteigen.
Temperaturschwankungen sind für die Wassereinsparung aus folgenden Gründen von großer Bedeutung:
Ein weiteres Beispiel ist die Sandratte (Psammomys obesus), das einen Verdauungsmechanismus entwickelt hat, der es ihnen ermöglicht, sich nur von Wüstenpflanzen der Familie der Chenopodiaceae zu ernähren, die große Mengen an Salzen in den Blättern enthalten.
Die ethologischen (Verhaltens-) Anpassungen von Wüstentieren sind zahlreich, aber die offensichtlichste impliziert, dass der Aktivitäts-Ruhe-Zyklus umgekehrt ist.
Auf diese Weise werden diese Tiere bei Sonnenuntergang (nächtliche Aktivität) aktiv und hören im Morgengrauen (Tagesruhe) auf, aktiv zu sein, sodass ihr aktives Leben nicht mit den heißesten Stunden zusammenfällt..
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