EXTREMOPHILES: ÖZELLIKLERI, TÜRLERI VE ÖRNEKLERI - BIYOLOJI - 2025

Ekstremofiller yani onlar insanlar tarafından en çok bilinen organizmaların içinde yaşadıkları koşullar gelenler o deviate aşırı ortamlarda yaşayan organizmalardır.

"Aşırı" ve "aşırılık yanlısı" terimleri görece insan merkezlidir, çünkü biz insanlar habitatları ve onların sakinlerini kendi varoluşumuz için aşırı kabul edilebilecek şeylere dayanarak değerlendiriyoruz.

Şekil 1. Çok zorlu ortamlarda hayatta kalma becerisiyle bilinen bir Filum olan Tardigrades. Kaynak: Willow Gabriel, Goldstein Lab, Wikimedia Commons aracılığıyla

Yukarıda belirtilenler nedeniyle, aşırı bir ortamı karakterize eden şey, diğerlerinin yanı sıra sıcaklığı, nemi, tuzluluğu, ışığı, pH'ı, oksijen bulunabilirliği, toksisite seviyeleri açısından insanlar için dayanılmaz koşullar sunmasıdır.

İnsan merkezli olmayan bir perspektiften bakıldığında, insanlar onları değerlendiren organizmaya bağlı olarak aşırılıksever olabilir. Örneğin, oksijenin toksik olduğu, kesinlikle anaerobik bir organizma açısından, aerobik varlıklar (insanlar gibi) ekstremofiller olacaktır. İnsan için, aksine, anaerobik organizmalar ekstremofillerdir.

"Aşırılıkseverler" teriminin kökeni

Şu anda Dünya gezegeninin içinde ve dışında çok sayıda ortamı "aşırı" olarak tanımlıyoruz ve sürekli olarak sadece hayatta kalmayı değil, aynı zamanda çoğunda geniş çapta gelişebilen organizmaları keşfediyoruz.

RD Macelroy

1974'te RD Macelroy, ara koşullara sahip ortamlarda büyüyen mezofilik organizmaların aksine aşırı koşullar altında optimal büyüme ve gelişme sergileyen bu organizmaları tanımlamak için "Extremophiles" terimini önerdi.

Macelroy'a göre:

"Extremophile, mezofillere düşman ortamları veya yalnızca ara ortamlarda büyüyen organizmaları doldurabilen organizmalar için bir tanımlayıcıdır."

Organizmalarda iki temel aşırılık derecesi vardır: aşırı çevresel koşulu tolere edebilen ve diğerlerine üstün gelebilenler; ve aşırı koşullar altında en iyi şekilde büyüyen ve gelişen olanlar.

Aşırı ortamların özellikleri

Bir çevrenin "aşırı" olarak adlandırılması, insanın hayatta kalmasına izin veren belirli bir çevresel koşulun (sıcaklık, tuzluluk, radyasyon vb.) Taban çizgisinin uzak uç noktalarının dikkate alınmasına dayanan antropojenik bir yapıya yanıt verir.

Bununla birlikte, bu isim, içinde yaşayan organizma açısından (insan perspektifinden ziyade) bir çevrenin belirli özelliklerine dayanmalıdır.

Bu özellikler şunları içerir: biyokütle, üretkenlik, biyolojik çeşitlilik (tür sayısı ve daha yüksek taksonların temsili), ekosistemlerdeki süreçlerin çeşitliliği ve söz konusu organizmanın çevreye özel adaptasyonları.

Tüm bu özelliklerin toplamı, bir ortamın aşırı durumunu gösterir. Örneğin, ekstrem bir ortam genellikle aşağıdakileri sunan bir ortamdır:

• Düşük biyokütle ve verimlilik
• Arkaik yaşam formlarının baskınlığı
• Daha yüksek yaşam formlarının yokluğu
• Fotosentez ve nitrojen fiksasyonunun yokluğu ancak diğer metabolik yollara ve spesifik fizyolojik, metabolik, morfolojik ve / veya yaşam döngüsü adaptasyonlarına bağımlılık.

Zoolojik Ölçekte Extremophiles Türleri

Tek hücreli organizmalar

Extremophilic terimi sıklıkla bakteriler gibi prokaryotları ifade eder ve bazen Archaea ile birbirinin yerine kullanılır.

Bununla birlikte, çok çeşitli Ekstremofilik organizmalar vardır ve ekstrem habitatlardaki filogenetik çeşitlilik hakkındaki bilgilerimiz neredeyse her gün artmaktadır.

Örneğin, tüm hipertermofillerin (ısı severler) Archaea ve Bacteria üyeleri olduğunu biliyoruz. Ökaryotlar, psikofiller (soğuk sevenler), asidofiller (düşük pH sevenler), alkalofiller (yüksek pH sevenler), kserofiller (kuru ortam sevenler) ve halofiller (tuz severler) arasında yaygındır.

Şekil 2. ABD'de Yellowstone Milli Parkı'ndaki kaplıca, bu kaynakların elde ettiği parlak renkler termofilik bakterilerin çoğalmasıyla ilgilidir. Kaynak: Jim Peaco, Ulusal Park Servisi, Wikimedia Commons aracılığıyla

Çok hücreli organizmalar

Omurgasız ve omurgalı hayvanlar gibi çok hücreli organizmalar da ekstremofiller olabilir.

Örneğin, bazı psikrofiller, kışın dokularında hücre içi donmayı önleyen, hücre sitoplazmasında ozmolit biriktiren ve yalnızca hücre dışı suyun (hücrelerin dışında) donmasına izin veren az sayıda kurbağa, kaplumbağa ve bir yılan içerir. .

Başka bir örnek, hücre içi donmadan (hücrelerinin içindeki suyun donmasından) kurtulabilen, çözüldükten sonra büyüyüp çoğalabilen Antarktika nematod Panagrolaimus davidi vakasıdır.

Ayrıca Antarktika'nın soğuk sularında ve Amerika kıtasının güneyinde yaşayan Channichthyidae ailesinin balıkları, hücrelerini tam donmaya karşı korumak için antifriz proteinleri kullanırlar.

Poly-Ekstremofilik

Poly-Extremophiles, aynı anda birden fazla aşırı durumda hayatta kalabilen, bu nedenle tüm aşırı ortamlarda yaygın olan organizmalardır.

Örneğin, aşırı sıcaklığın yanı sıra sınırlı su mevcudiyeti ve genellikle yüksek tuzlulukta hayatta kalan çöl bitkileri.

Diğer bir örnek, deniz tabanında yaşayan, diğerlerinin yanı sıra ışık eksikliği ve besin eksikliği gibi çok yüksek basınçlara dayanabilen hayvanlar olabilir.

En yaygın ekstrem ortam türleri

Çevresel aşırılıklar geleneksel olarak aşağıdaki gibi abiyotik faktörlere göre tanımlanır:

• Sıcaklık.
• Su mevcudiyeti.
• Basınç.
• pH değeri.
• Tuzluluk.
• Oksijen konsantrasyonu.
• Radyasyon seviyeleri.

Aşırılık yanlıları da benzer şekilde katlandıkları aşırı koşullar temelinde tanımlanır.

Abiyotik koşullarına göre tanıyabileceğimiz en önemli ekstrem ortamlar şunlardır:

Aşırı soğuk ortamlar

Son derece soğuk ortamlar, 5 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda (kısa veya uzun) sık sık devam eden veya düşen ortamlardır. Bunlar, Dünya'nın kutuplarını, dağlık bölgeleri ve bazı derin okyanus habitatlarını içerir. Gündüzleri çok sıcak olan bazı çöller bile geceleri çok düşük sıcaklıklara sahiptir.

Kriyosferde (suyun katı halde olduğu yerde) yaşayan başka organizmalar da vardır. Örneğin, buz matrislerinde, permafrostta, kalıcı veya periyodik kar örtüleri altında yaşayan organizmalar, soğuk, kuruma ve yüksek düzeyde radyasyon dahil olmak üzere çok sayıda aşırılığı tolere etmelidir.

Aşırı sıcak ortamlar

Son derece sıcak habitatlar, kalan veya periyodik olarak 40 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklara ulaşan habitatlardır. Örneğin, sıcak çöller, jeotermal alanlar ve derin deniz hidrotermal menfezleri.

Genellikle aşırı yüksek sıcaklıklarla, sıcak ve soğuk çöller gibi mevcut suyun çok sınırlı olduğu (sürekli veya düzenli süreler için) ortamlar ve bazı endolitik habitatlarla (kayaların içinde yer alan) ilişkilendirilirler.

Aşırı basınç ortamları

Okyanusların bentik bölgeleri ve derin göller gibi diğer ortamlar yüksek hidrostatik basınca maruz kalır. Bu derinliklerde, sakinleri 1000 atmosferden daha yüksek basınçlara dayanmalıdır.

Alternatif olarak, dağlarda ve dünyanın diğer yüksek bölgelerinde hipobarik aşırılıklar (düşük atmosferik basınç) vardır.

Şekil 3. Deniz fumarolleri veya hidrotermal menfezler. Yüksek basınç ve sıcaklığın yanı sıra kükürtlü deşarjların olduğu, bütün bir organizma topluluğunun yaşadığı aşırı bir çevre örneği. Kaynak: NOAA, Wikimedia Commons aracılığıyla

Aşırı asit ve alkali ortamlar

Genel olarak, aşırı asidik ortamlar, pH'ı koruyan veya düzenli olarak pH 5'in altındaki değerlere ulaşan ortamlardır.

Özellikle düşük pH, mevcut metallerin çözünürlüğünü artırdığından ve içinde yaşayan organizmaların çok sayıda abiyotik aşırılıkla yüzleşecek şekilde adapte edilmesi gerektiğinden, bir ortamın "aşırı" durumunu artırır.

Tersine, son derece alkali ortamlar, kalan veya 9'un üzerindeki pH değerlerini düzenli olarak kaydeden ortamlardır.

Aşırı pH ortamlarının örnekleri arasında göller, yeraltı suları ve oldukça asidik veya alkali topraklar bulunur.

Şekil 4. Cüce ıstakoz (Munidopsis polymorpha), bir mağara sakini ve Kanarya Adaları, Lanzarote adasına endemik. Bu tür aşırı mağara ortamlarına tipik uyarlamalar arasında şunlar vardır: boyutta azalma, solgunluk ve körlük. Kaynak: flickr.com/photos//5582888539

Hipersalin ve anoksik ortamlar

Hipersalin ortamlar, tuz konsantrasyonlarının binde 35 pay olan deniz suyundan daha yüksek olduğu ortamlar olarak tanımlanır. Bu ortamlar, aşırı tuzlu ve tuzlu gölleri içerir.

Baskın tuzun başka bir şey olduğu tuzlu ortamlar olabileceğinden, "salin" ile sadece sodyum klorürden kaynaklanan tuzluluğa değinmiyoruz.

Şekil 5. Venezuela'nın Falcón eyaleti, Salina Las Cumaraguas'daki suyun pembe rengi. Pembe renklenme, tuzlu suda bulunan yüksek konsantrasyonlarda sodyum klorüre direnebilen Dunaliella salina adlı bir alg ürünüdür. Kaynak: HumbRios, Wikimedia Commons'tan

Kalıcı olarak veya düzenli aralıklarla sınırlı serbest oksijene (hipoksik) veya hiç oksijen bulunmayan (anoksik) habitatlar da aşırı olarak kabul edilir. Örneğin, bu özelliklere sahip ortamlar, okyanuslar ve göllerdeki anoksik havzalar ve daha derin tortu katmanları olacaktır.

Şekil 6. Artemia monica, Mono Gölü, Kaliforniya (ABD), tuzlu bir ortam (sodyum bikarbonat) ve yüksek pH'da yaşayan bir kabuklu hayvan. Kaynak: photolib.noaa.gov

Yüksek radyasyon ortamları

Ultraviyole (UV) veya kızılötesi (IR) radyasyon da organizmalar üzerinde aşırı koşullar oluşturabilir. Aşırı radyasyon ortamları, normal aralığın dışında anormal derecede yüksek radyasyona veya radyasyona maruz kalan ortamlardır. Örneğin, kutupsal ve yüksek rakımlı ortamlar (kara ve su).

Phaeocystis pouchetii

Bazı türler, yüksek UV veya IR radyasyonunun kaçınma mekanizmaları gösterir. Örneğin, Antarktika deniz yosunu Phaeocystis pouchetii, UV-B dalga boylarını (280-320 nm) güçlü bir şekilde emen ve hücrelerini 10 m içinde son derece yüksek UV-B seviyelerinden koruyan suda çözünür "güneş koruyucuları" üretir. üst su sütunu (deniz buzu kırıldıktan sonra).

Deinococcus radiodurans

Diğer organizmalar iyonlaştırıcı radyasyona çok toleranslıdır. Örneğin, Deinococcus radiodurans bakterisi, iyonlaştırıcı radyasyona maruz kaldıktan sonra geniş DNA hasarını telafi ederek genetik bütünlüğünü koruyabilir.

Bu bakteri, bozulmayı sınırlamak ve DNA parçalarının difüzyonunu sınırlamak için hücreler arası mekanizmalar kullanır. Ek olarak, yüksek verimli DNA onarım proteinlerine sahiptir.

Astyanax hubbsi

Görünüşe göre düşük radyasyonlu veya hiç radyasyon içermeyen ortamlarda bile, Ekstremofilik organizmalar radyasyon seviyelerindeki değişikliklere yanıt verecek şekilde uyarlanmıştır.

Örneğin, Meksikalı bir mağarada yaşayan kör balık olan Astyanax hubbsi, yüzeysel olarak algılanabilir göz yapılarına sahip değildir, ancak ortam ışığında küçük farklılıkları ayırt edebilir. Hareketli görsel uyaranları algılamak ve bunlara yanıt vermek için ekstraoküler fotoreseptörler kullanırlar.

Şekil 7. Mağara sakini Astyanax cinsinin kör balığı. Kaynak: Shizhao, Wikimedia Commons'tan

Antropojenik aşırılıklar

Şu anda, aşırı çevresel koşulların dayatıldığı, insan faaliyetlerinin bir sonucu olarak yapay olarak üretildiği bir ortamda yaşıyoruz.

Sözde antropojenik etki ortamları son derece çeşitlidir, kapsamı küreseldir ve belirli aşırı ortamları tanımlarken artık göz ardı edilemez.

Örneğin, iklim değişikliği ve asit yağmuru gibi kirlilikten (atmosferik, su ve toprak) etkilenen ortamlar, doğal kaynakların çıkarılması, fiziksel rahatsızlık ve aşırı kullanım.

Geçişler ve ekotonlar

Yukarıda bahsedilen aşırı ortamlara ek olarak, karasal ekologlar, dağlardaki ağaç çizgisi veya ormanlar ve otlaklar arasındaki sınır gibi iki veya daha fazla farklı topluluk veya ortam arasındaki geçiş bölgelerinin özel doğasının her zaman farkında olmuşlardır. . Bunlara gergi kayışları veya ekotonlar denir.

Ekototonlar ayrıca deniz ortamında da bulunur, örneğin deniz buzunun kenarıyla temsil edilen buz ve su arasındaki geçiş. Bu geçiş bölgeleri, tipik olarak, komşu topluluklara göre daha fazla tür çeşitliliği ve biyokütle yoğunluğu sergiler, çünkü büyük ölçüde içlerinde yaşayan organizmalar, onlara bir avantaj sağlayabilecek bitişik çevrelerden gelen kaynaklardan yararlanabilir.

Bununla birlikte, ekotonlar sürekli olarak değişen ve dinamik bölgelerdir, genellikle bir yıllık dönem boyunca abiyotik ve biyotik koşullarda bitişik ortamlardan daha geniş bir varyasyon aralığı gösterir.

Organizmaların davranışlarını, fenolojilerini (mevsimsel hava koşulları) ve diğer türlerle etkileşimlerini sürekli olarak adapte etmelerini gerektirdiğinden, bu mantıklı bir şekilde "aşırı" olarak kabul edilebilir.

Ekototonun her iki tarafında yaşayan türler genellikle dinamiklere daha toleranslıyken, menzilleri bir tarafla sınırlı olan türler, diğer tarafı aşırı derecede deneyimlemektedir.

Genel olarak, bu geçiş bölgeleri genellikle hem doğal hem de antropojenik iklim değişiklikleri ve / veya rahatsızlıklardan ilk etkilenen bölgelerdir.

Çeşitli aşamalara veya aşamalara sahip hayvanlar ve bitkiler

Çevreler sadece dinamik değildir ve aşırı olabilir veya olmayabilir, aynı zamanda organizmalar da dinamiktir ve belirli çevresel koşullara uyarlanmış farklı aşamalara sahip yaşam döngüleri vardır.

Bir organizmanın yaşam döngüsünün aşamalarından birini destekleyen ortam, diğer aşamalar için aşırı olabilir.

Bitkiler

Örneğin hindistan cevizinin (Cocos nucifera) deniz yoluyla taşınması için uyarlanmış bir tohumu vardır, ancak olgun ağaç karada büyür.

Eğrelti otları ve farklı yosun türleri gibi spor taşıyan vasküler bitkilerde gametofit, fotosentetik pigmentlerden yoksun olabilir, kökleri olmayabilir ve çevresel neme bağlı olabilir.

Sporofitlerin rizomları, kökleri ve sürgünleri tam güneş ışığında sıcak ve kuru koşullara dayanır. Sporofitler ve gametofitler arasındaki fark, taksonlar arasındaki farklarla aynı sıradadır.

Hayvanlar

Çok yakın bir örnek, genellikle yetişkini çevreleyen çevreye genellikle hoşgörüsüz olan birçok türün gençlik aşamalarıdır, bu nedenle genellikle ihtiyaç duydukları beceri ve güçleri kazandıkları dönemde koruma ve bakıma ihtiyaç duyarlar. bu ortamlarla başa çıkmaya izin verin.

Referanslar

1. Kohshima, S. (1984). Bir Himalaya buzulunda bulunan yeni bir soğuğa dayanıklı böcek. Nature 310,225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Aşırı filizlerin evrimi üzerine bazı yorumlar. Biosystems, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT ve Kelly, GJ (1991) Antarktika'dan deniz yosunu Phaeocystis pouchetti'deki UV-B koruyucu bileşikler. Marine Biology 109, 391-395.
4. Ören, A. (2005). Yüz yıllık Dunaliella araştırması: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448-1-2.
5. Rothschild, LJ ve Mancinelli, RL (2001). Aşırı ortamlarda yaşam. Nature 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. ve Zillig, W. (1995). Son derece düşük pH'da Lite. Nature 375, 741-742.
7. Storey, KB and Storey, JM (1996). Hayvanlarda doğal donma sağkalımı. Ekoloji ve Sistematiğin Yıllık Değerlendirmesi 27, 365-386.
8. Teyke, T. ve Schaerer, S. (1994) Kör Meksikalı mağara balığı (Astyanax hubbsi) hareketli görsel uyaranlara yanıt verir. Deneysel Biyoloji Dergisi 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD ve Somero, GN (1982). Su stresi ile yaşamak: osmolit sistemlerinin evrimi. Science 217, 1214-1222.