Extremophile

Egy organizmus mondják, hogy extremofil , vagy extremofil , amikor szokásos életkörülmények végzetes legtöbb más organizmusok: hőmérséklet megközelíti vagy meghaladja a 100 ° C-on ( hipertermofilekből ) vagy alatt 0 ° C-on ( psychrophiles ), kivételes nyomás ( barophiles a mélytengerfenéki ), környezetek nagyon betöltve sóval ( halofil ), nagyon savas ( acidofil ) vagy hiper- lúgos ( alkalofil ) környezetek, radioaktív vagy anoxiás (anélkül dioxigén) vagy megvilágítatlan környezetekben, mint például endoliths .

Sok Extremophíies tartozik a rendszertani egység az Archaea vagy baktériumok , bár ott is egysejtű metazoonfertőzéses eukarióta Extremophíies ( rovarok , rákok , halak ...). A kifejezés azonban az egysejtű szervezetekre van fenntartva .

Az extremofil organizmusokat például forró kénes forrásokból , víz alatti hidrotermális szellőzőkből , üledékekből lehet izolálni az Antarktisz vagy az Északi-sark jégében , sóval telített vizekben (tó vagy Holt-tenger ), olajmezőkben.

Néhány élőlény, az úgynevezett polyextremophiles , még ezeknek az ellenállásoknak a többit is ötvözi (például Deinococcus radiodurans , Kineococcus radiotolerans vagy Sulfolobus acidocaldarius ).

Tökéletesen alkalmazkodva ezekhez a különleges körülményekhez, az extrémofilek ritkábbak a hétköznapi körülmények között. Sőt, még akkor sem, ha képesek ellenállni ezeknek a feltételeknek (mivel speciális anyagcseréjük sok esetben az extrém körülményeket igényli), nem állnak ellen a közönséges organizmusok versengésének. Előfordul, hogy az egyik megkülönbözteti extremofil és extremotolerance , aszerint, hogy a szervezetnek szüksége van rendkívüli körülmények között, illetve arra, hogy támogatja őket, de az egyik leletek alatt több rendes körülmények között.

Világosan meg kell különböztetnünk a valódi extremofilok (normálisan vagy kizárólag extrém körülmények között élő) eseteit, az olyan szervezetek viszonylag banális eseteit, amelyek képesek ideiglenesen kialakulni a kedvezőtlen körülményeknek ellenálló formában (életfunkcióik felfüggesztésével, ciszta kialakulásával védekezhetnek) vagy spóra ). Egyes baktériumok, mint például a Deinococcus radiodurans , extrém körülmények között képesek meggyógyulni, de életük nem igényli őket.

Különböző típusú extremofilek

Acidophil : savas környezetben élő organizmus ( optimális növekedési pH közel 3).
Alkalofil : bázikus környezetben élő organizmus (optimális növekedési pH közel 9 és ennél magasabb).
Halofil : nagyon sós környezetben élő szervezet (magas NaCl- koncentráció ).
Metalotoleráns : a szervezet tolerálja a magas fémkoncentrációt ( réz , kadmium , arzén , cink ).
Pszichrofil vagy pszichotoleráns : hideg környezetben élő élőlények (szakadékok, gleccserek, akár hűtőszekrények is, ahol a hideg lánc hatékonyságának csökkentésével befolyásolhatják az élelmiszer- higiéniát ).
Piezophilic vagy barophilic : szervezetben élő kitett környezetben magas nyomáson (mély óceánfenékre le -11.000 méter; Mariana-árok )
Sugárzásálló : az a szervezet, amely képes túlélni a magas ionizáló sugárzást.
Termofil : meleg környezetben élő szervezet, optimális növekedés 60 ° C közelében .
Hipertermofil : nagyon forró környezetben élő szervezet, amelynek növekedési optimuma közel 90 ° C és 100 ° C között van ; de nem tudnak forrásban lévő vízben élni (a tengerfenéken a nyomás magas, és a víz 400 ° C- ig folyékony marad )
Xerophil : olyan szervezet, amely képes ellenállni a kiszáradásnak (kevés vízre van szüksége a túléléshez).

Az extrémofilek vizsgálatának érdeke

Az extremofilek megdöbbenés tárgyát képezik, és többféle módon tanulmányozzák őket:

Különlegességeik változatos technológiai perspektívákat kínálnak (például hőstabilis fehérjék , hidegvizes mosóenzimek) és a biológiai vizsgálatok széles körét. A szélsőséges fehérjék és enzimek piaca növekvő ( biotechnológia és vegyipar). A leglátványosabb példa a Thermus aquaticus- ból származó Taq-polimeráz , amelyet széles körben használnak PCR- reakciókhoz .
Az élet megjelenése extrém környezetben történhetett. Az akkori primitív légkör oxigén és ózon nélkül hagyta, hogy a nap UV sugarai áthaladjanak, ami a sejtekre mérgező szabad gyökök kialakulásához vezethet . Gémter Günter Wächtershäuser úgy véli, hogy az élet forró kén-vas-környezetben keletkezett oxigén hiányában. Ez a környezet közel áll a hidrotermális szellőzők környezetéhez, ahol sok hipertermofil mikroorganizmus él. Azonban a fosszilis bizonyítékok az életforma létezéséről a megkövesedett hidrotermális helyeken még nem erősítettek meg.
Szemléltetik az élet elképesztő alkalmazkodóképességét a legkülönfélébb és legellenségesebb környezetekhez, ami hitelessé teszi azt az elképzelést, hogy hasonló életformák találhatók a látszólag életképtelen bolygókon.

Néhány példa az extremofil organizmusokra

Különböző extremophilia

Archaea

A búvárkodás hidrotermikus szellőzőiben izolált Pyrolobus fumarii még mindig 113 ° C-ra szaporodik.
Az Archaea Genre Pyrodictiumhoz és a Pyrobaculumhoz közeli 121-es törzs nevű törzset izoláltuk a hidrotermikus mintákból, és 121 ° C-on képesek túlélni .
A forró savanyú forrásokból izolált Sulfolobus acidocaldarius mind savas, mind a savnak (növekedés 2-3 pH-nál) és hipertermofil (optimális növekedés 80 ° C körüli).
A radiotoleráns Thermococcus gammatolerans (szervezete, ha ionizáló sugárzásnak van kitéve, tartósan és hatékonyan helyrehozza önmagát), nagy mélységben megtalálható egyes meleg forrásokban
A Ferroplasma , a Ferroplasma acidarmanus 0-hoz közeli pH-n nőhet.
Methanopyrus , optimális növekedési sebességgel 98 ° C-on
A Holt-tengertől izolált Haloarcula marismortui nagyon halofil és vízben virágzik , 300 g / l NaCl-val (az óceán sótartalmának tízszerese).

Baktériumok

Deinococcus radiodurans , amely az emberi tolerancia 1500-3000-szeresének ellenáll. A mély tengerfenék, bizonyos radioaktív helyek vagy bizonyos sivatagok (UV-sugárzásnak kitéve, néha túl sós sóoldat, szintén sugárzó rezisztens extremofilek, köztük a deinococcus otthona
A Bacillus infernus- t 2700 m- relizolálták a talaj felszíne alatt.
A Desulforudis audaxviatorot −1 500 m, majd −2 800 m mélyentalálták egy aranybánya talajában (Witwatersand-medence, Dél-Afrika), ahol ellenáll a 60 ° C hőmérsékletnek és a 9,3 pH-nak.
GFAJ-1 , arzén toleráns halofil bacillus.
A snottitok (köztük az Acidithiobacillus ) kemoszintézise energiáját vulkanikus eredetű kénvegyületekből nyeri , pH-ja közel 0, tulajdonságai hasonlóak az akkumulátor savához .

Gerinctelenek

A Halicephalobus mephisto 0,9 és 3,6 km mély aranybánya vizében található.
A Pompeii féreg néven ismert Alvinella Pompejana bizonyos víz alatti hidrotermikus szellőzőkön él. Kivételes hőállósági képességek egy többsejtű eukarióta esetében (20 és 80 ° C közötti hőmérsékletet tolerálfelnőtteknél).

Gerincesek

A Nototheniidae család halai az Óceán déli részén élnek, és vérükben " fagyálló " fehérjéket választanak ki .

Poláris extrémophilia

2004-ben nagyszámú mikroorganizmust fedeztek fel Az Északi-sarkvidéken és az Antarktisz kontinensen található sziklák alatt.

Addig ezt a környezetet különösen ellenségesnek tartották az élet fejlődésével, egyrészt a szélsőséges hőmérsékletek miatt, de a rendkívül heves szél és különösen az ultraibolya sugárzás miatt is.

Kutatás

2007. A Massachusettsi Egyetem ( Egyesült Államok ) biológuscsoportja 121 ° C-on szaporodó mikrobát fedezett fel ; A Csendes-óceán mélyén található kémény közelében talált "121-es törzs" 130 ° C- ig fennmaradt . A földön élő ismert szervezet, amely ellenáll a legmagasabb hőmérsékletnek.

Korábban ismertük a Pyrolobus fumarii-t, aki 1 óra 121 ° C-on történő inkubálás után elhunyt .

A nyolcvanas években, mielőtt a nukleáris fegyvereket és a nukleáris hulladékokat mélyen eltemette , az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (DOE) ellenőrizni akarta, hogy létezhetnek-e olyan mikrobák, amelyek zavarhatják az eltemetett kötéseket vagy anyagokat. Amerikai geológusok és biológusok meglepődve tapasztalták, hogy a meglévő nukleáris tisztító létesítmények ( Savannah-folyó , Dél-Karolina ) alatt végzett felderítő fúrások során a felszín alatt akár 500 méterre élő baktériumokat és archeobaktériumokat találtak . Más tanulmányok megerősítették, hogy az élet nagy mélységekben is gyakori: a romániai Movile-barlang 1986-ban, majd 1992-ben, amikor John Parkes felfedezte, hogy a Japán-tenger tengerszintje alatt 500 méterrel is körülbelül 11 millió mikroba él köbcentiméter üledékenként a mikrobák - a Matuzsálem anyagcseréje nagyon lassú, évezredek, vagy akár több millió év alatt is túlélhetik szinte étkezés nélkül. A kutatók 2011-ben 460 000 éves daganatokban találtak élő sejteket, amelyeket 220 méterre gyűjtöttek a Csendes-óceán feneke alatt Japán közelében. Úgy néztek ki, mint az elhalt sejtek, de amikor stabil szén- és nitrogén-radioaktív izotópokkal jelölt táplálékforrás jelenlétében helyezik el, a sejtek 3/4-e képes volt táplálkozni velük.

A Csendes-óceán alatt mély bakteriális ökoszisztémát fedeztek fel, aktív baktériumok és archeák üledékeiben, amelyek 86 millió évvel ezelőttre nyúlnak vissza (körülbelül 20 millió évvel a dinoszauruszok kihalása előtt keletkeztek . A legszélsőségesebb környezetben az egyedek ritkábbak, ennek ellenére kb. 1000 sejt / köbcentiméter üledék.

Forró és radioaktív ásványi kőzetekben ezek a baktériumok az urán radioaktív bomlását használják fel, amely bizonyos vízmolekulákat hidrolizál (szabad hidrogénné és dioxigénné radiolízissel , hidrogén előállításához, amelyet alapkőzetéből szulfátionokkal kombinálva elegendő energiát termelnek önmaguk fenntartásához, miközben a lehető legkevesebb szén-dioxid-felhasználás a környezetükben.

Úgy gondolták, hogy ilyen ellenséges környezetben csak baktériumok élhetnek, de a 0,5 mm hosszú fonálférgeket nemrégiben (2011) fedezték fel a repedések vizében való úszást nagyon nagy mélységben ( 1,3 km ), a Beatrix aranybányában . Halicephalobus mephisto névre keresztelték őket, hivatkozva a Faust Mephistophelesére , mert lucifuge és a föld mélyén él. Ezután a Tautona bányában (az ország legmélyebb) egy újabb fonálféreget fedeztek fel 3,6 km- rel a felszín alatt (a világ legmélyebben megtalálható szárazföldi állata. Sok mikroba képes oxigén nélkül élni, de ez az első alkalom, hogy talált egy olyan állatot, aki képes rá; ezeknek a férgeknek a sejtjei más genommal rendelkeznek, mint más fajok, nincsenek mitokondriumaik (organellák, amelyekről azt gondolták, hogy az állatok univerzálisak). energiájukat - mint sok extrémofil baktérium - hidrogén-szulfidból nyerik a hidrogénoszómáknak nevezett specifikus organelláknak köszönhetően .

Ezért téves, hogy az emberek régóta hiszik, hogy a nagy tengerfenék steril volt. Hasonlóképpen az alagsori mélységhez, amely még mélyebbnek látszott. Kevéssé ismert ez a biológiai sokféleség, és biomasszája az összes élő faj biomasszájának 1–10% -a. Két projekt célja ezen fajok azonosítása: „A mély élet összeírása” és „A Sötét Energia Bioszféra Vizsgálatok Központja” .

Ezek a fajok segíthetnek az élet eredetének meghatározásában. Az uralkodó gondolat az, hogy forró forrásokban jelent volna meg, de születhetett az alagsori repedésekben is, védve volt az UV és egyéb kozmikus sugaraktól, amelyeket az ózonréteg még nem szűrt meg és védett az aszteroida bombázásától. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy az általunk ismertektől eltérő életformákat, evolúciókat vagy adaptációkat képzeljünk el, amelyek létezhetnek más bolygókon, léteztek vagy léteznek a jövőben, vagy akár utoljára is életben maradhatnak.

Új bioetikai kérdések is felmerülnek. A mélytengeri halászathoz hasonlóan a bányászat vagy a mély oceanográfia is befolyásolhatja, módosíthatja vagy veszélyeztetheti a biodiverzitás egyelőre ismeretlen részét, különösen olyan technikák alkalmazásával, mint a szerves anyagok injektálásával járó mély hidraulikus repesztés és vegyi anyagok. Hasonlóképpen a CO 2 mélyraktározási projektek esetében is.

Megjegyzések és hivatkozások

Edmond Jolivet, Stéphane L'Haridon, Erwan Corre, Patrick Forterre és Daniel Prieur; Thermococcus gammatolerans sp. nov., egy mélytengeri hidrotermális szellőzőből származó hipertermofil archeon, amely ellenáll az ionizáló sugárzásnak ; D. Int J Syst Evol Microbiol 53 (2003), 847-851; DOI 10.1099 / ijs.0.02503-0.
(in) Lynn J. Rothschild és L. Rocco Mancinelli , " Élet extrém környezetekben " , Nature , vol. 409,2001. február 22, P. 1092-1101 ( ISSN 0028-0836 , DOI 10.1038 / 35059215 , olvasható online , elérhető november 13, 2015 ).
FA Rainey, K. Ray, M. Ferreira, BZ Gatz, MF Nobre, D. Bagaley, BA Rash, M.-J. Park, AM Earl, NC Shank és mtsai. A sonorani sivatagi talajból kinyert ionizáló, sugárzásnak ellenálló baktériumok sokfélesége és az egyetlen talajmintából nyert Deinococcus nemzetség kilenc új fajának leírása ; Appl. Kb. Microbiol., 2005. szeptember 1 .; 71 (9): 5225 - 5235. Kivonat .
környezeti genomika egyfajta ökoszisztémát tár fel a földtudomány mélyén 2008. október 10 .: Vol. 322. sz. 5899, pp. 275-278; DOI: 10.1126 / science.1155495 Abstract (hozzáférés: 2008 16 08).
Colin Barras (2013) Mély élet: furcsa lények élnek messze a lábunk alatt , New Scientist magazin, 2914, 36-39. Oldal, megjelent 2013-04-29, konzultálva 2013-05-01.
Nature, 371. évfolyam, 410. o.
A Nankoku székhelyű Japán Tenger-Föld Tudomány és Technológia Ügynökség, a Japán Tengeri és Földi Tudomány és Technológia Ügynökség kutatói .
PNAS, 108. évfolyam, 18295. o.
Science, 336. kötet, 922. o.
Science, 314. kötet, 479. o .
Nature, 474. kötet, 79. o.
BMC Biology, 8. évfolyam, 30. o.

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Irodalmi hivatkozások

Forterre, Patrick (2007), a pokol mikrobái . Ed. Belin, A tudományért.
Fujiwara, S (2002), Extremophiles: Speciális funkcióik és potenciális erőforrásaik fejlesztése . Journal of Bioscience and Bioengineering 94: 518-525.
Gross, Michael (2003), Az excentrikus élet: Utazás a szélső világokba . Ed. Belin, A tudományért.
Gumbel, EJ (1958), a szélsőségek statisztikája. Columbia University Press, 375 oldal.
Horikoshi K. és Grant WD (1998), Extremophiles. Mikrobiális élet extrém környezetekben . (Wiley-Liss, New York).
Rothschild, LJ és RL Mancinelli (2001), Élet extrém környezetekben . Nature 409: 1092-101.
Stetter, KO , (1999), Extremophiles és alkalmazkodásuk forró környezetekhez . FEBS Lett . 452, 22-25.

Filmográfia

A Vivre en enfer , egy francia dokumentumfilm-sorozat, amelyet extremofileknek szenteltek.

Külső linkek

Vannak köztünk idegen lények? , "A csillagok éjszakája " műsor az Arte- on