Extremophiles (a latin extremus - szélsőséges és a görög φιλία - szerelem) - az élőlények (beleértve a baktériumokat és mikroorganizmusokat ) gyűjtőneve, amelyek szélsőséges környezeti körülmények között (extrém magas vagy alacsony hőmérséklet, nyomás , savasság, oxigén stb. ) képesek élni és szaporodni. ). Ehhez képest a mérsékeltebb környezetben élő organizmusokat mezofileknek vagy neutrofileknek nevezhetjük .
Az 1980-as és 1990-es években a biológusok felfedezték, hogy a mikrobiális élet elképesztő ellenálló képességgel rendelkezik ahhoz, hogy túléljen szélsőséges élőhelyeken – például olyan fülkékben, amelyek rendkívül forróak vagy savasak, amelyek teljesen barátságtalanok lennének az összetett szervezetek számára. Egyes tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a földi élet az óceán fenekén lévő víz alatti hidrotermikus nyílásokból keletkezhetett. Stein Sigurdson asztrofizikus szerint "40 millió éves, életképes baktériumspórákra bukkantak, és tudjuk, hogy nagyon ellenállóak a sugárzással szemben" [1] . 2013 februárjában tudósok egy olyan baktérium felfedezéséről számoltak be, amely egy fél mérföldnyi jég alá temetett tó hidegében és sötétjében él az Antarktiszon [2] . 2013. március 17-én a kutatók olyan adatokat mutattak be, amelyek arra utalnak, hogy a Mariana-árok alján bőséges mikrobiális élet található [3] [4] . Más tudósok is publikáltak hasonló tanulmányokat, amelyek szerint mikrobák élnek a sziklák belsejében, 579 méter mélyen a tengerfenék alatt, 2590 méteres óceán alatt az Egyesült Államok északnyugati részének partjainál [3] [5] . Ahogy az egyik kutató mondta: "Mindenhol megtalálhatók a mikrobák – rendkívül alkalmazkodnak a körülményekhez, és bárhol is élnek" [3] .
A legtöbb ismert extremofil mikrobák. Az archaeai domén jól ismert példákat tartalmaz, de az extremofilek számos és változatos baktérium- és archaea genetikai vonalban jelen vannak. Ezenkívül hiba az "extremofil" kifejezést használni az összes archaea leírására, mivel ezek egy része mezofil. Ezenkívül nem minden extremofil egysejtű: protosztomákat találtak hasonló környezetben, beleértve a pompei férget , a pszichrofil grilloblattidákat (rovarok) és az antarktiszi krilleket (rákfélék). Sokan a tardigrádokat is az extremofilek közé sorolnák , de bár a tardigrád túléli extrém körülményeket, nem tekintik szélsőségesnek, mert nem alkalmazkodik az ilyen körülmények közötti élethez. Haláluk valószínűsége annál nagyobb, minél tovább vannak kitéve a szélsőséges környezetnek.
Az extremofilek számos osztálya létezik szerte a világon, amelyek mindegyike megfelel annak, hogy ökológiai résük miben különbözik a mezofil viszonyoktól. Ezek a besorolások nem zárják ki egymást. Sok extremofil egyszerre több kategóriába tartozik, és poliextremofilnek nevezik őket . Például a forró kőzetekben mélyen a Föld felszíne alatt élő szervezetek termofilek és barofilek , mint például a Thermococcus barophilus [6] . Az Atacama-sivatagban egy hegytetőn élő poliextremofil lehet sugárrezisztens xerofil , pszichrofil és oligotróf szervezet . A poliextremofilek jól ismertek arról, hogy képesek elviselni mind a magas, mind az alacsony pH -értéket [7] .
Az acidophilus olyan organizmus, amely 3-as vagy az alatti pH-értéken fejlődik optimálisan.
Az alkalifil egy olyan organizmus, amely 9-es vagy magasabb pH-értéken optimális növekedést mutat.
Anaerob – Olyan organizmus, amelynek növekedéséhez nincs szükség oxigénre , mint például a Spinoloricus Cinzia . Két alfaja létezik: fakultatív anaerobok és kötelező anaerobok . A fakultatív anaerobok elviselik az anaerob és aerob körülményeket; az obligát anaerob azonban kis mennyiségű oxigén jelenlétében is elpusztul.
A kriptoendolit egy olyan organizmus, amely mikroszkopikus terekben él a kőzetekben, például az aggregált szemcsék közötti pórusokban; endolitoknak is nevezhetjük őket , ez a kifejezés magában foglalja azokat az organizmusokat, amelyek mélyen a föld felszíne alatt repedésekben, víztartó rétegekben és talajvízzel teli törésekben élnek.
A halofil olyan organizmus, amely 25-30% NaCl -t tartalmazó sóoldatban él [8] .
Hipertermofil - olyan organizmus, amely +80 és +122 ° C közötti hőmérsékleten fejlődhet, hidrotermális rendszerekben található.
A hipolit egy olyan organizmus, amely hideg sivatagokban sziklák alatt él.
A kapnofil olyan szervezet, amelynek életéhez 10-15%-os szén-dioxidra van szüksége.
Lithoautotroph - olyan szervezet (általában baktérium), amelynek egyetlen szénforrása a szén-dioxid és az exergonikus szervetlen oxidáció ( kemolitotrófok ), hasonlóan a Nitrosomonas europaeához ; ezek az élőlények képesek energiát nyerni redukált ásványi vegyületekből, például piritből , és aktívan részt vesznek az alapkőzet geokémiai körforgásában és mállásában, így képezik a talajt.
A fémtűrő szervezet képes elviselni az oldatban oldott nehézfémek nagy mennyiségét, mint például a rezet , kadmiumot , arzént és cinket ; példák a Ferroplasma Sp. , Cupriavidus metallidurans és GFAJ -1 [9] [10] [11] .
Az oligotróf olyan szervezet, amely korlátozott táplálkozási körülmények között képes növekedni.
Az ozmofil olyan organizmus, amely rendkívül magas ozmotikusan aktív anyagok koncentrációjú oldatokbanés ennek megfelelően magas ozmotikus nyomáson képes élni (például mikroszkopikus gombák, amelyek mézet használnak szubsztrátként).
A piezofil (más néven barofil ) olyan organizmus, amely optimálisan él magas nyomáson, amely az óceán mélyén vagy a föld alatt éri el [12] ; gyakori a föld mély béleiben, valamint az óceáni mélyedésekben.
A poliextremofil (a latin és görög szóból: "sok szélsőségek szeretete") olyan organizmus, amely több kategóriában is extremofil.
Pszikrofil / kriofil - olyan szervezet, amely +10 ° C-os és az alatti hőmérsékleten képes túlélni, növekedni vagy szaporodni hosszú ideig; gyakori hideg talajon, örök fagyon , sarki jégen, hideg tengervízben vagy alpesi hótakarón/alatt [13] .
A sugárrezisztens szervezetek ellenállnak a magas szintű ionizáló sugárzásnak , leggyakrabban az ultraibolya sugárzásnak .
A termofil olyan organizmus, amely +45 és +122 °C közötti hőmérsékleten fejlődik [13] .
Thermoacidophile - a termofil és az acidophilus kombinációja, a +70 és +80 ° C közötti hőmérsékletet és a 2-3 pH-t kedveli.
A xerofil olyan organizmus, amely nagyon száraz, dehidratált körülmények között tud növekedni; Az Atacama-sivatag talajmikrobái ezt a típust példázzák.
Az asztrobiológia területe az élet eredetének elméleteivel foglalkozik, mint például a pánspermia , és foglalkozik a világegyetemben az élet eloszlásával, természetével és jövőjével kapcsolatos kérdésekkel is. Ebben ökológusok, mikrobiológusok, csillagászok, bolygótudósok, geokémikusok, filozófusok és kutatók konstruktívan együttműködve irányítják erőfeszítéseiket, hogy más bolygókon keressenek életet [14] . Az asztrobiológusok különösen érdeklődnek az extremofilek tanulmányozása iránt [15] , mivel sok ilyen típusú organizmus képes túlélni olyan körülmények között, amelyek hasonlóak a más bolygókon ismert körülményekhez. Például a Marson mélyen a permafrost felszíne alatt lehetnek endolit közösségeket rejtő régiók. A Jupiter-hold, az Europa felszíne alatti vízóceán feltételezhetően életet élhet mély hidrotermális nyílásokban.
A közelmúltban Japánban végzett extremofilekkel kapcsolatos tanulmányok számos baktériumot vizsgáltak, köztük az Escherichia colit és a Paracoccus denitrificanst , amelyeket extrém gravitációs körülményeknek tettek ki. A baktériumokat ultracentrifugában , nagy sebességgel szaporították, ami 403627 g-nek felelt meg (azaz 403627-szer nagyobb gravitáció , mint a Földön). A Paracoccus denitrificans egyike volt azoknak a baktériumoknak, amelyek nemcsak túlélést, hanem tartós sejtnövekedést is mutattak szupergyorsított körülmények között, amelyek általában csak kozmikus környezetben találhatók, például nagyon nagy tömegű csillagokban vagy szupernóva - lökéshullámokban . Az elemzés kimutatta, hogy a prokarióta sejtek kis mérete elengedhetetlen a sikeres hipergravitációs növekedéshez [16] [17] .
2012. április 26-án a tudósok arról számoltak be, hogy a zuzmó túlélte, és figyelemre méltó eredményeket mutatott a fotoszintetikus aktivitás adaptációs képességében a Mars Szimulációs Laboratóriumában (MSL), a Német Légi és Űrközpontban ( DLR) végzett 34 napos marsi körülmények szimulációja során. 18] [19] .
2013. április 29-én a NASA által szponzorált Rensselaer Polytechnic Institute tudósai arról számoltak be, hogy a Nemzetközi Űrállomásra történő űrrepülés során a mikrobák "a Földön nem megfigyelhető" értelemben alkalmazkodnak az űrkörnyezethez, és így "fokozott növekedéshez és virulenciához vezethetnek ". [20] .
2014. május 19-én a tudósok bejelentették, hogy számos mikroorganizmus, mint például a Tersicoccus phoenicis , ellenállhat a tisztaterekben általánosan használt módszereknek az űrhajók összeszerelésére. Jelenleg nem ismert, hogy a rezisztens mikrobák túlélhették-e az űrutazást, és hogy jelen vannak-e a Rover Curiosity-n, a Marson [21] .
2014. augusztus 20-án a tudósok megerősítették az Antarktisz jege alatt fél mérföldnyire élő mikroorganizmusok létezését [22] [23] .
2014. augusztus 20-án orosz űrhajósok plankton felfedezéséről számoltak be a Nemzetközi Űrállomás ablakának külső felületén, de nehezen tudták megmagyarázni, hogyan került oda [24] .
2017 februárjában a NASA Asztrobiológiai Intézetének szakemberei Penelope Boston vezetésével élő szervezeteket fedeztek fel óriási szelenitkristályok belsejében a mexikói Chihuahua államban, Naica városához közeli bányákban . A magmás zseb felett helyezkednek el, így a hőmérsékletet itt +60 ºС-on tartják. A mikroorganizmusok körülbelül 60 ezer évig kristályokban voltak geolatencia állapotban (életképesek maradtak), de nem mutattak aktivitást. Megállapítást nyert, hogy a baktériumok, vírusok és archeák réz-oxidot, mangánt, szulfidokat és vasat "használtak" a túléléshez; ezen anyagok feldolgozása biztosította számukra az energiát [25] [26] .
Gyakran azonosítják a "-fils" új altípusait, és az extremofil alkategóriák listája folyamatosan bővül. Például mikrobiális élet létezik a Peach Lake folyékony aszfalttóban . A vizsgálatok azt mutatják, hogy az extremofil populációk 10 6-10 7 sejt /gramm tartományban élnek az aszfalttóban [27] [28] . A bórrezisztencia is ismeretlen volt egészen a közelmúltig , de egy erős borofilt fedeztek fel a baktériumok között. A Bacillus boroniphilus baktérium közelmúltban történt izolálásával a borofilek beszálltak a vitába [29] . Ezeknek a prokariótáknak a tanulmányozása segíthet rávilágítani mind a bórtoxicitás, mind a bórhiány mechanizmusára.
A hidrogén-peroxid oxigénné és vízzé történő lebomlását elindító termoalkalifil katalázt izolálták a Thermus brockianus nevű szervezetből , amelyet a Yellowstone Nemzeti Parkban találtak az Idaho National Laboratory kutatói. A kataláz +30 °C és +94 °C közötti hőmérsékleti tartományban fejti ki hatását, pH-értéke 6-10. Magas hőmérsékleten és pH-n rendkívül stabil más katalázokhoz képest. Egy összehasonlító vizsgálatban a T. brockianus kataláz felezési ideje 15 nap volt +80°C-on és pH 10-en, míg az Aspergillus nigerből származó kataláz felezési ideje 15 másodperc volt azonos körülmények között. A katalázt hidrogén-peroxid eltávolítására használják olyan ipari folyamatokban, mint a cellulóz- és papírfehérítés, a textilfehérítés, az élelmiszer-pasztőrözés és az élelmiszer-csomagolások felületi fertőtlenítése [30] .
A DNS-módosító enzimeket, például a hőstabil DNS-polimerázt és a klinikai diagnosztikában és a keményítő cseppfolyósításában használt Bacillus enzimeket számos biotechnológiai cég gyártja kereskedelmi forgalomba [31] .
Több mint 65 prokarióta faja ismert, amelyek kezdetben képesek genetikai transzformációra : képesek DNS-t egyik sejtből a másikba átvinni, majd a donor DNS beépülni a fogadó sejt kromoszómájába [32] . Egyes extremofilek képesek fajspecifikus DNS-transzfert végrehajtani, az alábbiak szerint. Az azonban még nem világos, hogy az extremofilek körében gyakoriak-e az ilyen lehetőségek.
A Deinococcus radiodurans baktérium az egyik legismertebb sugárrezisztens organizmus. Ez a baktérium a hideget, a kiszáradást, a vákuumot és a savat is tolerálja, ezért poliextremofil. A D. radiodurans képes genetikai transzformációt előidézni [33] . A recipiens sejtek ugyanolyan hatékonyan tudják helyrehozni az UV-sugárzás által kiváltott DNS-károsodást a donor transzformáló DNS-ében, mint a sejt DNS-ét, ha maguk a sejtek be vannak sugározva [34] .
A rendkívül termofil Thermus thermophilus baktérium és más rokon Thermus fajok képesek genetikai átalakulásra. A Halobacterium volcanii egy rendkívül halofil archaea természetes genetikai átalakulásra is képes. A sejtek között citoplazmatikus hidak képződnek, amelyek segítségével a DNS bármely irányban egyik sejtből a másikba kerül [35] .
A Sulfolobus solfataricus és a Sulfolobus acidocaldarius hipertermofil archaea. Ezen organizmusok DNS-károsító ágensekkel való érintkezése: UV-sugárzás, bleomicin vagy mitomicin C fajspecifikus sejtaggregációt okoz [36] [37] . A C. acidocaldarius UV-indukálta sejtaggregációja nagy gyakorisággal közvetíti a kromoszómális marker cseréjét [37] . A rekombinációs ráta három nagyságrenddel magasabb, mint a nem indukált kultúráké. Frols és munkatársai [36] és Ajon és munkatársai [37] azt javasolták, hogy a sejtaggregáció javítja a fajspecifikus DNS transzfert a Sulfolobus sejtek között , hogy homológ rekombinációval helyreállítsa a sérült DNS-t. Van Wolferen és munkatársai [38] megjegyezték, hogy ez a DNS-csere folyamat kritikus lehet DNS-károsító körülmények között, például magas hőmérsékleten. Azt is javasolta, hogy a Sulfolobusban a DNS-transzfer a szexuális interakció korai formája lehet, hasonlóan a jobban megértett bakteriális transzformációs rendszerekhez, amelyek fajspecifikus DNS-transzfert tartalmaznak, ami a DNS-károsodás homológ rekombinációs helyreállítását eredményezi [39] (lásd Transzformáció (genetika)). ).
Az extracelluláris membrán hólyagok részt vehetnek a hipertermofil archaea különböző fajai közötti DNS-átvitelben [40] . Kimutatták, hogy a plazmidok [41] , valamint a vírusgenom [40] membránvezikulákon keresztül átvihetők. Különösen horizontális plazmidtranszferről számoltak be a hipertermofil Thermococcus és Methanocaldococcus fajok között, amelyek rendre a Thermococcales és Methanococcales rendbe tartoznak [42] .
![]() | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
Extremofilek | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Kategóriák | ![]() | ||||||
Figyelemre méltó extremofilek |
| ||||||
Kapcsolódó cikkek |
|