Классификация
Во всём мире насчитывается много классов экстремофилов, каждый из которых соответствует тому, как его экологическая ниша отличается от мезофильных условий. Эти классификации не являются взаимоисключающими. Многие экстремофилы подпадают под несколько категорий сразу и называются полиэкстремофилами. Например, организмы, живущие внутри горячих скал глубоко под поверхностью Земли являются термофильными и барофильными, подобно Thermococcus barophilus. Полиэкстремофил, обитающий на вершине горы в пустыне Атакама может оказаться радиоустойчивым ксерофилом, психрофилом и олиготрофным организмом. Полиэкстремофилы хорошо известны своей способностью переносить как высокие, так и низкие уровни рН.
Термины
Ацидофил — организм с оптимальным ростом при уровнях рН 3 или ниже.
Алкалифил — организм с оптимальным ростом при уровнях рН 9 или выше.
Анаэроб — организм, которому не требуется кислород для роста, такой как Spinoloricus Cinzia. Существуют два подвида: факультативные анаэробы и облигатные анаэробы. Факультативные анаэробы могут вынести анаэробные и аэробные условия; однако, облигатный анаэроб погибнет даже в присутствии незначительного количества кислорода.
Криптоэндолит — организм, живущий в микроскопических пространствах внутри скал, таких как поры между зёрен заполнителей; они также могут быть названы эндолитами, термин, который включает в себя организмы, населяющие трещины, водоносные горизонты и разломы, заполненные подземными водами глубоко под поверхностью земли.
Галофил — организм, живущий в соляных растворах с содержанием NaCl 25—30 %.
Гипертермофил — организм, который может развиваться при температурах 80-122 °C, встречается в гидротермальных системах.
Гиполит — организм, живущий под камнями в холодных пустынях.
Капнофил — организм, которому для своей жизнедеятельности требуется углекислый газ в концентрации 10—15 %.
Литоавтотроф — организм (обычно бактерия), чьим единственным источником углерода является двуокись углерода и экзэргоническое неорганическое окисление (хемолитотрофы), подобный Nitrosomonas еurораеа; эти организмы способны получать энергию от восстановленных минеральных соединений, таких как пирит, и принимают активное участие в геохимическом круговороте и выветривании материнской породы, таким образом формируя почву.
Металлотолерантный организм способен выносить высокие уровни растворённых тяжёлых металлов в растворе, таких как медь, кадмий, мышьяк и цинк; примеры включают Ferroplasma Sp., Cupriavidus metallidurans и GFAJ-1.
Олиготроф — организм, способный расти в питательно ограниченных условиях.
Осмофил — организм, способный жить в растворах с чрезвычайно высокой концентрацией осмотически активных веществ и соответственно при высоком осмотическом давлении (например, микроскопические грибки, употребляющие мёд в качестве субстрата).
Пьезофил (также упоминается как барофил) — организм, оптимально живущий при высоких давлениях, которые достигаются глубоко в океане или под землёй; обычны в глубоких недрах земли, а также в океанических впадинах.
Полиэкстремофил (от лат. и др.греч. «любовь ко многим крайностям») является организмом, экстремофильным в более чем одной категории.
Психрофил/криофил — организм, способный на выживание, рост или размножение при температуре 10 °С и ниже в течение длительного периода; распространены в холодных почвах, вечной мерзлоте, полярном льду, холодной морской воде, или на/под альпийским снежным покровом.
Радиорезистентные организмы устойчивы к высоким уровням ионизирующего излучения, наиболее часто к ультрафиолетовому излучению, но в том числе и организмы, способные противостоять ядерному излучению.
Термофил — организм, процветающий при температурах 45-122 °C.
Термоацидофил — сочетание термофила и ацидофила, предпочитает температуру 70-80 °С и рН 2-3.
Ксерофил — организм, который может расти в очень сухих, обезвоженных условиях; почвенные микробы в пустыне Атакама служат примером данному типу.
Перенос ДНК
Известно более 65 видов прокариот, изначально способных к генетической трансформации: умении переносить ДНК из одной клетки в другую, с последующим включением ДНК донора в хромосому клетки реципиента. Некоторые экстремофилы способны осуществлять видоспецифический перенос ДНК, как описано ниже. Тем не менее, пока не ясно, часто ли такие возможности встречаются среди экстремофилов.
Бактерия Deinococcus radiodurans один из самых известных радиорезистентных организмов. Эта бактерия также переносит холод, обезвоживание, вакуум и кислоту и поэтому является полиэкстремофилом. D. radiodurans способна производить генетическую трансформацию. Клетки реципиента могут восстанавливать повреждения ДНК в трансформирующей ДНК донора, вызванные УФ излучением, так же эффективно, как они восстанавливают клеточную ДНК, когда сами клетки облучаются.
Крайне термофильные бактерии Thermus thermophilus и другие родственные виды Thermus способны к генетической трансформации. Halobacterium volcanii, крайне галофильный архей, также способен к естественной генетической трансформации. Между клетками образуются цитоплазматические мостики, которые используются для переноса ДНК от одной клетки к другой в любом направлении.
Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius являются гипертермофильными археями. Воздействие на эти организмы ДНК-повреждающих агентов: УФ излучения, блеомицина или митомицина С, вызывает видоспецифическую клеточную агрегацию. Клеточная агрегация С. acidocaldarius, вызванная ультрафиолетом, посредничает в обмене хромосомного маркера с высокой частотой. Скорость рекомбинации на три порядка выше чем у не индуцированных культур. Frols и др. и Ajon и др. предположили, что клеточная агрегации улучшает видоспецифичный перенос ДНК между клетками Sulfolobus, для восстановления поврежденной ДНК с помощью гомологичной рекомбинации. Van Wolferen и др. отметили, что этот процесс обмена ДНК может иметь решающее значение в условиях повреждающих ДНК, таких как высокие температуры. Он также предположил, что перенос ДНК в Sulfolobus может быть ранней формой сексуального взаимодействия, схожей с более хорошо изученными системами бактериальной трансформации, которые включают видоспецифический перенос ДНК, приводящий к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК (смотреть Трансформация (генетика)).
Внеклеточные мембранные везикулы могут быть вовлечены в передачу ДНК между различными видами гипертермофильных археев. Было показано, что плазмиды, как и вирусный геном могут быть переданы посредством мембранных везикул. В особенности, был зарегистрирован горизонтальный перенос плазмид между гипертермофильными Thermococcus и Methanocaldococcus видами, соответственно принадлежащими к отрядам Thermococcales и Methanococcales.
Halicephalobus mephisto
На протяжении десятилетий учёные считали, что только одноклеточные организмы могут выжить на очень больших глубинах под землёй из-за большого давления, недостатка кислорода и экстремальных температур. Однако после того как в 2011 году Гаэтаном Боргони и Таллисом Онстоттом в руде на золотодобывающих шахтах «Беатрикс» и «Префонтейн» в ЮАР на глубинах 0,9 км, 1,3 км и 3,6 км под поверхностью Земли были обнаружены эти многоклеточные организмы, гипотеза была опровергнута. Обнаруженные черви длиной в 0,52–0,56 мм обитали в небольших скоплениях воды температура, которой составляла 48 °C. Halicephalobus mephisto, возможно, самые глубокоживущие многоклеточные организмы на планете.
Морфология
Большинство известных экстремофилов — микробы. Домен Археи содержит известные примеры, но экстремофилы присутствуют в многочисленных и разнообразных генетических линиях бактерий и архей. Кроме того, ошибочно использовать термин «экстремофил» для описания всех археев, так как некоторые из них мезофилы. Также не все экстремофилы одноклеточные: первичноротые животные обнаружены в сходных условиях, включая помпейского червя, психрофильных гриллоблаттидов (насекомые) и антарктического криля (ракообразные). Многие также бы классифицировали тихоходок как экстремофилов, но пусть тихоходка и может выжить в экстремальных условиях, она не считается экстремофилом, потому что не приспособлена к жизни в таких условиях. Вероятность их смерти увеличивается, чем дольше они подвергаются воздействию экстремальной среды.
Животные-экстремофилы
Но не только бактериями и археями ограничивается список экстремофилов. Животные среди них встречаются тоже, пусть и редко.
Мешкорот
Вид глубоководных рыб, который живёт в Тихом океане на глубине до 5 км. В тёмных толщах вод с колоссальным давлением и температурой, которая стремится к нулю. Несмотря на это мешкорот вырастает практически до 2 м. Благодаря своей огромной пасти он заглатывает жертву целиком.
Артемии
Обитают в воде, показатель солёности которой почти в восемь раз выше уровня солёности морей. В таких условиях по идее не должно быть признаков сложной жизни. Но это только на первый взгляд. Например, в Большом Солёном озере в штате Юта вместе с несколькими видами экстремальных микробов мирно существуют эти маленькие ракообразные.
Как они смогли приспособиться к настолько солёной среде — непонятно, зато ясно, зачем они это сделали. Ещё бы! Здесь нет ни хищников, ни кого бы то ни было ещё, кто способен нарушить их покой.
Нефтяные мухи
Они не просто живут в сырой нефти – они ею питаются. Мухи откладывают личинки на поверхности нефтяных луж и битумных озёр. Их можно найти только в озёрах Калифорнии. Учёные предполагают, что это довольно молодой вид, а это в очередной раз подтверждает теорию Дарвина – эволюция не стоит на месте!
Тихоходка
Крошечное беспозвоночное длиной всего лишь в 1,5 мм при увеличении смотрится как червяк в скафандре. Встречается оно и в океанских впадинах и на горных вершинах. Может обходиться без пищи 10 лет, выживает в атмосфере сероводорода и углекислого газа, а при неблагоприятных условиях впадает в анабиоз.
Шведские ученые даже проверили живучесть тихоходок в открытом космосе в 2007 году. Космическая радиация, ультрафиолетовое излучение и запредельные температуры – все это необычные организмы перенесли в режиме анабиоза, а по возвращению на космический аппарат вернулись в обычное состояние.
Астробиология
Область астробиологии связана с теориями возникновения жизни, такими как панспермия, а также затрагивает вопросы о распределении, природе и будущем жизни во Вселенной. В ней экологи-микробиологи, астрономы, планетарные учёные, геохимики, философы и исследователи, конструктивно сотрудничая, направляют свои усилия на поиск жизни на других планетах. Астробиологи особенно заинтересованы в изучении экстремофилов, так как многие организмы данного типа способны выжить в условиях, аналогичных тем, которые как известно, существуют на других планетах. Например, на Марсе могут быть области глубоко под поверхностью вечной мерзлоты, укрывающие сообщества эндолитов. Водный океан под поверхностью Европы, спутника Юпитера, гипотетически может содержать жизнь в глубинных гидротермальных источниках.
Недавние исследования, проведённые над экстремофилами в Японии, состояли из множества бактерий, включая Escherichia coli и Paracoccus denitrificans, которых подвергли условиям экстремальной силы тяжести. Бактерии выращивались в ультрацентрифуге на высоких скоростях, соответствующих 403627 g (то есть в 403627 раз большая сила тяжести, чем на Земле). Paracoccus denitrificans была одной из бактерий, продемонстрировавшей не только выживание, но также устойчивый клеточный рост в условиях сверхускорения, которые обычно можно найти только в космических условиях, например, на очень массивных звёздах или в ударных волнах сверхновых
Анализ показал, что небольшой размер клеток прокариот имеет важное значение для успешного роста при гипергравитации.
26 апреля 2012 года, учёные сообщили, что лишайник выжил и показал замечательные результаты на способность к адаптации фотосинтетической активности в течение 34 дней имитационного моделирования марсианских условий, проведённых в Mars Simulation Laboratory (MSL), Германского центра авиации и космонавтики (DLR).
29 апреля 2013 года, учёные Политехнического Института Ренсселера, спонсируемого НАСА, сообщили, что за время космического полёта на Международную космическую станцию микробы адаптируются к космической среде в «не наблюдаемом на Земле» смысле и таким образом «могут привести к увеличению роста и вирулентности».
19 мая 2014 года, учёные объявили, что многочисленные микроорганизмы, такие как Tersicoccus phoenicis, могут быть устойчивыми к методам, обычно используемым в чистых помещениях для сборки космических аппаратов. На данный момент не известно, могли ли стойкие микробы выдержать космическое путешествие и присутствуют ли они сейчас на Rover Curiosity, планете Марс.
20 августа 2014 года, учёные подтвердили существование микроорганизмов, живущих в полумиле подо льдом Антарктиды.
20 августа 2014 года, российские космонавты сообщили об обнаружении планктона на внешней поверхности иллюминатора Международной космической станции, но затруднились объяснить, как он там оказался.
В феврале 2017 года специалисты Института астробиологии NASA под руководством Пенелопы Бостон обнаружили живые организмы, находящиеся внутри гигантских кристаллов селенита в шахтах под городом Найка мексиканского штата Чиуауа. Они располагаются над магматическим карманом, поэтому температура здесь держится на уровне +60º С. Микроорганизмы находились в кристаллах в течение около 60 тысяч лет в состоянии геолатентности (оставались жизнеспособными), но не проявляли активности. Установлено, что для выживания бактерии, вирусы и археи “использовали” оксид меди, марганец, сульфиды и железо; переработка этих веществ обеспечивала их энергией.
Классификация
Во всём мире насчитывается много классов экстремофилов, каждый из которых соответствует тому, как его экологическая ниша отличается от мезофильных условий. Эти классификации не являются взаимоисключающими. Многие экстремофилы подпадают под несколько категорий сразу и называются полиэкстремофилами. Например, организмы, живущие внутри горячих скал глубоко под поверхностью Земли являются термофильными и барофильными, подобно Thermococcus barophilus. Полиэкстремофил, обитающий на вершине горы в пустыне Атакама может оказаться радиоустойчивым ксерофилом, психрофилом и олиготрофным организмом. Полиэкстремофилы хорошо известны своей способностью переносить как высокие, так и низкие уровни рН.
Термины
Ацидофил — организм с оптимальным ростом при уровнях рН 3 или ниже.
Алкалифил — организм с оптимальным ростом при уровнях рН 9 или выше.
Анаэроб — организм, которому не требуется кислород для роста, такой как Spinoloricus Cinzia. Существуют два подвида: факультативные анаэробы и облигатные анаэробы. Факультативные анаэробы могут вынести анаэробные и аэробные условия; однако, облигатный анаэроб погибнет даже в присутствии незначительного количества кислорода.
Криптоэндолит — организм, живущий в микроскопических пространствах внутри скал, таких как поры между зёрен заполнителей; они также могут быть названы эндолитами, термин, который включает в себя организмы, населяющие трещины, водоносные горизонты и разломы, заполненные подземными водами глубоко под поверхностью земли.
Галофил — организм, живущий в соляных растворах с содержанием NaCl 25—30 %.
Гипертермофил — организм, который может развиваться при температурах 80-122 °C, встречается в гидротермальных системах.
Гиполит — организм, живущий под камнями в холодных пустынях.
Капнофил — организм, которому для своей жизнедеятельности требуется углекислый газ в концентрации 10—15 %.
Литоавтотроф — организм (обычно бактерия), чьим единственным источником углерода является двуокись углерода и экзэргоническое неорганическое окисление (хемолитотрофы), подобный Nitrosomonas еurораеа; эти организмы способны получать энергию от восстановленных минеральных соединений, таких как пирит, и принимают активное участие в геохимическом круговороте и выветривании материнской породы, таким образом формируя почву.
Металлотолерантный организм способен выносить высокие уровни растворённых тяжёлых металлов в растворе, таких как медь, кадмий, мышьяк и цинк; примеры включают Ferroplasma Sp., Cupriavidus metallidurans и GFAJ-1.
Олиготроф — организм, способный расти в питательно ограниченных условиях.
Осмофил — организм, способный жить в растворах с чрезвычайно высокой концентрацией осмотически активных веществ и соответственно при высоком осмотическом давлении (например, микроскопические грибки, употребляющие мёд в качестве субстрата).
Пьезофил (также упоминается как барофил) — организм, оптимально живущий при высоких давлениях, которые достигаются глубоко в океане или под землёй; обычны в глубоких недрах земли, а также в океанических впадинах.
Полиэкстремофил (от лат. и др.греч. «любовь ко многим крайностям») является организмом, экстремофильным в более чем одной категории.
Психрофил/криофил — организм, способный на выживание, рост или размножение при температуре 10 °С и ниже в течение длительного периода; распространены в холодных почвах, вечной мерзлоте, полярном льду, холодной морской воде, или на/под альпийским снежным покровом.
Радиорезистентные организмы устойчивы к высоким уровням ионизирующего излучения, наиболее часто к ультрафиолетовому излучению, но в том числе и организмы, способные противостоять ядерному излучению.
Термофил — организм, процветающий при температурах 45-122 °C.
Термоацидофил — сочетание термофила и ацидофила, предпочитает температуру 70-80 °С и рН 2-3.
Ксерофил — организм, который может расти в очень сухих, обезвоженных условиях; почвенные микробы в пустыне Атакама служат примером данному типу.
Экстремофильные примеры
Знаете ли вы, что бактерии были первыми организмами, населявшими планету земля? Бактерии существовали даже тогда, когда не было атмосферы, защищающей их от ультрафиолетовых лучей, а также от регулирования температуры земли. Именно в это время многие виды должны были адаптироваться, чтобы выжить в этих экстремальных условиях…
Типы экстремофилов
Согласно системе классификации 5 королевств, бактерии — это одноклеточные прокариотические организмы, которые принадлежат королевству монера. Бактерии могут жить при чрезвычайно высоких температурах и оптимально расти при 45 ° C, но они также могут выживать при температуре выше 100 ° C. Эти бактерии живут в гейзерах или гидротермальных жерлах на дне океана…
Экстремофилы включают три области жизни, бактерии, археи и эукарью. В дополнение к микробам, уже упомянутым в экстремальных условиях, эти экстремофилы также включают эукариот, таких как протисты .
1.
БЕЗ КИСЛОРОДА
Бактерии — настоящие супергерои природы. 3,8 млрд лет назад первым живым организмам пришлось столкнуться с отсутствием кислорода, высокой радиацией и скачками температуры. Они смогли не только выжить, но и дали потомство, которое постепенно эволюционировало, пока не превратилось в предков людей. Древние микроорганизмы использовали серу, азот, железо, марганец и водород для дыхания и получения энергии. Некоторые бактерии делают так до сих пор.
Например, самая обычная кишечная палочка (Escherichia coli) относится к так называемым анаэробам. Она прекрасно себя чувствует без кислорода — более того, его присутствие для нее ядовито.
Бактерии обитают в кишечнике людей и помогают переваривать растительную пищу, но вполне могли бы выжить и на планетах, в атмосфере которых нет кислорода.
Экстремофилы — организмы живущие в экстремальной среде обитания
Экстремофилы — это организмы, которые живут и процветают в местах обитания, где жизнь невозможна для большинства других организмов. Суффикс (-фил) в переводе с греческого означает любовь. Экстремофилы «любят» обитать в экстремальных условиях. Они обладают способностью выдерживать такие состояния, как высокая радиация, высокое или низкое давление, высокий или низкий уровень pH, отсутствие света, сильная жара или холод и экстремальная засуха.
Большинство экстремофилов — это микроорганизмы, такие как бактерии, археи, протисты и грибы. Более крупные организмы, такие как черви, лягушки, насекомые и ракообразные, также могут жить в экстремальных местах обитания. Существуют различные классы экстремофилов, основанные на типе среды, в которой они процветают. Вот некоторые из них:
- Ацидофил — организм, который процветает в кислой среде с уровнем pH3 и ниже.
- Алкалифил — организм, который процветает в щелочных средах с уровнем pH9 и выше.
- Барофил — организм, который живет в условиях высокого давления, таких как глубоководные места обитания.
- Галофил — организм, который живет в местах обитания с чрезвычайно высокой концентрацией соли.
- Гипертермофил — организм, который процветает в средах с чрезвычайно высокими температурами (от 80° до 122° C).
- Психрофил/криофил — организм, который живет в экстремально холодных условиях и низких температурах (от -20° до +10° C).
- Радиорезистентные организмы — организм, который процветает в условиях с высоким уровнем радиации, включая ультрафиолетовое и ядерное излучение.
- Ксерофил — организм, который живет в экстремально сухих условиях.
• Существа, способные выживать в экстремальных условиях
Кто полетит с людьми жить на Марс, если колонизация случится. Рассказ о животных с гиперспособностями.
БЕЗ КИСЛОРОДА
Бактерии — настоящие супергерои природы. 3,8 млрд лет назад первым живым организмам пришлось столкнуться с отсутствием кислорода, высокой радиацией и скачками температуры. Они смогли не только выжить, но и дали потомство, которое постепенно эволюционировало, пока не превратилось в предков людей. Древние микроорганизмы использовали серу, азот, железо, марганец и водород для дыхания и получения энергии. Некоторые бактерии делают так до сих пор.
Например, самая обычная кишечная палочка (Escherichia coli) относится к так называемым анаэробам. Она прекрасно себя чувствует без кислорода — более того, его присутствие для нее ядовито.
Бактерии обитают в кишечнике людей и помогают переваривать растительную пищу, но вполне могли бы выжить и на планетах, в атмосфере которых нет кислорода.
В КИПЯЩЕЙ ВОДЕ
Для многощетинкового помпейского червя жизнь вблизи горячих гидротермальных источников — просто райское наслаждение.
Исследователи долго не могли понять, как же он там не варится заживо. Когда этот организм только обнаружили, зоологи попытались поднять его на поверхность. Но без привычного экстрима червь скоропостижно скончался.
Проведя молекулярно-генетические исследования, ученые еще больше запутались. У животного не было ни одного гена, отвечающего за защиту от высоких температур. Да и внешние покровы не отличались от обычного червя.
Пришлось присмотреться повнимательнее. Оказалось, что на поверхности червя обитают симбиотические бактерии, которые защищают организм не только от высоких температур, но и от сероводорода. Такая прослойка поддерживает температуру внутри тела в районе +22 °С. А выделения бактерий служат помпейскому червю пищей. Еще один кандидат для потенциальной колонизации других планет!
НА ВЫСОТЕ ПРИ ЛЮТОМ ХОЛОДЕ
Антарктический лишайник (Pleopsidium chlorophanum) способен обитать в самых негостеприимных местах на Земле.
Например, в Антарктиде на высоте до 2000 м. Он комфортно чувствует себя в холоде, сухости и условиях высокого ультрафиолетового излучения. Возможно, когда-нибудь это то ли растение, то ли гриб поможет заселить Марс.
Однажды ученые поставили смелый эксперимент. Они смоделировали в лаборатории марсианские условия с радиацией, высокой температурой и составом атмосферы. Антарктический лишайник не просто выжил, но и фотосинтезировал, выделяя кислород. Настоящая находка для будущих колонизаторов Марса. Как тебе такое, Илон Маск?
ПРИ РАДИАЦИИ
Бракониды — семейство паразитических ос-наездников, которые откладывают яйца в еще живое насекомое. По мере взросления личинки питаются плотью несчастной жертвы.
Когда-то бракониды вдохновили создателей фильмов про Чужих, но эти осы на самом деле космические. Например, они очень устойчивы к радиации: если максимум для таракана — 10 000 рад, то оса выживет при уровне радиации до 180 000 рад. Человеку же с его максимумом в 500 рад вообще лучше без шапки в космос не выходить.
В КОСМОСЕ
Не каждая рыба способна стать космонавтом, но фундулюсу обыкновенному это удалось. Ихтиологи узнали о его необычайных способностях, когда обнаружили рыбку в загрязненных водоемах США.
В течение 60 лет фундулюс не мог покинуть токсичные реки — пришлось приспосабливаться. Повышенная соленость ему тоже нипочем, хотя многим животным такая вода разъедает кожные покровы.
Кроме того, эти удивительные рыбы могут терпеть резкие скачки температуры и низкую концентрацию кислорода. В рамках эксперимента фундулюс отправился на два месяца в путешествие на орбитальную станцию «Скайлэб-3», став первой рыбой в космосе. Когда в будущем жители Марса решат порыбачить, возможно, им на удочку попадется именно фундулюс.
Мы не знаем, сможет ли когда-нибудь человек освоить другие планеты. Прежде чем строить колонии в Солнечной системе, ученым еще предстоит внимательно исследовать стойкие организмы, приспособившиеся к самым суровым условиям на Земле. Они могут подсказать возможные направления для развития человеческой цивилизации и научат ценить планету, которую мы все делим.
Нравится? Жми:
