thermophiles مميزة ، تصنيف والبيئات

ال أليف للحرارة هي نوع فرعي من الكائنات الحية الشديدة الحساسية التي تتميز بتحمل درجات الحرارة المرتفعة ، بين 50 درجة مئوية و 75 درجة مئوية ، إما لأنه يتم الحفاظ على قيم درجة الحرارة في هذه البيئات القاسية ، أو لأنه يتم الوصول إليها في كثير من الأحيان.

الكائنات الحية المحبة للحرارة عادة ما تكون بكتريا أو عتيقة ، ومع ذلك ، هناك metazoans (كائنات حقيقية النواة غير متجانسة والأنسجة) ، والتي تتطور أيضًا في الأماكن الساخنة.

من المعروف أيضًا أن الكائنات البحرية ، المرتبطة بالتكافل مع البكتيريا المحبة للحرارة ، يمكنها التكيف مع درجات الحرارة المرتفعة هذه وأنها طورت أيضًا آليات كيميائية حيوية مثل الهيموغلوبين المعدل ، وارتفاع حجم الدم ، من بين أشياء أخرى ، والتي تسمح لها بتحمل سمية الكبريتيدات والمركبات. من الكبريت.

من المعتقد أن بدائيات النواة الحرارية كانت أول الخلايا البسيطة في تطور الحياة وأنها كانت تسكن الأماكن ذات النشاط البركاني والسخانات في المحيطات..

أمثلة على هذا النوع من الكائنات الحية المحبة للحرارة هي تلك التي تعيش بالقرب من الفتحات الحرارية المائية أو الفومارول في قاع المحيطات ، مثل البكتيريا الميثانوجينية (منتجي الميثان) والحلويات. ريفتيا باتشيبتيلا.

الموائل الرئيسية التي يمكن العثور عليها بالحرارة هي:

• البيئات المائية الحرارية الأرضية.
• البيئات المائية الحرارية البحرية.
• الصحارى الساخنة.

مؤشر

• 1 خصائص الكائنات المحبة للحرارة
  • 1.1 السمات المميزة للكائنات المحبة للحرارة
• 2 تصنيف الكائنات الحية المحبة للحرارة
• 3 كائنات حية حرارية وبيئاتها
  • 3.1 البيئات المائية الحرارية الأرضية
  • 3.2 أمثلة على الكائنات الحية التي تعيش في البيئات الحرارية المائية الأرضية
  • 3.3 البكتيريا
  • 3.4 الأقواس
  • 3.5 حقيقيات النوى
  • 3.6 البيئات المائية الحرارية البحرية
  • 3.7 أمثلة على الحيوانات المرتبطة بالبيئات الحرارية المائية البحرية
  • 3.8 الصحارى الساخنة
  • 3.9 أنواع الصحارى
  • 3.10 أمثلة على الكائنات الصحراوية المحبة للحرارة
• 4 المراجع

خصائص الكائنات المحبة للحرارة

درجة الحرارة: عامل غير حيوي حاسم لتنمية الكائنات الحية الدقيقة

تعتبر درجة الحرارة أحد العوامل البيئية الرئيسية التي تؤدي إلى نمو الكائنات الحية وبقائها. كل الأنواع لديها مجموعة من درجات الحرارة التي يمكنها البقاء على قيد الحياة ، ومع ذلك ، لديها نمو وتطور مثالي في درجات حرارة محددة.

يمكن التعبير عن معدل نمو كل كائن حي بيانيا مقابل درجة الحرارة ، والحصول على القيم المقابلة لدرجات الحرارة الحرجة (الحد الأدنى ، الأمثل والحد الأقصى)..

درجات الحرارة الدنيا

في درجات حرارة الحد الأدنى لنمو الكائن الحي ، يحدث انخفاض في سيولة الغشاء الخلوي ويمكن أن تتوقف عمليات نقل المواد وتبادلها ، مثل دخول المواد الغذائية وخروج المواد السامة..

بين الحد الأدنى لدرجة الحرارة ودرجة الحرارة المثلى ، يزيد معدل نمو الكائنات الحية الدقيقة.

درجة الحرارة المثلى

عند درجة الحرارة المثلى ، تحدث تفاعلات الأيض بأقصى كفاءة ممكنة.

درجة الحرارة القصوى

فوق درجة الحرارة المثلى ، هناك انخفاض في معدل النمو إلى أقصى درجة حرارة يمكن أن يتحملها كل كائن حي.

في هذه درجات الحرارة المرتفعة يتم تغيير طبيعة البروتينات الهيكلية والوظيفية وتعطيلها مثل الإنزيمات ، لأنها تفقد التكوين الهندسي والتكوين المكاني الخاص ، ينهار الغشاء السيتوبلازم ويحدث التحلل الحراري أو التمزق بسبب الحرارة.

كل الكائنات الحية الدقيقة لها الحد الأدنى ، درجات الحرارة المثلى والحد الأقصى للتشغيل والتطوير. محب للحرارة لديه قيم عالية بشكل استثنائي في هذه درجات الحرارة الثلاثة.

السمات المميزة للكائنات المحبة للحرارة

• الكائنات الحية المحبة للحرارة لديها معدلات نمو عالية ، ولكن أوقات حياة قصيرة.
• لديهم الكثير من الدهون أو الدهون المشبعة ذات السلسلة الطويلة في غشاء الخلية. هذا النوع من الدهون المشبعة قادر على امتصاص الحرارة والانتقال إلى الحالة السائلة في درجات حرارة عالية (تذوب) ، دون تدميرها.
• البروتينات الهيكلية والوظيفية لها مستقرة للغاية ضد الحرارة (بالحرارة) ، من خلال الروابط التساهمية والقوى الجزيئية الخاصة تسمى قوى التشتت في لندن.
• لديهم أيضا أنزيمات خاصة للحفاظ على وظيفة التمثيل الغذائي في درجات حرارة عالية.
• من المعروف أن هذه الكائنات الحية المحبة للحرارة يمكن أن تستخدم الكبريتيدات ومركبات الكبريت الوفيرة في المناطق البركانية ، كمصدر للمواد المغذية لتحويلها إلى مادة عضوية..

تصنيف الكائنات الحية المحبة للحرارة

يمكن تقسيم الكائنات المحبة للحرارة إلى ثلاث فئات عريضة:

• مواقد حرارية معتدلة (الأمثل بين 50-60 درجة مئوية).
• مواقد حرارية شديدة الحرارة (قريبة من 70 درجة مئوية).
• فرط الحرارة (الأمثل قريب من 80 درجة مئوية).

الكائنات المحبة للحرارة وبيئاتها

البيئات المائية الحرارية الأرضية

المواقع الحرارية المائية شائعة بشكل مدهش وموزعة على نطاق واسع. يمكن تقسيمها على نطاق واسع إلى تلك المرتبطة بالمناطق البركانية وتلك التي ليست كذلك..

عادةً ما ترتبط البيئات الحرارية المائية التي تمثل أعلى درجات الحرارة بالمزايا البركانية (الغلايات ، العيوب ، حدود الصفائح التكتونية ، أحواض القوس الخلفي) ، والتي تسمح للصهارة بالارتفاع إلى عمق حيث يمكن أن تتفاعل مباشرة مع المياه الجوفية ضحل.

غالبًا ما تكون البقع الساخنة مصحوبة بخصائص أخرى تجعل الحياة صعبة ، مثل الأس الهيدروجيني والمادة العضوية والتركيب الكيميائي والملوحة الشديدة..

سكان البيئات الحرارية المائية الأرضية ، لذلك ، البقاء على قيد الحياة في وجود العديد من الظروف القاسية. وتعرف هذه الكائنات باسم polyextramophiles.

أمثلة على الكائنات الحية التي تعيش في البيئات الحرارية المائية الأرضية

تم تحديد الكائنات التي تنتمي إلى المجالات الثلاثة (حقيقيات النوى ، والبكتيريا والعتيقة) في البيئات المائية الحرارية الأرضية. يتم تحديد تنوع هذه الكائنات بشكل رئيسي حسب درجة الحرارة.

في حين أن مجموعة متنوعة من الأنواع البكتيرية تعيش في بيئات معتدلة الحرارة ، يمكن أن تسيطر أوتوتوتروف على المجتمع الميكروبي وتشكل هياكل "حصير" أو "سجادة" عيانية..

هذه "السجاد الضوئي" موجودة على سطح معظم الينابيع الحرارية المحايدة والقلوية (درجة الحموضة أكبر من 7.0) في درجات حرارة تتراوح بين 40-71 درجة مئوية ، مع تأسيس البكتيريا الزرقاء كمنتج رئيسي مهيمن.

فوق 55 درجة مئوية ، يسود السجاد الضوئي في الغالب البكتيريا الزرقاء أحادية الخلية مثل متعاقبات حبيبية س.

بكتيريا

قد يكون السجاد البايولوجي للضوء الضوئي مأهولًا في الغالب بكتريا الجنس Chloroflexus و Roseiflexus, كل من أعضاء ترتيب Chloroflexales.

عندما ترتبط مع البكتيريا الزرقاء ، وأنواع Chloreflexus و Roseiflexus ينمو على النحو الأمثل في الظروف ضمور التغذية.

إذا كان الرقم الهيدروجيني حمضياً ، فإن الأجناس شائعة Acidiosphaera، Acidiphilium، Desulfotomaculum، Hydrogenobaculum، Methylokorus، Sulfobacillus Thermoanaerobacter، Thermodesulfobium و Thermodesulfator.

في المصادر شديدة الحرارة (ما بين 72-98 درجة مئوية) ، من المعروف أن التمثيل الضوئي لا يحدث ، مما يسمح بغلبة البكتيريا الكيموثروتوتروتيكية.

تنتمي هذه الكائنات الحية إلى ph Aqu Aquificae وهي عالمية ؛ يمكن أكسدة الهيدروجين أو الكبريت الجزيئي مع الأكسجين كمستقبل للإلكترون وتحديد الكربون من خلال مسار حمض الكربوكسيليك (rTCA) الحد.

العتيقة

تنتمي غالبية الآثار القديمة المزروعة وغير المزروعة والمحددة في البيئات الحرارية المحايدة والقلوية إلى مجموعة Crenarchaeota.

مثل الأنواع أقلام حرارية ، أغريجان ثيرموهايرا أو Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, تتكاثر أقل من 77 درجة مئوية و العدلات بالحرارة ، Vulcanisaeta distributa ، بيندات حرارية, Aeropyruni pernix، Desulfurococcus mobilis و اجغريفيرا aggregans, في مصادر ذات درجة حرارة أكبر من 80 درجة مئوية.

في البيئات الحمضية ، هناك قديم من الأجناس: Sulfolobus ، Sulfurococcus ، Metallosphaera ، Acidianus ، Sulfurisphaera ، Picrophilus ، Thermoplasma ، Thennocladium و Galdivirga.

حقيقية النواة

داخل حقيقيات النوى من المصادر المحايدة والقلوية يمكن الاستشهاد بها ثيرموميسيس لينوجينوس ، سيتاليديوم ثيروفيلوم ، إيشينامويبا ثيرموم ، مارينامويبا ثيروفيليا و Oramoeba funiarolia.

في مصادر الحمض ، يمكنك العثور على الأنواع: Pinnularia ، Cyanidioschyzon ، Cyanidium أو Galdieria.

البيئات المائية الحرارية البحرية

مع درجات حرارة تتراوح من 2 درجة مئوية إلى أكثر من 400 درجة مئوية ، فإن الضغوط التي تتجاوز عدة آلاف من الجنيهات لكل بوصة مربعة (psi) ، وتركيزات عالية من كبريتيد الهيدروجين السام (درجة الحموضة من 2.8) ، فتحات التهوية الحرارية في أعماق البحار هي ربما البيئات الأكثر تطرفا على كوكبنا.

في هذا النظام البيئي ، تعمل الميكروبات كحلقة سفلية في السلسلة الغذائية ، وتستمد طاقتها من الحرارة الحرارية الأرضية والمواد الكيميائية الموجودة في أعماق الأرض الداخلية..

أمثلة على الحيوانات المرتبطة بالبيئات الحرارية المائية البحرية

الحيوانات المرتبطة بهذه المصادر أو المخارج متنوعة للغاية ، والعلاقات القائمة بين الأصناف المختلفة لم يتم فهمها بشكل كامل حتى الآن.

من بين الأنواع التي تم عزلها على حد سواء البكتيريا والعتيقة. على سبيل المثال ، تم عزل قديم من جنس الميثانوكوس ، الميثانوبيوس والبكتيريا اللاهوائية thermophilic للجنس Caminibacter.

تتطور البكتيريا في الأغشية الحيوية التي تتغذى على كائنات متعددة مثل الأمفيبودات والمفارش الأرجل والقواقع وسرطان البحر والروبيان والديدان الأنبوبية والأسماك والأخطبوطات.

تتكون البانوراما الشائعة من تراكم بلح البحر, Bathymodiolus thermophilus, أكثر من 10 سم في الطول ، والتي تتجمع في شقوق الحمم البازلتية. وعادة ما تكون هذه مصحوبة بالعديد من سرطان البحر غالاباغوس (Munidopsis subquamosa).

واحدة من أكثر الكائنات الحية غير عادية وجدت هي الدودة الأنبوبية ريفتيا باتشيبتيلا, والتي يمكن تجميعها بكميات كبيرة والوصول إلى أحجام قريبة من 2 متر.

هذه الديدان الأنبوبية ليس لها فم أو معدة أو فتحة الشرج (أي أنها لا تحتوي على جهاز هضمي) ؛ إنها حقيبة مغلقة تمامًا ، دون أي انفتاح على البيئة الخارجية.

اللون الأحمر المشرق للقلم في الطرف يرجع إلى وجود الهيموغلوبين خارج الخلية. يتم نقل كبريتيد الهيدروجين من خلال غشاء الخلية المرتبط بخيوط هذا القلم ، ومن خلال الهيموغلوبين خارج الخلوي يصل إلى "نسيج" متخصص يسمى التروفوسوم ، يتكون بالكامل من بكتيريا التخليق الكيميائي التكافلي.

يمكن القول أن هذه الديدان لها "حديقة" داخلية للبكتيريا تتغذى على كبريتيد الهيدروجين وتوفر "الغذاء" للديدان ، وهو تكيف غير عادي.

الصحارى الساخنة

تغطي الصحاري الساخنة ما بين 14 و 20 ٪ من سطح الأرض ، ما يقرب من 19-25 مليون كم.

توجد أهم الصحاري ، مثل الصحراء في شمال إفريقيا والصحاري في جنوب غرب الولايات المتحدة والمكسيك وأستراليا ، في جميع أنحاء المناطق المدارية في كل من نصف الكرة الشمالي ونصف الكرة الجنوبي (بين حوالي 10 درجات و 30 درجة مئوية) خط عرض 40 درجة).

أنواع الصحارى

ومن الخصائص المميزة لصحراء حارة الجفاف. وفقًا لتصنيف المناخ في كوبن-جيجر ، فإن الصحاري عبارة عن مناطق يبلغ معدل هطول الأمطار السنوي فيها أقل من 250 ملم.

ومع ذلك ، يمكن أن يكون هطول الأمطار السنوي مؤشرا مضللا ، لأن فقدان المياه هو عامل حاسم في ميزانية المياه.

وبالتالي ، فإن التعريف الصحراوي لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة هو عجز سنوي في الرطوبة في الظروف المناخية العادية ، حيث يكون التبخر المحتمل (PET) أكبر بخمس مرات من هطول الأمطار الفعلي (P).

يسود ارتفاع PET في الصحاري الحارة لأنه بسبب نقص الغطاء السحابي ، يقترب الإشعاع الشمسي من الحد الأقصى في المناطق القاحلة.

يمكن تقسيم الصحاري إلى نوعين حسب مستوى الجفاف:

• Hyperáridos: مع مؤشر الجفاف (P / PET) أقل من 0.05.
• المجاميع: مع فهرس يتراوح بين 0.05 و 0.2.

تتميز الصحاري عن الأراضي القاحلة شبه القاحلة (P / PET 0.2-0.5) والأراضي الجافة شبه الرطبة (0.5-0.65).

تتمتع الصحاري بخصائص مهمة أخرى ، مثل التغيرات في درجات الحرارة القوية والملوحة العالية للتربة.

من ناحية أخرى ، عادة ما ترتبط الصحراء بالكثبان الرملية والرمال ، ومع ذلك ، فإن هذه الصورة لا تتوافق إلا مع ما بين 15-20 ٪ من كل منهم ؛ تعد المناظر الطبيعية الصخرية والجبلية أكثر البيئات الصحراوية شيوعًا.

أمثلة للكائنات المحبة للحرارة في الصحراء

يمتلك سكان الصحارى ، وهم محاربون حراريًا ، سلسلة من التعديلات لمواجهة الشدائد التي تنشأ عن قلة الأمطار وارتفاع درجات الحرارة والرياح والملوحة وغيرها..

طورت نباتات الزيروفيت استراتيجيات لتجنب النتح وتخزين أكبر قدر ممكن من الماء. يعد النضوج أو سماكة السيقان والأوراق أحد الاستراتيجيات الأكثر استخدامًا.

ويتضح ذلك في عائلة الصبار ، حيث تم تعديل الأوراق أيضًا في شكل أشواك ، لتجنب التبخر ولصد الحيوانات العاشبة.

الجنس Lithops أو النباتات الحجرية ، موطنها الأصلي في صحراء ناميبيا ، تتطور أيضًا في العصارة ، لكن في هذه الحالة ينمو النبات عند مستوى سطح الأرض ، مموهاً بالحجارة المحيطة.

من ناحية أخرى ، تطور الحيوانات التي تعيش في هذه الموائل المتطرفة جميع أنواع التكيفات ، من الفسيولوجية إلى الأخلاقية. على سبيل المثال ، ما يسمى فئران الكنغر منخفضة التبول ذات الحجم المنخفض ، وهذه الحيوانات فعالة للغاية في بيئتها الشحيحة بالمياه..

آلية أخرى للحد من فقدان المياه هي الزيادة في درجة حرارة الجسم. على سبيل المثال ، قد ترتفع درجة حرارة جمل الراحة في فصل الصيف من حوالي 34 درجة مئوية إلى أكثر من 40 درجة مئوية.

تغيرات درجات الحرارة لها أهمية كبيرة في الحفاظ على المياه ، وذلك بسبب ما يلي:

• الزيادة في درجة حرارة الجسم تعني أن الحرارة مخزنة في الجسم بدلاً من تبديدها من خلال تبخر الماء. في وقت لاحق ، في الليل ، يمكن طرد الحرارة الزائدة دون ماء.
• ينخفض ​​كسب الحرارة في البيئة الحارة ، بسبب انخفاض درجة حرارة التدرج.

مثال آخر هو الفئران الرملية (Psammomys السمنة) ، التي طورت آلية هضمية تسمح لهم بالتغذية فقط على النباتات الصحراوية لعائلة Chenopodiaceae ، والتي تحتوي على كميات كبيرة من الأملاح في الأوراق.

تعد التكيّفات الأخلاقية (السلوكية) للحيوانات الصحراوية عديدة ، لكن ربما يكون الأكثر وضوحًا هو عكس دورة بقية النشاط.

بهذه الطريقة ، تصبح هذه الحيوانات نشطة عند غروب الشمس (نشاط ليلي) وتتوقف عن الفجر (الراحة أثناء النهار) ، ولا تتزامن حياتها النشطة مع أكثر الساعات سخونة.

مراجع

1. Baker-Austin، C. and Dopson، M. (2007). الحياة في الحمض: توازن الحموضة في الحمضيات. الاتجاهات في علم الأحياء الدقيقة 15 ، 165-171.
2. بيري ، ج. وبيوركمان ، 0. (1980). استجابة التمثيل الضوئي والتكيف مع درجة الحرارة في النباتات العليا. الاستعراض السنوي لعلم وظائف الأعضاء النباتية 31 ، 491-534.
3. بروك ، تي. (1978). الكائنات الحية الدقيقة المحبة للحرارة والحياة عند درجات حرارة عالية. Springer-Verlag، New York، 378 pp.
4. Campos، V.L.، Escalante، G.، Jafiez، J.، Zaror، C.A. ومونداكا (2009) ، عزل بكتيريا الزرنيخ المؤكسدة من الأغشية الحيوية الطبيعية المرتبطة بالصخور البركانية في صحراء أتاكاما ، تشيلي. مجلة علم الأحياء الدقيقة الأساسي 49 ، 93-97.
5. Cary، C.S.، Shank، T. and Stein، J. (1998). تشمس الديدان في درجات الحرارة القصوى. الطبيعة 391 ، 545-546.
6. شيفالدون ، ف ، ديسبروير ، د. وشيلدريس ، جيه جي (1992). البعض يحبها ساخنة ... والبعض الآخر يحبها أكثر سخونة. الطبيعة 359 ، 593-594.
7. Evenari، M.، Lange، 01.، Schulze، E.D.، Buschbom، U. and Kappen، L. (1975). آليات التكيف في النباتات الصحراوية. في: Vemberg ، F.J. (ed.) التكيف الفسيولوجي للبيئة. Intext Press، Platteville، LISA، pp. 111-129.
8. جيبسون ، إيه. (1996). العلاقات الهيكلية الوظيفية لنباتات الصحراء الدافئة. Springer، Heidelberg، Germany، 216 pp.
9. جوترمان ، Y. (2002). استراتيجيات البقاء للنباتات الصحراوية السنوية. Springer، Berlin، Germany، 368 pp.
10. لوتز ، آر. (1988). تشتت الكائنات الحية في المخارج الحرارية المائية في أعماق البحار: مراجعة. قانون أوقيانوغيكا 8 ، 23-29.
11. Lutz، R.A، Shank، T.M، Fornari، D.J.، Haymon، R.M.، Lilley، M.D، Von Damm، K.L. and Desbruyeres، D. (1994). النمو السريع في فتحات أعماق البحار. الطبيعة 371 ، 663-664.
12. Rhoads، D.C.، Lutz، R.A.، Revelas، E.C. وسيراتو ، ر. (1981). نمو ذوات الصدفتين في المخارج الحرارية المائية في أعماق البحار على طول Galapagos Rift. العلم 214 ، 911-913.
13. Noy-Meir I. (1973). النظم البيئية الصحراوية: البيئة والمنتجون. الاستعراض السنوي للأنظمة البيئية 4 ، 25-51.
14. ويجل ، جيه وآدمز ، م. (1998). محب للحرارة: مفاتيح التطور الجزيئي وأصل الحياة. تايلور وفرانسيس ، لندن ، 346 صفحة.