Мезофилы у животных и растений, температура размножения

Для нормального функционирования – развития и размножения – любой организм требует определенных условий среды. Температура воздуха имеет огромное значение. Ее повышение или понижение не обязательно вызовет гибель живого существа.

Но вот на размножении и росте такие скачки скажутся в первую очередь. Поэтому, когда про какие-то микроорганизмы, например бактерии, говорят, что они мезофилы, то подразумевают, что для их оптимальной жизнедеятельности столбик термометра должен находиться между отметками от 20 до 42°C.

Мезофильные бактерии – это организмы, которые растут при умеренной температуре, которая составляет 20-45 ° C. Оптимальная температура роста мезофильных бактерий составляет 37 ° С. Следовательно, бактерии в микробиоме человека, а также патогенные бактерии человека являются мезофилами. Некоторые примеры мезофильных бактерий Listeria monocytogenes, Streptococcuspyrogenes, так далее.

Мезофилы есть и среди животных или растений, однако принадлежность к этому виду определяется не температурными предпочтениями. В отличие от бактерий мезофильные представители флоры – это те, которые предпочитают среднее количество влаги. Правильнее такие растения называть мезофитами, а главное условие для их успешного роста и развития – достаточное, но не избыточное содержание воды в почве. Представители этого вида произрастают и в тропических, и в субтропических лесах. Но в основном растения-мезофиты – «жители» умеренных широт:

лиственные кустарники и деревья,
луговые травы (клевер и тимофеевка),
лесные ландыши, кислица.

Среди растений, предпочитающих умеренность в потреблении воды, практически одинаковое количество и полезных сельскохозяйственных культур, и сорняков.

Среда обитания мезофилов может включать сыр и йогурт. Их часто добавляют во время брожения пива и виноделия. Поскольку нормальная температура человеческого тела составляет 37 ° C, большинство патогенов человека являются мезофилами, как и большинство организмов, составляющих микробиом человека.

Мезофилы – противоположность экстремофилов. Экстремофилов, предпочитающих холодную среду, называют психрофилами , тех, кто предпочитает более высокие температуры, – термофилами или термотропами, а тех, кто процветает в чрезвычайно жаркой среде, – гипертермофилами . Общегеномный вычислительный подход был разработан Zheng et al. классифицировать бактерии на мезофильные и термофильные.

Из-за разнообразия мезофилов потребности в кислороде сильно различаются. Аэробное дыхание требует использования кислорода, а анаэробное – нет. Есть три типа анаэробов . Факультативные анаэробы растут в отсутствие кислорода, используя вместо этого ферментацию . Во время ферментации сахара превращаются в кислоты, спирт или газы . Если есть кислород, он будет использовать аэробное дыхание. Облигатные анаэробы не могут расти в присутствии кислорода. Аэротолерантные анаэробы могут противостоять кислороду.

Микроорганизмы играют важную роль в разложении органического вещества и минерализации из питательных веществ. В водной среде разнообразие экосистемы допускает разнообразие мезофилов. Функции каждого мезофила зависят от окружающей среды, в первую очередь от температурного диапазона. Бактерии, такие как мезофилы и термофилы , используются в производстве сыра из-за их роли в ферментации .

Читайте также:

Демодекс под микроскопом, фото под увеличением, описание и внешний вид

«Традиционные микробиологи используют следующие термины для обозначения общей (слегка произвольной) оптимальной температуры для роста бактерий: психрофилы (15–20 ° C), мезофилы (30–37 ° C), термофилы (50–60 ° C) и экстремальные термофилы (до 122 ° С) ». И мезофилы, и термофилы используются в сыроделии по одной и той же причине; однако они растут, процветают и умирают при разных температурах. Психротрофные бактерии способствуют порче молочных продуктов, их заплесневению или порче из-за их способности расти при более низких температурах, например в холодильнике.

Некоторые известные мезофилы включают Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus и Escherichia coli . Другими примерами видов мезофилов являются Clostridium kluyveri, Pseudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Streptococcus pyogenes и Streptococcus pneumoniae. Различные типы заболеваний и инфекций обычно имеют патогены от мезофильных бактерий, таких как перечисленные выше.

Listeria monocytogenes – грамположительная бактерия. Он близок к Bacillus и Staphylococcus . Это палочковидный факультативный анаэроб, который движется перитрихозными жгутиками . Подвижность L. monocytogenes ограничена от 20 ° C до 25 ° C. При оптимальной температуре он теряет подвижность. Эта бактерия ответственна за листериоз, который возникает из-за зараженной пищи.

Золотистый стафилококк был впервые обнаружен в 1880 году. Он вызывает различные инфекции, вызванные травмой. Бактерия преодолевает естественные механизмы организма. Длительные инфекции S.aureus включают пневмонию, менингит и остеомиелит. S.aureus обычно заражаются в больницах.

Escherichia coli – это грамотрицательные палочковидные факультативные анаэробные бактерии, не образующие спор . Бактерия входит в состав Enterobacteriaceae . Он способен производить энтеротоксины, которые являются термолабильными или термостабильными . Другие характеристики кишечной палочки в том, что это оксидаза -отрицательный, цитрат -отрицательного, метил-красного положительный, и Фогес-Проскауэр -отрицательный. Подводя итог E.coli , это кишечная палочка. Он может использовать глюкозу и ацетат в качестве источника углерода для ферментации. E.coli обычно обнаруживается в кишечнике живых организмов. E.coli обладает множеством возможностей, например, может быть хозяином для рекомбинантной ДНК и быть патогеном.

Бактерии мезофилы и термофилы без вреда для собственных репродуктивных способностей могут переносить кратковременное нахождение в условиях экстремально высоких температур. Такую толерантность называют термоустойчивостью или терморезистентностью. Это крайне полезное качество микроорганизмы выработали, чтобы выживать при попадании в экстремальные условия. Такая способность есть далеко не у всех.

Облигатные психрофилы (таковыми считаются бактерии, предпочитающие оптимальную температуру около 15°C или ниже) очень чувствительны даже к незначительному плюсовому колебанию столбика термометра. Ареал их обитания – арктические моря и глубины океанов, антарктические льды или ледники высоко в горах.

У факультативных психрофилов оптимальная для их жизнедеятельности температура гораздо выше, чем у облигатных видов – она равна 20-30°C. Поэтому их можно встретить в местах с постоянно меняющимися температурными режимами. И так как некоторые психрофилы являются главными виновниками порчи продуктов в холодильниках и морозильных камерах, то нарушать рекомендованные требования для хранения рыбы, мяса и молока нельзя. Появление неприятного запаха – это полбеды. Гораздо хуже, когда патогенные бактерии-психрофилы образуют токсины.

Понимание того, как микроорганизмы мезофилы или термофилы реагируют на колебания температуры, позволяет человеку сохранять для них оптимальные условия существования (если речь идет о приносящих пользу простейших) или вырабатывать способы борьбы с патогенными формами. Гигрофилы также перестанут размножаться, если рыбу, фрукты или овощи высушить. Подобной обработке подвергают даже мясо. Но если засушенные продукты увлажнить, то они испортятся достаточно быстро.

Можно сделать вывод, что бактерии-мезофилы и группы животных или растений с таким же определением подразумевают деление по различным предпочтениям. Мезофильные микроорганизмы объединяются в эту категорию на основе оптимальной температуры. В то время как животные и растения причисляют к мезофилам исходя из нужного для них уровня влажности и количества потребляемой воды. Подобные знания дают возможность учитывать факторы внешней среды для поддержания жизнедеятельности нужных форм живых организмов или для борьбы с нежелательными видами.

Читайте также:

Карликовый цепень (hymenolepis nana): цикл развития, симптомы и лечения, пути заражения

Бактериальные организмы могут существовать и развиваться в весьма широких температурных границах.

Различают три экологические группы бактерий по их отношению к температуре окружающей среды: психрофилы, мезофилы, термофилы.

К психрофилам относятся формы, развивающиеся при сравнительно низкой температуре. Оптимум развития у этих бактерий лежит при 20—25 °C, а минимум может лежать даже ниже нуля, если эти бактерии развиваются в растворе, замерзающем при температуре ниже нуля.
К мезофильным бактериям относится огромное большинство бактерий. Оптимум развития мезофилов лежит при 25—35 °C, максимум — при 45—50 °C и минимум — около 10 °C. Из приведенных для мезофилов температурных границ видно, что эта группа микроорганизмов наиболее соответствует температурам, наблюдающимся в природе в летнее время, и поэтому не удивительно весьма широкое распространение мезофилов в почве, воде и других субстратах.
К термофильным микроорганизмам относятся бактерии и близкие к ним актиномицеты, а также некоторые водоросли, по преимуществу сине-зеленые. Все они характеризуются тем, что развиваются при высоких температурах (40—75 °C). Водоросли и ряд представителей животного мира (моллюски и др.), живущие в горячих источниках и гейзерах, развиваются при несколько более низких температурах, чем бактерии и актиномицеты. Из микроорганизмов к термофилам обычно относятся бациллярные формы, образующие споры, а также группа актиномицетов.

В состоянии спор термофилы хорошо переносят температуры ниже 30 °C, при которых они в вегетирующем состоянии быстро гибнут. Особенностью термофилов является их очень интенсивный обмен, благодаря чему они гораздо энергичнее размножаются и значительно быстрее заканчивают осуществляемые ими микробиологические процессы. Клетки термофилов делятся быстрее, чем у мезофилов, и быстрее стареют и отмирают.

У всех бактерий есть своя оптимальная среда и температура, при которой они процветают. Многие факторы ответственны за оптимальный температурный диапазон данного организма, но данные свидетельствуют о том, что экспрессия определенных генетических элементов ( аллелей ) может изменять чувствительный к температуре фенотип организма. Исследование, опубликованное в 2016 году, показало, что мезофильные бактерии могут быть генетически сконструированы для экспрессии определенных аллелей психрофильных бактерий, что приводит к смещению ограничительного температурного диапазона мезофильных бактерий, чтобы он точно соответствовал диапазону психрофильных бактерий.

Из-за менее стабильной структуры мезофилов он имеет пониженную гибкость для синтеза белка . Мезофилы не способны синтезировать белки при низких температурах. Он более чувствителен к изменениям температуры, и жирные кислоты , состав мембраны не допускает много текучести .

Снижение оптимальной температуры с 37 ° C до 0 ° C до 8 ° C приводит к постепенному снижению синтеза белка. Белки, индуцированные холодом (CIP), индуцируются при низких температурах, что затем позволяет синтезировать белки холодового шока (CSP). При возврате к оптимальной температуре наблюдается рост, что указывает на то, что мезофилы сильно зависят от температуры. Доступность кислорода также влияет на рост микроорганизмов.

Есть два объяснения того, что термофилы могут выжить при таких высоких температурах, а мезофилы – нет. Наиболее очевидным объяснением является то, что термофилы, как полагают, имеют клеточные компоненты, которые относительно более стабильны, чем клеточные компоненты мезофилов, поэтому термофилы могут жить при более высоких температурах, чем мезофилы. «Вторая школа мысли, представленная трудами Гограна и Аллена, считает, что быстрый ресинтез поврежденных или разрушенных клеточных компонентов является ключом к проблеме биологической устойчивости к теплу».

Частые вопросы

Какова роль мезофилов у животных и растений?

Мезофилы играют важную роль в жизнедеятельности животных и растений. У растений мезофилы отвечают за фотосинтез и газообмен, а у животных – за обмен веществ и терморегуляцию.

Какая температура является оптимальной для размножения мезофилов?

Оптимальная температура для размножения мезофилов у растений обычно составляет около 25-30 градусов Цельсия, в то время как у животных она может варьироваться в зависимости от вида.