Психрофильные бактерии являются подтипом экстремофильных организмов, характеризующихся низкими температурами, обычно от -20 ° С до 10 ° С, и занимающими постоянно холодные места обитания. Эти организмы, как правило, являются бактериями или археями, однако существуют метазои, такие как лишайники, водоросли, грибы, нематоды и даже насекомые и позвоночные животные.
Холодная среда доминирует в биосфере Земли и колонизируется многочисленными и разнообразными микроорганизмами, которые играют потенциально важную роль в глобальных биогеохимических циклах.
Помимо поддержания низких температур, психрофильные организмы также должны быть адаптированы к другим экстремальным условиям, таким как высокое давление, высокая концентрация соли и высокая ультрафиолетовая радиация.
Многие из таких организмов – бактерии или археи , но некоторые эукариоты, такие как лишайники , снежные водоросли , грибы и бескрылые мошки , также относятся к психрофилам.
К бактериям, которые могут переносить экстремальные холода, относятся Arthrobacter sp., Psychrobacter sp. и члены родов Halomonas , Pseudomonas , Hyphomonas и Sphingomonas . Другой пример – Chryseobacterium greenlandensis , психрофил, обнаруженный во льдах возрастом 120 000 лет.
- Umbilicaria antarctica и Xanthoria elegans – это лишайники, фотосинтезирующие при температурах до -24 ° C и могут расти примерно до -10 ° C. Некоторые многоклеточные эукариоты также могут быть метаболически активными при минусовых температурах, например, некоторые хвойные деревья; представителисемейства Chironomidae все еще активны при -16 ° C.
- Penicillium – это род грибов, обитающих в самых разных средах, включая экстремальные холода.
Среди психрофильных насекомых Grylloblattidae или ледяные ползунки, обитающие на вершинах гор, имеют оптимальную температуру от 1 до 4 ° C. Бескрылая мошка (Chironomidae) Belgica antarctica может переносить соль, замораживание и сильный ультрафиолет, и у нее самый маленький из известных насекомых геном. Считается, что небольшой геном из 99 миллионов пар оснований может адаптироваться к экстремальным условиям.
Холодная среда, в которой обитают психрофилы, повсеместно распространена на Земле, поскольку большая часть поверхности нашей планеты испытывает температуры ниже 15 ° C. Они присутствуют в вечной мерзлоте, полярных льдах, ледниках, снежных полях и глубоководных водах океана . Эти организмы также можно найти в очагах морского льда с высоким содержанием соли.
Микробная активность измерялась в почвах, замерзших до температуры ниже -39 ° C. Помимо температурного предела, психрофилы также должны адаптироваться к другим экстремальным условиям окружающей среды, которые могут возникнуть в результате их среды обитания. Эти ограничения включают высокое давление в глубоком море и высокую концентрацию соли на некоторых морских льдах.
В зависимости от влияния температурного режима на рост и развитие клетки психрофилы подразделяют на несколько групп:
- Облигатные (истинные) прсихрофилы – микроорганизмы с оптимальной температурой развития +15°Cи ниже, и максимальной не превышающей +20°C. Данная группа микробов распространена только в местах с постоянно низкой температурой.Они формируют естественный микробоценоз регионов вечного холода.
- Факультативные психрофиллы (психотрофные или психроактивные) – микробы, развивающиеся при 0°C, но температурный оптимум развития данной группы микроорганизмов выше, и составляет +25°C–+30°C, а температурный максимум +35°C. Микроорганизмы данной подгруппы часто обнаруживают в почве и воде в условиях холодного или умеренного климата.
По современным представлением способности расти и развиваться при пониженных температурах психрофилы обязаны следующим особенностям:
- содержанию в клетках ферментов, имеющих низкую температуру активизации и способных эффективно функционировать в условиях низких температур, при +30°Cэти ферменты утрачивают способность к катализу соответствующих процессов;
- высокая проницаемость мембран при низких температурах обеспечивается наличием в липидах большого количества ненасыщенных жирных кислот;
- полисомы образуются и в условиях низких температурных режимов.
Разнообразие одноклеточных психрофилов очень велико, среди них можно отметить представителей большинства бактериальных линий: ацидобактерии, актинобактерии, бактероидеты, хлорофлексы, цианобактерии, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 и Planctomycetes.
Кроме того, протеобактерии и веррукомикробия были обнаружены в арктических, антарктических и альпийских криоконитах. Они также были обнаружены в Гренландии, Канаде, Тибете и Гималаях..
Среди психрофильных цианобактерий мы находим Leptolvngbva, Phormidium и носток. Другие распространенные жанры одноклеточные Aphanothece, Chroococcus и Charnaesiphon, и нитевидный Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium и Plectonerna.
Среди психофильных насекомых можно назвать род Diamesa Гималаев (Непал), который остается активным до достижения температуры -16 ° C.
Также есть апартусный комар (без крыльев), Бельгия Антарктида, 2-6 мм длиной, эндемично для Антарктиды. Это единственное насекомое на континенте и единственное животное исключительно наземное.
Позвоночные животные также могут быть психрофильными. Некоторые примеры включают небольшое количество лягушек, черепах и змей, которые используют замораживание внеклеточной воды (вода вне клеток) в качестве стратегии выживания, чтобы защитить свои клетки в течение зимы.
Антарктическая нематода Панагролаймус давиди может пережить замерзание внутриклеточной воды и впоследствии отрастать и размножаться.
Кроме того, рыбы семейства Channichthyidae, обитающие в холодных водах Антарктиды и южной части Южной Америки, используют антифризные белки для защиты своих клеток от полного замерзания..
Максимальная температура (ТМакс) роста организма является самым высоким, что это может терпеть. Пока оптимальная температура (Твыбирать) роста это тот, в котором организм растет быстрее.
Обычно считается, что все организмы, которые выживают и развиваются в условиях низкой температуры, являются психрофильными. Однако, как мы знаем, термин психрофильных его следует применять только к тем организмам, у которых TМакс составляет 20 ° C (то есть они не могут выжить при более высоких температурах).
Микроорганизмы были выделены из очень холодных областей, которые могут расти в лабораторных условиях при температуре выше 20 ° C, что указывает на то, что, хотя они адаптированы к низким температурам, их не следует считать психрофильными. Эти микроорганизмы называются «мезотолерантами», то есть они переносят средние температуры.
Methanococcoides burtonii Экстремофильная и метаногенная дуга, выделенная из озера Ас в Антарктиде, где температура колеблется от 1 до 2 ° С. Однако в ходе лабораторных исследований было установлено, что его Твыбирать при росте составляет 23 ° С и ТМакс 28 ° С, поэтому его не следует считать психрофильным.
Methanogenium frigidum это также метаногенные и галофильные археи (которые переносят соль посередине), выделенные из самого озера Ас и которые в лаборатории представляют Твыбирать 15 ° С и ТМакс 18 ° C, можно классифицировать его как psicrófilo.
Психрофил можно считать М. фригидум он должен быть лучше адаптирован к низким температурам, которые М. Бертонии. однако, М. Бертонии растет быстрее чем М. фригидум при температуре от 1 до 2 ° C в озере Эйс.
Эти данные указывают на то, что существуют и другие факторы окружающей среды (биотические и абиотические), помимо температуры, которые влияют на рост популяции этих микроорганизмов в их естественной среде обитания..
Выживание организма в данной среде зависит от сочетания множества факторов окружающей среды, а не от воздействия только одного. С другой стороны, каждый микроорганизм предъявляет особые требования (отличные от температуры), что также влияет на его производительность.
В случае М. Бертонии и М. фригидум, Известно, что каждый из них использует разные источники углерода и энергии: М. Бертонии использует метилированные субстраты, в то время как М. фригидум использовать H2: CO2 для вашего роста. Озеро Ас пропитано метаном, что способствует росту М. Бертонии.
Sphingopyxis alaskensis и галоархии
Sphingopyxis alaskensis является бактерией, изолированной от морских вод северного полушария, где преобладают температуры 4 – 10 ° C. С другой стороны, галоархеи, которые являются археями, населяющими воды, насыщенные солью, растут при -20 ° С..
Несмотря на высокую плотность населения в естественной среде обитания, ни один из этих микроорганизмов нельзя культивировать в лаборатории при температуре ниже 4 ° C..
по очереди, S. alaskensis имеет ТМакс 45 ° C и галоархии могут расти при температуре выше 30 ° C, поэтому их нельзя считать психрофильными. Тем не менее, их население хорошо адаптировано и очень распространено в чрезвычайно холодных районах.
Исходя из вышесказанного, мы можем предположить, что существуют другие ограничивающие факторы окружающей среды, которые влияют на выживание этих организмов в их естественной среде обитания, и температура не является самым важным фактором.
Психротрофные насекомые могут переносить низкие температуры посредством нескольких общих механизмов (в отличие от условно-патогенных и чувствительных к холоду насекомых):
- устойчивость к холоду
- избегание замораживания
- устойчивость к замораживанию
Устойчивые к холоду насекомые гибнут от отрицательных температур после длительного воздействия умеренных или умеренных отрицательных температур. Избегающие замораживания насекомые могут выжить в течение продолжительных периодов времени при температурах ниже нуля в переохлажденном состоянии, но погибают в точке переохлаждения .
Устойчивые к замораживанию насекомые могут пережить образование кристаллов льда внутри своего тела при минусовых температурах. Утверждается, что устойчивость к замораживанию у насекомых является непрерывной, при этом некоторые виды насекомых проявляют частичную (например, Tipula paludosa , Hemideina thoracica ), умеренную (например, Cryptocercus punctulatus ) и сильную устойчивость к замораживанию (например, Eurosta solidaginis и Syrphus ribesii ) , и другие виды насекомых, демонстрирующие морозостойкость с низкой температурой переохлаждения (например, Pytho deplanatus).
Частые вопросы
Какие организмы относятся к психрофилам?
Психрофилы – это организмы, которые способны развиваться при низких температурах, обычно в диапазоне от -20°C до +10°C. К ним относятся различные микроорганизмы, такие как бактерии, грибы, водоросли, а также некоторые животные, например, некоторые виды рыб и насекомые.
Какая температура необходима для развития психрофилов?
Психрофилы могут развиваться при очень низких температурах, обычно в диапазоне от -20°C до +10°C. Они приспособлены к экстремальным условиям холода и способны выживать и размножаться при таких температурах.
Читайте также:
Какие примеры психрофилов существуют?
Примерами психрофилов являются различные микроорганизмы, такие как некоторые виды бактерий (например, Pseudomonas, Psychrobacter), грибы (например, Penicillium, Aspergillus), водоросли (например, Chlamydomonas nivalis), а также некоторые животные, например, некоторые виды рыб (например, треска) и насекомые (например, некоторые виды мух).
Полезные советы
СОВЕТ №1
Изучите особенности психрофилов, чтобы понять, какие организмы относятся к этой группе и какие условия им наиболее благоприятны.
СОВЕТ №2
Исследуйте температурные условия, при которых психрофилы развиваются, чтобы понять, какие места на Земле являются их основным местообитанием.
СОВЕТ №3
Ознакомьтесь с примерами психрофилов, чтобы увидеть, какие организмы способны адаптироваться к низким температурам и какие функции имеют их биологические особенности.
Загрузка...
