Ekstremofilai — kas tai, rūšys ir gyvenimas ekstremaliomis sąlygomis
Ekstremofilas - tai organizmas (gyva būtybė), kuris geriausiai gyvena ekstremaliomis sąlygomis, kenksmingomis daugumai gyvybės rūšių Žemėje. Jie skiriasi nuo įprastose vietose gyvenančių organizmų, vadinamų mezofilais arba neutrofilais.
Devintajame ir dešimtajame dešimtmetyje biologai nustatė, kad mikrobai gali išgyventi ekstremalioje aplinkoje. Tai nišos, kurios tam tikru požiūriu yra ekstremalios. Jos gali būti labai karštos arba šaltos, arba sausos, arba veikiamos didžiulio slėgio, arba labai sūrios ar rūgščios. Sudėtingi organizmai, pavyzdžiui, gyvūnai ar augalai, tokiose aplinkose gyventi negali.
Kai kurie mokslininkai mano, kad gyvybė Žemėje galėjo atsirasti hidroterminėse versmėse toli po vandenyno paviršiumi. Tokia aplinka, kaip karštieji vandenynai, karštosios versmės ir giluminės vandenynų hidroterminės versmės, buvo paplitusi archajiniame eone, maždaug prieš 3,9 mlrd. metų. Tokiomis sąlygomis gyveno ankstyvosios gyvybės formos.
Rūšys ir pavyzdžiai
- Termofilai – mėgsta aukštą temperatūrą (pvz., 45–122 °C). Jie gyvena karštose versmėse ir karštųjų versmių baseinuose. Pavyzdys: Thermus aquaticus (iš kurio gauta Taq polimerazė).
- Psichrofilai – prisitaikę prie labai žemos temperatūros (pvz., Arkties ar Antarktidos vandenys, ledynai).
- Halofilai – gyvena labai sūrioje aplinkoje (pvz., druskinguose ežeruose ar druskos baseinuose). Pavyzdys: Halobacterium genties mikroorganizmai.
- Acidofilai ir alkalofilai – pakelia stipriai rūgščias arba stipriai šarmines aplinkas (žemos arba aukštos pH reikšmės).
- Piezofilai (barofilai) – prisitaikę gyventi dideliame slėgyje, pavyzdžiui, giliose vandenyno įdubose.
- Kserofilai – ištveria sausras ir labai mažą drėgmę (pvz., dykumų mikroflora).
- Radiotolerantai – itin atsparūs jonizuojančiai spinduliuotei; pavyzdys: Deinococcus radiodurans.
Adaptacijos, leidžiančios išgyventi
- Baltymų ir fermentų stabilumas: ekstremofilų baltymai (dažnai vadinami ekstremozimais) išlaiko formą ir veiklą esant aukštoms arba žemoms temperatūroms, aukštam slėgiui ar net cheminių medžiagų kiekiui.
- Membranų struktūra: lipidų sudėtis keičiasi taip, kad membranos išliktų stabilios ekstremaliose temperatūrose ar druskingume.
- Kompatibilūs solutai: pavyzdžiui, cukrų, amina rūgščių ar kitų mažų molekulių kaupimas, kurie apsaugo baltymus ir ląsteles nuo dehidracijos ar jonų streso.
- Chaperonai ir DNR taisymo mechanizmai: padidina atsparumą temperatūros šokams ir cheminiam ar radiacijos sukeltam DNR pažeidimui.
- Metabolinės ypatybės: kai kurie ekstremofilai naudoja neįprastus energijos arba anglies šaltinius (pvz., chemosintezė prie hidroterminių versmių).
Gyvenamosios vietos (habitatų pavyzdžiai)
- Hidroterminės versmės ir karštųjų versmių baseinai.
- Giliavandeninės žemumos ir giliame vandenyne esantys krateriai.
- Druskų ežerai, druskos baseinai ir soliariumai.
- Rūgštūs šachtų nuotėkai ir kiti taršos pažeisti dirvožemiai.
- Poliarinės jūros, ledynai ir permafrostas.
- Dykumos paviršiai ir oras, kur trūksta drėgmės.
Reikšmė mokslui ir pramonei
- Biotechnologijos: ekstremofilų fermentai naudojami pramoniniuose procesuose. Gerai žinomas pavyzdys – Taq polimerazė, kuri leido PCR metodą padaryti praktiškai įmanomą.
- Astrobiologija: ekstremofilai plečia supratimą, kokiomis sąlygomis gali atsirasti ir egzistuoti gyvybė, todėl jie svarbūs ieškant gyvybės kitose planetose ar mėnuliuose.
- Bioremediacija: kai kurios rūšys gali skaidyti toksines medžiagas ar išgyventi teršalų prisotintoje aplinkoje, todėl naudojamos taršos valymui.
- Farmacija ir pramonė: stabilūs fermentai ir biologiškai aktyvios medžiagos gali būti pritaikytos naujiems produktams ir procesams.
Tyrimo metodai ir ateities kryptys
Tyrėjai naudoja tradicinę kultivaciją, tačiau daug ekstremofilų sunku išauginti laboratorijoje, todėl plačiai taikomas metagenomikos, metatranskriptomikos ir baltymų analizės metodas. Genominės sekos leidžia atrasti naujus fermentus ir metabolinius kelius. Ateityje svarbios sritys – naujų biotechnologinių įrankių vystymas, ekstremofilų vaidmens aiškinimas geochemijos procesuose ir jų panaudojimas ekologinei atstatymui.
Santrauka
Ekstremofilai – tai įvairios gyvybės formos, gebančios gyventi ir daugintis sąlygose, kurios daugumai organizmų būtų pražūtingos. Jie ne tik keičia mūsų supratimą apie gyvybės ribas Žemėje, bet ir suteikia vertingų biotechnologinių priemonių bei idėjų gyvybės galimumui kitose planetose. Tyrimai apie ekstremofilus tęsiasi ir nuolat atsiveria naujos praktinės ir teorinės galimybės.


Termofilai, ekstremofilai, sukuria kai kurias ryškias Didžiojo prizminio šaltinio, Yellowstone'o nacionaliniame parke, spalvas.
Ekstremofilų tipai
Dauguma žinomų ekstremofilų yra mikrobai. Gerai žinomų ekstremofilų pavyzdžių yra Archaea srityje, tačiau kai kurios bakterijos taip pat yra ekstremofilai. Klaidinga vartoti terminą "ekstremofilai" visiems archėjų organizmams apibūdinti, nes kai kurie iš jų yra mezofiliniai. Ne visi ekstremofilai yra vienaląsčiai: kai kuriose ekstremaliose aplinkose gyvena daugialąsčiai gyvūnai.
Kai kurie ekstremofilai priskiriami kelioms kategorijoms. Pavyzdžiui, organizmai, gyvenantys karštose uolienose giliai po Žemės paviršiumi, yra ir termofilai, ir barofilai.
Acidofilai
Organizmas, kuris geriausiai auga esant 3 arba mažesniam pH lygiui.
Alkalifilai
Organizmas, kuris geriausiai auga esant 9 arba aukštesniam pH lygiui.
Endolitai
Organizmas, gyvenantis mikroskopinėse uolienų, plyšių, vandeningųjų sluoksnių ir lūžių erdvėse, užpildytose požeminiu vandeniu giliai po žeme.
Organizmas, kuriam augti reikia didelės druskos koncentracijos.
Hipertermofilai
Organizmas, galintis gerai gyventi 80-122 °C temperatūroje, pavyzdžiui, giluminėse vandenyno hidroterminėse versmėse.
Hipolitai
Organizmas, gyvenantis uolienų viduje šaltose dykumose.
Litoautotrofai
Organizmas (dažniausiai bakterija), kuris anglies gauna tik iš anglies dioksido ir neorganinės oksidacijos. Tai chemolitotrofai, pavyzdžiui, Nitrosomonas europaea. Šie organizmai gauna energijos iš mineralinių junginių, pavyzdžiui, geležies piritų. Jie veikia geocheminį ciklą ir uolienų susidėvėjimą, kad susidarytų dirvožemis.
Metalų netoleruojantis
Šiems organizmams nekenkia didelis ištirpusių sunkiųjų metalų, pavyzdžiui, vario, kadmio, arseno ir cinko, kiekis tirpale.
Oligotrofai
Organizmas, galintis augti aplinkoje, kurioje yra labai mažai maistinių medžiagų.
Osmophile
Organizmas, galintis augti aplinkoje, kurioje yra daug cukraus.
Pjezofilas
Organizmas, geriausiai gyvenantis esant dideliam slėgiui, pavyzdžiui, giliai Žemės paviršiuje ir giliose vandenynų tranšėjose.
Poliekstremofilai
Organizmas, priklausantis daugiau nei vienai ekstremofilų kategorijai.
Psichofilas / kriofilas
Organizmas, kuris geriau auga 15 °C ar žemesnėje temperatūroje. Jie paplitę šaltame dirvožemyje, amžinojo įšalo, poliarinio ledo, šalto vandenyno vandens ir po sniegu aukštai kalnuose.
Radijo bangoms atsparus
Organizmai, kurie gali gyventi esant dideliam jonizuojančiosios spinduliuotės kiekiui. Paprastai tai yra ultravioletinė spinduliuotė, tačiau yra ir tokių organizmų, kurie gali atitaisyti gama spinduliuotės padarytą žalą.
Organizmas, kuris gali gerai gyventi 60-80 °C temperatūroje.
Termoacidofilai
Organizmas, kuris yra ir termofilas, ir acidofilas. Jis geriausiai auga 70-80 °C temperatūroje ir esant 2-3 pH.
Xerophile
Organizmas, galintis augti itin sausose vietose, pavyzdžiui, Atakamos dykumoje.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra ekstremofilai?
A: Ekstremofilai - tai gyvi organizmai, kurie klesti ekstremalioje aplinkoje, kenksmingoje daugumai kitų gyvų organizmų Žemėje.
K: Kuo ekstremofilai skiriasi nuo kitų organizmų?
A: Ekstremofilai skiriasi nuo kitų organizmų, gyvenančių įprastose vietose, vadinamų mezofilais arba neutrofilais.
K: Kada biologai atrado, kad mikrobai gali išgyventi ekstremalioje aplinkoje?
A: Biologai atrado, kad mikrobai gali išgyventi ekstremalioje aplinkoje, XX a. aštuntajame ir devintajame dešimtmetyje.
K: Kokie yra ekstremalių aplinkų, kuriose mikrobai gali išgyventi, pavyzdžiai?
A: Ekstremalios aplinkos, kuriose mikrobai gali išgyventi, gali būti labai karštos, šaltos, sausos, veikiamos didžiulio slėgio, labai sūrios ar rūgščios.
K: Kodėl sudėtingi organizmai, pavyzdžiui, gyvūnai ar augalai, negali gyventi ekstremaliose aplinkose?
A: Sudėtingi organizmai, pavyzdžiui, gyvūnai ar augalai, negali gyventi ekstremalioje aplinkoje, nes jie nėra prisitaikę išgyventi tokiomis sąlygomis.
K: Kur, kai kurių mokslininkų nuomone, Žemėje galėjo prasidėti gyvybė?
A: Kai kurie mokslininkai mano, kad gyvybė Žemėje galėjo atsirasti hidroterminėse versmėse, esančiose giliai po vandenyno paviršiumi.
K: Kada buvo paplitusios tokios aplinkos kaip karštieji vandenynai, karštosios versmės ir giluminės vandenynų hidroterminės versmės?
A: Tokia aplinka kaip karšti vandenynai, karštosios versmės ir giluminės vandenynų hidroterminės versmės buvo paplitusi archajiniame eone, maždaug prieš 3,9 mlrd. metų.