Cum Funcționează Extremofilii

{h1}

Extremofilele sunt organisme care trăiesc în medii „extreme”. Aflați de ce extremofilii sunt remarcabili, nu numai datorită habitatelor lor.

-Care este mediul dvs. ideal? Soare, 72 de grade Fahrenheit (22 de grade Celsius) și o adiere ușoară? Ce zici de a trăi în apă aproape fierbinte atât de acidă pe care o mănâncă prin metal? Sau să stea într-o supă noroasă, fără oxigen, mult mai sărată decât orice ocean? Dacă ești extremofil, s-ar putea să sune perfect.

Extremofilele sunt organisme care trăiesc în medii „extreme”. Numele, folosit pentru prima dată în 1974 într-o lucrare de către un om de știință numit R.D. MacElroy, înseamnă literalmente extrem de iubitor [sursa: Townsend]. Aceste creaturi rezistente sunt remarcabile nu numai datorită mediilor în care trăiesc, ci și pentru că multe dintre ele nu au putut supraviețui în medii presupuse normale și moderate. De exemplu, microorganismul Ferroplasma aci-diphilum -este nevoie de o cantitate mare de fier pentru a supraviețui, cantități care ar ucide majoritatea altor forme de viață. Ca și alte extremofile, F. acidiphilum poate aminti un timp străvechi pe Pământ, când majoritatea organismelor trăiau în condiții dure similare cu cele acum favorizate de unii extremofili, indiferent dacă se află în canalizări de mare adâncime, gheizere sau deșeuri nucleare.

-Extremofilele nu sunt doar bacterii [sursa: Science Resource Education Center]. Acestea provin din toate cele trei ramuri ale sistemului de clasificare a trei domenii: Archaea, Eubacteria și Eukaroyta. (Vom explora mai mult taxonomia în continuare.) Deci extremofilii sunt un grup divers, iar unii candidați surprinși - drojdia, de exemplu - se califică pentru a deveni membru. De asemenea, nu sunt întotdeauna menționate strict ca extremofile. De exemplu, un halofil este numit astfel, deoarece prospera într-un mediu foarte sărat.

Descoperirea extremofililor, începând cu anii '60, a determinat oamenii de știință să reevalueze cum a început viața pe Pământ. Numeroase tipuri de bacterii au fost găsite adânc în subteran, o zonă considerată anterior ca o zonă moartă (din cauza lipsei de lumină solară), dar acum văzută ca un indiciu asupra originilor vieții. De fapt, majoritatea bacteriilor planetei trăiesc sub pământ [sursa: BBC News].

Acești extremofili specializați în roci sunt numiți endoliti (toate bacteriile subterane sunt endolitii, dar unii endoliti sunt organisme nonbacteriene). Oamenii de știință speculează că endolitii pot absorbi nutrienții care se deplasează prin vene sau sunt subzistenți în materie de rocă anorganică. Unele endolite pot fi similare genetic cu cele mai vechi forme de viață care s-au dezvoltat în urmă cu aproximativ 3,8 miliarde de ani. Pentru comparație, Pământul are aproximativ 4,5 miliarde de ani, iar organismele multicelulare s-au dezvoltat relativ recent în comparație cu viața microbiană unicelulară [sursa: Dreifus].

În acest articol, vom analiza modul în care extremofilii ajută la căutarea originilor vieții; de ce extremofilii sunt utili în știința industrială și de ce extremofilii ne pot duce la viață pe alte planete. În primul rând, să analizăm modul în care sunt clasificați extremofilii.

Clasificarea Extremofililor

Reprezentările acestor artiști de organisme unicelulare se încadrează în regatul Monera, acasă de procariote.

Reprezentările acestor artiști de organisme unicelulare se încadrează în regatul Monera, acasă de procariote.

-În fiecare an, cercetătorii descoperă și numesc mii de specii noi. În ultimii ani, microorganismele au format o parte importantă a acestei creșteri enorme în descoperirea speciilor. Peste 2 milioane de specii au fost identificate în jurul planetei, însă unii experți speculează că pot exista 100 de milioane sau mai multe [sursa: Thompson].

Dar este mai mult să găsești specii noi decât să le numești și să le cataloghezi. Iar pentru compararea creaturilor vii, nimic nu bate un sistem de clasificare bun. Cele mai populare două metode utilizate sunt regatul cinci și cele trei sisteme de domeniu. Create la sfârșitul anilor 1960, cele cinci regate separă viața în Monera, regatul procariotelor (celule lipsite de nuclee și organule legate de membrană) care include bacterii, precum și patru regate eucariote (celule cu nuclee legate de membrană și organule): Protista, Ciuperci, Plantae și Animalia.

Pentru o scurtă perioadă, cele cinci regate au părut să servească bine oamenii de știință. În anii 70, un om de știință numit Carl Woese a decis să clasifice organismele pe baza diferențelor genetice, mai degrabă decât pe diferențele de aspect vizual. Când Woese și-a început eforturile de clasificare, a observat că există distincții între unele tipuri de organisme care au fost anterior reunite ca bacterii, deoarece toate erau procariote. Woese a descoperit că bacteriile și acest alt grup de organisme neidentificate anterior se despărțiseră probabil de un strămoș comun de miliarde de ani în urmă. Crezând că aceste alte organisme merită propria lor categorie, el a împărțit regatul Monera în procariote în archaebacterii (numit ulterior Archaea) și eubacteriile. Al treilea domeniu al său a fost rezervat eukarya. Vom explica acești termeni într-o secundă.

-Am descoperit că mulți arhaea erau extremofili și au considerat acest fapt o dovadă a provenienței lor vechi („archaea” înseamnă străvechi). -Archaea este un grup divers de organisme cu propriul tip unic de ARNr, diferit de bacterii. (ARNr produce polipeptide, care ajută la formarea proteinelor.) În multe cazuri, arhaea extremofilă a dezvoltat mecanisme legate de membranele celulare pentru a le proteja de mediile ostile.

Al doilea domeniu al eubacteriilor, meani-ng „adevărate bacterii”, sunt procariote care s-au dezvoltat mai recent decât arhaea. Aceste bacterii sunt tipurile care tind să ne îmbolnăvească.

Al treilea domeniu larg al lui Woese, eucariota, acoperă orice are un nucleu și poate fi împărțit în regate precum protista, ciuperci, plantae și animale. Unele eucariote pot face bine și în medii extreme.

Examinarea acestor metode de clasificare poate crea o oarecare confuzie și dezbatere - care sistem este mai bun? - dar pot, de asemenea, să lumineze unele dintre diferențele importante dintre extremofile și alte organisme.

Înainte de a privi câteva dintre mediile pe care le preferă extremofilele, iată o listă cu câteva nume suplimentare utilizate pentru clasificarea tipurilor specifice de extremofile:

  • Acidofil: îi plac mediile acide (pH scăzut)
  • Alcalifil: îi plac mediile alcaline (pH ridicat)
  • Extremofil anaerob: prosperă în zone fără oxigen; unii nu pot crește acolo unde există oxigen.
  • Criofil: adoră temperaturile extrem de reci
  • Piezofil / barofil: îi plac presiunile ridicate
  • Psihrofil: înflorește la temperaturi scăzute
  • Termofil: se descurcă bine la temperaturi de 104 grade Fahrenheit (40 grade Celsius) sau mai mari
  • Hipertermofil: înflorește la temperaturi de 176 grade Fahrenheit (80 grade Celsius) sau mai mari
  • Xerophile: îi plac mediile cu puțină apă

-În pagina anterioară am menționat halofili și endolit. Există, de asemenea, metanogeni, dintre care unii trăiesc în intestinul vacilor și produc metan ca produs secundar. Extremofilii toxitoleranți se descurcă bine în condiții foarte toxice, cum ar fi zona încărcată de radiații din jurul sitului nuclear de la Cernobîl.

Care-i rostul?

Carl Woese a numit sistemele de clasificare „arbitrare”, dar a recunoscut că ajută să înțeleagă cum se raportează între ele lucrurile vii [sursa: The Why Files]

Medii extreme

Acel gheizer fierbător din Parcul Național Yellowstone are probabil niște extremofili în pândă în apropiere.

Acel gheizer fierbător din Parcul Național Yellowstone are probabil niște extremofili în pândă în apropiere.

-Un mediu este numit extrem doar în raport cu ceea ce este normal pentru oameni, dar pentru un extremofil, mediile lor favorizate sunt „normale”. Și dincolo de Pământ, condițiile care fac viața posibilă pentru oameni sunt probabil rare. La rândul lor, așa-numitele medii extreme și extremofilele care le populează pot fi mai obișnuite. Aici, pe Pământ, o serie de factori ar putea câștiga un loc pe care eticheta „extremă”, inclusiv următoarele:

  • Presiune
  • Niveluri de radiații
  • Aciditate
  • Temperatura
  • Salinitate
  • Lipsă de apă
  • Lipsă de oxigen
  • Poluanți sau toxine lăsate în urmă de oameni (petrol, deșeuri nucleare, metale grele)

- Amintiți-vă, de asemenea, că acești factori pot fi uneori extreme într-unul din două moduri - adică foarte cald sau foarte rece, puternic acid sau puternic alcalin. Majoritatea organismelor pe care le vedem sau le întâlnim subzistă la temperaturi cuprinse între 41 de grade Fahrenheit (5 grade Celsius) și 104 grade Fahrenheit (40 de grade Celsius), dar viața extremă s-a găsit în reactoarele nucleare, pinguino-guano, vulcani, practic zone fără oxigen, zone incredibil de sărate, cum ar fi Marea Lacul Salt din Utah și în sistemele digestive ale multor animale, inclusiv insecte [sursa: Science Education Resource Center]. Într-un caz, bacteriile au fost găsite înmormântate în gheața Alaskan. Când gheața s-a topit, bacteriile care au dormit zeci de mii de ani au reluat activitatea, ca și cum nimic nu s-ar fi întâmplat.

Lacul Untersee din Antarctica este un exemplu excelent de mediu extrem. Apa este plină de metan și are un pH extrem de alcalin, comparabil cu detergentul de rufe [sursa: NASA]. Oamenii de știință NASA sunt interesați în mod deosebit de lac, deoarece mediul său distinct - o mulțime de metan și temperaturi reci - poate fi similar cu cel al altor corpuri planetare, cum ar fi luna Europa de Jupiter [sursa: NASA].

Oamenii preferă un pH cuprins între 6,5 și 7,5, dar acidofilii prosperă în locuri cu un nivel de pH cuprins între 0 și 5. Stomacul uman intră de fapt în această categorie și avem niște extremofili care trăiesc în corpul nostru. În general, acidofilii supraviețuiesc în medii acide, consolidându-și membranele celulare. Unii produc biofilmelor (colonii de microorganisme care se agregă, creând pelicule de protecție subțiri, extracelare) sau acizi grași care le protejează membranele celulare. Alții își pot regla pH-ul intern pentru a-l menține la un nivel mai moderat de aproximativ 6,5.

Extremofilii din medii puternic alcaline reușesc, de asemenea, să reglementeze pH-ul intern și au enzime care pot rezista la efectele alcalinității ridicate. Un astfel de extremofil este Spirochaeta americana, o bacterie care trăiește în depozitele de noroi din Lacul Mono din California și a cărei descoperire a fost anunțată în mai 2003. S. americana are nevoie de un pH alcalin între 8,0 și 10,5 și este anaerobă, incapabilă să trăiască în medii cu oxigen. Acest extremofil este unul dintre cele 14 spirochete cunoscute. Spirochete ca depozitele de noroi sulfuros și nu se bazează pe oxigen. De exemplu, Spirochaeta thermophila locuiește în apropierea orificiilor de evacuare a apei hidrotermale.

Noroiul Mono Lake este alcalin cu un pH de 10, foarte sărat și umplut cu sulfuri. Lacul a devenit astfel deoarece este un lac terminal - apa curge în interior, dar nu în afară. Pe măsură ce apa se evaporă, substanțele chimice și mineralele rămân, devenind foarte concentrate. Alte forme de viață au făcut ca Lacul Mono să fie acasă, printre care creveți cu saramură, alge și o specie de muscă care poate crea pentru sine bule de aer care îi permit să călătorească sub apă. Lacul este, de asemenea, bogat cu microfosile de organisme minuscule.

-Multe alte medii extreme notabile joacă de asemenea gazdă la extremofile. Numeroase gheizere din întreaga lume, inclusiv unele din Siberia, au extremofile care trăiesc în bazinele și în aerisirile lor fierbinți. În Statele Unite, Parcul Național Yellowstone are mii de gheizere, izvoare și alte caracteristici geotermale, cu niveluri diferite de temperatură, aciditate și sulf și cu multe tipuri de extremofile. Rio Tinto, un râu din Spania, este plin de metale grele, deoarece regiunea a fost gazda operațiunilor miniere de mii de ani. În mod similar, Iron Mountain, în nordul Californiei, are apă atât de încărcată cu metale grele și acizi (produse secundare ale mineritului) încât poate mânca printr-o lopată metalică într-o zi. Dar chiar și aici, adânc în minele subterane, microbii din domeniile arhaea și eubacteria reușesc să supraviețuiască în mod scăzut, folosind biofilme atât pentru protecție cât și pentru absorbția de nutrienți.

Ce este pH-ul?

Aciditatea este măsurată în termeni de pH: 0 este cel mai acid, în timp ce 14 este cel mai bazic sau alcalin.

Punerea în funcțiune a lui Thermus Aquaticus și a altor extreme

D. radiodurans este mai greu decât orice astronaut uman pe care îl vom trimite probabil în spațiu.Aceste bacterii ar putea supraviețui vieții pe o altă planetă.

D. radiodurans este mai greu decât orice astronaut uman pe care îl vom trimite probabil în spațiu. Aceste bacterii ar putea supraviețui vieții pe o altă planetă.

În anii 1960, dr. Thomas Brock, biolog, a investigat bacteriile din izvoarele calde ale Parcului Național Yellowstone, când s-a împiedicat de ceva fără precedent. Bacteriile care trăiesc în zonă prosperau la temperaturi extraordinar de ridicate. Nou numit Thermus aquaticus trăia într-o apă de aproape 212 grade Fahrenheit (100 de grade Celsius) - practic fierberea.

T. aquaticus a oferit baza a două descoperiri inovatoare în biologie. S-a dovedit a fi primul arhaea. (Amintiți-vă că arhetele sunt un grup divers de organisme cu propriul tip unic de ARNr, diferit de bacterii.) La fel de semnificativ, acest extremofil a produs o enzimă cunoscută sub numele de TAQ polimeraza, care a găsit o aplicație industrială în PCRs (reacții în lanț ale polimerazei). PCR permite oamenilor de știință să reproducă o bucată de miliarde de ori de ADN pe o perioadă de câteva ore și, fără procesul, aproape toate lucrările care necesită replicarea ADN-ului, de la știința criminalistică la testarea genetică, nu ar fi posibile.

Alți extremofili s-au dovedit utili în aplicațiile de cercetare industrială și medicală, deși probabil niciuna T. aquaticus. Oamenii de știință au examinat cel puțin un extremofil care produce o proteină similară cu cea găsită la om. Această proteină pare să joace un rol în diferite boli autoimune și afecțiuni precum artrita. Enzimele din alcalifile sunt utilizate pentru fabricarea detergenților de spălare și spălare a vaselor. De asemenea, sunt utilizate pentru îndepărtarea părului din piei de animale. Un alt alcalifil din Yellowstone este utilizat la fabricarea hârtiei și la tratarea deșeurilor, deoarece produce o proteină care descompune peroxidul de hidrogen.

-NASA studiază un extremofil, Deinococcus radiodurans, care este extrem de rezistent la radiații. Acest microb poate rezista la doze de radiații cu 500% mai mari decât ar fi letal pentru oameni [sursa: Biello]. Interesant este că radiațiile distrug ADN-ul microbului în bucăți. Dar în multe cazuri, ADN-ul se poate reasambla și funcționează din nou normal. Realizează acest lucru prin vărsarea părților rupte ale ADN-ului, folosind o enzimă specială pentru a atașa ADN-ul bun la alte bucăți de ADN-uri încă sănătoase, și apoi crearea de piese complementare pentru a se lega de aceste catene lungi de ADN noi formate. Înțelegând cum D. radiodurans acest lucru ar putea permite oamenilor de știință să readucă la viață celulele moarte. Pentru NASA, valorificarea acestei rezistențe ADN-ului ar putea oferi indicii pentru construirea de costume spațiale sau nave spațiale mai bune.

-Pe pagina următoare, vom analiza modul în care studiul extremofililor a modificat căutarea oamenilor de știință pentru viața de dincolo de Pământ.

Învățarea de la cei mai buni

E coli bacteria are mecanisme de rezistență a acidului similar cu unele extremofile acidofile.

Panspermia și Astrobiologia

Până acum, bacteriile par mai adepte în călătoriile spațiale decât noi. Aici, un om de știință mută o parte a creșterii biofilmului bacterian pe suprafețe în timpul experimentului de transfer spațial (GOBSS). Dacă numai bacteriile ar putea vorbi!

Până acum, bacteriile par mai adepte în călătoriile spațiale decât noi. Aici, un om de știință mută o parte a creșterii biofilmului bacterian pe suprafețe în timpul experimentului de transfer spațial (GOBSS). Dacă numai bacteriile ar putea vorbi!

-panspermie este ideea că formele de viață primitive ar putea călători între planete și a supraviețui călătoriei. Pentru unii, panspermia reprezintă o posibilă origine a vieții pe Pământ, deoarece microbii din alte planete ar fi putut ajunge aici și au acționat ca înaintașii tuturor speciilor în curs de dezvoltare. Conceptul este adesea ridiculizat ca nerealist și speculativ, dar mai multe studii recente au conferit panspermiei mai multă credibilitate.

Un studiu a constatat că unii tardigradesinvertebrate microscopice cu opt picioare, au putut supraviețui după ce au petrecut 10 zile expuse la spațiu și radiații solare. Între diferite alte eforturi de cercetare, oamenii de știință au descoperit că organismele clasificate ca bacterii, licheni și animale nevertebrate au supraviețuit cel puțin o perioadă petrecută în vidul spațiului. Unele protecții împotriva radiațiilor, cum ar fi faptul că sunt pe o stâncă, par să ajute organismele să supraviețuiască călătoriei. Dar oriunde aterizează, acești călători spațiali au nevoie de un mediu care să le permită să trăiască și să crească.

Deci, având în vedere aceste idei, este corect să spunem că noi, oamenii, putem fi străini? O teorie populară a panspermiei susține că viața pământească își are originea pe Marte, care, cu aproximativ 4,5 miliarde de ani în urmă, a fost mult mai ospitalieră pentru viață decât planeta noastră [sursa: Britt]. În plus, Bombardamentul greu de întârziere, o perioadă cu numeroase impacturi de asteroizi pe Pământ și Marte, ar fi putut aduce viață pe Pământ în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani. Dar dacă acest lucru este adevărat - și mulți oameni de știință nu cred că este așa, viața aproape sigur nu a venit din alte sisteme solare sau stele. Distanțele sunt încă considerate prea mari pentru ca viața să fi supraviețuit.

În loc de o teorie destul de îndepărtată cum este panspermia, răspunsurile la originile noastre ar putea trece Astrobiologia, studiul vieții în întregul univers. Astrobiologia se bazează foarte mult pe studiul extremofililor din cauza credinței că formele de viață dincolo de Pământ pot fi rezidențiate în medii extreme. Astrobiologia nu este doar o căutare a vieții în alte părți ale universului. De asemenea, examinează întrebările de bază despre originile vieții, mediile care sunt favorabile vieții, cum se dezvoltă viața și limitele a ceea ce poate tolera viața.

Centrul astrobiologiei este căutarea strămoșului inițial al tuturor viețuitoarelor de pe Pământ, denumită în mod vădit Ultimul strămoș comun universal (LUCA), Ultimul strămoș comun (LCA) sau Cenancestorul. Oamenii de știință cred că LUCA a fost un extremofil care a trăit în urmă cu peste 3 miliarde de ani într-un mediu dur, anaerob. Chiar și așa, oamenii de știință dezbat, de asemenea, ce a venit înainte, mergând înapoi în timp, de la organismele bazate pe ADN (precum oamenii și LUCA), la cele bazate pe ARN, în final la First Living Organism (FLO).

Dar această căutare ne orientează către întrebări și mai de bază: și anume, ce este viața? (Legat de această idee, luați în considerare: Suntem la 10 ani distanță de viața artificială? Și căutăm extratereștrii în locuri greșite?) Viața este doar un pachet de aminoacizi? În mod similar, când, exact, Pământul a trecut de la o lume chimică la una biologică? Viața este ceva care se poate reproduce? Ceva care poate evolua? În sondarea acestor întrebări de unde venim, extremofilii, acei ciudați supraviețuitori din trecutul nostru, vor fi cu siguranță parte a viitorului captivant al biologiei.

-Dacă doriți să aflați mai multe despre extremofile, căutarea vieții pe alte planete și alte subiecte conexe, uitați-vă peste linkurile de pe pagina următoare.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


În Imagini: Cameleonii Colorați Își Schimbă Culorile În Timpul Luptei
În Imagini: Cameleonii Colorați Își Schimbă Culorile În Timpul Luptei

Ce Se Întâmplă Dacă Insectele Au Dispărut De Pe Planetă?
Ce Se Întâmplă Dacă Insectele Au Dispărut De Pe Planetă?

De Ce Fitness-Ul (Nu Doar Cât De Mult Exercițiu) Contează În Risc De Cancer
De Ce Fitness-Ul (Nu Doar Cât De Mult Exercițiu) Contează În Risc De Cancer

Tatuajul Penisului Învinuit De Erecție Permanentă
Tatuajul Penisului Învinuit De Erecție Permanentă

Samsung Gear Fit: Recenzie Smartwatch
Samsung Gear Fit: Recenzie Smartwatch


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2019 RO.WordsSideKick.com