Kuidas Extremophiles Töötab

{h1}

Extremophiles on organismid, mis elavad "äärmuslikes" keskkondades. Õppige, miks ekstremofiilid on silmapaistvad mitte ainult nende elupaikade tõttu.

- Mis on teie ideaalne keskkond? Sunny, 72 kraadi Fahrenheiti (22 kraadi Celsiuse järgi) ja kerge tuul? Kuidas elab peaaegu keevas vees, mis on nii happeline, et see sööb läbi metalli? Või elades segune, hapnikurikka supp, mis on palju soolavam kui mis tahes ookean? Kui sa oled äärmusofiil, mis võib tunduda täiuslik.

Extremophiles on organismid, mis elavad "äärmuslikes" keskkondades. Nimi, mida 1974. aastal kasutas teadlane R. D. MacElroy, esimesena kasutatud 1974. aastal, tähendab sõna otseses mõttes äärmuslaselt armastavat [allikas: Townsend]. Need vastupidavad olendid on tähelepanuväärsed mitte ainult nende keskkondade tõttu, kus nad elavad, vaid ka seda, et paljud neist ei suutnud ellu jääda eeldatavasti normaalsetes ja mõõdukates keskkondades. Näiteks mikroorganism Ferroplasma aci-difile - vajab palju rauda, ​​et ellu jääda, kogused, mis tapavad enamikku muudel eluvormidel. Nagu teised äärmusofiilid, F. acidiphilum võib meenutada iidset aega Maal, kui enamik organisatsioone elas karmides tingimustes, mis olid sarnased nendega, mida praeguseks eelistavad mõned äärmofiilid, kas süvamere tuulutusavad, geiserid või tuumajäätmed.

-Extremofiilid ei ole pelgalt bakterid [allikas: teaduse allikate hariduskeskus]. Nad on pärit kolmes domeenis klassifitseerimissüsteemist: Archaea, Eubacteria ja Eukaroyta kolmest harust. (Järgnevalt uurime taksonoomiaid veelgi). Seega on äärmusofiilid mitmekesine rühm ja mõned üllatavad kandidaadid - näiteks pärm - saavad liikmeks saamise. Neid ei nimetata ka alati rangelt äärmofiilidena. Näiteks nimetatakse halofiilist nimeks, sest see õitseb väga soolas keskkonnas.

1960-ndatel alguses ekstremofiilide avastamine on põhjustanud teadlasi, et hinnata, kuidas elu algas Maal. Paljud bakteritüübid on leitud sügavast maa-alast, mis varem peeti surnud tsooni (päikesevalguse puudumise tõttu), kuid mida nüüd peetakse eluviisiks. Tegelikult elab enamus planeedi bakterit maa all [allikas: BBC News].

Need spetsiifilised, kivistunud äärmofiilid nimetatakse endoliidiks (kõik maa-alused bakterid on endoliitid, ent mõned endoliidid on mittebakteriaalsed organismid). Teadlased väidavad, et endoliidid võivad absorbeerida rohke veenides liikuvaid toitaineid või anorgaanilisi kivimaterjale. Mõned endoliidid võivad olla geneetiliselt sarnased varasemate eluviisidega, mis arenesid ligikaudu 3,8 miljardit aastat tagasi. Võrdluseks on Maa ligikaudu 4,5 miljardit aastat vana ja paljukarjalised organismid arenenud suhteliselt hiljuti võrreldes üheiksajate mikroobidega [allikas: Dreifus].

Selles artiklis uurime, kuidas äärmusofiilid eluviiside otsimisel abi saavad. miks ekstremofiilid on tööstusliku teaduse jaoks kasulikud ja miks võivad äärmusofiilid meid elada teistel planeetidel. Kõigepealt vaatame, kuidas ekstremofiilid on klassifitseeritud.

Ekstreemofiilide klassifitseerimine

Need kunstniku ühetuumaliste organismide kujutised langevad Monera kuningriiki, prokarüootide kodusse.

Need kunstniku ühetuumaliste organismide kujutised langevad Monera kuningriiki, prokarüootide kodusse.

- Igal aastal avastavad teadlased ja nimetavad tuhandeid uusi liike. Viimastel aastatel on mikroorganismid moodustanud olulise osa liikide avastamisest tohutu kasvu. Üle kogu maailma on leitud üle 2 miljoni liigi, kuid mõned eksperdid väidavad, et võib esineda 100 miljonit või rohkem [allikas: Thompson].

Kuid uute liikide leidmiseks on vaja rohkem kui nende nimetamine ja kataloogimine. Ja elusolendite võrdlemiseks ei võta midagi paremat klassifitseerimissüsteemi. Kaks kõige populaarsemat kasutatavat meetodit on viis kuningriiki ja kolme domeenisüsteemi. 1960. aastate lõpus loodud viis kuningriiki eraldasid elu Monera, prokarüootide kuningriiki (rakud, milles puuduvad membraaniga seotud tuumad ja organellid), mis sisaldasid baktereid, samuti nelja eukarüootset (membraaniga seotud tuumade ja organellidega rakud) kuningriigid: Protista, Fungi, Plantae ja Animalia.

Mõnda aega näib, et viis kuningriiki teenivad teadlasi hästi. Ent 1970. aastal otsustas teadlane Carl Woese klassifitseerida organismid pigem geneetilistest erinevustest kui visuaalse väljanägemise erinevustest. Kui Woese alustas oma klassifitseerimise jõupingutusi, märkas ta, et on eristusi mõnede organismide tüübid, mis olid eelnevalt koos bakteritena kokku pandud, kuna kõik olid prokarüootid. Woese leidis, et bakterid ja see varem tundmatu organismide rühm oli tõenäoliselt eraldatud esivanemast miljardeid aastaid tagasi. Mõeldes, et need teised organismid väärivad oma kategooriat, jagas ta prokarüootide Monera kuningriigi arheebekterid (hiljem nimega arheaed) ja eubakterid. Tema kolmas domeen oli reserveeritud eukarja. Me selgitame neid termineid mõne sekundi jooksul.

-Mida leidsid, et paljud arheaed olid äärmofiilid ja pidasid seda tõsiasja nende vanasest päritolust ("arhea" tähendab iidse). -Arahea on mitmekesine organismide rühm, millel on oma unikaalne rRNA tüüp, erinevalt bakterist. (rRNA toodab polüpeptiide, mis aitavad moodustada valke.) Paljudel juhtudel on äärmusofiilide arheaamad oma rakumembraanidega seotud mehhanismid, mis kaitsevad neid vaenulikes keskkondades.

Teine eubakterite domeen, meani-ng "tõelised bakterid", on prokarüootid, mis arenesid hiljuti. Need bakterid on tüübid, mis kipuvad meid haigeks saama.

Woese laia kolmas domeen, eukarüota, katab kõik, mis on tuumaga ja mida saab jagada sellistesse riikidesse nagu protista, seened, plantaadid ja loomad.Mõned eukarüootid võivad ka äärmuslikes keskkondades hästi teha.

Nende liigitamismeetodite uurimine võib tekitada segadust ja arutelu - mis süsteem on parem? - kuid nad võivad ka valgustada mõned olulised erinevused äärmusofiilide ja teiste organismide vahel.

Enne kui me vaatame mõnda äärmusofiilide keskkonda, eelistab see mõningaid täiendavaid nimetusi, mida kasutatakse teatud tüüpi äärmofiilide klassifitseerimiseks:

  • Acidophile: meeldib happeline keskkond (madal pH)
  • Alkaliphile: meeldib leeliselisele keskkonnale (kõrge pH)
  • Anaeroobne äärmusofiil: õitseb piirkondades, kus puudub hapnik; mõned ei saa hapnikku kasvatada.
  • Krüofiil: armastab äärmiselt külma temperatuuri
  • Piezofiil / barofiil: meeldib suur surve
  • Psührofiil: õitseb madalatel temperatuuridel
  • Termofiil: hästi temperatuuril 104 kraadi Fahrenheiti (40 kraadi Celsiuse järgi) või kõrgem
  • Hüpertermofiil: õitseb temperatuuril 176 kraadi Fahrenheiti (80 kraadi Celsiuse järgi) või kõrgemal
  • Xerophile: meeldib keskkonnas, kus on vähe vett

- Eelmises lehel mainisime halofiile ja endoliite. Samuti on metanogeene, millest mõned elavad lehmapiima ja toodavad metaani kõrvalsaadusena. Toksitolerandid ekstremofiilid toimivad hästi toksilistes tingimustes, näiteks Tšernobõli tuumaobjekti ümbritsev kiirgusallikas.

Mis on punkt?

Carl Woese nimetas klassifitseerimissüsteemid "meelevaldseteks", kuid tunnistas, et nad aitavad mõista, kuidas elavad asjad üksteisega seotud [allikas: Miks failid]

Äärmuslikud keskkonnad

Yellowstone'i rahvusparki keevas geiser näib tõenäoliselt läheduses olevaid äärmofiile.

Yellowstone'i rahvusparki keevas geiser näib tõenäoliselt läheduses olevaid äärmofiile.

-Keskkonda nimetatakse äärmuslikuks ainult inimese normaalseks, vaid äärmusofiiliks, nende eelistatud keskkonnad on "normaalsed". Ja peale Maa on tõenäoliselt haruldased tingimused, mis muudavad inimese elu võimalikuks. Nende äärmuslike keskkondade ja neid asustatavate äärmofiilide omakorda võib olla tavalisem. Siin maal võib mitmeid tegureid teenida koha, kus märgistus on "äärmuslik", sealhulgas järgmised:

  • Rõhk
  • Kiirgusastmed
  • Happesus
  • Temperatuur
  • Soolsus
  • Veepuudus
  • Hapniku puudus
  • Inimest mahajäänud saasteained või toksiinid (õli, tuumajäätmed, raskmetallid)

- Samuti pidage meeles, et need tegurid võivad mõnikord olla äärmuslikud kahel viisil - st väga kuum või väga külm, väga happeline või väga leeliseline. Enamik organisme, mida me näeme või näeme, on temperatuuril vahemikus 41 kraadi Fahrenheiti (5 kraadi Celsiuse järgi) kuni 104 kraadi Fahrenheiti (40 kraadi Celsiuse järgi), kuid äärmuslik elu on leitud tuumareaktorites, pingviin-guanos, vulkaanides, praktiliselt hapnikuvabades tsoonides, uskumatult soolased alad nagu Utah's Great Salt Lake ja paljude loomade, kaasa arvatud putukate, seedetraktides [allikas: Science Education Resource Center]. Ühel juhul avastati bakterid Alaska jääl. Kui jää sulas, hakkasid kümnete tuhandete aastate jooksul seisma jäänud bakterid taas käima, nagu poleks midagi juhtunud.

Antarktika Untersee järv on suurepärane näide äärmuslikust keskkonnast. Vesi lõhnab metaaniga ja sellel on väga leeliseline pH, mis on võrreldav pesuvahendiga [allikas: NASA]. NASA teadlased on eriti huvitatud järvest, sest tema eriline keskkond - palju metaane ja madalad temperatuurid - võivad olla sarnased teiste planeetidega, nagu näiteks Jupiteri kuu Europa [allikas: NASA] sarnaste keskkondadega.

Inimesed eelistavad pH väärtust 6,5 kuni 7,5, kuid happelised happelised happed kasvavad kohtades, kus pH-tasemed on vahemikus 0 kuni 5. Inimpäritolu kuulub sellesse kategooriasse ja meie kehas elavad mõned äärmusofiilid. Üldiselt toimivad happelises keskkonnas happelises keskkonnas happelised aatofiilid, tugevdades nende rakumembraane. Mõned toodavad biofilmid (mikroorganismide kolooniad, mis agregeerivad, moodustavad silead, ekstratsellulaarsed kaitsekiled) või rasvhapped, mis kaitsevad nende rakumembraane. Teised saavad reguleerida oma sisemist pH-d, et hoida seda keskmise tasemega umbes 6,5.

Samuti võimaldavad ekstremofiilid väga leeliselikes keskkondades reguleerida sisemist pH-d ja neil on ensüüme, mis suudavad taluda suurel aluselisust. Üks selline äärmofiil on Spirochaeta americana, bakter, mis elab Californias Mono järve mudaalades ja mille avastus kuulutati välja 2003. aasta mais. S. americana vajab leeliselist pH-d 8,0-10,5 ja see on anaeroobne, kes ei suuda elada keskkonnas hapnikuga. See äärmofiil on üks 14 tuntud spiroheedist. Spiroheedid sarnanevad väävelhappega ja ei tugine hapnikule. Näiteks, Spirochaeta thermophila elab süvamere hüdrotermiliste aukude läheduses.

Mono järve muda leelistab, pH on 10, väga soolane ja täidetakse sulfiididega. Selline oli järv, sest see on otsene järv - vesi voolab, kuid mitte välja. Kuna vesi aurustub, muutuvad kemikaalid ja mineraalained suureks kontsentreerumiseks. Teised eluvormid on teinud Mono järve koju, nende hulgas soolalahtiste krevetid, vetikad ja lendliigid, mis võivad ise tekitada õhumulle, mis võimaldavad tal veealust reisida. Järve on ka rikas väikeste organismide mikrofossiilidega.

-Mitu muud märkimisväärset äärmuslikku keskkonda mängivad ka äärmusofiilide peremeest. Maailmas on paljud geiserid, sealhulgas mõned Siberis, ekstremofiilidel, kes elavad oma kuuma basseinis ja tuuleküttes. Ameerika Ühendriikides on Yellowstone'i rahvuspargis tuhandeid geiserite, vedrude ja muude geotermiliste omadustega, erineva temperatuuri, happesuse ja väävli tasemega ning mitmesuguste äärmofiilidega. Hispaanias asuv jõgi Rio Tinto on täis raskemetalle, sest see piirkond on juba tuhandeid aastaid võtnud kaevandamistegevusi.Samamoodi on Põhja-Californias asuvas Iron Mountainis veega, mis on laaditud raskmetallide ja -hapetega (kaevandamise kõrvalsaadused), et seda saab päevas läbi metallpana. Kuid isegi siin, sügavates allmaakaevandustes, arhea-ja eubakterite domeenide mikroobid õnnestuvad ellu jääda kriimustusteta, kasutades bio-filme nii kaitseks kui ka toitainete imendumiseks.

Mis on pH?

Happesust mõõdetakse pH taseme järgi: 0 on kõige happelisem, 14 on kõige tavalisem või leeliseline.

Thermus Aquaticuse ja teiste ekstremofiilide tööle panemine

D. radiodurans on tugevam kui ükski inimestest kosmonaut, mille me tõenäoliselt kosmoses saame. Need bakterid võivad ellu jääda elus teisel planeedil.

D. radiodurans on kõvemin kui ükski inimestest kosmonaut, mille me tõenäoliselt saame kosmosesse. Need bakterid võivad ellu jääda elus teisel planeedil.

-

1960. aastatel uurib bioloog Johns Brock, kes uurib Yellowstone'i rahvuspargi kuumaveeallikana baktereid, kui ta nägi ette midagi ennenägematut. Piirkonnas elavad bakterid olid jõudsalt kõrgel temperatuuril. Äsja nimega Thermus aquaticus elas vees, mis oli peaaegu 212 kraadi Fahrenheiti kraadi (100 kraadi Celsiuse järgi) - peaaegu keemiseni.

T. aquaticus andsid aluse bioloogilistele nähtustele, mis toovad esile murrangulisi avastusi. See osutus esimeseks arheaks. (Arvesta, et arheed on mitmekesine organismide rühm, millel on oma unikaalne rRNA tüüp, mis erineb bakterist.) Samas märkimisväärne on see äärmofiil, mis toodab ensüümi, mis on tuntud kui TAQ-polümeraas, mis leidis PCR-is tööstusliku rakenduse (polümeraasi ahelreaktsioonid). PCR võimaldab teadlastel paljundada DNA tükk miljardeid reasid mõne tunni jooksul ja protsessi puudumisel ei ole võimalik peaaegu kõik DNA replikatsiooni nõudvad tööd, mis on seotud kohtuekspertiisi teaduse ja geneetilise testimisega.

Muud äärmofiilid on osutunud kasulikuks tööstusliku ja meditsiinilise uurimistöö rakendustes, kuigi tõenäoliselt pole neid nii palju T. aquaticus. Teadlased on uurinud vähemalt ühte ekstremofiili, kes toodab inimesel leitud valku. Näib, et see valk mängib rolli mitmesugustes autoimmuunhaigustes ja sellistes tingimustes nagu artriit. Alkalifiilide ensüüme kasutatakse pesuvahendite ja nõudepesuvahendite valmistamiseks. Neid kasutatakse ka loomade nahkade juuste eemaldamiseks. Yellowstone'i alkalipillist kasutatakse paberiks ja jäätmete töötlemiseks, sest see toodab vesinikperoksiidi purustavat valku.

-NASA õpib äärmofiile, Deinococcus radiodurans, mis on äärmiselt vastupidav kiirgusele. See mikroob suudab taluda 500-protsendilise kiirguse doose, mis oleksid inimestele surmatud [allikas: Biello]. Huvitaval kombel purustatakse kiirgus mikroobide DNA tükkideks. Kuid paljudel juhtudel võib DNA uuesti koguneda ja normaalselt uuesti töötada. See täidab seda, purustades DNA purustatud osi, kasutades spetsiifilist ensüümi, et seeläbi seeläbi DNA-d siduda teiste endiselt tervislike DNA tükkidega, ja seejärel luua nende äsja moodustunud pikkade DNA-ahelatega komplementaarseid tükke. Mõistmise viis D. radiodurans kas see võimaldaks teadlastel tuua surnud rakud ellu. NASA jaoks võib selle DNA-vastupanu rakendamine pakkuda vihjeid paremate kosmoseside või kosmoseaparaatide ehitamiseks.

- Järgmisel lehel arutleme, kuidas äärmusofiilide uurimine on muutnud teadlaste elu otsima üle Maa.

-

Õppimine parimast

The E. coli bakteril on mehhanisme happe tõrjumiseks, mis on sarnane mõne acidophile ekstremofiilidega.

Panspermia ja astrobioloogia

Siiani tundub, et bakterid kosmosesõidule on paremad kui me oleme. Siin liigub teadlane osaliselt kosmoselendude (GOBSS) katse ajal bakteriaalse biofilmi kasvu pinnal. Kui ainult bakterid saaksid rääkida!

Siiani tundub, et bakterid kosmosesõidule on paremad kui me oleme. Siin liigub teadlane osaliselt kosmoselendude (GOBSS) katse ajal bakteriaalse biofilmi kasvu pinnal. Kui ainult bakterid saaksid rääkida!

-Panspermia on idee, et esialgsed eluvormid võivad liikuda planeedite vahel ja elada reisi. Mõnede jaoks tähendab panspermia Maa võimalikku päritolu, kuna teiste planeedi mikroobid oleksid siia saanud ja tegutsenud kõigi järgnevate arenevate liikide esiisadega. Mõiste on sageli naeruväärne kui ebareaalne ja spekulatiivne, kuid mitmed hiljutised uuringud on pannud panspermia usaldusväärsemaks.

Üks uuring näitas, et mõned tardigrades, mikroskoopilised kaheksajalgsed selgrootud, suutsid ellu jääda, kui kümme päeva olid kokku puutunud kosmoses ja päikese kiirgusega. Erinevate teiste teadustööde vahel on teadlased leidnud, et bakterite, samblike ja selgrootu loomadena klassifitseeritud organismid on säilinud vähemalt mõnda aega ruumi vaakumis. Mõni kaitse kiirguse eest, nagu näiteks kivi peal, tundub, et see aitab organismidel reisi ellu jääda. Kuid kõikjal, kus nad maanduvad, vajavad need kosmosereisijad keskkonda, mis võimaldab neil elada ja kasvada.

Nii et nende ideede silmas pidades on õiglane öelda, et meie inimesed võivad olla välismaalased? Üks populaarne panspermia teooria kinnitab, et maine elu pärineb Marsil, mis umbes 4,5 miljardit aastat tagasi oli palju paremini külalislahklik kui meie planeet [allikas: Britt]. Lisaks võib hiljutine raske pommitamine, mis on arvukate asteroidide mõju Maa ja Marsi jaoks, oleks võinud tuua Maale elu umbes 4 miljardit aastat tagasi. Kuid kui see on tõsi - ja paljud teadlased ei arva, et see on - elu peaaegu kindlasti ei tulnud teistelt päikesesüsteemidelt ega tähtedelt. Vahemaad peetakse ikka veel liiga suureks, kui elu on ellu jäänud.

Selle asemel, et üsna kaugeleulatuv teooria, nagu panspermia, võib vastata meie päritolule astrobioloogia, elu uurimine kogu universumis. Astrobioloogia tugineb äärmiofiilide uurimisele, kuna usk, et elu moodustab väljaspool Maad, võib elada äärmuslikes keskkondades. Kuid astrobioloogia ei ole ainult elude otsimine universumi teistes osades.Samuti uuritakse põhiküsimusi elulaadi päritolu, elukeskkonda soodustavate keskkondade, elu arengu ja piiride kohta, mida elu võib taluda.

Astrobioloogia kesksel kohal on kõigi Maa peal asuvate elusolendite esialgse esivanema otsimine, mida nimetatakse Viimase Universal Universaalse esivanema (LUCA), viimase viimse esivanema (LCA) või ajutiseks esivanemaks. Teadlased usuvad, et LUCA oli äärmusofiil, kes elas rohkem kui 3 miljardit aastat tagasi karmas anaeroobses keskkonnas. Sellest hoolimata arutlevad teadlased ka seda, mis varem oli, lähtudes DNA-põhistest organismidest (nagu inimesed ja LUCA), RNA-põhisteks, lõpuks esimesele elusorganismile (FLO).

Kuid see püüdlus viitab meile veel põhiküsimustele: nimelt, mis on elu? (Seoses selle ideega kaaluge: kas me oleme kunstlikus elus 10 aastat eemal ja kas me otsime välismaalasi vales kohas?) Kas elu on lihtsalt aminohapete komplekt? Samamoodi, millal täpselt läks Maa keemilisest maailmast bioloogilisele? Kas eluga on midagi, mis võib iseenda jäljendada? Midagi, mis võib areneda? Kui uurime neid küsimusi selle kohta, kust me pärit on, äärmusiofiilid, need imelikud ellujääjad meie minevikust on kindlasti bioloogia põneva tuleviku osaks.

-Kui soovite rohkem teada saada äärmusofiilidest, teiste elupaikade otsimisest ja muudest seotud teemadest, vaadake linke järgmisel lehel.

-


Video Täiendada: .




Uurimistöö


Lõpeta Korda? Texas Järv Pöörab Vere-Punaseks
Lõpeta Korda? Texas Järv Pöörab Vere-Punaseks

Ebatavaliselt Soe Talv, Aga Kas See On Kliimamuutus?
Ebatavaliselt Soe Talv, Aga Kas See On Kliimamuutus?

Teadusuudised


Hindenburg Crash: Airship Reisi Lõpp
Hindenburg Crash: Airship Reisi Lõpp

Vaadake Live: Darpa Robootika Väljakutse
Vaadake Live: Darpa Robootika Väljakutse

Seda Saladuslikku Marihuaana Sündroomi Leevendavad Kuumad Dušid
Seda Saladuslikku Marihuaana Sündroomi Leevendavad Kuumad Dušid

Kosmiline Ajalugu, Mis Annab Elu Fosforile
Kosmiline Ajalugu, Mis Annab Elu Fosforile

Kuiv Lemmikloomatoit, Mis On Seotud Inimese Salmonelloosi Puhanguga
Kuiv Lemmikloomatoit, Mis On Seotud Inimese Salmonelloosi Puhanguga


ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com