Ekstremofil
Ekstremofil (latinsko extremus - skrajen + grško φιλία: philiā - ljubezen) je organizem, ki uspeva v fizikalnih in geokemičnih pogojih, ki so škodljivi za večino drugih živih bitij. Večino ekstremofilov predstavljajo mikrobi, in sicer mnoge vrste arhej ter bakterij, poleg tega pa med drugim spadajo med ekstremofile tudi mnogoščetinci vrste Alvinella pompejana, žuželke podreda Grylloblattidae, višji raki vrste Euphausia superba in počasniki (Tardigrada).
V nasprotju s tem imenujemo organizme, ki prebivajo v zmernih temperaturah (tj. med 15 °C in 40 °C) mezofili, tiste, ki prebivajo v okolju z nevtralno pH vrednostjo, pa nevtrofili.
Vsebina |
Tipi ekstremofilov [uredi]
Obstajajo mnogo tipov ekstremofilov, pri čemer se vsak tip nanaša določeno ekološko nišo (razmerje do ostalih delov ekosistema). Razvrstitev za vsak organizem oz. skupino ni izključna, saj nekateri spadajo med dva ali več tipov; takim organizmom pravimo poliekstremofili. Primer tega so organizmi, ki živijo znotraj vročih kamnov globoko pod zemeljskim površjem in so tako termofili kot tudi barofili.
| Tip ekstremofila | Značilnosti | Primeri organizmov |
|---|---|---|
| acidofil | optimalna rast pri pH ≤ 3 | arheje redov Sulfolobales in Thermoplasmatales, bakterije debla Acidobacterium in reda Acidithiobacillales |
| alkalifil | optimalna rast pri pH ≥ 9 | Geoalkalibacter ferrihydriticus, Bacillus okhensis, Alkalibacterium iburiense |
| barofil oz. piezofil | optimalna rast pri visokih tlakih | bakterije rodu Halomonas |
| endolit | prebiva v mikroskopskih prostorih v kamnih | nekatere arheje |
| halofil | potrebuje vsaj 0,2 M NaCl | bakterije rodu Halobacterium, alga vrste Dunaliella salina |
| hipertermofil | uspeva pri temperaturah od 80–122 °C | arheje rodu Methanopyrus in Aquifex ter vrst Pyrolobus fumarii in Pyrococcus furiosus |
| hipolit | prebiva v kamnih v mrzlih puščavah | nekatere modrozelene cepljivke |
| litoavtotrof | edini vir ogljika je CO2 (avtotrof), energijo pridobiva iz oksidacije anorganskih snovi (kemo- in litotrof) | litotrofi, kot je npr. Nitrosomonas europaea |
| metalotolerant | tolerira visoke koncentracije raztopljenih ionov težkih kovin, kot so arzen, baker, cink in kadmij | Ferroplasma sp., Ralstonia metallidurans |
| kriofil oz. psihrofil | uspeva pri temperaturah ≤ 15 °C | snežne alge |
| kserofil | uspeva v izjemno suhih področjih | kaktusi, Welwitschia mirabilis in Trichosporonoides nigrescens |
| oligotrof | uspeva v okolju s pomanjkanjem hranilnih snovi | bakterija vrste Pelagibacter ubique |
| osmofil | optimalna rast pri visokih koncetracijah sladkorjev | kvasovke rodu Debaryomyces ter vrst Saccharomyces bailii, S. cerevisiae in S. rouxii |
| radiorezistent | odporen proti visokim dozam ionizirajočega sevanja | bakterija vrste Deinococcus radiodurans, radiotrofne glive |
| termofil | uspeva pri temperaturi od 60-80 °C | Thermococcus, Thermus aquaticus |
| termoacidofil | kombinacija acido- in termofila; temperatura od 70-80 °C in pH od 2-3 |
Evolucijski pogled [uredi]
.jpg)
Prilagoditveni (adaptacijski) mehanizmi pri ekstremofilih so skozi leta evolucije zahtevali velike spremembe v smislu prerazporeditve »surovin«, kot sta kemična energija in ogljik. Te zahteve so pogosto omejile širitev tovrstnih organizmov v druga okolja. Koren besede -fil, ki v grščini izvorno pomeni »ljubezen«, je iz tega vidika včasih pretiravanje, saj je adaptacija lahko le fakultativna in ne obvezna (obligatna). Primer tega je halofilna rastlina Atriplex halimus, ki v suhih in slanih puščavah raste kot nizko grmičevje z majhnimi listi, v blagih pogojih, z rodovitno zemljo in zadostnimi količinami vode, pa lahko zraste mnogo višje z velikimi listi. Ta fenotipska plastično predstavlja pomembno evolucijsko prednost.[1]
V nasprotju s splošnim napačnim prepričanjem, da je večina ekstremofilov prokariontov, se primeri ekstremofilov raztezajo po celotnem evolucijskem drevesu. Slednje je praktična posledica prilagoditev na stres v okolju, kar je pravzaprav osrednja gonilna sila v evoluciji.
Ekstremofili so se na stres prilagodili preko različnih načinov: če so npr. v okolju strupene soli kovin, jih organizem izloči, v okoljih z visokimi temperaturami imajo organizmi stabilne zgradbe beljakovin, pri nizkih temperaturah pa se zmrzovanju vode uprejo s protizmrzovalnimi komponentami, kot so protizmrzovalne beljakovine. Mnogo ekstremofilov se stresnemu okolju v bistvu ne prilagodi, pač pa se mu izogne. Primeri tega so dormantne bakterije in rastlinska semena, ki rastejo in se razvijajo v ugodnih pogojih.
Poseben primer ekosistema se nahaja okoli globokomorskih hidrotermalnih vrelcev, kjer primarni vir energije predstavljajo molekule, iz katerih se lahko energija sprosti relativno lahko; primer take molekule je metan (CH4), ki ga privzemajo nekatere bakterije (metanotrofi). Po nekaterih teorijah naj bi bili ti vrelci izvor prvih začetkov življenja, nato pa naj bi se primitivne oblike organizmov razširile na ostala območja.[2]
Ekstremofili in astrobiologija [uredi]
V astrobiologiji so ekstremofili eden od glavnih predmetov raziskav, saj naj bi bili mnogi tovrstni organizmi sposobni prebivati v pogojih, ki so podobni tistim na drugih planetih. Z drugimi besedami, že sam obstoj ekstremofilov ter možni obstoj podobnih zunajzemeljskih pogojev poveča verjetnost za obstoj zunajzemeljskega življenja, vsaj na enoceličnem nivoju. Na Marsu morda obstajajo področja permafrosta globoko pod površjem, ki bi lahko vsebovale skupnosti endolitov. Prav tako bi lahko bili prisotni organizmi v oceanu pod površjem na Jupitrovem naravnem satelitu Evropa.
V okviru panspermije, po kateri naj bi se življenje v vesolju razširjalo preko meteoritov, asteroidov in podobnih nebesnih teles, bi bil primarni kandidat za to organizem, ki bi lahko kombiniral uspevanje v suhem okolju z radioaktivno odpornostjo; primer takega organizma bi lahko bila bakterija Deinococcus radiodurans.
Odkritje ekstremofilne bakterije GFAJ-1, ki lahko preživi praktično brez fosforja, je dalo prvi neposredni dokaz, da lahko življenje obstaja tudi v okoljih, ki imajo povsem drugačno kemijsko sestavo kot Zemlja. Omenjena trditev sicer še vedno ni potrjena z ustreznimi molekularnimi tehnikami, zato je treba pri iskanju zunajzemeljskega življenja upoštevati, da imajo vsi ekstremofili enako osnovno celično zgradbo, genom pa je zgrajen iz enakih štirih nukleotidov kot pri vseh drugih neekstemofilnih organizmih.
Praktična uporaba [uredi]
Specialni prilagoditveni mehanizmi ekstremofilov imajo nemalokrat praktičen pomen za človeštvo. Mnogo biomolekul, kot so encimi in antibiotiki, ki izvirajo iz ekstremofilov, se uporablja v industrijskih procesih. Znanstveniki trenutno preučujejo možnost prenosa rezistentnih lastnosti ekstremofilov na slabo odporne kulturne rastline in živalih.[3]
Sklici in opombe [uredi]
Viri [uredi]
- Cavicchioli, R. & Thomas, T. (2000). Extremophiles. V: Encyclopedia of Microbiology, 2. izdaja, urednik Lederberg, J. (str. 317–337). San Diego: Academic Press.
- Gale, J. (2009). Astrobiology of Earth: The Emergence, Evolution, and Future of Life on a Planet in Turmoil. Oxford: Oxford university press, str. 149-53. ISBN 978-0-19-920581-3
- Rossi, M. s sod. (2003). "Extremophiles 2002". J. Bacteriol. 185 (13): 3683–9. doi:10.1128/JB.185.13.3683-3689.2003. PMID 12813059.
- Satyanarayana T., Raghukumar C. in Shivaji S. (2005). "Extremophilic microbes: Diversity and perspectives". Current Science 89 (1): 78–90. http://hdl.handle.net/2264/330.
- Wilson, Z. E. & Brimble, M. A. (2009). "Molecules derived from the extremes of life". Nat. Prod. Rep. 26 (1): 44–71. doi:10.1039/b800164m.
- Wolfe-Simon, Felise, s sod. (2010). "A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus". Science (Science Express). doi:10.1126/science.1197258.
Zunanje povezave [uredi]
- Splošne informacije o ekstremofilih - DaveDarling's Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy, and Spaceflight (v angleščini)
- Podrobnejše informacije o ekstremofilnih evkariontih - Natural History Museum (v angleščini)
- Raziskave ekstremofilov - Idaho National Laboratory (v angleščini)
