Где психрофилам жить хорошо?

Психрофилы, термофилы и мезофилы: что это за бактерии, примеры представителей психрофильных микроорганизмов

О разнообразии микроорганизмов каждый помнит еще со школы. Естественно, что такое изобилие рождает множество классификаций по различным признакам. В микробиологии по приверженности к низкому температурному оптимуму выделяют группу простейших существ под названием «психрофилы».

Почему они не «мерзнут»

Психрофильные микроорганизмы получили свое название от греческого слова psyhria, что переводится как «холод». Они наиболее распространены в водной среде и в почвах холодных областей земного шара.

Психрофилы отличаются тем, что высокая активность ферментов у них проявляется только при низкой температуре. Помогает им выживать и размножаться большое содержание ненасыщенных жирных кислот (сосредоточенных в мембране).

Другие представители микромира тоже имеют такие кислоты в своем составе, но у них количество этих веществ заметно меньше.

При понижении температуры мембрана других микроорганизмов затвердевает и перестает функционировать. Психрофилы, наоборот, сохраняют ее в полужидком состоянии и могут продолжать свою жизнедеятельность.

Типичные представители рассматриваемой категории простейших – это:

• сине-зеленые водоросли;
• некоторые гнилостные и другие бактерии (как пример можно назвать псевдомонады, клостридии);
• плесень.

Для обязательного роста в условиях пониженной температуры психрофилы нуждаются в жидкой водной среде. Бактерии и грибы, «ответственные» за порчу продуктов, которые хранятся в ледниках и холодильниках, несомненно, психрофильные микроорганизмы.

Оптимальные условия существования

Наиболее благоприятные для жизни и развития факторы внешней среды называются оптимальными для того или иного вида живых существ. Если говорить о температуре, то оптимумом будет считаться средний показатель между самым низким и наиболее высоким значением, при котором еще возможно развитие организмов.

По этому принципу психрофилы подразделяют на факультативные и облигатные формы. Последние не способны расти, если температура поднимется выше 20°C. У факультативных представителей микромира температурный интервал развития расширен. Он начинается от минусовых отметок и поднимается до 30°C или 35°C. А оптимальным будет считаться показатель в 20-25°C.

Примеры факультативных психрофилов:

• некоторые штаммы бактерий рода Артробактер (большинство представителей этого вида предпочитают почву, но некоторые растут на мягких сырах, способствуя их созреванию);
• псевдомонады.

К облигатным психрофилам причисляют морские светящиеся бактерии и прокариоты Bacillus psychrophilus.

В общем, психрофильные микроорганизмы хорошо себя чувствуют при минимальном показателе столбика термометра от — 10°до 0°C и при максимальном значении до -30°С. Такие условия наличествуют в холодных морях, почвах полярных районов. Но это вовсе не означает, что некоторые прокариоты-психрофилы не угрожают, например, жителю средней полосы.

Теплолюбивые простейшие

По тому, в каких температурных диапазонах прокариоты предпочитают размножаться, выделяют психрофилы, мезофилы и термофилы.

С первой категорией знакомство уже состоялось, а термофилы предпочитают горячие водные источники, массы сена, зерна или навоза, которые способны самостоятельно генерировать тепло. Диапазон предпочтительных температур начинается от 30°C, а заканчивается на отметке в 80°C. Оптимумом является показатель в 50°С.

Большинство патогенных бактерий – мезофилы. Они способны размножаться от 0 до 50°С и наиболее распространены по сравнению с другими группами микроорганизмов.

Предпочтения простейших касательно температурного режима человек использует для борьбы с ними (если речь идет о борьбе с вредными бактериями) или для поддержания оптимальных условий их развития (когда психрофильные микроорганизмы работают на благо).

Источник: https://probakterii.ru/prokaryotes/species/psixrofily.html

13 .Влияние температурных условий на развитие микроорганизмов (психрофилы, мезофилы, термофилы) границы развития

По
отношению к температуре микроорганизмы
могут быть разделены на группы:

Психрофилы
— «холодолюбивые» организмы. К психрофилам
относятся некоторые почвенные и морские
бактерии, а также болезнетворные для
рыб и водных растений микроорганизмы.

Многие
психрофилы хорошо размножаются при
температурах, благоприятных для
мезофилов. Однако они могут расти, хотя
и медленно, при 0°С и ниже, их называют
факультативными психрофилами.

Другие
микроорганизмы из этой группы
приспособились к существованию при
более низких температурах (около 0°С и
ниже), при 25°С и выше они погибают.
Температурный оптимум для них лежит
между 5 и 15°С. Подобные микроорганизмы
относят к облигатным психрофилам.

Мезофилы
имеют температурный оптимум 30—45°, а
минимум 10—15°С. Большинство микроорганизмов
относятся к этой группе, в том числе
болезнетворные.

Термофилы
— теплолюбивые микроорганизмы,
развиваются в зоне высоких температур.
Минимум не, ниже 35—40°С, оптимум 55—75°С.

Облигатные термофилы не растут уже при
37°С, но факультативные формы способны
развиваться при 30—35°С и даже при более
низкой температуре.

Возможность
существования термофилов при высокой
температуре обусловлена особым составом
липидных компонентов клеточных мембран,
высокой термостабильностью белков и
ферментов, термостабильностью клеточных
ультраструктур.

Микроорганизмы
по-разному относятся к предельным
(низким и высоким) температурам.

Если
низкие температуры, такие, как —190°С
(жидкий воздух) или —252°С (жидкий водород),
микробные клетки переносят, после
размораживания сохраняя способность
к росту, то под влиянием высоких температур
они довольно быстро погибают.

Высокие
температуры (60°С и выше) вызывают
коагуляцию белков и инактивацию ферментов
у психрофильных и мезофильных
микроорганизмов. Обычно при 60—70°С
погибают вегетативные клетки этих
организмов. Споры бактерий могут
выдерживать температуру кипения воды
в течение нескольких часов.

14. Отношение микроорганизмов к кислороду воздуха: аэробы, и анаэробы (строгие и факультативные). Способы получения энергии микроорганизмами

микроорганизмы
можно разделить в основном на три
физиологические группы по отношению к
молекулярному кислороду: облигатные
аэробы, облигатные анаэробы и факультативные
(условные) анаэробы.

Облигатные
(строгие) аэробы растут только в
присутствии 02. К ним относится часть
автотрофов и большинство гетеротрофных
микроорганизмов (например, уксуснокислые,
многие гнилостные бактерии, актиномицеты,
мицелиальные грибы и некоторые дрожжи).

Среди облигатных аэробов встречаются
; микроаэрофилы, лучше всего развивающиеся
при низких концентрациях 02 —около 2%.
Аэробные гетеротрофные микроорганизмы
окисляют органические вещества в
присутствии молекулярного кислорода,
который и является конечным акцептором
водорода.

Автотрофы окисляют минеральные
вещества путем прямого присоединения
кислорода.

 Облигатные не
переносят даже ничтожных количеств 02
в среде и быстро погибают. Для них
кислород ядовит. К строгим анаэробам
относятся маслянокислые бактерии,
возбудитель тяжелого пищевого отравления
— ботулизма и др.

 Факультативные
анаэробы могут расти как в присутствии,
так и в отсутствие 02, например бактерии
кишечной группы, молочнокислые бактерии,
большинство дрожжей, часть гнилостных
бактерий.

Способы
получения энергии у микроорганизмов
различны.

Микроорганизмам
для осуществления процессов окисления
не обязательно присутствие кислорода
воздуха — они могут окислять органические
вещества с помощью кислорода, находящегося
в соединениях, богатых им, — нитратов
(нитратное дыхание) или сульфатов
(сульфатное дыхание). И, наконец,
микроорганизмы могут существовать без
доступа воздуха и получать энергию без
участия кислорода путем процесса
брожения.

Источник: https://StudFiles.net/preview/6859428/page:3/

Бактерии психрофилы, мезофилы и термофилы

Бактериальные ор­ганизмы могут существовать и развиваться в весьма широких температур­ных границах.

Различают три экологические группы бактерий по их отношению к температуре окружающей среды: психрофилы, мезофилы, термофилы.

К психрофилам относятся формы, развивающиеся при сравнительно низкой температуре. Оптимум развития у этих бакте­рий лежит при 20—25 °C, а минимум может лежать даже ниже нуля, если эти бактерии развиваются в растворе, замерзающем при температуре ниже нуля.

К мезофильным бактериям относится огромное большинство бакте­рий. Оптимум развития мезофилов лежит при 25—35 °C, максимум — при 45—50 °C и минимум — около 10 °C.

К термофильным микроорганизмам относятся бактерии и близкие к ним актиномицеты, а также некоторые водоросли, по преимуществу сине-зеленые. Все они характеризуются тем, что развиваются при высоких тем­пературах (40—75 °C).

Водоросли и ряд представителей животного мира (моллюски и др.), живущие в горячих источниках и гейзерах, развива­ются при несколько более низких температурах, чем бактерии и актиноми­цеты.

Из микроорганизмов к термофилам обычно относятся бациллярные формы, образующие споры, а также группа актиномицетов.

В состоянии спор термофилы хорошо переносят температуры ниже 30 °C, при которых они в вегетирующем состоянии быстро гибнут.

Клетки термофилов делятся быстрее, чем у мезофилов, и быстрее стареют и отмирают. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Очень большой интерес представляет вопрос о происхождении термо­филов. Наиболее правильное представление было развито А. А. Имшенецким, который считает, что термофилы возникли из соответственных групп мезофилов. При изменении условий окружающей среды, т. е.

когда мезо­филы подвергались действию высокой температуры, часть из них выми­рала, а часть приспособлялась в процессе своего развития к высокой тем­пературе. В результате менялась природа (наследственность) соответ­ственных организмов и высокая температура становилась потребностью данных форм.

К этой теории возникновения термофилов из мезофилов присоединился Е. Н. Мишустин, который считает, однако, что для неко­торых водорослей, живущих в горячих источниках, возможно объяснить их термофильность реликтовым характером.

Эти водоросли сохранили свою теплолюбивость с тех отдаленных времен жизни Земли, когда темпе­ратура водоемов была значительно выше.

Источник: http://WorldOfSchool.ru/biologiya/stati/ekologiya/sreda/faktory/abiot/temp/psihrofily-mezofily-i-termofily

Явление психрофилии

К психрофилам относят микроорганизмы, которые интенсивно растут и биохимически активны при более низких, чем мезофилы, температурах (Лях, 1976).

В пределах этой группы микроорганизмов различают облигатных и факультативных психрофилов. Облигатные психрофилы чувствительны к повышению температуры сверх 15°. Оптимальной для них считается температура 4—10° и ниже, максимальной — 20—22°.

Факультативные психрофилы могут расти при низких температурах, но предпочитают умеренные, они отличаются более высокими максимальными температурами (до 37°), чем облигатные психрофилы. Оптимальная температура для этих организмов составляла 20—30°.

Таким образом, понятие психрофилии еще не имеет четкого определения. Далеко не у всех организмов определены величины их минимальных температур, хотя это имеет принципиальное значение при их систематизации.

Экологической нишей психрофильных микроорганизмов, в том числе и грибов, являются районы вечной мерзлоты, только в Советском Союзе занимающие до 25% всей территории, огромные пространства холодных морей и океанов, субнивальная зона горных поясов, высокие слои атмосферы.

Максимально низкие температуры отмечены в Антарктиде 85° С.

Следует учитывать, что существуют экологические ниши с относительно постоянным низкотемпературным режимом (холодные воды морей и океанов, полярные области Земли, обширные пещеры) и районы с временным охлаждением, когда в течение суток или с изменением времени года охлаждение может сменяться потеплением. Л. К.

Лозина-Лозинский (1972) предложил различать несколько уровней адаптации организмов к низкотемпературным условиям среды.

Среди них применительно к микроорганизмам следует различать: криофилию (способность к активной жизни и развитию при биологически низких температурах в пределах от 10 до 0° С и несколько ниже в течение ограниченного времени); холодовую стенотермию (приспособленность к малоизменяющимся постоянным низкотемпературным условиям окружающей среды); эвритермию (возможность существования при наличии замерзшей воды в тканях или в переохлажденном состоянии); способность переходить в состояние анабиоза.

На развитие психрофилов губительно действует повышенная сухость окружающей среды. Это подтверждается наблюдениями в природе и спорадическими экспериментальными данными.

Так, в отдельных регионах Антарктиды, характеризующихся крайне низкими температурами и засушливостью, количество психрофильных микроорганизмов резко снижалось по сравнению с местообитаниями столь же холодными, но менее засушливыми (Лях, Азыбов, 1974; Лях, 1976).

с понижением температуры культивирования от 30 до 5° С. Из перечисленных родов Cladosporium herbarum известен как холодоустойчивый (Michener, 1965, цит. по: Лях, 1976). Эта зависимость неоднократно подтверждена также на бактериях и насекомых (Лозина-Лозинский, 1972; Лях, 1976). Соответствующие исследования с настоящими психрофильными грибами не проводились.

По тем же причинам психрофильные микроорганизмы чувствительны к повышенному содержанию солей в окружающей среде, которое вызывает физиологическую сухость в организме.

Следует остановиться на экологическом значении пигментации у растений и животных в условиях жизни при пониженных температурах. Б. М. Медников (1977) связывает развитие пигментации животных с температурным режимом окружающей среды и считает, что темная пигментация наиболее полно проявляется с понижением температуры.

Темноцветные грибы преобладают в микофлоре Антарктиды и холодных пустынях Памира (Мирчинк, 1963; Лях, 1976). В микофлоре пограничных с

льдами участков почвы в Антарктиде регистрировали преимущественное развитие пигментированных видов бактерий главным образом каротинобразующих (Лях, 1976).

Большинство исследователей предполагают, что пигменты, особенно меланины и каротиноиды, адсорбируя кванты света, переводят их в тепловую энергию, при этом неблагоприятные температурные условия существования смягчаются.

Эксперименты, подтверждающие это природное явление, не проводились.

umbrina, Sclerotinia borealis, Fusarium nivale, Cylindrocarpon magnustatrum, Hypoxylon diathrauston, Heprotrichia nigra, Plenodomus meliloti, Mycelia sterilia, Phacidium infestans. Наряду с психрофилами имеется значительное количество холодоустойчивых грибов, способных к росту при пониженных температурах.

Так, на богатых органических субстратах в холодильных камерах при отрицательных температурах —1 и —2° росли виды родов Blastomyces, Mucor mucedo, при —8° отмечали рост Cladosporium herbarum и Sporotrichum carnis, а виды Hormodendron cladosporioides и Chaetostylium resenii росли даже при —10°.

Виды Candida, Mycotorula и Geotrichoides растут при —2°, Torula при —4, —5°; Rhodotorula, Cryptococcus, Debariomyces при —10° (Лях, 1976). Ни один из перечисленных видов по температурному оптимуму роста не относится к психрофилам.

В систематическом отношении они представлены главным образом видами порядков Hyphales и Mucorales, а также простейшими аскомицетами. Виды Cladosporium herbarum, Cryptococcus и Rhizopus stolonifer постоянно встречаются в арктической тундре и в пограничных с нею лесах (Flanagan, 1978).

Истинные психрофилы, например Sclerotinia borealis и Typhula idahoensis, растут при —5° (Ward, 1966; Dejardin, Ward, 1971, а, б). Таким образом, создается впечатление, что температурные минимумы роста холодоустойчивых мезофилов и настоящих психрофилов могут совпадать, а в некоторых случаях у мезофила С. cladosporioides температурные границы роста оказываются более широкими.

Сравнительный анализ не позволил выявить существенных различий в ультраструктуре психрофильных и мезофильных микроорганизмов. Отмечено, что психрофильные организмы, как правило, отличаются незначительной стабильностью мембран при пониженных температурах. Принципиальные различия между этими группами грибов следует искать в их физиолого-биохимических свойствах.

В 1976 г. С. П. Лях опубликовала монографию «Адаптация микроорганизмов к низким температурам», в которой обобщила последние сведения по морфологии, физиологии и экологии психрофильных микроорганизмов. В этой связи мы только кратко остановимся на принципиальных отличиях психрофилов от других температурных групп микроорганизмов.

Термоустойчивость дыхательных ферментов психрофилов не всегда коррелирует с оптимумами их роста. Например, наиболее интенсивный рост гриба Т. idahoensis регистрировали при 5°, а максимум потребления кислорода наблюдался при 20° (Dejardin, Ward, 1971).

Потребление кислорода Sclerotinia borealis при 20° было в 2 раза выше, чем при температуре 1°, соответствующей максимуму ее роста (Ward, 1966).

Минимальные температуры роста и дыхания психрофильных грибов, выделенных из тундровых почв Аляски (Cylindrocarpon magnusianum, Micelia steria, Chrysosporium pannorum), составили — 6 и 20° соответственно (Flanagan, 1978). Таким образом, дыхание психрофилов может осуществляться в широких температурных границах, подчас превышающих границы температурного роста самого организма.

В процессе изучения активности каталазы и инвертазы холодоустойчивых видов Mucor silvaticus, М.

ramannianus и Cladosporium herbarum, выделенных из тундровых почв Кольского п-ва и почв Ленинградской области, было обнаружено, что «северный» штамм Cladosporium herbarum, выращенный при 10°, отличался более высокой ферментативной активностью (Аристовская, 1948). Сведения о холодоустойчивости ряда бактериальных ферментов приведены в монографии С. П. Лях (1976). Ферменты грибов в этом отношении не изучались.

Психрофильный гриб Typhula idahoensis накапливает большое количество запасных веществ, обеспечивающих высокий уровень эндогенного дыхания, не изменяющегося в присутствии глюкозы. Только продолжительное истощение эндогенных субстратов делает возможным изучение субстратного дыхания организма.

По мнению Dejardin, Ward (1917), присутствие повышенных количеств эндогенных субстратов, поддерживающих продолжительное дыхание гриба в отсутствие внешнего источника углерода — важное преимущество психрофильных грибов в условиях жизни при низких температурах.

Принципиально важным физиологическим отличием психрофилов от мезофильных грибов является способность их к активному окислению субстратов при низких температурах. В ряде случаев (Ingraham, Bailey, 1959), у психрофильных микроорганизмов транспорт углеводов в клетку и границы температурного роста совпадали. По-видимому, это свойство обусловливает температурную приспособленность организма.

Источник: Н. Н. Жданова, А. И. Василевская. Экстремальная экология грибов в природе и эксперименте. Киев: Наук. думка, 1982

Источник: http://www.activestudy.info/yavlenie-psixrofilii/

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Психрофилы ( Psychrophile) Микроорганизмы, способные расти РїСЂРё температуре 0 – 5 РЎ.  [1]

Психрофилы обитают РІ почве полярных стран, РІРѕРґРµ северных морей.  [2]

Психрофилы, или холодолюбивые ( РѕС‚ греч. Эти микроорганизмы СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ развиваться РІ интервале температур РѕС‚ – 8 РґРѕ 30 РЎ.

Рљ этой РіСЂСѓРїРїРµ относятся главным образом микроорганизмы, населяющие северные РјРѕСЂСЏ Рё почвы холодных стран.  [3]

Психрофилы и факторы, определяющие возможность роста при низких температурах.

Область температур роста психрофилов лежит РІ пределах РѕС‚ – 10 РґРѕ 20 РЎ Рё выше.

Психрофилы обитают РІ почве полярных стран, РІРѕРґРµ северных морей.  [6]

Психрофилы – СЂРѕСЃС‚ РІ диапазоне РѕС‚ 0 РґРѕ 20 РЎ СЃ оптимумом ниже 20 РЎ, причем здесь имеются разные категории, вплоть РґРѕ организмов, развивающихся РїСЂРё температуре около Рћ РЎ, РІ том числе РїСЂРё отрицательной РІРѕ льдах, например, РЅР° нижней стороне плавучих льдов.  [7]

Среди психрофилов встречаются некоторые виды бактерий, си-незеленых водорослей, актиномицетов.

У мезофилов две группы микроорганизмов различаются, по значению оптимума температурного фактора.

Рљ первой РіСЂСѓРїРїРµ относятся микроорганизмы, имеющие температурный оптимум РїСЂРё 20 – 25 РЎ.  [8]

Существование РґРІСѓС… типов психрофилов объясняется особенностями РёС… мест обитания.  [10]

Основное различие между подгруппами заключается в том, что облигатные психрофилы не способны к росту при температуре выше 20 С, а верхняя температурная граница роста факультативных форм намного выше.

� если в области низких температур они сходны с облигатными формами, то в области повышенных температур обладают способностью размножаться в значительно более высоких температурных границах.

Принципиальное же сходство между РЅРёРјРё – способность Рє росту РїСЂРё 0 РЎ Рё минусовых температурах.  [12]

Поэтому микроорганизмы делят РїРѕ РёС… отношению Рє температуре РЅР° три основные РіСЂСѓРїРїС‹ – психрофилы, мезофилы Рё термофилы.  [13]

Разделение РЅР° указанные физиологические РіСЂСѓРїРїС‹ РїРѕ отношению Рє температуре РґРѕ известной степени условно, потому что температура представляет непрерывный фактор Рё между областями психрофилов, мезофилов, термофилов нет ничьей земли. Вместе СЃ тем эти физиологические РіСЂСѓРїРїС‹ достаточно четкие, возможно потому, что промежуточные температуры исследованы РЅРµ так РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ.  [14]

Страницы:      1    2    3

Источник: https://www.ngpedia.ru/id348758p1.html

Экстремофилы — организмы живущие в экстремальной среде обитания

Экстремофилы – это организмы, которые живут и процветают в местах обитания, где жизнь невозможна для большинства других организмов. Суффикс (-фил) в переводе с греческого означает любовь.

Экстремофилы «любят» обитать в экстремальных условиях.

Они обладают способностью выдерживать такие состояния, как высокая радиация, высокое или низкое давление, высокий или низкий уровень pH, отсутствие света, сильная жара или холод и экстремальная засуха.

Большинство экстремофилов – это микроорганизмы, такие как бактерии, археи, протисты и грибы. Более крупные организмы, такие как черви, лягушки, насекомые и ракообразные, также могут жить в экстремальных местах обитания. Существуют различные классы экстремофилов, основанные на типе среды, в которой они процветают. Вот некоторые из них:

• Ацидофил – организм, который процветает в кислой среде с уровнем pH3 и ниже.
• Алкалифил – организм, который процветает в щелочных средах с уровнем pH9 и выше.
• Барофил – организм, который живет в условиях высокого давления, таких как глубоководные места обитания.
• Галофил – организм, который живет в местах обитания с чрезвычайно высокой концентрацией соли.
• Гипертермофил – организм, который процветает в средах с чрезвычайно высокими температурами (от 80° до 122° C).
• Психрофил/криофил – организм, который живет в экстремально холодных условиях и низких температурах (от -20° до +10° C).
• Радиорезистентные организмы – организм, который процветает в условиях с высоким уровнем радиации, включая ультрафиолетовое и ядерное излучение.
• Ксерофил – организм, который живет в экстремально сухих условиях.

Тихоходки

Тихоходки или водные медведи могут переносить несколько типов экстремальных условий. Они живут в горячих источниках, антарктическом льду, а также в глубоких средах, на горных вершинах и даже в тропических лесах.

Тихоходки обычно встречаются в лишайниках и мхах. Они питаются растительными клетками и крошечными беспозвоночными, такими как нематоды и коловратки.

Водные медведи размножаются половым путем, хотя некоторые размножатся бесполым путем через партеногенез .

Тихоходки могут выживать в различных экстремальных условиях, потому что они способны временно приостанавливать обмен веществ, когда условия не пригодны для выживания.

Тихоходки могут оставаться в этом состоянии в течение нескольких лет и выходить из него, когда окружающая среда становится пригодной для жизни.

Артемия (Artemia salina)

Артемия – вид небольших ракообразных, которые способны жить в условиях с чрезвычайно высокой концентрацией соли. Эти экстремофилы обитают в соленых озерах, соляных болотах, морях и скалистых берегах.

Их основным источником пищи являются зеленые водоросли. Артемии имеют жабры, которые помогают им выжить в соленой среде, поглощая и выделяя ионы, а также продуцируя концентрированную мочу.

Как тихоходки, артемии размножаются половым и бесполым путем (через партеногенез).

Бактерии хеликобактер пилори (Helicobacter pylori)

Helicobacter pylori – бактерия, живущая в крайне кислой среде желудка. Эти бактерии выделяют ферментную уреазу, нейтрализующую соляную кислоту. Известно, что другие бактерии не способны выдержать кислотность желудка.

Helicobacter pylori являются спиральными бактериями, которые могут зарываться в стенку желудка и вызывать язвы или даже рак желудка у людей.

По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC), у большинства людей мира есть эти бактерии в желудке, но они, как правило, редко вызывают заболевания.

Цианобактерии Gloeocapsa

Gloeocapsa – род цианобактерий, которые обычно живут на мокрых породах скалистых берегов. Эти бактерии содержат хлорофилл и способны к фотосинтезу. Клетки Gloeocapsa окружены студенистыми оболочками, которые могут быть ярко окрашенными или бесцветными.

Ученые обнаружили, что они способны выжить в космосе в течение полутора лет.

Образцы горных пород, содержащие Gloeocapsa, были размещены снаружи Международной космической станции, и эти микроорганизмы смогли выдержать экстремальные условия космоса, такие как колебания температур, вакуумное воздействие и радиационное облучение.

Оставьте свой комментарий к этой статье. Мы ценим Ваше мнение! (форма комментирования расположена ниже)

Оставьте свой комментарий к этой статье. Мы ценим Ваше мнение! (форма комментирования расположена ниже)

Источник: https://natworld.info/raznoe-o-prirode/jekstremofily-organizmy-zhivushhie-v-jekstremalnoj-srede-obitanija

Экстрим в природе

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Что такое экстрим? Любой ответит — мотоциклы, дайвинг, альпинизм и многое, многое другое. Но вдумаемся: то, что перечислено — экстрим искусственный, то есть созданный не природой, а человеком.

Может ли человек сейчас или в будущем выжить в действительно природных, естественных экстремальных условиях — во льдах, пламени, кислоте или щелочи? Вопрос этот далеко не празден, учитывая апокалиптические предсказания глобального климатического кризиса и необходимость освоения человечеством новых космических пространств. Разберемся с этим подробнее.

Обратите внимание!

Эта работа опубликована в номинации «лучшая обзорная статья» конкурса «био/мол/текст»-2015.

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Рисунок 1. Профессор Штеттер во время экспедиции на Камчатку.

В 1980 году профессор Регенсбургского университета Карл Штеттер не получил финансовую поддержку от властей Баварии для поиска организмов, живущих при высоких температурах, просто потому, что чиновники не поверили, что они могут существовать.

Однако во время отпуска профессору Штеттеру удалось взять пробы воды в термальных источниках, в которых впоследствии были обнаружены микроорганизмы, способные выживать при 100 °С (рис. 1).

Оказалось, что существуют микроорганизмы, которые могут обитать практически в любых условиях внешней среды. Эти организмы были названы экстремофилами*.

Рисунок 2. «Черный курильщик» — океанический гидротермальный источник. Температура воды достигает 400 °С.

Биомолекулы, выделенные из экстремофилов, обладают уникальными свойствами и сохраняют свою активность даже в самых жестких условиях, сравнимых с теми, что наблюдаются в индустриальных процессах.

В связи с этим изучение экстремофилов, их организации и способов адаптации представляет особый интерес для внедрения биотехнологий в современную промышленность*. Однако не только это.

Закономерен интерес к выявлению тех или иных генетических характеристик экстремофилов с целью поиска возможных путей к выживанию более высокоорганизованных организмов, в частности человека.

Конечно, способность микроорганизмов выживать в экстремальных условиях не бесконечна. Например, самая высокая температура, зарегистрированная на Земле, — примерно 2000 °С по данным приборов в жерле активного вулкана — несовместима с жизнью.

Считается, что верхний передел этой совместимости должен лежать около 140–150 °С, поскольку при этой температуре начинается разрушение жизненно важных биомолекул, например, АТФ — универсального источника энергии для большинства биохимических процессов.

На сегодняшний день самыми устойчивыми к высоким температурам микроорганизмами являются Pyrolubus fumarii, растущие при 113 °С, и Methanopyrus kandleri, прекрасно себя чувствующие при 122 °С.

 Они относятся к археям (одному из трех доменов жизни помимо бактерий и эукариот), которые имеют непревзойденную способность выживать в самых суровых условиях. Эти микроорганизмы были найдены в «черных курильщиках» (рис. 2).

«Черные курильщики» являются еще одной загадкой нашей планеты: это глубоководные горячие источники, которые под сильнейшим напором извергают из себя воду черного цвета, тем самым напоминая дымящие трубы промышленных районов. Температура «дыма» в таком месте достигает 400 °С [2]!

Другими поистине жаркими нишами являются трещины и отверстия в кратере и у подножия вулканов (рис. 3), которые в научной среде принято называть фумаролами (итал. fumarola, от лат. fumo — дым).

По сравнению с ними горячие источники (или гейзеры), расположенные на Камчатке, в Новой Зеландии и США, представляют собой довольно «прохладные» места обитания: всего 50–100 °С против 650–1000 °C в фумаролах.

Несмотря на более низкую температуру, именно из геотермальных источников была впервые изолирована бактерия Thermus aquaticus, ставшая донором термостабильной ДНК-полимеразы и подарившая молекулярной биологии полимеразную цепную реакцию. Схема данной реакции приведена на рисунке 4.

Рисунок 3. Редакторы «биомолекулы» по просьбе коллеги берут на Камчатке пробы для поиска вирусов термофильных бактерий. Слева вверху: Башмакова В.Е. у грифона Иванова, Налычевская долина (pH 6, T = 75 °С). Слева внизу: Чугунов А.О. у фумаролы в кратере вулкана Дзендзур (pH 3, T = 89 °С). Справа: пробы.

Рисунок 4. Циклы полимеразной цепной реакции (ПЦР). В каждом цикле происходит многократное избирательное копирование определенного участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях.

Низкие температуры наносят гораздо меньший ущерб клеточным структурам, поэтому к психрофилам относится большое количество представителей из всех трех доменов: археи, бактерии, дрожжи, водоросли и даже рыбы [5].

Эти рыбы синтезируют специальные антифризные белки**, которые способствуют снижению точки замерзания воды, что позволяет им выживать при −2,2 °С.

Большинство мест обитания на земле считаются холодными, если температура в них не превышает 5 °С. «Почему?» — спросите вы. Следящие за новостями могут добавить, что согласно отчету НАСА, средняя температура на Земле за 2013 год составила 14,6 °С [9].

Однако не стоит забывать о том, что ~70% поверхности земного шара покрыто океанами, которые имеют постоянную температуру 4 °С на глубине ниже 1000 метров.

Еще 15% относятся к полярным зонам, к которым стоит добавить ледниковые и альпийские регионы; помимо прочего, вечная мерзлота занимает более 20% площади суши земного шара.

Формально не определен нижний предел температуры, при которой возможно существование живых организмов, так как большинство видов микроорганизмов могут долгое время находиться в стазисе (состоянии полной остановки метаболических процессов) при низкой температуре, а затем возвращаться к жизни — как только условия станут более подходящими [10].

Было установлено, что в замороженных образцах бактерии могут выживать даже в течение 500 тысяч лет. Столь высокая жизнестойкость связана со способностью к медленному восстановлению молекул ДНК, позволяющему сохранить всю генетическую информацию клетки.

 Эти примеры иллюстрируют не только необычайную приспособляемость микроорганизмов к низким температурам, но и то, что психрофилы являются наиболее «богатыми» экстремофилами с точки зрения биомассы, видового разнообразия и распространения.

Но оставим температуру и обратимся к другой интересной проблеме выживания на Земле. Одной из важных характеристик среды является концентрация ионов водорода, которая обозначается символами рН и определяет кислотно-щелочное равновесие.

Для каждого микроорганизма существует своя оптимальная концентрация ионов водорода, в пределах которой он может развиваться. Большинство биологических процессов протекает при среднем значении pH около 7,0.

Рисунок 5. Шкала значений pH среды. Чем выше значение pH, тем ниже концентрация ионов водорода, и наоборот.

Ацидофилы («любители кислоты») «процветают» при низких pH. Если задаться целью найти «чемпионов» среди любителей кислых сред, то стоит забыть о рыбах и цианобактериях, которые живут только при pH выше 4, и даже о растениях и насекомых с их нижними границами pH 2–3.

Самыми экстремальными ацидофилами являются одноклеточные эукариоты, которые обитают при pH ниже 1. Среди них лучше всего охарактеризованы красная и зеленая водоросли Cyanidium caldarium и Dunaliella acidophila, способные выживать при pH 0–0,5.

Несмотря на разрушительное воздействие кислых сред, ацидофилы смогли разработать несколько механизмов приспособления, основанных на «пассивной» (не требующей затрат энергии) и «активной» (расходующей энергию) регуляциях.

Изучение ацидофилов имеет первостепенное значение для человека, поскольку некоторые микробы обладают специальной системой кислотного сопротивления, которая позволяет им выживать при низких значениях pH в наших желудках и вызывать различные заболевания.

Однако встречаются и очень высокие значения pH. Интересно, что, посетив однажды озеро Моно* (рис. 6), известный писатель Марк Твен отметил: «Этот щелок отстирает даже безнадежно грязную одежду». И добавил, что «в озере ничего такого, что скрашивает человеку жизнь», то есть отсутствует какая-либо флора и фауна.

Рисунок 6. Озеро Моно. Расположено на востоке Центральной Калифорнии. Показатель pH озера равняется примерно 10.

Только спустя 125 лет ученые показали, что озеро на самом деле изобилует разнообразием микробной жизни. Что же помогает микроорганизмам приспосабливаться к чрезвычайно высоким значениям pH среды? Для клетки большую роль играет способность поддерживать внутреннюю концентрацию ионов водорода близкой к нейтральной.

Особое место в адаптации микроорганизмов к высокощелочным средам занимают ферменты, способные сохранять активность при высоких значениях рН [12, 13].

Эти ферменты нашли широкое применение в промышленности: протеазы в качестве основного компонента моющих средств, пектиназы для получения высококачественной бумаги и вторичной переработки отходов и т.д.

Теперь вернемся к тому, о чем мы говорили в самом начале. Изучение экстремофилов формирует новое направление научных исследований в биотехнологии. Выносливость, высокая приспосабливаемость делает эти организмы особенно привлекательными.

Они открывают огромные перспективы не только в науке, но и в медицине, промышленности и даже в области освоения космоса как самой экстремальной из известных сред.

Источник: https://biomolecula.ru/articles/ekstrim-v-prirode

Животные-экстремалы

В прошлом году немецкие ученые обнаружили в озере Пич-Лейк, находящемся на острове Тринидад, что в Карибском море, новый вид анаэробных бактерий. И все бы ничего, если бы Пич-Лейк вместо животворящей воды не был наполнен битумом.

Это озеро является одним из крупнейших природных резервуаров битума на планете.   До этого момента ученые полагали, что анаэробные бактерии способны разлагать нефть только в условиях, где нефтяная среда граничит с водной.

Но изучив состав нефти, исследователи нашли в ней очень маленькие, размером не более 1-3 микролитров, капли воды, которые, вероятно, имеют подземное происхождение.

Эти крошечные водяные пузырьки наполнены сложноорганизованными группами метанопродуцирующих микробов, которые расщепляют нефть, меняя ее химический состав, благодаря чему и образуется вязкий битум.  

Озеро Пич-Лейк – природный резервуар асфальта / ©Flickr

Радиация как курорт

По-видимому, именно так воспринимает радиацию грамположительный кокк с характерным названием Deinococcus radiodurans, поскольку способен выживать при дозе до 10 тыс. (!) Гр. Для сравнения: смертельная доза радиации для человека равна 5 Гр.

 Deinococcus radioduransсчитается одним из самых устойчивых к действию радиации организмов в мире. Как ему это удается? Дело в том, что эта бактерия хранит в своей клетке по нескольку копий генома, упакованных в виде тора или колец.

Эти дополнительные копии позволяют в точности восстановить геном после многочисленных одно- и двуцепочечных разрывов.  

Deinococcus radiodurans / ©Flickr

«Кипучая» жизнь

Мало того, кое-какие из этих существ способны также противостоять кислотности и радиации.   Все дело в том, что гипертермофилы относятся к археям — древнейшему домену живых организмов, являющихся одноклеточными и не имеющих, как известно, ни ядра, ни каких-либо мембран.

Условия жизни на нашей планете в те далекие времена, когда на ней были распространены археи, были соответствующими, поэтому эти существа чувствуют себя в них как дома.   Но горячую воду любят не только микроорганизмы.

В глубинах Карибского моря, поблизости от гидротермальных источников, живут красивые многощетинковые черви, которые, правда, прячут свои тела в длинные хитиновые трубки.  

Хитиновые трубки, в которые прячутся многощетинковые черви-экстремофилы / ©Flickr

Психрофилы

Таким трудно выговариваемым названием именуют живых существ, которые, наоборот, предпочитают низкие температуры. Так, нематода Panagrolaimus davidi способна выживать будучи полностью вмороженной в лед.

Антарктический клыкач – рыба семейства нототениевых / ©Flickr

Любители солененького

  Их называют галофилами — экстремофилы, которые в качестве местообитания предпочитают условия с высокой соленостью — моря, соленые озера, засоленные почвы и т.д. Конечно, самыми экстремальными являются микробы, которые обитают в глубинах Мертвого моря.

Но существуют и галофильные животные, по преимуществу — морские, которые не способны переносить соленость ниже 30 промилле.

Это радиолярии, рифообразующие кораллы, обитатели тех же коралловых рифов и мангровых зарослей, иглокожие, головоногие моллюски, многие виды ракообразных и т.д.  

 
В космосе

  В безвоздушном пространстве живые организмы тоже способны выживать. К ним, например, относится тихоходка — очень интересное животное, тип микроскопических беспозвоночных, близких к членистоногим.

Этот вполне симпатичный «медвежонок» способен выдерживать невероятно низкие и экстремально высокие (до 100°C) температуры, высокий уровень радиации, невероятное давление (подобное тому, которое существует на дне Марианской впадины), отсутствие влаги в течение более чем ста лет и, наконец, открытый космос (ученые засылали тихоходок на орбиту).  

Тихоходка / ©Flickr

 Именно благодаря существованию экстремофилов у ученых есть надежда, что мы сможем найти жизнь на замороженных спутниках Юпитера и Сатурна — Европе и Титане. опубликовано econet.ru

Источник: https://econet.ru/articles/71673-zhivotnye-ekstremaly

Классификация грибов по образу жизни, степени паразитической активности

Интенсивность роста грибов зависит от влажности, температуры, концентрации питательных веществ, наличия или отсутствия освещения.

Влажность. Как правило, грибы требуют повышенной влажности субстрата. Крайне редко грибы бывают ксерофилами (например, гастеромицеты).

Температура. Как и растения, грибы в целом могут активно функционировать лишь при положительных температурах. Пассивно, т. е. без роста, в виде не вегетативных структур, а покоящихся образований (склероциев, хламидоспор, конидий и т.п.) большинство грибов может переносить очень низкие температуры, а многие виды и относительно высокие.

Облигатные термофилы – нуждаются в тепле: так, Talaromyces emersonii растет в диапазоне от 33 до 55° С.

Психрофилы – предпочитают пониженные температуры до 10-15 ° С (Heгрotrichia juniperi – возбудитель черной снежной плесени на хвойных в Альпах).

Свет. Многие органы спороношения грибов ориентируются относительно света (тропизмы), и скорее индуцируются им в своем формировании. Положительный фототропизм известен у некоторых воздушных гиф и спорангиеносцев (зигомицеты). Для вегетативного развития свет, по-видимому, в значительной степени безразличен или даже вреден.

Концентрация ионов водорода. В природе грибы преобладают над бактериями в средах с более высокой концентрацией ионов водорода, например в обычно слабокислых лесных почвах и растительных тканях (рН 6,5—3,5). Нейтральная или слабощелочная реакция, как правило, способствует развитию их конкурентов, прежде всего бактерий.

Первичной и наиболее древней формой существования грибов считается сапротрофный образ жизни. Наряду с бактериями грибы являются редуцентами, разлагающими сложные органические соединения до более простых.

Паразитизм и микосимбиотрофизм вторичны в своем появлении.

Переход к паразитизму происходил у отдельных групп грибов в ходе длительного эволюционного развития и сопровождался выработкой у них особых адаптаций (специальные ферменты, токсины, способность жить в условиях недостатка кислорода и т. д.).

Грибы способны осваивать практически любой субстрат органического происхождения, для разложения которого они имеют соответствующие ферменты.

Среди гидролитических ферментов грибов наибольшим разнообразием отличаются карбогидразы, т. е. ферменты, осуществляющие гидролиз углеводов — основных источников питания фитопатогенных грибов. У отдельных групп и видов грибов имеется набор специализированных ферментов, позволяющих им утилизировать такие субстраты, как лигнин, кератин, оптическое стекло, авиационное топливо и др.

Наиболее обширна группа сапротрофов, утилизирующих преимущественно растительный опад. Им противопоставляются паразиты, поселяющиеся на живых организмах, также преимущественно растениях.

Мицелий эндопаразитов распространяется внутри тканей пораженных органов растений: в межклетниках, в самих клетках. Эндопаразитизм наблюдается у подавляющего большинства фитопатогенных грибов. Эктопаразиты развивают мицелий  на поверхности тканей растений, посылая в клетки эпидермиса гаустории. Эктопаразитизм характерен для немногих грибов, в частности, для мучнисторосяных.

По образу жизни и степени паразитической активности различают:

Облигатные сапротрофы — способны поселяться и развиваться только на отмерших органических субстратах. Они хорошо растут на различных искусственных питательных средах. К ним относится большинство известных видов грибов.

Факультативные паразиты — это грибы, для которых обычным в природе является сапротрофный образ жизни. Однако при определенных условиях они способны переходить к паразитированию на живых, чаще всего ослабленных растениях. К этой группе относятся многие трутовые грибы.

Факультативные сапротрофы обычно паразитируют, но могут переходить и на сапротрофный способ питания. Обычно они развиваются в течение вегетации на живых растениях, а завершают свой цикл развития как сапротрофы, формируя половое спороношение на растительном опаде. К ним относятся возбудители пятнистостей листьев, парши, шютте и др.

Облигатные паразиты – обладают наивысшей степенью паразитической активностью, не способны к сапротрофизму и обитают только на живых организмах. Их крайне сложно выделять в чистую культуру на искусственных средах.

Сюда относятся мучнисторосяные, тафриновые, большинство ржавчинных грибов.

Перечисленные ниже экологические группы грибов, приуроченных к определенному субстрату, могут объединять представителей смых разных таксонов. Однако отметим некоторые таксоны и группы порядков грибов, которые чаще других осваивают тот или иной субстрат.

Ксилотрофами называют грибы, поселяющиеся как на отмершей древесине (ксилосапротрофы ), так и на живых деревьях (ксилопаразиты ). Наиболее обычные представители этой экологической группы – афиллофороидные базидиомицеты (особенно трутовые), среди аскомицетов к древесине приурочены виды разных таксонов.

Следует в целом отметить относительное обилие паразитических форм в отделе аскомикота, способных к поражению разных органов как древесных, так и травянистых растений. При этом микоризообразователей среди аскомицетов сравнительно мало.

Почвенные сапротрофы  являются важнейшими обитателями почв. В этой группе значительна доля дейтеромицетов (анаморф, как правило, аскомицетов) и зигомицетов.

Подстилочные сапротрофы утилизируют листовой, веточный опад, травяную ветошь. В этой группе встречаются грибы самых разных таксонов, особенно часто – агарикоидные базидиомицеты.

Карботрофы – заселяют обугленный субтрат.

Копротрофы – поселяются на экскрементах животных. Осваивать такие своеобразные субстраты способны сравнительно немногие группы грибов, чаще всего аскомицетов.

Грибы-паразиты животных – способны поражать практически всех представителей животного мира, но наиболее часто микозами страдают беспозвоночные. Возбудителями микозов чаще всего являются опять-таки аскомицеты.

Отдельно выделяют группу энтомотрофов – грибов, поражающих насекомых. В основном это аскомицеты, некоторые зигомицеты и грибоподобные организмы.

Представители грибоподобных организмов, особенно оомицеты, хитридиомицеты и некоторые другие, способны поражать и водных животных, и водоросли.

Грибы способны паразитировать и на грибах, однако группа подобных микофилов довольно мала.

Грибы-симбиотрофы – образуют симбиоз с растениями или (реже) животными.

Микоризообразователи – образуют симбиоз корня растения и мицелия гриба. Различают эктомикоризу, при образовании которой гифы формируют чехол на поверхности корня, и эндомикоризу с гифами, находящимися частично в клетках и межклетниках корня, частично вокруг него.

Переходным типом является экто-эндотрофная микориза. Практически полностью микотрофными группами являются базидиомицеты порядков сыроежковые и болетовые. Микотрофны и представители многих других порядков базидиомицетов.

Важными микоризообразователями являются гломеромицеты (входят в отдел зигомикота).

Эндофитные грибы – аскомицеты семейства спорыньевых, живущие в  стеблях пастбищных злаков. Особенности биологии и экологии этой группы грибов еще недостаточно изучены, в сосуществовнии их с растениями отмечаются черты и взаимовыгодного симбиоза, и паразитизма.

Некоторые из них способны регулировать развитие растений, тормозя образование генеративных органов.  Другие не оказывают явного патогенного влияния и даже повышают устойчивость растений к засухе, увеличивают прирост их вегетативной массы.

Наблюдается также вырабатывание алкалоидов, защищающих растения от выедания животными.

Грибы-симбионты животных образуют относительно немногочисленную группу. К примеру, некоторые из них способствуют перевариванию целлюлозы в кишечнике растительноядных животных.



Источник: http://biofile.ru/bio/15675.html