ПСИХРОФИЛЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПЫ И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Психрофильным являются подтип экстремофилов характеризуются низким выдерживать температуры, как правило , между -20 ° C и 10 ° C, и постоянно занимают холодные среды обитания. Эти организмы обычно представляют собой бактерии или археи, однако есть многоклеточные животные, такие как лишайники, водоросли, грибы, нематоды и даже насекомые и позвоночные животные.

Холодная среда доминирует в биосфере Земли и заселена многочисленными и разнообразными микроорганизмами, которые играют потенциально важную роль в глобальных биогеохимических циклах.

Лишайник Xanthoria elegans - хорошо известный психрофил, который может фотосинтезировать при температуре до -24 ° C. Фотография сделана в Альберте, Канада. Источник: Джейсон Холлингер через https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

Помимо устойчивости к низким температурам, психрофильные организмы также должны быть адаптированы к другим экстремальным условиям, таким как высокое давление, высокая концентрация солей и высокое ультрафиолетовое излучение.

Характеристики психрофильных организмов

Местообитания

Основные места обитания психрофильных организмов:

-Полярная морская среда.

-Банк или морской лед.

-Полярная земная среда.

-Озеро большой высоты и широты.

-Подледниковые озера.

-Холодные альпийские регионы.

-Поверхности ледников.

-Полярные пустыни.

-Глубокий океан.

Адаптации

Психрофилы защищены от замерзания различными приспособлениями. Одним из них является гибкость их клеточных мембран, которой они достигают за счет включения высокого содержания коротких и ненасыщенных жирных кислот в структуры их липидных мембран.

Эффект от включения этих жирных кислот заключается в снижении температуры плавления, увеличивая в то же время его текучесть и сопротивление.

Еще одна важная адаптация психрофилов - это синтез антифризовых белков. Эти белки удерживают воду в организме в жидком состоянии и защищают ДНК, когда температура опускается ниже точки замерзания воды. Они также предотвращают образование льда или перекристаллизацию.

Типы психрофилов и примеры

Одноклеточные организмы

Разнообразие одноклеточных психрофилов очень велико, среди них мы можем упомянуть представителей большинства бактериальных линий: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 и Planctomycetes.

Кроме того, Proteobacteria и Verrucomicrobia были обнаружены в Арктике, Антарктике и в альпийских криоконусах. Они также были обнаружены в Гренландии, Канаде, Тибете и Гималаях.

Среди психрофильных цианобактерий мы находим Leptolvngbva, Phormidium и Nostoc. Другие общие роды - одноклеточные Aphanothece, Chroococcus и Charnaesiphon, а также нитчатые Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium и Plectonerna.

Многоклеточные организмы

Среди психрофильных насекомых мы можем назвать род Diamesa из Гималаев (Непал), который остается активным до тех пор, пока не достигнет температуры -16 ° C.

Встречается также бескрылый комар Belgica Antarctica длиной 2–6 мм, эндемичный для Антарктиды. Это единственное насекомое на континенте, а также единственное исключительно наземное животное.

Рис. 2. Аптерический комар Belgica antarctica, эндемичное насекомое Антарктиды. Источник: Tasteofcrayons, Wikimedia Commons.

Позвоночные животные тоже могут быть психрофилами. Некоторые примеры включают небольшое количество лягушек, черепах и змей, которые используют замораживание внеклеточной воды (воды вне клеток) в качестве стратегии выживания для защиты своих клеток зимой.

Антарктическая нематода Panagrolaimus davidi может выжить при замораживании внутриклеточной воды, а затем возобновить рост и размножение.

Кроме того, рыбы семейства Channichthyidae, обитающие в холодных водах Антарктиды и южной части Южной Америки, используют антифризы для защиты своих клеток от полного замерзания.

Температура роста и психрофильные организмы

Максимальная температура роста (T _max ) организма - самая высокая, которую он может выдержать. Оптимальная температура (T _opt ) для роста - это та, при которой организм растет быстрее.

Все организмы, которые выживают и процветают в низкотемпературной среде, обычно считаются психрофилами. Однако, как мы знаем, термин психрофил следует применять только к тем организмам, у которых T _max составляет 20 ° C (то есть они не могут выжить при более высоких температурах).

Из очень холодных мест были выделены микроорганизмы, которые могут расти в лабораторных условиях при температурах выше 20 ° C, что указывает на то, что, хотя они адаптированы к низким температурам, их не следует считать психрофилами. Эти микроорганизмы называют «мезотолерантными», то есть они хорошо переносят средние температуры.

Methanococcoides burtonii

Сфингопиксис аляскенсис

Sphingopyxis alaskensis - бактерия, выделенная из морских вод северного полушария, где преобладают температуры 4–10 ° C. С другой стороны, галоархеи, представляющие собой археи, населяющие воды, сильно насыщенные солью, растут при температуре -20 ° C.

Несмотря на наличие высоких популяций в естественной среде обитания, ни один из этих микроорганизмов нельзя было культивировать в лаборатории при температуре ниже 4 ° C.

В свою очередь, S. alaskensis имеет Т _макс. 45 ° C, а галоархеи могут расти при температуре выше 30 ° C, поэтому их нельзя считать психрофильными. Однако их популяции хорошо адаптированы и очень многочисленны в чрезвычайно холодных регионах.

Исходя из вышеизложенного, мы можем предположить, что существуют другие ограничивающие факторы окружающей среды, которые влияют на выживание этих организмов в их естественной среде обитания, и температура не является самым важным фактором.

Биотехнологические приложения

Ферменты психрофильных организмов отличаются высокой активностью при низких и умеренных температурах. Кроме того, эти ферменты обладают плохой термостойкостью.

Благодаря этим характеристикам ферменты психрофильных организмов очень привлекательны для применения в различных процессах в пищевой промышленности, медицине, молекулярной биологии, в фармацевтической промышленности, среди прочего.

Ссылки

1. Кавиккиоли, Р. (2015). О понятии психрофил. Журнал ISME, 10 (4), 793–795. DOI: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Крембс, К. и Деминг, Дж. У. (2008). Роль экзополимеров в адаптации микроорганизмов к морскому льду. В: Маргезин, Р., Ширмер, Ф., Маркс, Ж.-К. и Гердей, К. Редс) Психрофилы: от биоразнообразия к биотехнологии. Springer-Verlag, Берлин, Германия, стр. 247-264.
3. Кохшима, С. (1984). Новое холодостойкое насекомое, обнаруженное в гималайском леднике. Природа, 310 (5974), 225-227. DOI: 10.1038 / 310225a0
4. Маргесин Р. (редактор). (2017). Психрофилы: от биоразнообразия до биотехнологии. Второе издание. Springer Verlag, Гейдельберг, Германия. стр. 685.
5. Митева, В. (2008). Бактерии в снегу и льду. В: Маргесин, Р. и Ширмер, Ф. (ред.) Психрофилы: от биоразнообразия к биотехнологии. Springer Verlag, Гейдельберг, Германия, стр. 31-50.
6. Цена, ПБ (2000). Среда обитания психрофилов в глубоких антарктических льдах. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 97, 1247-1251.