Как Работят Екстремофилите

{h1}

Екстремофилите са организми, които живеят в "екстремни" среди. Научете защо екстремофилите са забележителни не само заради местообитанията им.

-Каква е идеалната ви среда? Слънчево, 72 градуса по Фаренхайт (22 градуса по Целзий) и лек бриз? Какво ще кажете да живеете в почти вряща вода, която е толкова кисела, че се яде чрез метал? Или пребиваване в кална, безкислородна супа, далеч по-солена от всеки океан? Ако сте екстремофил, това може да звучи перфектно.

Екстремофилите са организми, които живеят в "екстремни" среди. Името, използвано за първи път през 1974 г. в статия на учен на име Р. Д. Макълрой, буквално означава изключително обичащ [източник: Таунсенд]. Тези издръжливи същества са забележителни не само поради средата, в която живеят, но и защото много от тях не биха могли да оцелеят в уж нормална, умерена среда. Например микроорганизмът Ferroplasma aci-diphilum -изисква голямо количество желязо, за да оцелее, количества, които биха убили повечето други форми на живот. Подобно на други екстремофили, F. acidiphilum може да си припомни древно време на Земята, когато повечето организми са живели в тежки условия, подобни на тези, които сега са облагодетелствани от някои екстремофили, било то в дълбоководни отвори, гейзери или ядрени отпадъци.

-Екстремофилите не са само бактерии [източник: Център за научни ресурси]. Те произхождат от трите клона на трите системи за класификация на домейни: Archaea, Eubacteria и Eukaroyta. (Ще разгледаме по-нататък таксономията.) Така че екстремофилите са многообразна група и някои изненадващи кандидати - дрожди, например, се класират за членство. Те също не винаги са строго наричани екстремофили. Например халофил е наречен така, защото процъфтява в много солена среда.

Откриването на екстремофилите, започващо през 60-те години, накара учените да преоценят как е започнал животът на Земята. Множество видове бактерии са открити дълбоко под земята, район, считан преди това за мъртва зона (поради липса на слънчева светлина), но сега се разглежда като улика за произхода на живота. Всъщност по-голямата част от бактериите на планетата живеят под земята [източник: BBC News].

Тези специализирани скални екстремофили се наричат ​​ендолити (всички подземни бактерии са ендолити, но някои ендолити са небактериални организми). Учените спекулират, че ендолитите могат да абсорбират хранителни вещества, движещи се през скални вени или да съществуват в неорганична скална материя. Някои ендолити могат да бъдат генетично подобни на най-ранните форми на живот, които са се развили преди около 3,8 милиарда години. За сравнение, Земята е на около 4,5 милиарда години, а многоклетъчните организми се развиха сравнително наскоро в сравнение с едноклетъчния, микробен живот [източник: Dreifus].

В тази статия ще разгледаме как екстремофилите помагат в търсенето на произхода на живота; защо екстремофилите са полезни в индустриалната наука и защо екстремофилите могат да ни доведат до живот на други планети. Първо, нека разгледаме как са класифицирани екстремофилите.

Класификация на екстремофилите

Тези художници на едноклетъчни организми попадат в царството на Монера, домът на прокариотите.

Тези художници на едноклетъчни организми попадат в царството на Монера, домът на прокариотите.

-Всяка година изследователите откриват и назоват хиляди нови видове. През последните години микроорганизмите формираха важна част от този огромен растеж в откриването на видове. Около планетата са идентифицирани над 2 милиона вида, но някои експерти предполагат, че 100 милиона или повече може да съществуват [източник: Томпсън].

Но има повече за намиране на нови видове, отколкото да ги назоваваме и каталогизираме. А за сравняване на живи същества, нищо не бива добра система за класификация. Двата най-популярни метода в употреба са петте кралства и трите домейни системи. Създадени в края на 60-те години, петте царства разделят живота на Монера, царството на прокариоти (клетки, лишени от ядра и органели, свързани с мембрана), които включват бактерии, както и четири еукариотични (клетки с мембранно свързани ядра и органели) кралства: Protista, Гъбички, Планта и Анималия.

За кратко време петте царства като че ли добре обслужват учените. Но през 70-те години на миналия век учен на име Карл Уиз реши да класифицира организмите въз основа на генетични разлики, а не разлики във визуалния външен вид. Когато Уойс започнал своите усилия за класификация, той забелязал, че има разграничения между някои видове организми, които по-рано са били съединени като бактерии, защото всички те били прокариоти. Уийз откри, че бактериите и тази друга, дотогава неидентифицирана група организми вероятно са се разделили от обикновени прародители преди милиарди години. Мислейки, че тези други организми са заслужили собствената си категория, той раздели царството на Монера на прокариотите архаебактерии (по-късно наречен архибактерии) и еубактери, Третият му домейн беше запазен за еукариотни, Ще обясним тези термини след секунда.

-Уиски откриха, че много археи са екстремофили и смятат този факт за доказателство за тяхното древно произход ("архея" означава древно). -Археите са многообразна група от организми със собствен уникален тип рРНК, различна от бактериите-. (rRNA произвежда полипептиди, които помагат за образуването на протеини.) В много случаи екстремофилските археи са разработили механизми, свързани с клетъчните им мембрани, за да ги предпазят от враждебна среда.

Вторият домейн на еубактериите, meani-ng "истинските бактерии", са прокариоти, които са се развили по-скоро от археите. Тези бактерии са типовете, които са склонни да ни разболеят.

Широкият трети домейн на Woese, eukaryota, обхваща всичко, което има ядро ​​и може да бъде разделено на кралства като prostasta, гъби, plantae и анималии. Някои еукариоти също могат да се справят добре в екстремни среди.

Разглеждането на тези методи за класификация може да създаде объркване и дебат - коя система е по-добра? - но те също могат да осветят някои от важните разлики между екстремофилите и другите организми.

Преди да разгледаме някои от предпочитанията на екстремофилите в средата, ето списък с някои допълнителни имена, използвани за класифициране на специфични видове екстремофили:

  • Ацидофил: харесва кисела среда (ниско рН)
  • Алкалифил: харесва алкална среда (високо pH)
  • Анаеробни екстремофили: процъфтява в райони без кислород; някои не могат да растат там, където има кислород.
  • Криофил: обича изключително студени температури
  • Пиезофил / барофил: харесва високото налягане
  • Психрофил: процъфтява при ниски температури
  • Термофил: се справя добре при температури от 104 градуса по Фаренхайт (40 градуса по Целзий) или по-високи
  • Хипертермофил: цъфти при температури от 176 градуса по Фаренхайт (80 градуса по Целзий) или по-високи
  • Ксерофил: обича среда с малко вода

-На предишната страница споменахме халофили и ендолити. Има и метаногени, някои от които живеят в червата на кравите и произвеждат метан като страничен продукт. Токситолерантните екстремофили се справят добре при силно токсични условия като радиационната зона около ядрената зона на Чернобил.

Какъв е смисълът?

Карл Уиз нарече класификационните системи "произволни", но призна, че те помагат да разберем как живите същества се свързват помежду си [източник: Защо файловете]

Екстремни среди

В този кипящ гейзер в Националния парк Йелоустоун вероятно наблизо се крият някои екстремофили.

В този кипящ гейзер в Националния парк Йелоустоун вероятно наблизо се крият някои екстремофили.

-Аколната среда се нарича екстремна само във връзка с това, което е нормално за хората, но за екстремофил, техните предпочитани среди са "нормални". И извън Земята, условията, които правят живота възможен за хората, вероятно са редки. От своя страна, така наречените екстремни среди и екстремофилите, които ги населяват, могат да бъдат по-често срещани. Тук, на Земята, редица фактори могат да спечелят място с етикет "крайно", включително следното:

  • налягане
  • Нива на радиация
  • киселинност
  • температура
  • соленост
  • Липса на вода
  • Липса на кислород
  • Замърсители или токсини, оставени от хората (нефт, ядрени отпадъци, тежки метали)

-Запомнете също, че тези фактори понякога могат да бъдат екстремни по един от двата начина - т.е. много горещи или много студени, силно киселинни или силно алкални. Повечето организми, които виждаме или срещаме, съществуват при температури от 41 градуса по Фаренхайт (5 градуса по Целзий) до 104 градуса по Фаренхайт (40 градуса по Целзий), но екстремният живот е открит в ядрени реактори, пингвин гуано, вулкани, практически без кислород зони, невероятно солени райони като Голямото солено езеро на Юта и в храносмилателната система на много животни, включително насекоми [източник: Център за научно образование]. В един случай бактериите са намерени в лед в Аляска. Когато ледът се стопи, бактериите, които спят в продължение на десетки хиляди години, възобновяват дейността си, сякаш нищо не се е случило.

Езерото Унтерзее на Антарктида е чудесен пример за екстремна среда. Водата прелива от метан и има високо алкално pH, сравнимо с перилния препарат [източник: НАСА]. Учените от НАСА се интересуват особено от езерото, тъй като неговата отлична среда - много метан и студени температури - може да е подобна на тази на други планетни тела, като Луна Европа на Юпитер [източник: НАСА].

Хората предпочитат pH от 6,5 до 7,5, но ацидофилите процъфтяват на места с нива на pH, вариращи от 0 до 5. Човешкият стомах всъщност попада в тази категория и ние имаме някои екстремофили, живеещи в телата ни. По принцип ацидофилите оцеляват в кисела среда, като укрепват клетъчните си мембрани. Някои произвеждат биофилми (колонии от микроорганизми, които се агрегират, създавайки слузести, извънклетъчни защитни филми) или мастни киселини, които защитават клетъчните им мембрани. Други могат да регулират вътрешното си pH, за да го поддържат на по-умерено ниво от около 6,5.

Екстремофилите във високо алкална среда също успяват да регулират вътрешното pH и имат ензими, които могат да издържат на ефектите на висока алкалност. Един такъв екстремофил е Spirochaeta americana, бактерия, която живее в калните находища на езерото Моно в Калифорния и чието откриване е обявено през май 2003 г. S. americana се нуждае от алкално рН от 8,0 до 10,5 и е анаеробно, неспособно да живее в среда с кислород. Този екстремофил е една от 14-те известни спирохети. Спирохетите като отлагане на сярна кал и не разчитат на кислород. Например, Спирохета термофила живее близо до дълбоководни хидротермални отвори.

Калта на Mono Lake е алкална с рН 10, много солена и изпълнена със сулфиди. Езерото стана по този начин, защото е крайно езеро - водата тече вътре, но не и навън. Докато водата се изпарява, химикалите и минералите остават, като стават силно концентрирани. Други форми на живот са превърнали Mono Lake в дома, сред които саламури, скариди, водорасли и вид муха, които могат да създадат въздушни мехурчета за себе си, които му позволяват да пътува под вода. Езерото също е богато на микрофосили от миниатюрни организми.

-Много други забележителни екстремни среди също играят домакин на екстремофилите. Многобройните гейзери по света, включително някои в Сибир, имат екстремофили, които живеят в горещите си басейни и отвори. В Съединените щати Националният парк Йелоустоун има хиляди гейзери, извори и други геотермални характеристики, с различни нива на температура, киселинност и сяра и с много видове екстремофили. Рио Тинто, река в Испания, е пълен с тежки метали, защото регионът е домакин на минни операции от хиляди години. По същия начин, в Iron Mountain, в Северна Калифорния, има вода, толкова натоварена с тежки метали и киселини (странични продукти на добив), че може да яде през метална лопата за един ден. Но дори и тук, дълбоко в подземни мини, микробите от домейните на археите и еубактериите успяват да оцелеят страшно, използвайки биофилми както за защита, така и за усвояване на хранителни вещества.

Какво е рН?

Киселинността се измерва като pH: 0 е най-кисела, докато 14 е най-основна или алкална.

Поставяне на работа на Thermus Aquaticus и други екстремофили

D. radiodurans е по-труден от всеки човешки астронавт, който вероятно ще изпратим в космоса.Тези бактерии биха могли да оцелеят живот на друга планета.

D. радиодурани е по-трудно от всеки човешки астронавт, който вероятно ще изпратим в космоса. Тези бактерии биха могли да оцелеят живот на друга планета.

През 60-те години д-р Томас Брок, биолог, изследва бактериите в горещите извори на Националния парк Йелоустоун, когато се натъкна на нещо безпрецедентно. Бактериите, живеещи в района, процъфтяват при изключително високи температури. Новоименуваните Thermus aquaticus живеел във вода, която била близо 212 градуса по Фаренхайт (100 градуса по Целзий) - практически кипела.

T. aquaticus предостави основата за две революционни открития в биологията. Оказа се първата архея. (Не забравяйте, че археите са многообразна група от организми със собствен уникален тип рРНК, различна от бактериите.) Също толкова значим, този екстремофил произвежда ензим, известен като TAQ полимераза, която намери индустриално приложение в PCR (полимеразни верижни реакции). PCR позволява на учените да възпроизведат парче ДНК милиарди пъти за период от няколко часа и без този процес почти цялата работа, изискваща репликация на ДНК, от криминалистика до генетично тестване, не би била възможна.

Други екстремофили са се оказали полезни в индустриални и медицински научни изследвания, макар и вероятно никакви T. aquaticus, Учените са изследвали поне един екстремофил, който произвежда протеин, подобен на този, открит при хората. Изглежда, че този протеин играе роля при различни автоимунни заболявания и състояния като артрит. Ензимите от алкалифили се използват за приготвяне на препарати за пране и пране. Използват се и за премахване на космите от животински кожи. Друг алкалифил от Йелоустоун се използва за направата на хартия и обработката на отпадъците, защото произвежда протеин, който разгражда водородния пероксид.

-NASA изучава екстремофил, Deinococcus radiodurans, който е изключително устойчив на радиация. Този микроб може да издържи дози радиация с 500 процента по-високи, отколкото биха били смъртоносни за хората [източник: Biello]. Интересното е, че радиацията всъщност разгражда ДНК на микроба на парчета. Но в много случаи ДНК може отново да сглоби и да работи нормално. Това постига чрез отделяне на счупени части от ДНК, като се използва специален ензим, за да се прикрепи добра ДНК към други все още здрави парчета ДНК, и след това се създават допълнителни части, които да се свързват с тези новообразувани дълги нишки на ДНК. Разбиране как D. радиодурани може ли това да позволи на учените да върнат мъртвите клетки към живот. За НАСА, използването на тази устойчивост на ДНК може да предложи улики за изграждане на по-добри космически костюми или космически кораби.

-На следващата страница ще разгледаме как изследването на екстремофилите е променило търсенето на учените за живот извън Земята.

Учене от най-добрите

Най- E. coli бактерията има механизми за издържане на киселина, подобна на някои ацидофилни екстремофили.

Панспермия и астробиология

Засега бактериите изглеждат по-умели в космическото пътуване, отколкото ние. Тук учен премества част от растежа на бактериален биофилм върху повърхности по време на експеримента с космически полет (GOBSS). Ако само бактериите можеха да говорят!

Засега бактериите изглеждат по-умели в космическото пътуване, отколкото ние. Тук учен премества част от растежа на бактериален биофилм върху повърхности по време на експеримента с космически полет (GOBSS). Ако само бактериите можеха да говорят!

-панспермията е идеята, че примитивните форми на живот биха могли да пътуват между планетите и да оцелеят в пътуването. За някои от тях панспермията представлява възможен произход на Земята, тъй като микроби от други планети биха могли да пристигнат тук и да действат като предшественици на всички следващи развиващи се видове. Концепцията често се осмива като нереалистична и спекулативна, но няколко скорошни проучвания придадоха на Panspermia по-голяма достоверност.

Едно проучване установи, че някои бавноходки, микроскопични осемкраки безгръбначни, успяха да оцелеят, след като прекараха 10 дни, изложени на космическа и слънчева радиация. Между различните изследователски усилия учените са установили, че организмите, класифицирани като бактерии, лишеи и безгръбначни животни, са оцелели поне известно време, прекарано във вакуума на космоса. Известна защита от радиация, като например да сте на скала, изглежда помага на организмите да оцелеят в пътуването. Но където и да кацнат, тези космически пътешественици се нуждаят от среда, която ще им позволи да живеят и да растат.

Имайки предвид тези идеи, честно ли е да се каже, че ние хората може да сме извънземни? Една популярна теория за панспермия твърди, че земният живот е възникнал на Марс, който преди около 4,5 милиарда години е бил много по-гостоприемен за живота от нашата планета [източник: Брит]. Освен това, късното тежко бомбардиране, период на многобройни астероидни въздействия върху Земята и Марс, може да доведе до живот на Земята преди около 4 милиарда години. Но ако това е вярно - и много учени не смятат, че е така - животът почти сигурно не е идвал от други слънчеви системи или звезди. Разстоянията все още се считат за твърде големи, за да е оцелял животът.

Вместо доста далечна теория като панспермия, отговорите на нашия произход може да дойдат астробиологията, изследването на живота в цялата вселена. Астробиологията се опира до голяма степен на изследването на екстремофилите поради вярването, че форми на живот извън Земята може да пребивават в екстремни среди. Но астробиологията не е просто търсене на живот в други части на Вселената. Той също така разглежда основни въпроси за произхода на живота, за околната среда, която е благоприятна за живота, как се развива животът и границите на това, което животът може да търпи.

Централно за астробиологията е търсенето на първоначалния прародител на всички живи същества на Земята, най-различно наричан Последният универсален общ предшественик (LUCA), Последният общ предшественик (LCA) или Cenancestor. Учените смятат, че LUCA е бил екстремофил, който е живял преди повече от 3 милиарда години в сурова, анаеробна среда. Въпреки това, учените обсъждат и това, което е имало преди това, връщайки се назад във времето от организми, базирани на ДНК (като хора и LUCA), до такива, базирани на РНК, накрая до Първия жив организъм (FLO).

Но това търсене ни насочва към още по-основни въпроси: а именно какво е животът? (Свързана с тази идея, помислете: На 10 години ли сме от изкуствения живот? Търсим ли извънземни на грешни места?) Животът ли е само сноп от аминокиселини? По същия начин, кога точно Земята премина от химически свят към биологичен? Животът ли е нещо, което може да се повтори? Нещо, което може да се развие? При проучването на тези въпроси откъде идваме, екстремофилите, онези странни оцелели от нашето минало, със сигурност ще бъдат част от вълнуващото бъдеще на биологията.

-Ако искате да знаете повече за екстремофилите, търсенето на живот на други планети и други свързани теми, прегледайте връзките на следващата страница.


Видео Добавка: .




Изследване


Техеран Потъва Драматично И Може Да Бъде Твърде Късно Да Се Възстанови
Техеран Потъва Драматично И Може Да Бъде Твърде Късно Да Се Възстанови

Метеорологичните Крайности През 2012 Г. Могат Да Станат Норма (Op-Ed)
Метеорологичните Крайности През 2012 Г. Могат Да Станат Норма (Op-Ed)

Наука Новини


За Съжаление, Паяци: Морските Охлюви Правят Най-Силния Материал На Земята
За Съжаление, Паяци: Морските Охлюви Правят Най-Силния Материал На Земята

"Предозирането" На Упражнението Може Да Бъде Токсично За Сърцето

Проучване На Тийнейджъри Открива Родителите Наистина Главоболие
Проучване На Тийнейджъри Открива Родителите Наистина Главоболие

Галерия: Удивителното Богатство На Средновековна Африка
Галерия: Удивителното Богатство На Средновековна Африка

Рядкото Записване Улавя Айнщайн Да Говори За Музика И Атомната Бомба
Рядкото Записване Улавя Айнщайн Да Говори За Музика И Атомната Бомба


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com