ПСИХРОФИЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В психрофилен са подвид на екстремофили характеризират с ниска издържат на температури, обикновено между -20 ° С и 10 ° С, и постоянно заемат студени местообитания. Тези организми обикновено са бактерии или археи, но има метазои като лишеи, водорасли, гъби, нематоди и дори насекоми и гръбначни животни.

Студената среда доминира в биосферата на Земята и е колонизирана от изобилни и разнообразни микроорганизми, които играят потенциално критична роля в глобалните биогеохимични цикли.

Lichen Xanthoria elegans е добре известен психрофил, който може да фотосинтезира при температури до -24 ° C. Снимка, направена в Алберта, Канада. Източник: Джейсън Холингер чрез

Освен да издържат на ниски температури, психрофилните организми трябва да бъдат адаптирани и към други екстремни условия, като високо налягане, високи концентрации на сол и висока ултравиолетова радиация.

Характеристики на психрофилните организми

местообитанията

Основните местообитания на психрофилните организми са:

-Полярна морска среда.

-Банк или морски лед.

-Полярна земна среда.

-Лекове на голяма надморска височина и ширина.

-Подледни езера.

-Сладни алпийски региони.

-Повърхности на ледници.

-Полярни пустини.

-Дълбок океан.

Приспособления

Психрофилите са защитени от замръзване от различни адаптации. Една от тях е гъвкавостта на техните клетъчни мембрани, която постигат чрез включване на високо съдържание на къси и ненаситени мастни киселини в структурите на липидните им мембрани.

Ефектът от включването на тези мастни киселини е намаляването на точката на топене, увеличавайки в същото време неговата течливост и устойчивост.

Друга важна адаптация на психрофилите е синтезът на антифризни протеини. Тези протеини поддържат телесната вода в течно състояние и защитават ДНК, когато температурите паднат под точката на замръзване на водата. Те също така предотвратяват появата на лед или прекристализация.

Видове психрофили и примери

Едноклетъчни организми

Разнообразието от едноклетъчни психрофили е много голямо, сред тях можем да споменем членове на повечето бактериални родове: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 и Planctomycetes.

Освен това в Арктика, Антарктика и алпийски криокони са открити протеобактерии и Verrucomicrobia. Те са открити и в Гренландия, Канада, Тибет и Хималаите.

Сред психрофилните цианобактерии откриваме Leptolvngbva, Phormidium и Nostoc. Други често срещани родове са едноклетъчната Aphanothece, Chroococcus и Charnaesiphon, и нишковидните Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium и Plectonerna.

Многоклетъчни организми

Сред психрофилните насекоми можем да назовем род Diamesa от Хималаите (Непал), който остава активен, докато достигне температура от -16 ° C.

Открит е и безкрил комар, Белгия Антарктида, дълъг 2–6 мм, ендемичен за Антарктида. Това е единственото насекомо на континента, а също и единственото изключително сухоземно животно.

Фигура 2. Аптеричен комар Belgica antarctica, ендемично насекомо от Антарктида. Източник: Tasteofcrayons, от Wikimedia Commons

Гръбначните животни също могат да бъдат психрофили. Някои примери включват малък брой жаби, костенурки и змия, които използват замразяването на извънклетъчната вода (вода извън клетките) като стратегия за оцеляване, за да защитят клетките си през зимата.

Антарктическата нематода Panagrolaimus davidi може да оцелее междуклетъчното замръзване на водата и впоследствие да се размножи и да се размножи.

Също така рибите от семейство Channichthyidae - които живеят в студените води на Антарктида и Южна Южна Америка - използват протеини против замръзване, за да предпазят клетките си от пълно замръзване.

Температури на растеж и психрофилни организми

Максималната температура на растеж (T _max) на организма е най-високата, която той може да понася. Докато оптималната температура (T _opt) за растеж е тази, при която организмът расте по-бързо.

Всички организми, които оцеляват и процъфтяват в среда с ниска температура, обикновено се считат за психрофили. Както знаем обаче, терминът психрофил трябва да се прилага само за онези организми, чиято T _max е 20 ° C (тоест те не могат да оцелеят при по-високи температури).

Микроорганизмите са изолирани от много студени райони, които могат да растат в лабораторни условия при температури над 20 ° C, което показва, че въпреки че са адаптирани към ниски температури, те не трябва да се считат за психрофили. Тези микроорганизми се наричат ​​"мезотолерантни", тоест те понасят средни температури.

Метанококоиди буртонии

Sphingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensis е бактерия, изолирана от морските води на северното полукълбо, където преобладават температури от 4 - 10 ° C. От друга страна, халоархеите, които са археи, които обитават води, силно наситени със сол, растат при температура -20 ° C.

Въпреки че има висока популация в естествените си местообитания, нито един от тези микроорганизми не може да бъде култивиран в лабораторията при температура под 4 ° C.

На свой ред, S. alaskensis има T _max от 45 ° C и халоархеята може да расте при температури над 30 ° C, така че те не биха могли да се считат за психрофилни. Популациите им обаче са добре адаптирани и са много обилни в изключително студени райони.

От горното можем да предположим, че има и други ограничаващи фактори на околната среда, които влияят на оцеляването на тези организми в естествените им местообитания, а температурата не е фактор с най-голямо тегло.

Биотехнологични приложения

Ензимите на психрофилните организми се характеризират с висока активност при ниски и умерени температури. В допълнение, тези ензими имат лоша термична стабилност.

Поради тези характеристики ензимите на психрофилните организми са много привлекателни за приложение в различни процеси в хранително-вкусовата промишленост, медицината, молекулярната биология, във фармацевтичната индустрия, наред с други.

Препратки

1. Cavicchioli, R. (2015). На концепцията за психрофил. Сп. ISME, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. и Deming, JW (2008). Ролята на екзополимерите в микробната адаптация към морския лед. In: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. and Gerday, C. reds) Психрофили: от биоразнообразие до биотехнологии. Springer-Verlag, Берлин, Германия, pp. 247-264.
3. Кохшима, С. (1984). Новостно студоустойчиво насекомо, открито в хималайски ледник. Природа, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Маргезин, Р. (редактор). (2017). Психрофили: от биоразнообразие до биотехнологии. Второ издание. Springer Verlag, Хайделберг, Германия. стр. 685.
5. Митева, В. (2008). Бактерии в сняг и лед. В: Margesin, R. and Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer Verlag, Хайделберг, Германия, pp. 31-50.
6. Цена, PB (2000). Местообитание за психрофили в дълбок антарктически лед. Трудове на Националната академия на науките на Съединените американски щати 97, 1247-1251.