Karakteristik, jenis, dan contoh Extremophiles



itu ekstrofil mereka adalah organisme yang hidup di lingkungan yang ekstrim, yaitu mereka yang menjauh dari kondisi di mana sebagian besar organisme yang dikenal manusia hidup..

Istilah "ekstrim" dan "ekstrimofil" relatif antroposentris, karena manusia mengevaluasi habitat dan penghuninya, tergantung pada apa yang dianggap ekstrem bagi keberadaan kita sendiri.

Oleh karena itu, apa yang mencirikan lingkungan ekstrem adalah bahwa ia menghadirkan kondisi yang tidak dapat ditoleransi bagi manusia mengenai suhu, kelembaban, salinitas, cahaya, pH, ketersediaan oksigen, tingkat toksisitas, antara lain..

Dari perspektif non-antroposentris, manusia bisa menjadi makhluk ekstrofil, tergantung pada organisme yang mengevaluasi mereka. Sebagai contoh, dari sudut pandang organisme anaerob yang ketat, di mana oksigen beracun, makhluk aerob (seperti manusia) akan menjadi ekstrimofil. Bagi manusia, sebaliknya, organisme anaerob adalah ekstrofil.

Indeks

  • 1 Asal usul istilah "extremophiles"
    • 1.1 R. D. Macelroy
  • 2 Karakteristik lingkungan ekstrem
  • 3 Jenis ekstrofil pada skala zoologi
    • 3.1 Organisme bersel tunggal
    • 3.2 Organisme multiseluler
    • 3.3 Poli-ekstrofil
  • 4 Jenis lingkungan ekstrem yang paling umum
    • 4.1 Lingkungan dingin yang ekstrem
    • 4.2 Lingkungan panas yang ekstrim
    • 4.3 Lingkungan dengan tekanan ekstrem
    • 4.4 Lingkungan asam dan basa yang ekstrim
    • 4.5 Lingkungan hipersalin dan anoksik
    • 4.6 Lingkungan radiasi tinggi
    • 4.7 Ujung antropogenik
  • 5 Transisi dan ecotone
  • 6 Hewan dan tumbuhan dengan beberapa tahapan atau fase
    • 6.1 Tanaman
    • 6.2 Hewan
  • 7 Referensi

Asal usul istilah "ekstrimofil"

Saat ini kami mendefinisikan sebagai "ekstrem" banyak lingkungan di dalam dan di luar planet Bumi dan kami terus-menerus menemukan organisme yang mampu, tidak hanya bertahan hidup, tetapi juga makmur secara luas di banyak dari mereka.

R. D. Macelroy

Pada tahun 1974, R. D. Macelroy mengusulkan istilah "extremophiles" untuk mendefinisikan organisme ini yang menghadirkan pertumbuhan dan perkembangan optimal dalam kondisi ekstrem, berbeda dengan organisme mesofilik, yang tumbuh di lingkungan dengan kondisi sedang..

Menurut Macelroy:

"Extremófilo adalah deskriptif untuk organisme yang mampu menghuni lingkungan yang bermusuhan dengan mesofil, atau organisme yang hanya tumbuh di lingkungan menengah".

Ada dua derajat dasar ekstremisme dalam organisme: mereka yang bisa mentolerir kondisi lingkungan yang ekstrim dan menjadi dominan di atas yang lain; dan mereka yang tumbuh dan berkembang secara optimal dalam kondisi ekstrim.

Karakteristik lingkungan ekstrem

Denominasi suatu lingkungan sebagai "ekstrem" merespons konstruksi antropogenik, berdasarkan pertimbangan ujung yang jauh dari garis dasar kondisi lingkungan tertentu (suhu, salinitas, radiasi, antara lain), yang memungkinkan kelangsungan hidup manusia.

Namun, denominasi ini harus didasarkan pada karakteristik tertentu dari suatu lingkungan, dari perspektif organisme yang menghuninya (bukan dari perspektif manusia).

Karakteristik ini meliputi: biomassa, produktivitas, keanekaragaman hayati (jumlah spesies dan representasi taksa yang lebih tinggi), keanekaragaman proses dalam ekosistem, dan adaptasi spesifik terhadap lingkungan organisme yang dimaksud..

Jumlah keseluruhan dari semua karakteristik ini menunjukkan kondisi ekstrim dari suatu lingkungan. Misalnya, lingkungan yang ekstrem adalah lingkungan yang umumnya menyajikan:

  • Biomassa dan produktivitas rendah
  • Dominasi bentuk kehidupan purba
  • Tidak adanya bentuk kehidupan yang superior
  • Tidak adanya fotosintesis dan fiksasi nitrogen tetapi ketergantungan pada jalur metabolisme lainnya dan adaptasi fisiologis, metabolik, morfologis dan / atau siklus hidup spesifik.

Jenis-jenis ekstrofil pada skala zoologi

Organisme uniseluler

Istilah extremophile sering merujuk pada prokariota, seperti bakteri, dan kadang-kadang digunakan secara bergantian dengan Archaea..

Namun, ada berbagai macam organisme ekstrofil dan pengetahuan kita tentang keanekaragaman filogenetik di habitat ekstrim meningkat hampir setiap hari..

Kita tahu, misalnya, bahwa semua penderita hipertermofil (suka panas) adalah anggota Archea dan Bakteri. Eukariota adalah umum di antara psikofil (pecinta dingin), acidofil (pecinta pH rendah), alkalofil (pecinta pH tinggi), xerofil (pecinta lingkungan kering) dan halofil (pecinta garam).

Organisme multiseluler

Organisme multiseluler, seperti hewan invertebrata dan vertebrata, juga bisa bersifat ekstrofil.

Sebagai contoh, beberapa psikrofil termasuk sejumlah kecil katak, kura-kura dan ular, yang selama musim dingin menghindari pembekuan intraseluler dalam jaringan mereka, mengumpulkan osmolytes dalam sitoplasma sel dan memungkinkan hanya pembekuan air ekstraseluler (eksternal ke sel).

Contoh lain adalah kasus nematoda Antartika Panagrolaimus davidi, yang dapat bertahan dari pembekuan intraseluler (pembekuan air di dalam sel Anda), dapat tumbuh dan bereproduksi setelah pencairan.

Juga ikan dari keluarga Channichthyidae, penghuni perairan dingin Antartika dan selatan benua Amerika, menggunakan protein antibeku untuk melindungi sel mereka dari pembekuan total..

Poli-ekstrofil

Poli-ekstrofil adalah organisme yang dapat bertahan lebih dari satu kondisi ekstrem pada saat yang sama, karena itu umum di semua lingkungan ekstrem.

Sebagai contoh, tanaman gurun yang bertahan baik dari panas ekstrem, ketersediaan air terbatas dan, seringkali, salinitas tinggi.

Contoh lain adalah hewan yang menghuni dasar laut, yang mampu menahan tekanan yang sangat tinggi, seperti kurangnya cahaya dan kekurangan nutrisi, antara lain..

Jenis lingkungan ekstrem yang paling umum

Ekstrem lingkungan tradisional didefinisikan berdasarkan faktor abiotik, seperti:

  • Suhu.
  • Ketersediaan air.
  • Tekanan.
  • pH.
  • Salinitas.
  • Konsentrasi oksigen.
  • Tingkat radiasi.

Demikian pula, ekstrimofil dijelaskan berdasarkan kondisi ekstrim yang mendukung.

Lingkungan ekstrem terpenting yang dapat kita kenali sesuai dengan kondisi abiotiknya adalah:

Lingkungan dingin yang ekstrem

Lingkungan dingin ekstrem adalah lingkungan yang dijaga atau sering jatuh untuk periode (pendek atau panjang) dari suhu di bawah 5 ° C. Ini termasuk kutub tanah, daerah pegunungan dan beberapa habitat laut dalam. Bahkan beberapa gurun yang sangat panas di siang hari memiliki suhu yang sangat rendah di malam hari.

Ada organisme lain yang hidup di cryosphere (di mana air berada dalam keadaan padat). Misalnya, organisme yang hidup dalam matriks es, lapisan es, di bawah lapisan salju permanen atau berkala, harus mentolerir banyak ekstrem, termasuk dingin, pengeringan dan radiasi tingkat tinggi..

Lingkungan panas ekstrem

Habitat yang sangat panas adalah habitat yang tetap atau secara berkala mencapai suhu di atas 40 ° C. Misalnya, gurun panas, situs geotermal, dan ventilasi hidrotermal air dalam.

Mereka sering dikaitkan dengan suhu tinggi yang ekstrem, lingkungan di mana air yang tersedia sangat terbatas (terus-menerus atau untuk periode waktu tertentu), seperti gurun yang dingin dan panas, dan beberapa habitat endolitik (yang terletak di dalam batu).

Lingkungan dengan tekanan ekstrem

Lingkungan lain mengalami tekanan hidrostatik yang tinggi, seperti zona bentik lautan dan danau yang dalam. Di kedalaman ini, penghuninya harus menahan tekanan di atas 1.000 atmosfer.

Atau, ada hipobarik ekstrem (tekanan atmosfer rendah), di pegunungan dan di daerah tinggi lainnya di dunia.

Lingkungan asam dan alkali yang ekstrim

Secara umum, lingkungan yang sangat asam adalah lingkungan yang mempertahankan atau secara teratur mencapai nilai di bawah pH 5.

PH rendah, khususnya, meningkatkan kondisi "ekstrem" dari suatu lingkungan, karena meningkatkan kelarutan logam yang ada dan organisme yang hidup di dalamnya harus disesuaikan untuk menghadapi beberapa abiotik ekstrem..

Sebaliknya, lingkungan yang sangat basa adalah lingkungan yang tetap atau secara teratur mendaftarkan nilai pH di atas 9..

Contoh lingkungan dengan pH ekstrim meliputi danau, air tanah, dan tanah, sangat asam atau basa.

Lingkungan hipersalin dan anoksik

Lingkungan hipersalin didefinisikan sebagai mereka yang konsentrasi garamnya lebih tinggi daripada air laut, yang memiliki 35 bagian per seribu. Lingkungan ini termasuk danau hipersalin dan asin.

Dengan "saline", kami tidak hanya mengacu pada salinitas oleh natrium klorida, karena mungkin ada lingkungan salin di mana garam yang lebih dominan berbeda..

Habitat dengan oksigen bebas terbatas (hipoksia) atau tidak ada oksigen (anoksik), baik secara terus-menerus atau secara berkala, juga dianggap ekstrem. Sebagai contoh, lingkungan dengan karakteristik ini akan menjadi cekungan anoksik di lautan dan danau, dan strata sedimen terdalam.

Lingkungan radiasi tinggi

Radiasi ultraviolet (UV) atau inframerah (IR) juga dapat menyebabkan kondisi ekstrem pada organisme. Lingkungan ekstrem dalam radiasi adalah lingkungan yang terpapar radiasi tinggi abnormal atau radiasi di luar kisaran normal. Misalnya, lingkungan kutub dan ketinggian tinggi (terestrial sebagai akuatik).

Phaeocystis pouchetii

Beberapa spesies menunjukkan mekanisme pengelakan radiasi UV atau IR tinggi. Misalnya saja rumput laut Antartika Phaeocystis pouchetii menghasilkan "tabir surya" yang larut dalam air, yang sangat menyerap panjang gelombang UV-B (280-320nm) dan melindungi sel-sel Anda dari tingkat UV-B yang sangat tinggi di 10m teratas kolom air (setelah pecahnya es laut).

Radioduran Deinococcus

Organisme lain sangat toleran terhadap radiasi pengion. Misalnya saja bakteri Radioduran Deinococcus dapat mempertahankan integritas genetiknya dengan mengganti kerusakan DNA yang luas setelah terpapar radiasi pengion.

Bakteri ini menggunakan mekanisme antar sel untuk membatasi degradasi dan membatasi difusi fragmen DNA. Selain itu, ia memiliki protein perbaikan DNA yang sangat efisien.

Astyanax hubbsi

Bahkan di lingkungan dengan radiasi rendah yang jelas atau tanpa radiasi, organisme ekstrofil diadaptasi untuk merespons perubahan tingkat radiasi.

Sebagai contoh, Astyanax hubbsi, ikan Meksiko buta yang menghuni gua, tidak menunjukkan struktur mata yang dangkal dan, bagaimanapun, dapat membedakan perbedaan kecil dalam cahaya sekitar. Mereka menggunakan fotoreseptor ekstraokular untuk mendeteksi dan merespons rangsangan visual dalam gerakan.

Antropogenik berakhir

Kami saat ini tinggal di lingkungan di mana kondisi lingkungan yang ekstrem diberlakukan, secara buatan dihasilkan sebagai dampak dari aktivitas manusia.

Lingkungan yang disebut dengan dampak antropogenik sangat bervariasi, memiliki jangkauan global dan tidak dapat lagi diabaikan ketika mendefinisikan lingkungan ekstrem tertentu..

Misalnya, lingkungan yang dipengaruhi oleh polusi (atmosfer, air dan tanah) - seperti perubahan iklim dan hujan asam -, ekstraksi sumber daya alam, gangguan fisik dan eksploitasi berlebihan.

Transisi dan ecotone

Selain lingkungan ekstrem yang disebutkan di atas, ahli ekologi terestrial selalu menyadari sifat khusus zona transisi antara dua atau lebih komunitas atau lingkungan yang beragam, seperti garis pohon di pegunungan atau batas antara hutan dan padang rumput. . Ini disebut sabuk ketegangan atau ecotone.

Ecotones juga ada di lingkungan laut, misalnya, transisi antara es dan air yang diwakili oleh tepi es laut. Zona transisi ini biasanya menunjukkan keanekaragaman spesies dan kepadatan biomassa yang lebih besar daripada komunitas yang mengapit, sebagian besar karena organisme yang hidup di dalamnya dapat mengambil keuntungan dari sumber daya lingkungan yang berdekatan, yang dapat memberi mereka keuntungan..

Namun, ecotone terus berubah dan daerah dinamis, yang sering menunjukkan kisaran variasi yang lebih luas dalam kondisi abiotik dan biotik selama periode tahunan daripada lingkungan yang berdekatan..

Ini secara wajar dapat dianggap "ekstrem", karena ia mensyaratkan bahwa organisme terus-menerus menyesuaikan perilaku, fenologi (waktu musiman) mereka, dan interaksi dengan spesies lain.

Spesies yang hidup di kedua sisi ecotone seringkali lebih toleran terhadap dinamika, sementara spesies yang jangkauannya terbatas di satu sisi, mengalami sisi lain sebagai ekstrim..

Secara umum, zona transisi ini juga sering menjadi yang pertama dipengaruhi oleh perubahan iklim dan / atau perubahan, baik alami maupun antropogenik..

Hewan dan tumbuhan dengan beberapa tahapan atau fase

Lingkungan tidak hanya dinamis, mereka juga bisa ekstrem atau tidak, tetapi organisme juga dinamis dan memiliki siklus hidup dengan tahapan yang berbeda, disesuaikan dengan kondisi lingkungan tertentu.

Dapat terjadi bahwa lingkungan yang mendukung salah satu tahapan dari siklus kehidupan suatu organisme adalah ekstrim untuk tahapan lainnya.

Tanaman

Misalnya, kelapa (Cocos nucifera), menyajikan benih yang disesuaikan untuk transportasi melalui laut, tetapi pohon dewasa tumbuh di darat.

Pada tanaman vaskular yang mengandung spora, seperti pakis dan berbagai jenis lumut, gametofit mungkin tidak memiliki pigmen fotosintesis, tidak berakar dan bergantung pada kelembaban lingkungan.

Sementara sporofit memiliki rimpang, akar dan kuncup yang tahan terhadap kondisi panas dan kering di bawah sinar matahari penuh. Perbedaan antara sporofit dan gametofit berada dalam urutan yang sama dengan perbedaan antara taksa.

Binatang

Contoh yang sangat dekat adalah tahap remaja dari banyak spesies, yang umumnya tidak toleran terhadap lingkungan yang biasanya mengelilingi dewasa, sehingga mereka biasanya membutuhkan perlindungan dan perawatan selama periode di mana mereka memperoleh keterampilan dan kekuatan yang mereka butuhkan. memungkinkan untuk berurusan dengan lingkungan ini.

Referensi

  1. Kohshima, S. (1984). Serangga toleran dingin yang ditemukan di gletser Himalaya. Alam 310, 225-227.
  2. Macelroy, R. D. (1974). Beberapa komentar tentang evolusi ekstrofil. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, H.J., Davidson, A.T. dan Kelly, G.J. (1991) UV-B melindungi senyawa di alga laut Pouchetti Phaeocystis dari Antartika. Biologi Kelautan 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Seratus tahun Dunaliella penelitian: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, L.J. dan Mancinelli, R.L. (2001). Hidup di lingkungan yang ekstrem. Alam 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. dan Zillig, W. (1995). Ringan pada pH sangat rendah. Alam 375, 741-742.
  7. Storey, K.B. dan Storey, J.M. (1996). Kelangsungan hidup beku alami pada hewan. Tinjauan Tahunan Ekologi dan Sistematika 27, 365-386.
  8. Teyke, T. dan Schaerer, S. (1994) Ikan gua Meksiko buta (Astyanax hubbsi) merespons rangsangan visual yang bergerak. Jurnal Biologi Eksperimental 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, P.I., Clark, M.L., Eland, S.C., Bowlus R.D. dan Somero, G.N. (1982). Hidup dengan tekanan air: evolusi sistem osmolyte. Sains 217, 1214-1222.