Termofil karakteristik, klasifikasi dan lingkungan



itu termofil adalah subtipe organisme ekstrofil yang ditandai dengan mentolerir suhu tinggi, antara 50 ° C dan 75 ° C, baik karena di lingkungan yang ekstrem ini, nilai suhu ini dipertahankan, atau karena mereka sering dicapai.

Organisme termofilik biasanya bakteri atau archaea, namun ada metazoa (organisme eukariotik yang heterotrofik dan jaringan), yang juga berkembang di tempat panas..

Organisme laut juga diketahui bahwa, terkait dengan simbiosis dengan bakteri termofilik, dapat beradaptasi dengan suhu tinggi ini dan bahwa mereka juga mengembangkan mekanisme biokimia seperti modifikasi hemoglobin, volume darah tinggi, antara lain, yang memungkinkan mereka untuk mentolerir toksisitas sulfida dan senyawa. belerang.

Dipercayai bahwa prokariota termofilik adalah sel-sel sederhana pertama dalam evolusi kehidupan dan bahwa mereka menghuni tempat-tempat dengan aktivitas gunung berapi dan geyser di lautan..

Contoh dari jenis organisme termofilik adalah yang hidup di dekat lubang hidrotermal atau fumarol di dasar lautan, seperti bakteri metanogenik (penghasil metana) dan annelida. Riftia pachyptila.

Habitat utama tempat termofil dapat ditemukan adalah:

  • Lingkungan hidrotermal terestrial.
  • Lingkungan hidrotermal laut.
  • Gurun panas.

Indeks

  • 1 Karakteristik organisme termofilik
    • 1.1 Ciri khas organisme termofilik
  • 2 Klasifikasi organisme termofilik
  • 3 Organisme termofilik dan lingkungannya
    • 3.1 Lingkungan hidrotermal terestrial
    • 3.2 Contoh organisme yang menghuni lingkungan hidrotermal terestrial
    • 3.3 Bakteri
    • 3.4 Lengkungan
    • 3.5 Eukariota
    • 3.6 Lingkungan hidrotermal laut
    • 3.7 Contoh fauna yang terkait dengan lingkungan hidrotermal laut
    • 3.8 Gurun panas
    • 3.9 Jenis gurun
    • 3.10 Contoh organisme gurun termofilik
  • 4 Referensi

Karakteristik organisme termofilik

Suhu: faktor abiotik penting untuk perkembangan mikroorganisme

Suhu adalah salah satu faktor lingkungan utama yang mengkondisikan pertumbuhan dan kelangsungan hidup makhluk hidup. Setiap spesies memiliki kisaran suhu di mana ia dapat bertahan hidup, namun memiliki pertumbuhan dan perkembangan yang optimal pada suhu tertentu.

Tingkat pertumbuhan setiap organisme dapat dinyatakan secara grafis versus suhu, memperoleh nilai yang sesuai dengan suhu kritis kritis (minimum, optimal dan maksimum)..

Suhu minimum

Dalam suhu minimum pertumbuhan suatu organisme, penurunan fluiditas membran seluler terjadi dan proses transportasi dan pertukaran bahan, seperti masuknya nutrisi dan keluarnya zat beracun dapat berhenti.

Antara suhu minimum dan suhu optimal, laju pertumbuhan mikroorganisme meningkat.

Suhu optimal

Pada suhu optimal, reaksi metabolisme terjadi dengan efisiensi maksimum yang dimungkinkan.

Suhu maksimum

Di atas suhu optimal, ada penurunan laju pertumbuhan ke suhu maksimum yang dapat ditoleransi oleh setiap organisme.

Pada suhu tinggi ini protein struktural dan fungsional didenaturasi dan dinonaktifkan sebagai enzim, karena mereka kehilangan konfigurasi geometris dan konfigurasi spasial tertentu, membran sitoplasma rusak dan lisis termal atau pecah terjadi karena panas.

Setiap mikroorganisme memiliki suhu operasi dan pengembangan minimum, optimal, dan maksimum. Termofil memiliki nilai yang sangat tinggi pada ketiga suhu ini.

Ciri khas organisme termofilik

  • Organisme termofilik memiliki tingkat pertumbuhan yang tinggi, tetapi waktu hidup yang singkat.
  • Mereka memiliki banyak lemak atau lemak jenuh rantai panjang di membran sel mereka; lemak jenuh jenis ini mampu menyerap panas dan masuk ke kondisi cair pada suhu tinggi (meleleh), tanpa dihancurkan.
  • Protein struktural dan fungsionalnya sangat stabil terhadap panas (termostabil), melalui ikatan kovalen dan gaya antarmolekul khusus yang disebut gaya dispersi London..
  • Mereka juga memiliki enzim khusus untuk menjaga fungsi metabolisme pada suhu tinggi.
  • Diketahui bahwa mikroorganisme termofilik ini dapat menggunakan sulfida dan senyawa sulfur yang melimpah di daerah vulkanik, sebagai sumber nutrisi untuk mengubahnya menjadi bahan organik..

Klasifikasi organisme termofilik

Organisme termofilik dapat dibagi menjadi tiga kategori besar:

  • Termofil sedang, (optimal antara 50-60 ° C).
  • Termofil ekstrim (mendekati 70 ° C).
  • Hyperthermophiles (mendekati mendekati 80 ° C).

Organisme termofilik dan lingkungannya

Lingkungan hidrotermal terestrial

Situs hidrotermal secara mengejutkan umum dan tersebar luas. Mereka secara luas dapat dibagi menjadi yang berhubungan dengan daerah vulkanik dan yang tidak..

Lingkungan hidrotermal yang menghadirkan suhu tertinggi biasanya dikaitkan dengan fitur vulkanik (boiler, patahan, batas lempeng tektonik, cekungan busur posterior), yang memungkinkan magma naik ke kedalaman di mana ia dapat berinteraksi langsung dengan air tanah dalam.

Titik-titik panas juga sering disertai dengan karakteristik lain yang menyulitkan kehidupan, seperti pH, bahan organik, komposisi kimia, dan salinitas ekstrim..

Penghuni lingkungan hidrotermal terestrial, karena itu, bertahan hidup di hadapan beberapa kondisi ekstrem. Organisme ini dikenal sebagai polyextramophiles.

Contoh organisme yang menghuni lingkungan hidrotermal terestrial

Organisme yang termasuk dalam tiga domain (eukariota, bakteri dan archaea) telah diidentifikasi di lingkungan hidrotermal terestrial. Keragaman organisme ini ditentukan terutama oleh suhu.

Sementara beragam spesies bakteri mendiami lingkungan termofilik sedang, fotoautotrof dapat mendominasi komunitas mikroba dan membentuk struktur "tikar" atau "karpet" makroskopis..

Ini "karpet fotosintesis" hadir pada permukaan sebagian besar mata air termal netral dan alkali (pH lebih besar dari 7,0) pada suhu antara 40-71 ° C, dengan cyanobacteria didirikan sebagai produsen dominan utama.

Di atas 55 ° C, karpet fotosintesis didominasi oleh cyanobacteria uniseluler seperti Synechococcus sp.

Bakteri

Karpet mikroba fotosintetik juga dapat secara dominan dihuni oleh bakteri dari genera Chloroflexus dan Roseiflexus, kedua anggota ordo Chloroflexales.

Ketika mereka dikaitkan dengan cyanobacteria, spesies Chloreflexus dan Roseiflexus tumbuh secara optimal dalam kondisi photoheterotrophic.

Jika pH asam, genus umum terjadi Acidiosphaera, Acidifilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium dan Termodesulfator.

Dalam sumber hipertermofilik (antara 72-98 ° C) diketahui bahwa fotosintesis tidak terjadi, yang memungkinkan dominasi bakteri chemolithoautotrophic.

Organisme ini termasuk dalam filum Aquificae dan bersifat kosmopolitan; dapat mengoksidasi hidrogen atau sulfur molekul dengan oksigen sebagai akseptor elektron dan memperbaiki karbon melalui jalur pereduksi asam tricarboxylic (rTCA).

Lengkungan

Mayoritas archaea yang dibudidayakan dan tidak dibudidayakan diidentifikasi dalam lingkungan termal netral dan alkali milik filum Crenarchaeota.

Spesies suka Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans o Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, berkembang biak di bawah 77 ° C dan Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Agregans Ignisphaera, dalam sumber dengan suhu lebih dari 80 ° C.

Di lingkungan asam, ada arkaea genera: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium dan Galdivirga.

Eukariota

Di dalam eukariota sumber netral dan alkali dapat dikutip Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia dan Oramoeba funiarolia.

Dalam sumber asam Anda dapat menemukan genre: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium o Galdieria.

Lingkungan hidrotermal laut

Dengan suhu mulai dari 2 ° C hingga lebih dari 400 ° C, tekanan lebih dari beberapa ribu pound per inci persegi (psi), dan konsentrasi tinggi hidrogen sulfida beracun (pH 2,8), ventilasi hidrotermal laut dalam adalah mungkin lingkungan paling ekstrem di planet kita.

Dalam ekosistem ini, mikroba berfungsi sebagai penghubung terendah dalam rantai makanan, memperoleh energinya dari panas geotermal dan bahan kimia yang ditemukan di kedalaman pedalaman Bumi..

Contoh fauna yang terkait dengan lingkungan hidrotermal laut

Fauna yang terkait dengan sumber atau ventilasi ini sangat bervariasi, dan hubungan yang ada antara berbagai taksa belum sepenuhnya dipahami.

Di antara spesies yang telah diisolasi adalah bakteri dan archaea. Misalnya, archaea dari genus telah diisolasi Methanococcus, Methanopyus dan bakteri termofilik anaerob dari genus Caminibacter.

Bakteri berkembang dalam biofilm yang memakan banyak organisme seperti amphipoda, copepoda, siput, kepiting udang, cacing tubular, ikan, dan gurita.

Panorama umum terdiri dari akumulasi kerang, Bathymodiolus thermophilus, lebih dari 10 cm, yang meringkuk di celah-celah lava basaltik. Ini biasanya disertai oleh banyak kepiting Galapagos (Munidopsis subsquamosa).

Salah satu organisme paling tidak biasa yang ditemukan adalah cacing tubular Riftia pachyptila, yang dapat dikelompokkan dalam jumlah besar dan mencapai ukuran hampir 2 meter.

Cacing tubular ini tidak memiliki mulut, lambung, atau anus (yaitu, mereka tidak memiliki sistem pencernaan); mereka adalah tas yang benar-benar tertutup, tanpa ada celah ke lingkungan luar.

Warna merah terang pena di ujungnya disebabkan oleh adanya hemoglobin ekstraseluler. Hidrogen sulfida diangkut melalui membran sel yang terkait dengan filamen pena ini, dan melalui hemoglobin ekstraseluler, ia mencapai "jaringan" khusus yang disebut trofosom, yang seluruhnya terdiri dari bakteri chemosintetik simbiotik.

Dapat dikatakan bahwa cacing ini memiliki "kebun" internal bakteri yang memakan hidrogen sulfida dan menyediakan "makanan" untuk cacing, adaptasi yang luar biasa.

Gurun panas

Gurun panas mencakup antara 14 dan 20% permukaan bumi, sekitar 19-25 juta km.

Gurun terpanas, seperti Sahara di Afrika Utara dan gurun di Barat Daya AS, Meksiko, dan Australia, ditemukan di seluruh daerah tropis di belahan bumi utara dan belahan bumi selatan (antara sekitar 10 ° dan 30- belahan bumi). 40 ° lintang).

Jenis-jenis gurun

Karakteristik yang menentukan dari gurun panas adalah kegersangan. Menurut klasifikasi iklim Koppen-Geiger, gurun adalah daerah dengan curah hujan tahunan kurang dari 250 mm..

Namun, curah hujan tahunan dapat menjadi indeks yang menyesatkan, karena kehilangan air merupakan faktor penentu dalam anggaran air.

Dengan demikian, definisi gurun Program Lingkungan Perserikatan Bangsa-Bangsa adalah defisit kelembaban tahunan dalam kondisi iklim normal, di mana potensi evapotranspirasi (PET) lima kali lebih besar daripada curah hujan yang sebenarnya (P).

PET tinggi berlaku di gurun panas karena, karena kurangnya tutupan awan, radiasi matahari mendekati maksimum di daerah gersang.

Gurun dapat dibagi menjadi dua jenis sesuai dengan tingkat kegersangannya:

  • Hyperáridos: dengan indeks kegersangan (P / PET) kurang dari 0,05.
  • Agregat: dengan indeks antara 0,05 dan 0,2.

Gurun dibedakan dari lahan gersang kering (P / PET 0.2-0.5) dan lahan kering sub-lembab kering (0.5-0.65).

Gurun memiliki karakteristik penting lainnya, seperti variasi suhu yang kuat dan salinitas tinggi dari tanah mereka.

Di sisi lain, gurun biasanya dikaitkan dengan bukit pasir dan pasir, namun, gambar ini hanya sesuai dengan 15-20% dari semuanya; lanskap berbatu dan pegunungan adalah lingkungan gurun yang paling sering.

Contoh-contoh organisme termofilik gurun

Penduduk gurun, yang termofil, memiliki serangkaian adaptasi untuk menghadapi kesulitan yang timbul dari kurangnya hujan, suhu tinggi, angin, salinitas, antara lain..

Pabrik xerophite telah mengembangkan strategi untuk menghindari transpirasi dan menyimpan air sebanyak mungkin. Sukulen atau penebalan batang dan daun, adalah salah satu strategi yang paling banyak digunakan.

Hal ini terbukti dalam keluarga Cactaceae, di mana daunnya juga telah dimodifikasi dalam bentuk duri, baik untuk menghindari evapotranspirasi dan mengusir herbivora.

Jenis kelamin Lithops atau tanaman batu, yang berasal dari gurun Namibia, juga mengembangkan sukulen, tetapi dalam hal ini tanaman tersebut tumbuh di permukaan tanah, menyamarkan dirinya dengan batu-batu di sekitarnya..

Di sisi lain, hewan yang hidup di habitat ekstrem ini mengembangkan semua jenis adaptasi, dari fisiologis hingga etologis. Sebagai contoh, apa yang disebut tikus kangguru menghadirkan kencing volume rendah, volume rendah, dan hewan-hewan ini sangat efisien dalam lingkungan mereka yang langka air..

Mekanisme lain untuk mengurangi kehilangan air adalah peningkatan suhu tubuh; misalnya, suhu tubuh unta yang beristirahat dapat meningkat di musim panas dari sekitar 34 ° C hingga lebih dari 40 ° C.

Variasi suhu sangat penting dalam konservasi air, karena hal-hal berikut:

  • Peningkatan suhu tubuh berarti bahwa panas disimpan di dalam tubuh alih-alih menghilang melalui penguapan air. Kemudian, pada malam hari, panas berlebih bisa dikeluarkan tanpa air.
  • Keuntungan panas dari lingkungan yang panas berkurang, karena gradien suhu berkurang.

Contoh lain adalah tikus pasir (Psammomys obesus), yang telah mengembangkan mekanisme pencernaan yang memungkinkan mereka untuk memberi makan hanya pada tanaman padang pasir dari keluarga Chenopodiaceae, yang mengandung banyak garam di daun.

Adaptasi etologis (perilaku) hewan gurun banyak, tetapi mungkin yang paling jelas menyiratkan bahwa siklus aktivitas-istirahat terbalik.

Dengan cara ini, hewan-hewan ini menjadi aktif saat matahari terbenam (aktivitas malam hari) dan berhenti pada waktu fajar (istirahat siang hari), kehidupan aktif mereka tidak bertepatan dengan jam terpanas..

Referensi

  1. Baker-Austin, C. dan Dopson, M. (2007). Hidup dalam asam: pH homeostasis pada asidofil. Tren dalam Mikrobiologi 15, 165-171.
  2. Berry, JA. dan Bjorkman, 0. (1980). Respon fotosintesis dan adaptasi terhadap suhu pada tanaman tingkat tinggi. Tinjauan Tahunan Fisiologi Tumbuhan 31, 491-534.
  3. Brock, T.D. (1978). Mikroorganisme Termofilik dan Kehidupan pada Suhu Tinggi. Springer-Verlag, New York, 378 hlm.
  4. Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, C.A. dan Mondaca, A.M. (2009), Isolasi bakteri pengoksidasi arsenit dari biofilm alami yang terkait dengan batuan vulkanik di Gurun Atacama, Chili. Jurnal Mikrobiologi Dasar 49, 93-97.
  5. Cary, C.S., Shank, T. dan Stein, J. (1998). Cacing berjemur dalam suhu ekstrem. Alam 391, 545-546.
  6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. and Childress, J.J. (1992). Beberapa suka panas ... dan beberapa suka bahkan lebih panas. Alam 359, 593-594.
  7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. dan Kappen, L. (1975). Mekanisme adaptif pada tanaman gurun. Dalam: Vemberg, F.J. (ed.) Adaptasi Fisiologis untuk Lingkungan. Intext Press, Platteville, LISA, hlm. 111-129.
  8. Gibson, A.C. (1996). Hubungan Struktur-Fungsi Tanaman Gurun Hangat. Springer, Heidelberg, Jerman, 216 hlm.
  9. Gutterman, Y. (2002). Strategi Kelangsungan Hidup Tanaman Gurun Tahunan. Springer, Berlin, Jerman, 368 hlm.
  10. Lutz, R.A. (1988). Penyebaran organisme di ventilasi hidrotermal laut dalam: review. Oceanologica Act 8, 23-29.
  11. Lutz, R.A., Shank, T.M., Fornari, D.J., Haymon, R.M., Lilley, M.D., Von Damm, K.L. dan Desbruyeres, D. (1994). Pertumbuhan cepat di ventilasi laut dalam. Alam 371, 663-664.
  12. Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. dan Cerrato, R.M. (1981). Pertumbuhan bivalvia di ventilasi hidrotermal laut dalam di sepanjang Galapagos Rift. Sains 214, 911-913.
  13. Noy-Meir I. (1973). Ekosistem gurun: lingkungan dan produsen. Tinjauan Tahunan Sistem Ekologis 4, 25-51.
  14. Wiegel, J. dan Adams, M.W.W. (1998). Termofil: kunci evolusi molekuler dan asal usul kehidupan. Taylor dan Francis, London, 346 hal.