ПСИХРОФІЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Психрофільні є підтип екстремофіл характеризуються низьким витримувати температури, як правило , між -20 ° C та 10 ° C, і постійно займають холодні місця існування. Ці організми зазвичай є бактеріями або археями, проте є метазої, такі як лишайники, водорості, грибки, нематоди і навіть комахи та хребетні тварини.

Холодне середовище домінує в біосфері Землі і колонізується рясними та різноманітними мікроорганізмами, які відіграють потенційно важливу роль у глобальних біогеохімічних циклах.

Лишайник Xanthoria elegans - відомий психрофіл, який може фотосинтезувати при температурі до -24 ° C. Фотографія зроблена в Альберті, Канада. Джерело: Джейсон Холлінгер через https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

Крім витримки низьких температур, психрофільні організми також повинні бути адаптовані до інших екстремальних умов, таких як високий тиск, висока концентрація солей і висока ультрафіолетова радіація.

Характеристика психрофільних організмів

Проживання

Основними середовищами проживання психрофільних організмів є:

-Полярні морські середовища.

-Банк або морський лід.

-Полярні наземні середовища.

-Високи великої висоти та широти.

-Подівні озера.

-Холодні альпійські регіони.

-Поверхні льодовиків.

-Полярні пустелі.

-Глибокий океан.

Адаптації

Психрофіли захищені від замерзання різними пристосуваннями. Однією з них є гнучкість їх клітинних мембран, якої вони досягають, включаючи високий вміст коротких і ненасичених жирних кислот у структурах їх ліпідних мембран.

Ефектом включення цих жирних кислот є зниження температури плавлення, одночасно збільшуючи його плинність і стійкість.

Ще одна важлива адаптація психрофілів - синтез білків антифризу. Ці білки підтримують воду тіла у рідкому стані та захищають ДНК, коли температура опускається нижче температури замерзання води. Вони також запобігають виникненню льоду або перекристалізації.

Види психрофілів та приклади

Одноклітинні організми

Різноманіття одноклітинних психрофілів дуже велике, серед них можна відзначити членів більшості бактеріальних ліній: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 та Planctomycetes.

Крім того, протеобактерії та веррукомікробні виявлені в арктичних, антарктичних та альпійських кріоконах. Вони також були виявлені в Гренландії, Канаді, Тибеті та Гімалаях.

Серед психрофільних ціанобактерій ми знаходимо Leptolvngbva, Phormidium і Nostoc. Інші поширені пологи - це одноклітинна афанотека, Chroococcus і Charnaesiphon, а також нитчасті осцилятори, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium і Plectonerna.

Багатоклітинні організми

Серед психрофільних комах можна назвати рід Діамеса з Гімалаїв (Непал), який залишається активним, поки не досягне температури -16 ° С.

Також знайдений безкрилий комар, Belgica Antarctica, завдовжки 2–6 мм, ендемічний для Антарктиди. Це єдина комаха на континенті, а також єдина виключно наземна тварина.

Малюнок 2. Аптеричний комар Belgica antarctica, ендемічна комаха Антарктиди. Джерело: Tasteofcrayons, від Wikimedia Commons

Хребетні тварини також можуть бути психрофілами. Деякі приклади включають невелику кількість жаб, черепах і змій, які використовують позаклітинне заморожування води (вода поза клітинами) як стратегію виживання для захисту своїх клітин взимку.

Антарктична нематода Panagrolaimus davidi може переживати внутрішньоклітинне замерзання води, а згодом відростати та розмножуватися.

Також риби родини Channichthyidae - які живуть у холодних водах Антарктиди та південної Південної Америки - використовують білки антифризу для захисту своїх клітин від повного замерзання.

Температури росту та психрофільні організми

Максимальна температура росту (T _max ) організму - найвища, яку він може переносити. У той час як оптимальна температура (T _opt ) для росту - така, при якій організм росте швидше.

Усі організми, які виживають і процвітають у низькотемпературному середовищі, як правило, вважаються психрофілами. Однак, як відомо, термін психрофільний слід застосовувати лише до тих організмів, у яких T _max 20 ° C (тобто вони не можуть вижити при більш високій температурі).

Мікроорганізми були виділені з дуже холодних областей, які можуть рости в лабораторних умовах при температурі вище 20 ° С, що вказує на те, що, хоча вони пристосовані до низьких температур, їх не слід вважати психрофілами. Ці мікроорганізми називають «мезотолерантними», тобто вони переносять середні температури.

Метанококоїди буртонії

Сфінгопіксес-алскензис

Sphingopyxis alaskensis - бактерія, виділена з морських вод північної півкулі, де переважають температури 4 - 10 ° C. З іншого боку, галоархеї, це археї, які населяють води, насичені сіллю, ростуть при температурі -20 ° C.

Незважаючи на високу популяцію у своїх природних місцях існування, жоден із цих мікроорганізмів не міг культивуватися в лабораторії при температурі менше 4 ° C.

У свою чергу, S. alaskensis має T _max 45 ° C, а галоархія може рости при температурі вище 30 ° C, тому їх не можна вважати психрофільними. Однак їх популяція добре пристосована і дуже рясна в надзвичайно холодних районах.

З вищесказаного можна припустити, що існують й інші обмежуючі фактори навколишнього середовища, які впливають на виживання цих організмів у їхніх природних місцях проживання, а температура не є фактором з найбільшою вагою.

Біотехнологічні застосування

Ферменти психрофільних організмів характеризуються високою активністю при низькій і помірній температурі. Крім того, ці ферменти мають погану термостабільність.

Завдяки цим характеристикам ферменти психрофільних організмів дуже привабливі для застосування у різних процесах харчової промисловості, медицини, молекулярної біології, у фармацевтичній промисловості, серед інших.

Список літератури

1. Cavicchioli, R. (2015). Про поняття психрофіла. Журнал ISME, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. and Deming, JW (2008). Роль екзополімерів у адаптації мікробів до морського льоду. У: Маргезін, Р., Ширмер, Ф., Маркс, Ж.-К. та Гердей, C. червоні) Психрофіли: від біорізноманіття до біотехнології. Спрингер-Верлаг, Берлін, Німеччина, pp. 247-264.
3. Кохсіма, С. (1984). Нове холодостійке комаха, знайдене в гімалайському льодовику. Природа, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Маргезін, Р. (редактор). (2017). Психрофіли: від біорізноманіття до біотехнології. Друге видання. Спрингер Верлаг, Гейдельберг, Німеччина. pp. 685.
5. Мітева, В. (2008). Бактерії в снігу та льоду. У: Маргезін, Р. та Ширмер, Ф. (ред.) Психрофіли: від біорізноманіття до біотехнології. Спрингер Верлаг, Гейдельберг, Німеччина, pp. 31-50.
6. Ціна, PB (2000). Місце проживання психрофілів у глибокому льоду Антарктики. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки 97, 1247-1251.