Inligting

Wat is die mees hitte-verdraagsame organisme?

Wat is die mees hitte-verdraagsame organisme?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Wat is die mees hitte-verdraagsame (of hitte liefdevolle - hipertermofiele) organisme tot dusver geïdentifiseer? Watter aanpassings het hierdie organisme om sulke hoë temperature te verduur?


Methanopyrus kandleri was in staat om te groei en te vermeerder by temperature van tot 122°C wanneer onder ongeveer 20atm (Takai et. al. 2008). Dit is in die laboratorium bereik, maar die teorie behoort waar te wees vir diepsee-termiese ventilasies. Nog 'n stam van M. kandleri het inkubasie tot 130°C oorleef, maar kon nie by hierdie temperatuur voortplant nie.

Een van die sleutelaanpassings vir termofiele is die keuse na 'n uiters termo-stabiele kopie van die ensiem DNA-polimerase. Dit laat DNA-replikasie by hoë temperature toe en is soortgelyk aan die 'Taq'-polimerase wat in die polimeerkettingreaksie in laboratoriums gebruik word, afgelei van 'n ander termofiel, Thermus aquaticus.


Verwysings

  • Takai K, Nakamura K, Toki T, Tsunogai U, Miyazaki M, Miyazaki J, Hirayama H, Nakagawa S, Nunoura T, Horikoshi K. 2008. Selproliferasie by 122°C en isotopies swaar CH4-produksie deur 'n hipertermofiele metanogeen onder hoëdrukverbouing. PNAS 105: 10949-10954.

Ek wil byvoeg dat biochemies gesproke diere en mikroörganismes van termiese vents geneig is om 'n hoër GC-inhoud in hul genome te hê, wat dit meer termostabiel maak.

Al die proteïene is aangepas om by hoër temperature te werk. Daar is 'n groter aantal soutbrûe en spesifieke waterstofbindings in die proteïene om hulle te stabiliseer - meer arginiene, meer glutamienesure, ens. Terwyl hierdie verwysing sê dat Cysteïne minder algemeen is, verbeel ek my enigiets wat nie in 'n verminderende omgewing is nie. meer disulfiedbindings - bv vir proteïene op die seloppervlak.

Sulferagtige diepsee-openings sal geneig wees om te verminder net soos die binnekant van die sel, maar miskien in die geval van vars warmwaterbron-eksemofiele kan dit die geval wees.

Verwysing: http://peds.oxfordjournals.org/content/13/3/179.full


Wat van vuur? 'n Grasbrand oor die prairie of 'n bosbrand genereer temperature hoër as dié wat hier genoem word, en tog het baie organismes, meestal plante, vuur nodig om saad oop te maak en te ontkiem. Ek weet vuur is 'n kortstondige situasie, maar is nietemin ekstreem. Die bas van die eik, byvoorbeeld, is redelik bestand teen vuur.


Wat is die mees hitte-verdraagsame organisme? - Biologie

Vervaardig deur Jim Deacon
Instituut vir Sel- en Molekulêre Biologie, Die Universiteit van Edinburgh


Temperatuurreekse van mikroörganismes

Mikro-organismes kan in breë (maar nie baie presiese) kategorieë gegroepeer word, volgens hul temperatuurreekse vir groei.

  • Psigrofiele (koue-lief) kan by 0 o C groei, en sommige selfs so laag as -10 o C hul boonste limiet is dikwels ongeveer 25 o C.
  • Mesofiele groei in die matige temperatuurreeks, van ongeveer 20 o C (of laer) tot 45 o C.
  • Termofiele is hittelief, met 'n optimum groeitemperatuur van 50 o of meer, 'n maksimum van tot 70 o C of meer, en 'n minimum van ongeveer 20 o C.
  • Hipertermofiele het 'n optimum bo 75 o C en kan dus groei teen die hoogste temperature wat deur enige organisme verdra word. 'n Uiterste voorbeeld is die genus Pyrodictium, gevind op geotermies verhitte gebiede van die seebodem. Dit het 'n temperatuur minimum van 82 o , optimum van 105 o en groei maksimum van 110 o C.

Dit moet beklemtoon word dat die temperatuurreekse vir die groeperings hierbo slegs benaderd is. Ons sal byvoorbeeld verskillende kriteria gebruik om prokariote en eukariote te klassifiseer. Die boonste temperatuurlimiet vir groei van enige termofiele eukariotiese organisme is ongeveer 62-65 o C. En die boonste limiet vir enige fotosintetiese eukariote is ongeveer 57 o - vir die rooi alg Sianidium-caldarium, wat rondom warmwaterbronne groei en 'n temperatuuroptimum van 45 o C het. In teenstelling hiermee kan sommige eensellige sianobakterieë tot 75 o C groei, en sommige nie-fotosintetiese prokariote kan teen 100 o C of meer groei.

Hieronder kyk ons ​​na twee hooftipes termofiele – die mikrobes wat in geotermiese terreine groei, en dié wat groei in " selfverhitting" materiaal soos kompos. Sommige baie onlangse verslae dui egter daarop dat hierdie verskillende tipes omgewings sommige gemeenskaplike organismes kan deel.

Die studie van ekstreme omgewings het aansienlike biotegnologiese potensiaal. Byvoorbeeld, die twee termofiele spesies Thermus aquaticus en Thermococcus litoralis word as bronne van die ensiem gebruik DNA-polimerase, vir die Polimerase kettingreaksie (PKR) in DNS-vingerafdrukke, ens. Die ensieme van hierdie organismes is stabiel by relatief hoë temperature, wat nodig is vir die PKR-proses wat siklusse van verhitting behels om die waterstofbindings in DNS te breek en enkele stringe te laat wat herhaaldelik gekopieer kan word. Nog 'n termofiel, Bacillus stearothermophilus (temperatuur maksimum 75 o C) is kommersieel gekweek om die ensieme te verkry wat in 'biologiese' waspoeiers gebruik word.

Warmbronne en geotermiese openinge word in verskeie dele van die wêreld aangetref, maar die grootste enkele konsentrasie is in Yellowstone Nasionale Park, VSA. Die beelde hieronder wys hoe sommige termofiele prokariote (bakterieë en archaea) is spesiaal aangepas om in hierdie omgewings te groei. In elke geval vind ons 'n sonering van mikroörganismes volgens hul temperatuuroptima. Dikwels is hierdie organismes gekleur as gevolg van die teenwoordigheid van fotosintetiese pigmente (blou-groen van sianobakterieë, rooi van rooi alge of pers bakterieë) of karotenoïedpigmente (geel en bruin van sommige archaea).

MT Madigan, JM Martinko en J Parker (1997) Brock Biologie van Mikro-organismes. Agtste uitgawe.. Prentice Hall. (sien http://www.prenhall.com/brock/ )

MT Madigan & BL Marrs (1997) Straf omgewings: Ekstremofiele. Wetenskaplike Amerikaner uitgawe 4 (http://www.sciam.com/0497issue/0497marrs.html)

M.W.W. Adams en R.M. Kelly. (1995) Ensieme geïsoleer van mikroörganismes wat in uiterste omgewings groei. Chemiese en Ingenieursnuus 73, 32-42.

Ekstremofiele. Spesiale uitgawe van Federation of European Microbiological Societies (FEMS) Mikrobiologie Resensies 18, Nos 2-3 Mei 1996.

K. O.Stetter (1996) Hipertermofiele in die geskiedenis van die lewe. in Evolusie van hidrotermiese ekosisteme op aarde (en Mars?). Geredigeer deur GR Bock & JA Goode. John Wiley & Seuns.

'n Kompos bestaan ​​uit enige geredelik afbreekbare organiese materiaal wat op 'n hoop gehou word met voldoende minerale voedingstowwe (bv. stikstof) en voldoende deurlugting om vinnige mikrobiese groei moontlik te maak. Die mees bekende voorbeeld is die tuinkomposhoop, maar belangriker voorbeelde is die komposaanlegte wat gebruik word om munisipale afval te verwerk, en die kompos wat vir kommersiële sampioenproduksie gebruik word.

Die tipiese komposproses word geïllustreer in Figuur E hieronder. Daar is 'n aanvanklike fase van vinnige mikrobiese groei (a) op die mees geredelik beskikbare suikers en aminosure. Hierdie fase word geïnisieer deur mesofiele organismes, wat hitte deur hul metabolisme genereer en die temperatuur verhoog tot 'n punt waar hul eie aktiwiteite onderdruk word. Dan 'n paar termofiele swamme (bv. Rhizomucor pusillus, Figuur F) en verskeie termofiele bakterieë (bv. Bacillus stearothermophilus) gaan voort met die proses en verhoog die temperatuur van die materiaal binne 'n paar dae tot 70-80 o C. Hierdie piekverhitting fase (b) het 'n diepgaande effek op die mikrobiese populasie, want dit vernietig of inaktiveer al die mesofiele organismes (en die aanvanklike termofiele swamme soos bv. Rhizomucor pusillus) en lei tot 'n langdurige hoë-temperatuur fase wat ander termofiele spesies bevoordeel.

Figuur E. Veranderinge in temperatuur (soliede lyn) en populasies van mesofiele swamme (gebroke lyn) en termofiele swamme (stippellyn) in 'n koringstrooikompos. Gebaseer op data in Chang & Hudson, 1967. Die linker-as toon swampopulasies (logaritme van kolonievormende eenhede per gram kompos wat op agar uitgeplaat is) die regter-as toon temperatuur in die middel van die kompos. Stadiums a-d word in die teks na verwys.

Uiteindelik daal die temperatuur en mesofiele organismes herkoloniseer dan die kompos en verplaas die termofiele (d in Fig. E). Sommige hitte-verdraagsame spesies soos bv Aspergillus fumigatus kan aanhou groei. Hierdie swam kan groei teen temperature wat wissel van 12 o tot ongeveer 52-55 o . Streng gesproke is dit nie 'n termofiel nie, want die temperatuuroptimum daarvan is onder 50 o , maar dit is 'n baie algemene en belangrike lid van die hoë-temperatuur kompos gemeenskap.

Al die termofiele swamme wat hieronder getoon word, is verkry deur klein deeltjies tuinkompos op aartappel-dekstose-agar wat antibakteriese middels (streptomisien plus chloortetrasiklien) bevat, teen 45 o C te plaas.

Figuur F. Rhizomucor pusillus. Tipiese gryskleurige kolonie op 'n bord aartappel-dekstrose-agar by 45 o C (linkerkantste beeld). Hierdie swam produseer volop " donserige" lughifes en spoordraende stingels (sporangiofore) wat vertakt is (middel- en regterbeelde) en het sporangia aan die punte van die takke. Die delikate sporangiale wande breek om talle spore vry te stel, wat slegs 'n sentrale bolgebied laat (die kolumella, c) en oorblyfsels van die sporangiale muur (pylpunt in regterhandse beeld).

Met 'n temperatuurreeks van 20-55 o C, is hierdie swam 'n tipiese vroeë koloniseerder van kompos, wat eenvoudige suikers, aminosure ens. wat aanvanklik in die plantmateriaal teenwoordig is, ontgin. Dit word geïnaktiveer tydens piekverhitting, en dit herkoloniseer nie daarna nie.

Figuur G. Humicola (of Thermomyces) lanuginosus. Kolonies wat op aartappel-dekstrose-agar (links bo) en moutekstrak-agar (regs bo) groei by 45 o C. Hierdie swam produseer enkele spore deur 'n ballonagtige swelproses aan die punte van kort hife takke (onder, links). By volwassenheid (regs onder) het die spore bruin, versierde mure.

H. lanuginosus groei van 30 tot 52-55 o C. Dit is uiters algemeen in alle soorte selfverhittingsmateriaal en ook in voëlneste en sonverhitte gronde. Dit koloniseer kompos na piekverhitting en bly dwarsdeur die hoë-temperatuur fase. Dit kan egter nie sellulose afbreek nie en dit lyk asof dit in ooreenstemming met sellulose-ontbindende spesies leef, wat sommige van die suikers deel wat deur hul sellulolitiese aktiwiteite van die plantselwande vrygestel word.


Figuur H. Thermoascus aurantiacus kolonie (links) wat op moutekstrak-agar groei by 45 o C. Die oranje-bruin kleur word veroorsaak deur die teenwoordigheid van baie klein (ongeveer 1 millimeter) vrugliggame (askokarpe), wat met hoër vergroting (regs bo) gesien word. Hierdie askokarpe is geslote liggame, genoem cleistothecia, wat baie bevat asci, elk met 8 askospore. Die cleistothecia en die ascus-wande breek by volwassenheid af om die askospore vry te stel. Vier asci-bevattende askospore word in die saamgestelde prent regs onder getoon. Hulle is vrygestel toe 'n cleistothecium op 'n skyfie verpletter is, en hulle toon askospore in verskeie stadiums van volwassenheid - die bruin spore is amper volwasse.

Hierdie swam groei van ongeveer 25 tot 55 o C en is 'n kragtige sellulose-afbreker.

Figuur I. Paecilomyces spesies wat op moutekstrak-agar groei by 45 o C (linker beeld). Die geel dofgeel kleur van die kolonie word veroorsaak deur die teenwoordigheid van ongeslagtelike spoorstrukture op die lughifes. Die sporingstadiums van die genus Paecilomyces (regterhand beeld) lyk oppervlakkig soos dié van Penisillium, want die spore (konidia, c) word gevorm uit flesvormige selle (phialides, p) gedra aan die punte van kort, borselagtige vertakkingstrukture. Maar die vertakkingspatroon van hierdie "borsels" is minder gereeld as in Penisillium .

Figuur J. Aspergillus fumigatus. Hierdie algemene swam van kompos en muf graan het 'n grysgroen kleur op agarplate (linker beeld), in teenstelling met die helderder groen kleur van verskeie ander Aspergillus spesies. Die tipiese ongeslagtelike sporing stadium van Aspergillus bestaan ​​uit 'n spoor-draende hife (konidiofore, middelste beeld) wat aan die punt in 'n vesikel swel, en die vesikel dra flesvormige selle (phialides) wat die spore produseer (konidia). In A. fumigatus die vesikel is tipies klubvormig, die fialiede ontstaan ​​slegs vanaf die boonste gedeelte van die vesikel, en die fialiede wys almal opwaarts. Saam met die grysgroen kleur en temperatuurreeks van ongeveer 12-52 o C, onderskei hierdie kenmerke A. fumigatus van alle ander Aspergillus spesies.

A. fumigatus is 'n uiters algemene, interessante en gevaarlike swam vanweë sy voedingsopportunisme. Dit is sterk sellulolities, maar dit kan ook op koolwaterstowwe in lugvaartkeroseen groei, en dit kan die longe as ingeasemde spore binnedring, allergieë veroorsaak of in die longholtes groei, wat aspergillomas veroorsaak (sien Airborne Microorganisms). Sy vermoë om geredelik teen 37 o C te groei het hierdie swam 'n wesenlike probleem in operasieteaters gemaak, waar dit infeksies van die interne organe via chirurgiese wonde kan vestig, veral tydens oorplantingschirurgie wanneer die pasiënt se immuunstelsel onderdruk word.

Alhoewel die termofiele swamme 'n groot rol speel in die afbreek van sellulose en ander groot polimere in kompos, is die aktiwiteite van bakterieë ook belangrik. Twee onlangse ontdekkings beklemtoon hierdie punt.

  • In 1996 is berig dat kompos van baie verskillende tipes (tuin- en kombuisafval, rioolslyk, industriële komposstelsels) hoë getalle bakterieë van die genus bevat Termos wat op organiese substrate groei by temperature van 40-80 o C, met optimum groei tussen 65 en 75 o C. Die getalle was so hoog as 10 7 tot 10 10 per gram droë gewig kompos. Sporevorming Bacillus spesies is ook gevind, maar hulle kon nie bo 70 o C groei nie. Dit blyk dus dat Termos spesies, wat voorheen slegs van geotermiese terreine bekend was, het waarskynlik by die warmkomposstelsel aangepas en speel 'n groot rol in die piekverhittingsfase. [T. Beffa et al., 1996. Toegepaste & Omgewingsmikrobiologie62, 1723-1727].
  • Ook in 1996 het 'n aantal outotroof (selfvoedende) bakterieë is uit kompos geïsoleer. Hierdie nie-sporende bakterieë het teen 60-80 o C gegroei, met optima van 70-75 o C, en het baie gelyk Hydrogenobacter stamme wat voorheen slegs van geotermiese terreine geken is. Hulle verkry hul energie deur swael of waterstof te oksideer, en sintetiseer hul organiese materiaal uit CO2. [T. Beffa et al., 1996. Argief van Mikrobiologie165, 34-40]

Daar is baie om te leer oor die interaksies van mikroörganismes in komposstelsels. Werk in hierdie veld word grootliks gedryf deur kommersiële behoeftes om kompos te produseer vir hoë sampioenopbrengste (Agaricus spesies) en vir vinnige, doeltreffende verwerking van munisipale (huishoudelike) en industriële afval.

In teenstelling met die tipiese "natuurlike" komposvolgorde (Figuur E), word kommersiële sampioenkompos geproduseer deur 'n afgekapte, tweefase-proses, wat ontwerp is om die verlies aan sellulose materiaal wat Agaricus kan gebruik vir groei. Fase I behels piekverhitting van strooikompos tot 70-80 o C vir etlike dae. Dan word die kompos by 70 o C gepasteuriseer en vir 'n verdere paar dae by ongeveer 45 o C gehou (Fase II). Laastens word die temperatuur verlaag en die kompos word daarmee ingeënt Agaricus. Beide die voorlopige fases is noodsaaklik vir hoë sampioenopbrengste. Onlangse werk dui daarop dat die termofiele swam Scytalidium thermophilum word dominant in fase II en die teenwoordigheid daarvan kan amper die sampioenopbrengs verdubbel [G. Straatsma et al., 1995. Kanadese Tydskrif vir Plantkunde 73, S1019-1024]. Die rede hiervoor is nog onbekend.

Ander werk het dit getoon Agaricus bisporus (die kommersiële sampioen) kan óf lewende óf hitte-gedood bakterieë as sy enigste bron van stikstof vir groei gebruik. Soos baie ander lede van die swamgroep basidiomycota, hierdie swam floreer nie op anorganiese stikstofbronne soos ammonium of nitraat nie, maar gebruik geredelik organiese stikstof, wat dit kan afbreek deur protease-ensieme vry te stel. Dus, 'n aanvanklike hoë bakteriese aktiwiteit in die kompos kan die swam van sy gunsteling stikstofbron voorsien.


Wat is die mees hitte-verdraagsame organisme? - Biologie

Ontbinding kan beskou word as 'n parade van baie baie klein wesens. Hoe ontbinding in jou kolom verloop, hang af van watter bakterieë en swamme dit bewoon, watter bestanddele jy daarin gesit het, en omgewingsfaktore soos lig, temperatuur en vog.

Die eerste ontbindende organismes wat te werk gaan, val die mees beskikbare voedselmolekules aan, soos suikers, koolhidrate en proteïene. Soos hulle groei, verander hierdie eerste bakterieë en swamme ook die omgewing. Hulle produseer byvoorbeeld hitte, verander die pH en verbruik suurstof. Jy sal hierdie veranderinge in jou kolom sien namate plantdele donker en slymerig word.

Soos hulle hul eie omgewing verander, kan hierdie organismes toestande skep wat mededingende mikrobes bevoordeel. Die biologiese definisie van opeenvolging is die vervanging van een tipe organisme deur 'n ander, wat dikwels veroorsaak word deur omgewingsveranderinge wat deur die eerste organisme aangebring is.

In jou Ontbindingskolom, byvoorbeeld, kan een tipe bakterieë floreer, wat die pH verander en die temperatuur van die kolom in die proses verhoog. Hierdie nuwe toestande kan gunstig wees vir 'n meer hitte-verdraagsame tipe bakterieë, wat die oorspronklike bakterieë sal oorneem.

'n Ontbindingskolom sal jou die dinamiese proses van verval wys: vreemde wit fuzz kan verskyn en jou kolom vir 'n paar dae bedek voordat dit skielik verdwyn om vervang te word deur 'n donker fuzz wat eenkant opklim. Jy sal dalk iets oranje en slymerig sien wat stadig langs 'n verrottende takkie beweeg. Jy kan ook nie-mikrobiese lewe waarneem, soos vrugtevlieë, myte en duisendpote.

Bakterieë, swamme, alge, protosoë en ander organismes wat van dooie of verrottende materie lewe, staan ​​gesamentlik bekend as saprofiete.

Saprofiete skei dikwels ensieme af op materiaal wat hulle wil eet. Ensieme is biochemikalieë wat verantwoordelik is vir alle soorte chemiese reaksies, insluitend die afbreek van materie in verteerbare dele vir die ontbinders. ’n Verkrummelende stomp wat op die woudvloer lê, wys byvoorbeeld die werk van ensieme wat deur saprofiete gemaak word.

Bakterieë is die talrykste van die ontbinders. Goeie grond kan 100 tot 1 000 miljoen bakterieë per gram hê. Jy kan bakteriële kolonies sien as ronde kolle, wat wissel van wit tot roomkleurig tot bruin van kleur.

Daar is baie soorte bakterieë. Jy kan een tipe identifiseer deur sy reuk. Hierdie bakterieë, genaamd actinomycetes, leef in die grond en is verantwoordelik vir daardie vars, aardse reuk wat gepaard gaan met nuut geploegde grond, of 'n langverwagte somerreën.

Swamme kan in jou kolom verskyn as 'n wasige kombers van vorm wat 'n verruklike verrottende ding bedek.Skimmelswamme vorm doolhowe van klein drade wat mycelium genoem word. As jy mooi kyk, sal jy dalk klein kolletjies langs die drade sien. Hierdie kolletjies is vrugliggame, wat swamspore vrystel. 'n Besonder algemene vorm, Rhizopus, het 'n katoenagtige voorkoms met swart kolletjies, en verskyn dikwels op brood, vrugte en ander kos.

Slymskimmels is organismes wat beweeg en voed op mikroörganismes soos bakterieë. Hulle is dikwels helderkleurig en het die voorkoms en konsekwentheid van poeding. Slymvorms beweeg dikwels na lig, laat slakagtige spore agter, en produseer talle piepklein vrugliggame, sommige lyk soos klein sampioene.

Alge kan in jou kolom verskyn as 'n groen tint op die grondoppervlak of op 'n klam takkie. Jy het waarskynlik alge gesien, soos Spirogyra, wat op die oewer van 'n rivier, 'n meer, of dalk die kante van 'n vistenk groei, of as seewier in die see.

Protosoë is nog 'n organisme met 'n rol in die ontbindingsdrama. Hierdie eensellige organismes, soos amoebes, verskil baie in grootte, vorm en die manier waarop hulle beweeg. Jy sal dalk protosoë sien swem as jy 'n bietjie water met 'n bietjie ontbindende materiaal meng en dit onder 'n mikroskoop ondersoek. Alhoewel baie van die aksie op 'n mikroskopiese skaal plaasvind, is ontbinding selfs met die blote oog 'n opwindende proses. Deur jou Ontbindingskolom te bestudeer, kan jy 'n gevoel kry van die groot diversiteit en aktiwiteit van mikrobiese lewe. Bakterieë, swamme, alge en protosoë kan klein wees, maar hulle is verantwoordelik vir 'n groot mate van verandering.


Binomiale nomenklatuur

Die benamingskultuur (van verskillende organismes) wat eenvormig oor die wêreld beoefen word, staan ​​bekend as binomiale nomenklatuur.

Binomiale nomenklatuur bestaan ​​grootliks uit twee woorde – die eerste woord wat met 'n hoofletter begin en bekend staan ​​as genus (van die organisme) en die tweede woord begin met kleinletters en definieer die spesie van die organisme.

Binomiale nomenklatuur moet in kursief geskryf word en ook bekend as wetenskaplike naam.

Byvoorbeeld, die binomiale nomenklatuur van die mens is - Homo sapiens tier - Panthera tigris, ens.


Wat is ekstremofiele? (met foto's)

'n Ekstremofiel is enige mikrobe wat floreer in uiterste toestande van temperatuur, druk, soutgehalte of konsentrasies van vyandige chemikalieë. Baie ekstremofiele behoort aan die koninkryk Archaea, ook bekend as Archaebacteria, en die meeste bekende Archaebacteria is ekstremofiele. Daar is ook ekstremofiele wat buite die koninkryk Archaea gevind kan word, byvoorbeeld daar is bakterieë en eukariotiese prokariote wat ekstremofiele is, sowel as spesies wurm, skaaldiere en kril.

Die volgende is verskillende tipes ekstremofiele. Sommige ekstremofiele kan in meer as een kategorie pas:

  • Asidofiel: 'n Organisme met 'n optimum pH-vlak by of onder pH 3.
  • Alkalifiel: 'n Organisme met optimale groei by pH-vlakke van 9 of hoër.
  • Endolith: 'n Organisme wat binne-in rotse leef.
  • Halofiel: 'n Organisme wat ten minste 2M NaCl benodig vir groei.
  • Hipertermofiel: 'n Organisme wat by temperature tussen 80-110°C (176-230°F) kan floreer.
  • Hypolith: 'n Organisme wat binne rotse in koue woestyne leef.
  • Metaaltolerant: in staat om hoë vlakke van swaar metale, soos koper, kadmium, arseen en sink, te verdra.
  • Oligotroof: 'n Organisme wat in staat is om in voedingsbeperkte omgewings te groei.
  • Piësofiel: 'n Organisme wat optimaal by hoë hidrostatiese druk leef.
  • Poliekstremofiel: 'n Organisme wat verskillende uiterste toestande kan oorleef.
  • Psigrofiel: 'n Organisme wat kan floreer by temperature van 15°C (59°F) of laer.
  • Radiobestand: bestand teen hoë vlakke van ioniserende straling.
  • Termofiel: 'n Organisme wat kan floreer by temperature tussen 60-80°C (140-176°F).
  • Xerofiel: 'n Organisme wat in omgewings met 'n lae wateraktiwiteit kan groei.

Die Pompeii-wurm, 'n ekstremofiel, woon op die vloer van die see, saamgegroepeer langs hidrotermiese ventilasies. Lewe by temperature tot 176 ° F (80 ° C), hierdie diere is die mees hitte-tolerante wat aan die wetenskap bekend is, en hulle is nie eens eensellig nie. Omdat hulle in sulke geïsoleerde gebiede woon, is baie ekstremofiele eers in die 1970's ontdek.

Miskien is die mees onvergeetlike voorbeeld van 'n ekstremofiel 'n bakterie, Streptococcus mitis, wat gevind is ingebed in die kamera van die maansonde Surveyor 3 deur Apollo 12-ruimtevaarders. Hierdie bakterieë het vir drie jaar op die oppervlak van die maan oorleef. Wetenskaplikes bestudeer soms ekstremofiele as potensiële modelle van hoe lewe kan lyk of hoe dit op ander wêrelde sal werk.

Michael is 'n jarelange AllThingsNature-bydraer wat spesialiseer in onderwerpe wat verband hou met paleontologie, fisika, biologie, sterrekunde, chemie en futurisme. Benewens 'n ywerige blogger, is Michael veral passievol oor stamselnavorsing, regeneratiewe medisyne en lewensverlengingsterapieë. Hy het ook vir die Methuselah-stigting, die Singularity Institute for Artificial Intelligence en die Lifeboat Foundation gewerk.

Michael is 'n jarelange AllThingsNature-bydraer wat spesialiseer in onderwerpe wat verband hou met paleontologie, fisika, biologie, sterrekunde, chemie en futurisme. Benewens 'n ywerige blogger, is Michael veral passievol oor stamselnavorsing, regeneratiewe medisyne en lewensverlengingsterapieë. Hy het ook vir die Methuselah-stigting, die Singularity Institute for Artificial Intelligence en die Lifeboat Foundation gewerk.


6 Belangrike groepe ekstremofiele | Mikrobiologie

Die volgende punte beklemtoon die ses belangrike groepe ekstremofiele. Die groepe is: 1. Asidofiele 2. Alkalofiele 3. Halofiele 4. Psigrofiele 5. Termofiele en hipertermofiele 6. Barofiele.

Groep # 1. Asidofiele:

Die meeste natuurlike omgewings op die aarde is in wese neutraal, met 'n pH tussen 5 en 9. Slegs 'n paar mikrobiese spesies kan groei by pH minder as 2 of meer as 10. Mikro-organismes wat by 'n lae pH leef, word asidofiele genoem.

Swamme as 'n groep is geneig om meer suurverdraagsaam te wees as bakterieë. Baie swamme groei optimaal by pH 5 of laer en 'n paar groei goed teen pH-waarde so laag as 2. Verskeie spesies Thiobacillus en genera van archaea insluitend Sulfolobus en Thermoplasma is asidofiel.

Hierdie ferroxidans en Sulfolobus sp. oksideer sulfiedmineraal en produseer swaelsuur. Die belangrikste faktor vir verpligte asidofiele is die sitoplasmiese mem­braan van verpligte asidofiele bakte­ria wat eintlik die selwand oplos en liseer. Dit dui daarop dat hoë konsentrasie H + ione nodig is vir membraanstabiliteit.

Hoogs suur omgewing word natuurlik gevorm uit geochemiese aktiwiteite (soos die produksie van gasse in hidrotermiese vents en sommige warmwaterbronne) en uit die metaboliese aktiwiteite van sekere asidofiele hulleself. Asidofiele word ook gevind in die puin wat oor steenkoolmynbou oorgebly het. Tussendeur skaam, suur-liefhebbende ekstremofiele kan nie groot suurheid binne hul selle verdra nie, waar dit DNA sou vernietig.

Hulle oorleef deur die suur uit te hou. Maar die defensiewe molekules bied hierdie beskerming, asook ander wat met die omgewing in aanraking kom, moet in uiterste suurheid kan funksioneer. Inderdaad, ekstremosieme (hul ensieme wat aanpasbaarheid verskaf) is in staat om teen pH onder een te werk, suurder as selfs asyn of maagsap. Sulke ensieme is geïsoleer uit die selwand en onderliggende selmembraan van sommige asidofiele.

(i) Fisiologie:

Verpligte asidofiele het 'n optimum pH vir groei wat uiters laag bly (1 tot 4). Om die intrasellulêre ensieme en ander komponente van lae tot medium pH te beskerm, handhaaf die orgaan-shyisms 'n groot pH-gradiënt oor die mem­braan. Spesiale vorme van lip­ids is teenwoordig in hul mem­braan wat die lekkasie van H + onder die pH-waarde kan verminder.

Daar is byvoorbeeld gerapporteer dat die teenwoordigheid van sekere vetterige ac­ids spesiale aanpassings tot groei en oorlewing by uiters lae pH bevorder. Asidofiele handhaaf die sitoplasmiese pH rondom 6,5. In hierdie organismes bly die pH oor die algemeen 1-2 wat laer is in vergelyking met neutrofiele en alkalofiele.

In asidofiele word die pH gekompenseer deur positiewe binne elektriese potensiaal wat teenoorgesteld is aan dié wat in neutrofiele voorkom. Die omgekeerde elektriese potensiaal word gegenereer deur elektrogeniese K + opname wat die selle toelaat om meer H + uit te druk en sodoende die interne pH te handhaaf.

(ii) Molekulêre aanpassing:

Die mees kritieke faktor vir verpligte asidofiele lê in die sitoplasmiese membraan. Wanneer die pH tot neutraliteit verhoog word, los die sitoplasmiese membraan van verpligte asidofiele bakterieë in werklikheid op en die selle liseer. Daar word voorgestel dat die hoë konsentrasie waterstofione nodig is vir stabiliteit van membraan wat bakterieë toelaat om te oorleef.

(iii) Aansoeke:

Potensiële toepassings van suurverdraagsame ekstremosime wissel van katalisators vir die sintese van verbindings in suuroplossings tot bymiddels vir dierevoer wat bedoel is om in dieremaag te werk.

Wanneer dit by voer gevoeg word, verbeter die ensieme die verteerbaarheid van duur grane en vermy dus die behoefte aan duurder voedsel. Rusticyanin-proteïene van asidofiele help met suurstabiliteit. Uitdrukking van heterogene arseenweerstandsgene in die ysteroksiderende Thiobacillus ferrooxidans is gevestig as biotegnologiese benadering van bioremediëring.

Groep # 2. Alkalofiele:

Alkalofiele leef in grond gelaai met karbonaat en in Soda-mere, soos dié wat in die Slenkvallei van Afrika en die weste van die VSA gevind word. Die eerste alkalofiele bakterie is in 1968 aangemeld.

Die meeste alkalofiele prokariote wat bestudeer is, was aërobiese nie-mariene bakterieë en gerapporteer as Bacillus spp. Krulwich en Guffanti (1989) het hulle in twee breë kategorieë geskei: alkali-verdraagsame organismes (pH 7.0-9.0) (wat nie bo pH 9.5 kan groei nie) en alkalofiele organismes (pH 10.0- 12.0).

Die meeste van die alkalofiele organismes is aërobies of fakultatief anaërobies. Sommige alkalofiele is Bacillus alkalophilus, B.firmus RAB, Bacillus sp. No 8-1 en Bacillus sp. No. C-125 wat flagella dra en dus beweeglik is. Die flagella-geïnduseerde beweeglikheid word beskou deur 'n natrium-motiefkrag (smf) in plaas van proton-motiefkrag (pmf).

Hulle is beweeglik by pH 9-10.5, maar geen beweeglikheid word by pH 8 gesien nie. Die Indigo-reduserende alkalofiele bakterie (Bacillus sp.) wat uit indigo-bal geïsoleer is, is gebruik om die indigo-fermentasieproses te verbeter. Hulle selwand bevat suur verbindings soortgelyk in samestelling aan peptidoglikane.

(i) Fisiologie:

Die seloppervlak van alkalofiele kan die neutrale intrasellulêre pH in alkaliese omgewing van pH 10-13 handhaaf. Die aanbevole konsentrasie van NaOH vir grootskaalse fermentasie is 5.2% afhangende van organisme. Die pH moet 8,5-11 bly. Natriumione (Na+) word benodig vir groei, sporulering en ook vir ontkieming. Die teenwoordigheid van natriumione in die omliggende omgewing is noodsaaklik vir effektiewe vervoer van opgeloste stowwe deur die membrane.

In die Na + ioonmembraanvervoerstelsel word die H + met Na + uitgeruil deur Na + /H + antipoortstelsel, wat dus 'n natriummotiewe krag (smf) genereer. Dit dryf substraat vergesel deur Na + ione in die sel in.

Die inkorporering van α-aminobutiraat (AIB) het tweevoudig toegeneem soos die eksterne pH van 7 na 9 verskuif, en die teenwoordigheid van Na + ione die inkorporasie aansienlik verbeter. Molekulêre kloning van DNA-fragmente wat alkalofiel verleen, is geïsoleer en gekloon. Hierdie fragment is verantwoordelik vir Na + /H + antipoort sisteem in die alkalofiele van alkalofiele mikroörganismes.

(ii) Molekulêre aanpassing:

Alkalofiele bevat ongewone ditherlipiede wat net soos ander archaea met gliserolfosfaat gebind is. In hierdie lipiede is langketting, vertakte koolwaterstowwe, hetsy van die fitaniese of bifitanieltipe, teenwoordig.

Die intrasellulêre pH bly neutraal om alkali-labiele makromolekules in die sel te voorkom. Die intrasellulêre pH kan met 1-1.5 pH-eenhede verskil van neutraliteit wat hierdie organismes help om in hoogs alkaliese eksterne omgewing te oorleef.

(iii) Aansoeke:

Sommige alkalofiele produseer hidrolitiese ensieme soos alkaliese proteases, wat goed funksioneer by alkaliese pH. Dit word gebruik as aanvullings vir huishoudelike skoonmaakmiddels.

Byvoorbeeld, 'n alkaliese protease genaamd subtilisin is vervaardig uit B. subtilis wat in skoonmaakmiddels gebruik word. Die klipgewaste denimstof is te danke aan die gebruik van hierdie ensieme. Hierdie ensieme maak stof sag en vervaag deur sellulose af te breek en kleurstowwe vry te stel (Tabel 29.1).

Groep # 3. Halofiele:

Halofiele is die Gram-negatiewe, nie-spoorvormende, nie-beweeglike bakterieë wat deur binêre splyting voortplant. Hulle lyk rooi gepigmenteer as gevolg van die teenwoordigheid van karotenoïede, maar soms is hulle kleurloos. Hulle bevat die grootste plasmied tot dusver bekend onder al die bekende bakterieë.

Halofiele is in staat om in sout toestande te leef deur 'n fassinerende aanpassing. Omdat water geneig is om uit die gebiede met hoë tot lae opgeloste stofkonsentrasies te vloei. 'n Sel wat in 'n baie soutoplossing gesuspendeer word, sal water verloor en gedehidreer word, tensy sy sitoplasma 'n hoër konsentrasie sout as sy omgewing bevat.

Halofiele worstel met hierdie probleem deur groot hoeveelhede van 'n interne opgeloste stof te produseer of deur 'n opgeloste stof te bevat wat van buite af weggetrek word. Byvoorbeeld, Halobacterium salinarum konsentreer KCl in die binnekant van die sel. Die ensieme in sy sitoplasma sal slegs funksioneer as 'n hoë konsentrasie HCl teenwoordig is. Maar hul sellulêre proteïene wat die omgewing kontak, benodig 'n hoë konsentrasie NaCl.

Hierdie groep bakterieë leef in hoogs sout-omgewing (> 3,5% soutkonsentrasie) soos neutrale soutmere of kunsmatige soutbron soos gesoute kos, vis, ens. Uiterste halofiele organismes benodig ten minste 1,5 M (ongeveer 9%) NaCl, maar die meeste van hulle het optimale groei by 2-4 M NaCl (12,23%). Enkele voorbeelde van prokariotiese uiters halofiele bakterieë wat in die natuur voorkom, word in Tabel 29.2 gegee.

(i) Fisiologie:

Halofiele bakterieë het 'n gebrek aan peptidoglikaan in selwande en bevat eter-gekoppelde lipiede en argeaanse tipe RNA-polimerases, maar Natrobacterium is ook uiters alkalofiel. Eersgenoemde bevat ook dieterlipiede wat nie in ander uiterste halofiele voorkom nie.

Dit is chemo-organotrofiese bakterieë wat aminosure, organiese sure en vitamiene benodig vir optimale groei. Soms oksideer hulle koolhidrate as energiebron. Sitochrome a, b en c is teenwoordig, maar membraan-gemedieerde chemiosmose genereer proton-motiewe krag. Hulle benodig ook natrium vir Na + ione.

Halobacterium floreer besonders in osmoties stresvolle omgewing en produseer nie versoenbare opgeloste stowwe nie. Peptidoglycan is afwesig in hul selwand. Aspartaat en glutamaat (suur aminosure) is teenwoordig.

Die negatiewe ladings van die karboksielgroepe van hierdie aminosure word deur Na + ione beskerm. Die ribosome van Halobacterium benodig hoë K+-ione vir stabiliteit, wat 'n unieke kenmerk is aangesien geen ander groep prokariote dit vir interne komponente benodig nie.

Die membraanlipiede van hierdie archaea is saamgestel uit diphytanielglycerol, dieet-analoë van gliserofosfolipiede. Die uiterste halofiele bevat hoë intrasellulêre konsentrasies van Na + en K + en hul proteïene het blykbaar by hierdie hoë soutkonsentrasie aangepas deur 'n hoër fraksie van suur aminosuurreste en 'n meer kompakte pakking van 'n polipeptiedketting as proteïen van nie-halofiele bakterieë. In die halofiele bakterieë word gewoonlik 'n Na + /H + antiporter gebruik om Na + uitwaarts te pomp en die opname van opgeloste stowwe is getoon dat Na + gekoppel is in verskeie halobakteriese spesies.

(ii) Molekulêre aanpassing:

In sulke bakterieë is K + ione binne die sel meer as Na + ioon buite die sel wat as sy opgeloste stof optree. Gevolglik handhaaf die selle sellulêre integriteit. Halobakterieë het 'n gebrek aan peptidoglikane in hul selwande en bevat eter-gekoppelde lipiede en argeaanse tipe RNA-polimerases wat die rigiditeit by sout toestande handhaaf. Hierdie veranderinge in sitoplasmiese membraan laat sulke bakterieë toe om te oorleef.

(iii) Aansoeke:

Sekere uiterste halofiele sintetiseer 'n proteïen genaamd bakteriorodopsien in hul membraan. Sommige produseer polihidroksielkanoate en polisakkariede, ensieme en versoenbare opgeloste stowwe. Hulle word ook gebruik in olieherwinning, kankeropsporing, dwelmsifting en biodegradasie van residue en giftige verbindings.

Kushner (1985) het die halobakterieë gedefinieer op grond van die benutting van optimum soutkonsentrasie vir hul groei. In hierdie stelsel is nie-halofiele dié wat die beste groei in media wat < 0,2 M NaCl bevat, geringe halofiele (mariene bakterieë) groei die beste by 0,2 tot 0,5 M NaCl, matige halofiele by 0,5 tot 2,5 M NaCl, en uiterste halofiele groei in media wat 2,5 M tot 5,2 M (versadigde) NaCl bevat.

Dit is interessant om daarop te let dat alle uiterste halofiele archaea is, behalwe twee spesies van die fotosintetiese Ectothiorhodospira, een van die Acetohalobium en een actinomycete Actinopolyspora. Sommige actinomycete spesies van die genus Methanohalobium is beskryf. Dit is nou bekend dat die helderrooi kleur water van die salterns te wyte is aan die bakterioruberienpigmente van die halobakterieë.

Die biotegnologiese potensiaal van halobakterieë met kommersiële belang is soos volg:

Die retinale proteïene van halobakterieë is waargeneem as integrale proteïene van die pers membraan, wat een van die proteïene bevat wat bakterorodopsien genoem word. Hierdie proteïen is liggedrewe, protontranslokator en sit sonlig om na elektrisiteit.

Die bakterorodopsien absorbeer lig by 570 nm. Dit bestaan ​​in twee vorme. Die trans-konfigurasie na eksitasie het na die cis-vorm omgeskakel na die absorpsie van lig (Fig. 29.1). In hierdie geval word ATP-sintese voorkom en die elektriese potensiaal wat uit die protongradiënt spruit, sal die bron van elektrisiteit wees. Dit word gebruik in optiese dataverwerking en as ligsensors.

'n Fotografiese film gebaseer op pers membraan vertoon die interessante eienskappe aangesien dit nie ontwikkel hoef te word nie. Holografiese films van hierdie tipe is geskik vir rekenaargeheue, dws parallelle verwerking.

Onlangs is bioskyfies in 'n nuwe generasie rekenaars bekendgestel. In die toekoms kan robotte met visie biosensors hê wat op hierdie proteïen gebaseer is. Ontsouting van water word ook gedemonstreer deur die toediening van bakterorodopsien.

(b) Bioplastiese of polihidroksielkanoate (PHA):

Hierdie soort heteropolimeer is bioafbreekbaar en skaam. Dit vertoon totale weerstand teen water en word in menslike weefsel afgebreek, dus is dit bioversoenbaar. Dit het farmaseutiese en kliniese belang, insluitend die gebruik in vertraagde geneesmiddelvrystelling, beenvervanging en chirurgiese hechtings. Produksie van PHA is altyd hoër deur Halof te gebruik. mediterranei. Boonop besit hierdie halobakterieë hoë genomiese stabiliteit wat 'n voorvereiste vir industriële doeleindes is.

(c) Polisakkariede:

Mikrobiese eksopolisakkariede word gebruik as stabiliseerders, dikte, geleringsmiddels en emulgatoren in die farmaseutiese nywerhede, verf- en olieherwinning, papier-, tekstiel- en voedselindustrie. Half.mediterranei produseer 'n hoogs gesulfateerde en suur heteropolisakkariede (tot 3 g/l) wat mannose as 'n hoofkomponent bevat. So 'n polimeer kombineer uitstekende reologiese eienskappe met 'n merkwaardige weerstand teen uiterste soutgehalte, temperatuur en pH.

(d) Mikrobiese verbeterde olieherwinning:

Oorblywende olie in natuurlike olievelde kan onttrek word deur inspuiting van water onder druk in 'n nuwe put. Die bakteriële biopolimere is van belang in verbeterde olieherwinning vanweë hul bio-oppervlak aktiwiteit en eienskappe van bio-emulgeerders.

(e) Kanker opsporing:

'n Proteïen (84 kDa) is vanaf Halobacterium halobium as 'n antigeen gebruik om teenliggaampies teen die menslike e-myc onkogeenproduk in die sera van kankerpasiënte wat aan pirolitiese leukemie-sellyn (HL-60) ly, op te spoor. Die gebruik van halobakteriese antigene as sonde vir sommige soorte kanker blyk belowend te wees.

(f) Dwelm sifting:

Plasmied, pGRB-1 van Halobacterium-stam GRB-1 wat gebruik word in die vooraf-keuring van nuwe antibiotika en anti-tumormiddels beïnvloed eukariotiese tipe IIDNA topoisomerase en kinotoonmiddels wat op DNA-gyrase inwerk. Sulke middel veroorsaak DNA-splyting van klein plasmied van halofiele archaea in vivo.

Etergekoppelde lipied van die halobakterieë word gebruik in liposoombereiding wat groot waarde in die kosmetiese industrie het. Sulke liposome sal meer bestand wees teen biodegradasie, goeie raklewe en weerstand teen ander bakterieë.

Proteases en amilases van Halobacterium salinarium, H. halobium en lipases van verskeie halobakterieë is aangemeld. 'n Plek-spesifieke endonuklease-aktiwiteit is in H. halobium aangemeld.

(i) Bioremediëring:

Bertrand (1990) het waargeneem dat daar gevind is dat die halobakteriese stam EH4 geïsoleer vanaf 'n soutmerk alkane en ander aromatiese verbindings in die teenwoordigheid van sout afbreek.

(j) Gasvakuole of vesikels:

Sommige Halobacterium spp. produseer intrasellulêre gas gevulde organelle genoem vakuole van gasvesikels wat dryfkrag verskaf. In die toekoms is dit moontlik om die gene van sulke eienskappe in ander mikro-organismes te manipuleer om gasvakuole te produseer om in water te dryf.

'n Sous genaamd ‘nam pla’ word in Thai voorberei van vis wat in gekonsentreerde pekelwater gefermenteer is wat 'n groot populasie halobakterieë bevat wat verantwoordelik is vir aromaproduksie. Omdat hulle sout-stabiele ekstrasellulêre proteases produseer. Dit is belangrik in die fermentasie en die geur- en aromaproduserende prosesse.

Matige halofiele verwyder fosfaat uit sout omgewing. Isolasie van stabiele antimikrobiese weerstandbiedende mutante is te wyte aan die teenwoordigheid van kloning van die gene vir oorproduksie van interessante in-industrieel belangrike verbindings.

Grootskaalse verbouing van Spirulina platensis in Israel gebruik brak- en skaamwater wat nie geskik is vir landbou- en bosboukunde nie en die Spirulina-biomassa word as 'n gesonde voedsel bemark. Spirulina groei optimaal in alkaliese mere met 'n soutkonsentrasie wat wissel van 2 tot 7%.

Groep # 4. Psigrofiele:

Temperatuur is 'n belangrike omgewingsfaktor wat die verskillende groepe mikroörganismes beïnvloed. Verskillende groepe mikroörganismes gebaseer op verskillende temperatuurregime word in Fig. 29.2 gegee.

Koue omgewings is eintlik meer algemeen soortgelyk aan warm omgewings gedurende die somer. Die oseane wat 'n gemiddelde temperatuur van 1-3°C handhaaf, vorm ons helfte van die aarde’ se oppervlak. Die uitgestrekte landgebiede van die Arktiese en Antarktika is permanent gevries of ontvries vir slegs 'n paar weke in die somer.

James T. Staley en sy kollegas aan die Universiteit van Washington het getoon dat mikrobiese gemeenskappe ys-oseaanwater van Antarktiese see bevolk wat vir baie van die jare gevries bly. Hierdie gemeenskappe sluit fotosintetiese eukarya in, veral alge en diatome, sowel as 'n verskeidenheid bakterieë.

Polasomonas vacuolata verkry deur Staley’s groep is 'n uitstekende verteenwoordiger van 'n psigrofiel. Psigrotolerante kan uit meer wydverspreide habitat as psigrofiele geïsoleer word. Hulle kan geïsoleer word van grond, water in gematigde klimate sowel as vleis, melk en ander suiwelprodukte, groente en vrugte onder verkoeling.

Hulle groei die beste tussen 20 en 40°C maar kan nie by 0°C groei nie. Na 'n paar weke van inkubasie kan hul sigbare groei waargeneem word. Sy optimum temperatuur vir groei is 4°C, en 12°C vir voortplanting. Die koue-liefdevolle mikroörganismes het vervaardigers begin belangstel wat ensieme benodig wat by yskastemperatuur werk, soos voedselverwerkers, vervaardigers van geure en vervaardigers van kouewaswasmiddels.

Sommige psigrofiele kan gevaarlike organismes vir die mens wees bv. Pseudomonas syringae, Erwinia sp., Yersinia enterocolitica, ens. Die meeste van die voedsel of voedselprodukte word by vars temperatuur gestoor sodat die patogeniese of saprofitiese mikrobes ophou groei.

Die meerderheid van mariene mikrobes is psigrofiele as gevolg van hul habitat (oseaan). Oor die algemeen is dit Gram-negatiewe staafvormige bakterieë. Onder hulle is pseudomonades waarvan P. geniculata die algemeenste is.

Die ander mikrobes is P. putrefaciens, P.fragi en P. fluorescens, Flavo bacterium spp, Alcaligenes spp, Achromobacter en 'n paar stamme van Escherichia, Aerobacter, Aeromonas, Serratia, Proteus, Chromobacter en Vibrio is psigrofiel van aard. Die algemene psigrofiele giste is spesies van Candida, Cryptococcus, Rhodotorula en Torulopsis.

Fisiologies is die Gram-negatiewe eienskap van die bakterieë en 'n hoë proporsie G+C-inhoud teenwoordig in sulke mikroörganismes. Psigrofiele bevat 'n verhoogde hoeveelheid onversadigde vetsure in hul lipiede. Flagellum verdwyn nadat die temperatuur verhoog is.

(i) Fisiologie:

Psigrofiele produseer ensieme wat optimaal funksioneer in die koue. Sy selmembraan bevat 'n hoë inhoud van onversadigde vetsuur wat 'n semi-vloeibare toestand by lae temperatuur handhaaf. Die lipiede van sommige psigrofiele bakterieë bevat ook poli-onversadigde vetsure en langketting koolwaterstowwe met veelvuldige dubbelbindings.

(ii) Molekulêre aanpassing:

Die aktiewe vervoer in sulke organismes vind plaas by lae temperatuur. Dit dui aan dat die sitoplasmiese membrane van psigrofiele op so 'n manier gebou is dat lae temperatuur nie membraanfunksie inhibeer nie. Die membraan bevat poli-onversadigde vetsure in hul lipiede wat die rigiditeit by lae temperatuur handhaaf en organismes dus in staat is om te oorleef.

(iii) Aansoeke:

Psigrofiele en hul produkte het baie toepassings soos hieronder beskryf:

(a) Bron van farmaseutiese middels:

Baie psigrofiele soos Streptomyces, Alteromonas, Bacillus, Micrococcus, Moraxella, Pseudomonas en Vibrio is uit diepsee sedimente geïsoleer. Hulle groei by temperatuur tussen – 3 en -30°C. Waterplante en -diere is hoogs geneig tot besmetting deur patogene mikro- en skaam organismes. 'n Alteromonas sp. is aangemeld om 2,3-indolinedion (isatien) te sintetiseer.

Hierdie verbinding beskerm Palaeoman macrodactylus teen patogeniese swam Lagenidium callinectes. Net so het 'n ander stam van Alteromonas sp. word intiem geassosieer met die mariene spons Halichondria okada en produseer 'n tetrasiklien alkaloïed bv. alterimied. Daar is wye ruimte vir die ontdekking van nuwe biologies aktiewe verbindings in mariene mikrobiologie.

'n Antitumor-polisakkaried is as narinaktien uit mariene aktinomisete geïsoleer. 'n Mengsel van protease en amilase wat uit Bacillus subtilis geïsoleer is, verwyder die tandheelkundige gedenkplaat.

Lipases word hoofsaaklik gebruik as stereo-spesifieke katalisators en in die biotrans­formasies van verskeie hoëwaarde produkte soos geurmiddels en farmaseutiese middels. Trehalose word gevorm deur 'n ensiem trehalase wat in verskeie psigrofiele bakterieë voorkom.

(b) Bakteriese yskernvormende middels:

Daar is verskeie gebruike vir ys-kernvormende middels (INA) wat deur bakterieë geproduseer word. Hulle word gebruik in die maak van kunsmatige sneeu, in die vervaardiging van roomys en ander bevrore voedsel.

Dit word ook in immunodiagnostiese kits gebruik as 'n konjugaat vir teenliggaampies en as 'n plaasvervanger vir silwerjodied in wolksaai. Onder verskeie organismes het bakteriële INA's baie aandag getrek as gevolg van sy vermoë om yskerne te vorm by relatief hoë temperatuur in vergelyking met ander bronne.

(c) Fermentasiebedryf:

Daar is gevind dat mesofiele giste wat onversadigde vetsure in membrane (lipiede) bevat, weerstandbiedend is tussen -80 en -20°C. Dit word verkies vir die berging daarvan in bak- en ander verwerkingsbedrywe. Fermentasie by 6-8°C verminder die inhiberende effek van etanol op selmembraan van die gisselle.

(d) In mikrobiese loging:

Tans behels mikrobiese logingsoperasies oksidatiewe oplosbaarheid van koper- en uraanerts. Uitlogingsoperasie in gematigde lande word by baie lae omgewingstemperatuur uitgevoer. Mikrobiese loging vanaf sulfiederts word uitgevoer by 4-37°C.

(e) In bioremediëring:

Psigrofiele het die vermoë om verskeie verbindings in hul natuurlike habitat af te breek. Hulle word gebruik in bioremediëring van verskeie besoedelingstowwe by lae temperatuur. Daar is gevind dat die bakteriese stamme dodekaan, heksadekaan, naftaleen, tolueen, ens.

Dit is gedemonstreer in laboratorium- en veldeksperimente met spesifieke bakteriese stamme. 'n Psigrofiele bakterie, Rhodococcus sp. stam Q15 is bestudeer vir sy vermoë om n-alkane en dieselbrandstof teen lae temperatuur af te breek.

(f) Denitrifikasie van drinkwaterbronne:

Die teenwoordigheid van hoë nitraatkonsentrasies in water het 'n groot probleem in baie lande geword. Die mees gebruikte praktyke vir die verwydering van NO3 is die biologiese denitrifikasie. Die meeste van die denitrifikasieprosesse word by 10°C uitgevoer. Die tempo van denitrifikasie in hierdie gevalle kan verhoog word deur die gebruik van psigrofiele bakterieë wat uit permanent koue habitat geïsoleer is.

(g) Anaërobiese vertering van organiese afval:

Die verpligte anaërobe wat organiese sure na CH omskakel4 en CO2 dit wil sê metanogene is hoogs sensitief vir lae temperature. Die tempo van metanogenese kan verskeie kere verhoog word deur lae temperatuur aanpassing deur metanogene.

Die proses kan moontlik gemaak word deur selektiewe verryking van psigrofiele metanogene deur langtermyn laboratorium proewe. Methanogenium frigidum wat uit Ace-meer (Antarktika) geïsoleer is, groei optimaal by 15°C. Daar word gevind dat hierdie bakterie metaan uit waterstof en koolstofdioksied produseer.

Groep # 5. Termofiele en hipertermofieë:

Hipertermofiele bakterieë is archaea wat die organisme by die boonste temperatuurgrens van lewe verteenwoordig. Neutrofiele en effens asidofiele hipertermofiele word in terrestriële solfatariese velde en diep oliereservoirs aangetref. Hierdie toon spesifieke aanpassings aan hul omgewings en die meeste van die bakterieë is streng anaërobies.

Verskeie faktore, beide abiotiese en biotiese, wat die groei van alle lewende organismes beheer, word biotoop genoem. Die matige termofiele word ekstreme termofiele genoem wat optimaal groei tussen 80°C en KWC. Die hipertermofiele is nie in staat om onder 80°C te groei nie, maar het aangepas by hoë temperatuur aangesien hulle nie eers by 80°C groei nie.

Sommige van die voorbeelde word in Fig. 29.3 gegee. Thermotoga het staafvormige selle omring deur 'n kenmerkende skedeagtige struktuur (die ‘toga’) wat aan die einde (A) uitballon. Archaeal coccoid sulfaat reducers is die lede van die genus Archeoglobus (B) en Methanopyrus kandleri is 'n staafvormige metanogeen (C).

Die hipertermofiele kan groei in natuurlike sowel as in kunsmatige omgewingstoestande. Natuurlike swaelbiotope word gewoonlik met aktiewe vulkanisme geassosieer. In so 'n situasie bly grond en oppervlakwater van S-bevattende suur velde (pH 0,5-6,0) en neutrale tot effens alkaliese warmwater-omgewing voort.

Bekende biotope ('n biotoop het boonste en onderste limiete vir groei vir elk van omgewingsfaktore) van hipertermofiele is vulkaniese gebiede soos warmwaterbronne en solfatariese velde, dit wil sê hoëtemperatuurvelde geleë binne vulkaniese sones met baie swaelsuur grond, suur warmwaterbronne en kokende modder.

Min hipertermofiele leef in vlak ondersese hidrotermiese stelsels en abyysale warm ventilasiestelsels genaamd “black rokers” met temperatuur van ongeveer 270-380°C. Die swart rokers is mineraalryke warm water wat wolk van neerslagmateriaal maak wanneer dit met seewater vermeng word. Ander biotope is smeulende steenkoolvullishope met suur pH en geotermies verhitte grondreservoirs.

Die meeste van die hipertermofiele is anaërobies as gevolg van lae oplosbaarheid van suurstof by hoë temperatuur en die teenwoordigheid van rooi gasse. Anaërobiese chemolito-outotrofiese hipertermofiele heeltemal onafhanklik van die son, maar hulle kan selfs in ander planete ook bestaan. Hidrotermiese vents in die bodem van die see het 'n temperatuur van 350°C of hoër en toon ook die bestaan ​​van hipertermofiele.

Die onlangs ontdekte nie-vulkaniese biotoop ingebed in diep geotermiese verhitte oliestratifikasie van onttrekde vloeistowwe wat vir sulke mikrobiese gemeenskappe bewys is.

Vir die kweek van sulke bakterieë word monsters sonder temperatuurbeheer na die laboratorium gebring. Hulle word geïsoleer deur verrykingskultuurtegniek met variasie in samestelling van substraat en beheer van in situ temperatuur. Agar is nie geskik nie, daarom word meer hitte-stabiele polimeer soos gellangom of polisilikaatgels gebruik vir stolling.

Baie taksonomiese tipes gekweekte hipertermofiele is tot dusver reeds bekend. Hulle verteenwoordig 52 spesies wat aan 23 genera en 11 ordes hipertermofiele bakterieë en archaea behoort wat in die literatuur bekend is. Die organismes wie se optimum groeitemperatuur < 45°C is, word termofiele genoem en dié bo 80°C word hipertermofiele genoem.

(i) Fisiologie:

Die ensieme en proteïene is baie meer stabiel as die ander vorme en hierdie makromolekules funksioneer by hoë temperatuur. Termofiele proteïene het verskillende aminosuurvolgordes wat dieselfde reaksie in 'n mesofiel kataliseer wat dit toelaat om op 'n ander manier te vou en daardeur hittetolerante effek toon. Alle termofiele bevat omgekeerde gyrase, 'n unieke tipe 1 DNS-topoisomerase wat DNS stabiliseer.

Hitte-stabiliteit van proteïene van hipertermofiele is ook as gevolg van verhoogde aantal soutbrûe (oorbrugging van ladings op aminosure deur Na + of ander katione) teenwoordig en dig gepakte hoogs hidrofobiese binnekant van die proteïen, wat membrane ryk aan versadigde vetsure het. Dit laat die membraan stabiel bly en funksioneer by hoë temperatuur.

Die meeste van die hipertermofiele is archaea wat nie vetsure bevat nie, die lipiede in hul membrane, maar eerder koolwaterstowwe van verskillende lengtes het wat bestaan ​​uit herhalende eenhede van 5-6 saamgestelde fitane wat deur eterbinding aan gliserofosfaat gebind is.

Met toename in groeitemperatuur word 'n toename in versadigingsgraad, kettinglengte en/of iso-vertakting van die asielkettings waargeneem. Soms is spesiale lipiede (die sterol soos hopanoïede) teenwoordig in termofiele. Dit kan ook 'n aanpassing by lewe by hoë temperatuur beïnvloed deur die membraan meer rigied te maak.

(ii) Molekulêre aanpassing:

Hierdie bakterieë bevat hitte-stabiele ensieme en proteïene wat verskeie makromolekulêre funksies by hoë temperatuur reguleer. Die kritieke aminosure wat op een of meer plekke in hierdie ensieme vervang word, laat hulle toe om op 'n ander manier te vou en daardeur die denaturerende effek van hitte te weerstaan ​​wat lei tot die oorlewing van hierdie organismes.

Verder bevat die sitoplasmiese membraan lipiede wat ryk is aan versadigde vetsure, sodat die membraan dus stabiel en funksioneel by hoë temperatuur kan bly. Die termofiele archaea bevat nie vetsure in hul lipiede nie, en ook nie sy membraan het esterbindings met gliserolfosfaat nie. Dit verleen meer rigiditeit aan sy membraanstelsels.

(iii) Aansoeke:

Die meeste van die mikroörganismes wat bo die kookpunt van water floreer, behoort aan archaea. Die ensieme van termofiele is van groot belang. Hipertermofiele het gefokus op termostabiele ensieme vanaf vent. Die proteïene (chaperons) is ook ontdek.

Hierdie proteïene word onder strestoestande uitgedruk en betrokke by proteïenvoue:

Nuwe ensieme van hipertermofiele het die aantal stappe verminder wat nodig is om stysel in fruktosestroop te omskep. Die amilase, glukoamilase, pullunases en glukosidases is die ensieme wat in styselbedryf gebruik word.

Pullunases word in anaërobiese bakterieë aangetref. Amilases word wyd gebruik in tekstiel-, versorgings-, papier-, brouery- en alkoholbedrywe. Soortgelyk word glukosidase gebruik om laktosestroop en mengsels na glukose en galaktose te hidroliseer.

Hulle kan kliniese toepassings hê aangesien daar bewyse is van 'n laktasetekort in die bevolking wat óf oorgeërf is óf die gevolg is van veroudering. Glukose-isomerase word wyd gebruik in die voedselindustrie wat glukose omskakel na fruktose vir gebruik as versoeter.

As gevolg van die termiese stabiliteit van die ensieme, is hipertermofiele die onderwerp van intensiewe ondersoek. Termostabiele ensieme is meer bestand teen die denaturerende aktiwiteite van skoonmaakmiddels en organiese oplosmiddels. Die amilases is uit Pyrococcus furiosus en Pyrococcus woessei onttrek.

Ensieme is uit sommige argaea ontgin, bv. Desulfurococcus mucosus, Staphylothermus marinus, Thermococcus celer en Thermococcus litoralis. 'n Toga-geassosieerde amilase is ook van Thermotoga maritima opgespoor. Hierdie ensiem is aktief tussen 70 en 100°C by pH 6. Fervidobacterium pullunolyticum het die potensiaal om termotolerante ensiemoptima by 90°C te produseer.

Daar word gerapporteer dat sekere bakterieë en archaea soos P. woesei, P. furiosus, Thermococcus litoralis, T. celer, F. pennavorans, D. mucosus, ens. pullunase II (amylopullunase) produseer met 'n molekulêre gewig van 90 kDa met temperatuuroptima 105° C en pH 6. Sommige hiervan (P. woesei en P. furiosus) produseer ook glukosidases met temperatuuroptima 110-115°C. Dit is nuttig vir die bio-omskakeling van stysel in verskeie nuttige produkte van industriële betekenis.

'n Termostabiele ekso-4-β-sellobiohidrolase met 'n halfleeftyd van 70 minute by 108°C is uit Thermotoga sp. stam FjSS3- B. Soortgelyk is termostabiele xilanases gerapporteer vanaf Thermotoga maritima, T. neoplolitiana, T. thermarum. P. furiosus het β-xylanosidase-aktiwiteit getoon. Die en­zymes van Thermotoga sp. is uiters stabiel met halfleeftyd van 8 uur by 90°C.

Die proteïenhidroliserende ensieme (pro­teases) is geïsoleer, gesuiwer en gechar&shiacterized uit 'n aantal termofiele en hipertermofiele mikroörganismes, veral Pyrococcus, Thermococcus, Sulfolobus, Staphylotermus en Desulfurococcus.

Pirolisien, 'n ensiem wat met die selomhulsel geassosieer word, wat 'n serientipe protease is, het temperatuuroptima van 110°C en 'n halfleeftyd van 4 uur by 100°C. Dit is geïdentifiseer en gekenmerk in P. furiosus en P. woesei. Die serienprotease van Sulfurococcus mucosus vertoon sy aktiwiteit by 100°C.

'n Unieke protease wat keratien van hoendervere, hare en wol hidroliseer, is gekenmerk deur 'n bakterie F. pennavorans. 'n Termofiele glukose-isomerase is gekarakteriseer en gesuiwer vanaf Thermotoga maritima.

Ferredoksiene van Thermoplasma acidophilum, Sulfolobus acidocaldarius en Desulfurococcus mobilis is ook ondersoek. Hidrogenase, met 'n halfleeftyd van 21 uur by 80-85°C, is uit Pyr geïsoleer. woedend. 'n Termoaktiewe piruvaat-ferrodoksien-oksidoreduktase (POR) wat die oksidatiewe dekarboksilering van piruvaat na asetiel-CoA en CO kataliseer2 is opgespoor in D. amylolyticus, H. butylicus, Thermococcus celer, Pyrococcus woesei, P. furiosus en Thermotoga maritima.

Ensieme betrokke by aminosuurbiosintese soos aromatiese aminotransferase van Thermococcus litoralis en Sul. solfataricus opgespoor is. 'n Uiters termostabiele ensiem met optimale aktiwiteit by 100°C is ook van Methanobacterium thermoformicicum opgespoor. Die gesuiwerde ensiem van P. woesei en P. furiosus het molekulêre massa van identiese subeenhede 45 kDa elk. Die ensieme het hittestabiliteit tot 70% na hittebehandeling by 100°C vir 1 uur.

Glutamaat sintetase (GS) is verantwoordelik vir die sintese van glutamien uit glutamaat en ammoniak. Die halfleeftyd van gedeeltelik gesuiwerde GS is 2 uur by 100°C. Twee termo-aktiewe aromatiese aminotransferases van Thermococcus lithoralis is gesuiwer en gekarakteriseer, wat aktief is by 100°C temperatuur. Die ensiem aspartaataminotransferase wat aminogroepe van glutamaat na oksaloasetaat oordra, is in Sul opgespoor. solfataricus.

Taq-polimerase is 'n baie belangrike ensiem wat in molekulêre biologie gebruik word vir die amplifikasie van DNA deur gebruik te maak van polimerase kettingreaksie (PCR). Hierdie ensiem wat in Thermus aquaticus voorkom, is aktief by 80°C by pH 8.

Simpson (1990) het die ander DNA-polimerase van Themotoga sp. Sekere archaea soos Sul. acidocaldarius en Sul. solfataricus bestaan ​​uit DNA-polimerase van 'n enkele polipeptiedketting met 'n molekulêre massa van 100 kDa. Die DNA-polimerase van P. furiosus is ook gesuiwer.

Die DNA-ligase is gekarakteriseer vanaf Thermus thermophilus. Topoisomerases tipe I gesuiwer van Sulfolobus acidocaldarius, Desulfurococcus amylolyticus, Thermoplasma acidophilum, Fervidobacterium islandicum, Thermotoga maritima en Methanopyrus kandleri, terwyl topoisomerase II tot dusver van Sulfolobus acidocaldarius geïsoleer is. Thermotoga maritima bevat beide gyrase- en omgekeerde gyrase-ensieme. Herstel van uitgebreide DNA-skade veroorsaak deur ioniserende bestraling by 95°C is in Pyrococcus furiosus gedemonstreer.

Die chaperons is die proteïene wat onder strestoestande soos verhoogde temperature uitdruk. Hulle is betrokke by proteïenvou. Dit word in So opgespoor. shibate en Su. solfactaricus. Dit word termofiele faktor genoem wat 55 kDa molekulêre massa het. As gevolg van die toename in hoë konsentrasies van intrasellulêre proteïen tot 105°C, word hierdie proteïenkompleks termosoom genoem.

Die termosoom bestaan ​​uit 'n silindriese kompleks van 'n twee gestapelde identiese ringe, elke eenheid bestaan ​​uit 8 subeenhede rondom 'n sentrale kanaal. Beide subeenhede bevat 56 en 59 kDa molekulêre massa. Hulle bind ook die ontvoude proteïene soortgelyk aan chaperons. 'n Termostabiele disulfiedbindingvormende ensiem is uit Sul geïsoleer, gekarakteriseer en gesuiwer. solfataricus.

Groep # 6. Barofiele:

Barofiele is daardie bakterieë wat teen hoë druk by 400-500 atmosfeer (atm) op 2 tot 3°C ​​groei. Sulke toestande bestaan ​​in diepseehabitat van ongeveer 100 meter diep. Baie is barotolerant en groei nie by druk bo 500 atm nie. maar sommige leef in die ingewande van ongewerweldes (amfipode en holothuriërs).

Photobacterium shewanella en Colwella bewoon vinniger. Sommige termo­philic archaea is barofiele bv. Purococcus spp. en Methanococcus jannaschii. Barofiele pas die uiterste druk (200-600 bar) aan wat makromolekulêre strukture in selle behels. Toenemende druk maak strukture meer kompakteer, en hierdie neiging was die beginsel van mikroskopiese ordening.

(i) Fisiologie:

Daar is variasies in membraanstruktuur en -funksie. Die hoeveelheid mono-onversadigde vetsure in die membraan neem toe as gevolg van toename in die druk. Die organisme is daardeur in staat om die verlies aan membraanvloeibaarheid wat opgelê word deur die druk te verhoog, te omseil. Soos die druk afneem, neem membraanvloeibaarheid vermoedelik toe en reageer die selle deur die vlak van mono-onversadigde vetsure te verlaag.

Dit word bewys dat verhoogde druk die bindingskapasiteit van ensieme vir hul substrate verminder. Die ensieme moet dus op so 'n manier gevou word dat hierdie druk in barofiele tot die minimum beperk word. Dit is nie bekend of H + , Na + of albei as koppelione in energietransduksie in hierdie organismes gebruik word nie.

(ii) Molekulêre aanpassing:

In die sitoplasmiese membrane van hoëdrukverdraagsame mikrobes is die hoeveelheid onversadigde vetsure meer wat die aanpasbare betekenis toelaat. Verder kan die aanpassingsvermoë ook wees as gevolg van veranderinge in proteïensamestelling van die selwand buitenste membraan genaamd OmpH-proteïen, 'n tipe porien.

Die poriene is strukturele proteïene wat bedoel is vir diffusie van organiese molekules deur die buitenste membraan en in na die periplasma. Daar word waargeneem dat OompH-stelsel drukafhanklik is en benodig word vir groei by hoë druk.

(iii) Aansoeke:

Barofiele is die hoofbron van onversadigde vetsure of poli-onversadigde vetsure. Die mikrobiese barofilisme is nuttig om die mynbou te verbeter. Ondergrondse mynbedrywighede vind gewoonlik plaas by verhoogde druk en temperature en barofiele termofiele is beter aangepas onder sulke situasies.

Onlangs is vakante soutmyngebied uitgewerk as fermenteerders vir die biologiese vergassing van voorbehandelde bruinkool of landbougewasse gebaseer op die betrokkenheid van ekstremofiele toegerus met aanpassing by hoë druk en temperatuur naas soutgehalte.


Aanbevelingsmeer

Ongelooflike nuttige hulpbronwebwerf - het my waarskynlik honderde ure se beplanning gespaar. Baie skakels, werkkaarte en interaktiewe hulpbronne wat die nuwe IB-kursus ondersteun.

Sarah Jackson, Diocesan School for Girls, Nieu-Seeland

Hierdie InThinking Biology-aktiwiteite is uitstekend! Ek was op soek na iets om die eentonigheid van 'n selles te breek, so ek het die Seltipes-speuraktiwiteit probeer. Studente was mal daaroor. Beide die situasie en die voorbeelde was briljant

Amit Khanna, Jakarta Interkulturele Skool, Indonesië

Ek is mal oor die onderwerpvasvrae. so baie behulpsaam!!

Emma Nason, KAUST-skole, Saoedi-Arabië


Swam- en protosoëparasiete het komplekse lewensiklusse met veelvuldige vorms

Patogeniese swamme en protosoë parasiete is eukariote. Dit is dus moeiliker om dwelms te vind wat hulle sal doodmaak sonder om die gasheer dood te maak. Gevolglik is antifungale en antiparasitiese middels dikwels minder effektief en giftiger as antibiotika. 'n Tweede eienskap van swam- en parasitiese infeksies wat dit moeilik maak om te behandel, is die neiging van die infekterende organismes om gedurende hul lewensiklusse tussen verskeie verskillende vorme te wissel. 'n Middel wat effektief is om een ​​vorm dood te maak, is dikwels ondoeltreffend om 'n ander vorm dood te maak, wat dus die behandeling oorleef.

Die swam tak van die eukariotiese koninkryk sluit beide eensellige in giste (soos Saccharomyces cerevisiae en Schizosaccharomyces pombe) en filamenteus, meersellig vorms (soos dié wat op muf vrugte of brood gevind word). Die meeste van die belangrike patogene swamme vertoon dimorfisme𠅍ie vermoë om in óf gis- óf vormvorm te groei. Die gis-na-skimmel- of vorm-na-gis-oorgang word dikwels met infeksie geassosieer. Histoplasma capsulatum, groei byvoorbeeld as 'n skimmel teen lae temperatuur in die grond, maar dit skakel oor na 'n gisvorm wanneer dit in die long ingeasem word, waar dit die siekte histoplasmose kan veroorsaak (Figuur 25-9).

Figuur 25-9

Dimorfisme in die patogene swam Histoplasma capsulatum. (A) By lae temperatuur in die grond, Histoplasma groei as 'n filamentagtige swam. (B) Nadat dit in die long van 'n soogdier ingeasem is, Histoplasma ondergaan 'n morfologiese skakelaar wat veroorsaak word deur die (meer. )

Protosoë parasiete het meer uitgebreide lewensiklusse as swamme. Hierdie siklusse vereis gereeld die dienste van meer as een gasheer. Malaria is die mees algemene protosoësiekte, wat elke jaar 200� miljoen mense besmet en 1𠄳 miljoen van hulle doodmaak. Dit word veroorsaak deur vier spesies van Plasmodium, wat aan mense oorgedra word deur die byt van die wyfie van enige van 60 spesies van Anofeles muskiet. Plasmodium falciparum𠅍ie mees intensief bestudeerde van die malaria-veroorsakende parasiete— bestaan ​​in nie minder nie as agt verskillende vorme, en dit vereis dat beide die menslike en muskietgashere sy seksuele siklus voltooi (Figuur 25-10). Gamete word in die bloedstroom van besmette mense gevorm, maar hulle kan net saamsmelt om 'n sigoot in die ingewande van die muskiet te vorm. Drie van die Plasmodium vorms is hoogs gespesialiseerd om in spesifieke weefsels die insekdermvoering, die menslike lewer en die menslike rooibloedsel binne te dring en te repliseer.

Figuur 25-10

Die komplekse lewensiklus van malaria. (A) Die seksuele siklus van Plasmodium falciparum vereis deurgang tussen 'n menslike gasheer en 'n insekgasheer. (B)-(D) Bloedsmere van mense wat met malaria besmet is, wat drie verskillende vorme van die parasiet toon wat voorkom (meer. )

Omdat malaria so wydverspreid en verwoestend is, het dit opgetree as 'n sterk selektiewe druk op menslike bevolkings in gebiede van die wêreld wat die Anofeles muskiet. Sekelselanemie, byvoorbeeld, is 'n resessiewe genetiese afwyking wat veroorsaak word deur 'n puntmutasie in die geen wat die hemoglobien β-ketting kodeer, en dit is algemeen in gebiede van Afrika met 'n hoë voorkoms van die ernstigste vorm van malaria (veroorsaak deur Plasmodium falciparum). Die malariaparasiete groei swak in rooibloedselle van óf homosigotiese sekelselpasiënte óf gesonde heterosigotiese draers, en gevolglik word malaria selde onder draers van hierdie mutasie gevind. Om hierdie rede het malaria die sekelselmutasie op hoë frekwensie in hierdie streke van Afrika gehandhaaf.


Organisasie van selle

Biologiese organisasie bestaan ​​op alle vlakke in organismes. Dit kan op die kleinste vlak gesien word, in die molekules waaruit dinge soos DNA en proteïene bestaan ​​het, tot op die grootste vlak, in 'n organisme soos 'n blouwalvis, die grootste soogdier op aarde. Net so toon enkelsellige prokariote en eukariote orde in die manier waarop hul selle gerangskik is. Eensellige organismes soos 'n amoeba is vryswewend en onafhanklik-lewend. Hulle eensellige "liggame" is in staat om al die prosesse van die lewe, soos metabolisme en respirasie, uit te voer sonder hulp van ander selle. Sommige eensellige organismes, soos bakterieë, kan saamgroepeer en 'n biofilm vorm. A biofilm is 'n groot groepering van baie bakterieë wat aan 'n oppervlak kleef en 'n beskermende laag oor homself maak. Biofilms kan ooreenkomste met veelsellige organismes toon. Arbeidsverdeling is die proses waarin een groep selle een werk doen (soos die maak van die "gom" wat die biofilm aan die oppervlak plak), terwyl 'n ander groep selle 'n ander werk doen (soos die inname van voedingstowwe). Veelsellige organismes voer hul lewensprosesse deur arbeidsverdeling uit. Hulle het gespesialiseerde selle wat spesifieke werke doen. Biofilms word egter nie as meersellige organismes beskou nie en word eerder koloniale organismes genoem. Die verskil tussen 'n meersellige organisme en 'n koloniale organisme is dat individuele organismes uit 'n kolonie of biofilm, indien geskei, op hul eie kan oorleef, terwyl selle van 'n meersellige organisme (bv. lewerselle) nie kan nie.

Koloniale alge van die genus Volvox.

Koloniale Organismes

Koloniale organismes was waarskynlik een van die eerste evolusionêre stappe na meersellige organismes. Alge van die genus Volvox is 'n voorbeeld van die grens tussen koloniale organismes en meersellige organismes.

Elkeen Volvox, gewys in Figuur hierbo, is 'n koloniale organisme. Dit bestaan ​​uit tussen 1 000 tot 3 000 fotosintetiese alge wat saam in 'n hol sfeer gegroepeer is. Die sfeer het 'n duidelike voor- en agterkant. Die selle het oogkolle, wat meer ontwikkel is in die selle naby die voorkant. Dit stel die kolonie in staat om na lig te swem.

Oorsprong van Veelselligheid

Die oudste bekende meersellige organisme is 'n rooi alg Bangiomorpha pubescens, waarvan fossiele in 1,2 miljard jaar oue rots gevind is. Aangesien die eerste organismes eensellig was, moes hierdie organismes in meersellige organismes ontwikkel.

Wetenskaplikes dink dat meerselligheid ontstaan ​​het uit samewerking tussen baie organismes van dieselfde spesie. Die Koloniale teorie stel voor dat hierdie samewerking gelei het tot die ontwikkeling van 'n meersellige organisme. Baie voorbeelde van samewerking tussen organismes in die natuur is waargeneem. Byvoorbeeld, 'n sekere spesie amoeba ('n eensellige protis) groepeer tydens tye van voedseltekort en vorm 'n kolonie wat as een na 'n nuwe plek beweeg. Sommige van hierdie amoebes word dan effens van mekaar gedifferensieer. Volvox, gewys in Figuur hierbo, is nog 'n voorbeeld van 'n koloniale organisme. Die meeste wetenskaplikes aanvaar dat die koloniale teorie verduidelik hoe meersellige organismes ontwikkel het.

Veelsellige organismes is organismes wat uit meer as een tipe sel bestaan ​​en gespesialiseerde selle het wat saam gegroepeer is om gespesialiseerde funksies uit te voer. Die meeste lewe wat jy sonder 'n mikroskoop kan sien, is meersellig. Soos vroeër bespreek, sal die selle van 'n meersellige organisme nie as onafhanklike selle oorleef nie. Die liggaam van 'n meersellige organisme, soos 'n boom of 'n kat, vertoon organisasie op verskeie vlakke: weefsels, organe en orgaanstelsels. Soortgelyke selle word in weefsels gegroepeer, groepe weefsels maak organe uit, en organe met 'n soortgelyke funksie word in 'n orgaanstelsel gegroepeer.

Vlakke van organisasie in veelsellige organismes

Die eenvoudigste lewende meersellige organismes, sponse, word gemaak van baie gespesialiseerde soorte selle wat saamwerk vir 'n gemeenskaplike doel. Sulke seltipes sluit spysverteringstelsels, buisporieselle en epidermale selle in. Alhoewel die verskillende seltipes 'n groot, georganiseerde, meersellige struktuur skep &mdash die sigbare spons &mdash is hulle nie georganiseer in ware onderling-verbonde weefsels nie. As 'n spons opgebreek word deur dit deur 'n sif te laat gaan, sal die spons aan die ander kant hervorm. As die spons-selle egter van mekaar geskei word, kan die individuele seltipes nie alleen oorleef nie. Eenvoudiger koloniale organismes, soos lede van die genusVolvox, soos getoon in Figuur hierbo, verskil deurdat hul individuele selle vrylewend is en op hul eie kan oorleef as dit van die kolonie geskei word.

Hierdie rondewurm, 'n veelsellige organisme, is gekleur om die kerne van al die selle in sy liggaam uit te lig (rooi kolletjies).

A sneesdoekie is 'n groep gekoppelde selle wat 'n soortgelyke funksie binne 'n organisme het. Meer komplekse organismes soos jellievisse, koraal en seeanemone het 'n weefselvlak van organisasie. Jellievisse het byvoorbeeld weefsels wat afsonderlike beskermende, spysvertering- en sensoriese funksies het.

Selfs meer komplekse organismes, soos die rondewurm wat in Figuur hierbo, terwyl dit ook gedifferensieerde selle en weefsels het, het 'n orgaanvlak van ontwikkeling. An orrel is 'n groep weefsels wat 'n spesifieke funksie of groep funksies het. Organe kan so primitief wees soos die brein van 'n platwurm ('n groep senuweeselle), so groot soos die stam van 'n sequoia (tot 90 meter, of 300 voet, in hoogte), of so kompleks soos 'n menslike lewer.

Die mees komplekse organismes (soos soogdiere, bome en blomme) het orgaanstelsels. Anorgaanstelsel is 'n groep organe wat saam optree om komplekse verwante funksies uit te voer, met elke orgaan wat op 'n deel van die taak fokus. 'n Voorbeeld is die menslike spysverteringstelsel, waarin die mond voedsel inneem, die maag dit vergruis en vloeibaar maak, die pankreas en galblaas spysverteringsensieme maak en vrystel, en die ingewande voedingstowwe in die bloed absorbeer.


Wat is die mees hitte-verdraagsame organisme? - Biologie

Klik op skakel om terug te keer na Biologie 409 Bylae
of terug na Hoofstuk 13 of vorentoe na Hoofstuk 15

Algemene gids oor hierdie hersieningsvrae hier

Aantekeninge vir Hoofstuk 14: Oorsprong van Lewe

Versameling van relevante skakels uit Biologie 404

Inleiding

  • Inleiding tot Kosmologie
  • Kort opsomming van Big Bang Theory
  • Huidige skatting: Die oerknal was ongeveer 12 miljard jaar gelede
  • Onlangse bewyse dat die oerknal besig is om te versnel
  • NASA se The Origin and Evolution of Life-webwerf of hier
  • Geselekteerde ander NASA-opvoedkundige werwe: 1 - 2 - 3 - 4

Vorming van die Sonnestelsel

Lewe op Planetêre Oppervlaktes

  • Dr. Awramik op die vroeë aarde
  • Lesingnotas oor die aarde se siklusse
  • Lesingnotas oor vroeë lewe
  • Prof. Cowen se opdatering: Is of was daar lewe op Mars?
  • Stimulerende nuwe boek deur Cornell University Biochemist, Thomas Gold, Die diep warm biosfeer.

Herkonstrueer die oorsprong van lewe

  • Onderhoud met Eksobiologie Pionier Dr. Stanley Miller
  • Opsomming van Dr. Miller se mees onlangse oersophipotese
  • Dr. Stanley Awramik oor hoe die lewe begin het
  • Stanley Miller se oersop-eksperiment en vonk-ontladingsreaksie-apparaat
  • Skakels na die oorsprong van die lewe
  • Vra 'n astrobioloog oor Life Origins

Na die Eerste Lewende Sel

  • Carl Zimmer-artikel, Die eerste sel
  • Groot nuwe boek deur John Maynard Smith & Eörs Szathmáry, Die oorsprong van die lewe.
    Of hul meer tegniese boek oor hierdie onderwerp, Die belangrikste oorgange in evolusie
  • 'n Boek deur J. William Schopf, Wieg van die lewe: Die ontdekking van die aarde se vroegste fossiele.


Besoek die bron van die beelde van die diepsee warm "Black Smoker" Vent
en die Gutless Hot Vent Worms, Riftia, Leërskare van Chemosynthetic Simbiotic
Mikrobes, by Nova's Living at Extremes-webwerf

Waar het die lewe ontwikkel?

  • Goeie lesing uiteensetting deur Bruce Walsh et al. Oor Oorsprong van Lewe wat die interaksie van molekules bevorder
  • 'n Goeie oorsig van mikrobiese biologie
  • 'n Goeie oorsig van mikrobiese diversiteit en filogenie
  • Uitstekende lesingnotas deur James Brown oor mikrobiese diversiteit
  • Carl Zimmer Artikel oor Triomf van die Archaea
  • Inleiding tot Archaea
  • Lab Handleiding Gids tot Drie Archaea Groepe: 1 - 2 - 3
  • Beelde van Archaea: 1 - 2
  • Meer prente van Archaea, Eerste Archaea heeltemal in volgorde
  • Persverklaring aan Voltooiing van Methanococcus-genoomvolgordebepaling Gevolgorde word
  • Opgedateerde lys van opeenvolgende genome tuisblad
  • Artikel oor ekstremofiele
  • Inleiding tot Crenarchaeota: Die mees hitte-verdraagsame Archaea of ​​hier
  • Vergelyking van die termofilisiteit van hitteverdraagsame mikrobes
  • Voorbeeld van Euryarchaea: Die Ander Groot Groep Archaea
  • Beeld van Yellowstone Hot Spring Archaea
  • Beelde van Hot Smoker Vent Habitat vir Archaea in Diepsee
  • Nova's Feature on Life in Black Smoker Vents in Deep Sea
  • Potensiële belangrikheid van lewe onder die oppervlak
  • Die idee van kosmiese afkoms
  • NASA se Mars-verkenningsprogram

Lewende dinge

  • Prof. Cowen se mini-opstel oor natuurlike seleksie
  • Prof. Cowen se webskakels na hoe evolusie werk
  • 'n Baie volledige oorsig van evolusie
  • Quicktime-video van Stephen Jay Gould wat die feit van evolusie vs. aanvaarding van Darwin se model vir evolusie verduidelik
  • Meer Gould-opmerkings oor die fout om evolusie met toenemende kompleksiteit gelyk te stel
  • Pouslike verklaring oor evolusie
  • Webwerf vir evolusie- en skeppingskursusse by CSUF van Tom Morris, Fullerton College, of kyk na sy hoofstuk oor The Origin of Earth and Life

Energie en Lewe

Skakels laas opgedateer 19/7/02 &kopieer D.J. Eernisse 1998-2002

RQ UE 14.1: Gebruik die skakels hierbo en die teks en beskryf hoe toestande op Aarde vermoedelik verskil het toe lewe soos ons dit ken, die eerste keer ontstaan ​​het.

II. Eksperimentele sintese van organiese verbindings

RQ UE 14.2: Wat is die betekenis van eksperimente van die soort wat deur Dr. Stanley Miller gepionier is?

RQ UE 14.3: Al drie lewensdomeine gebruik DNS om die kodes te stoor wat nodig is vir hul voortgesette sukses. So hoekom word RNA nou as die eerste genetiese materiaal beskou, en wat het dit te doen met molekules bekend as ribosime?

RQ UE 14.4: Een algemene dwaling oor die oorsprong van lewe is dat alle aspekte wat ons vandag in organismes in gemeen sien, gelyktydig moes ontwikkel het sodat die organisme in staat sou wees om te oorleef. Die laaste gemeenskaplike voorouer van organismes wat vandag leef, het egter reeds van 'n lang geslag van eenvoudiger organismes afgestam. Wat was die eerste self-repliserende voorlopers van organismes, en waar sou hulle waarskynlik gevind gewees het? Wat is van die stappe wat nodig sou wees voordat hierdie meer ingewikkelde organisme kon bestaan ​​het? Waarom is natuurlike seleksie van kardinale belang om die naïve siening* teë te werk dat hierdie oorgang na verwagting toevallig alleen plaasgevind het, en daarom word die evolusie van lewe as 'n hoogs onwaarskynlike scenario beskou.

* Hier is een voorbeeld van hierdie soort argument, vanaf hierdie webwerf:

Baie van die populistiese evolusionêre propaganda lyk soos die volgende hipotetiese teorie vir die oorsprong van 'n motor:

‘Ontwerp is 'n onwetenskaplike verduideliking, daarom moet ons eerder 'n naturalistiese verduideliking vind. Nou het eksperimente getoon dat een van die belangrike boustene van die motor — yster — vervaardig kan word deur natuurlike minerale soos hematiet te verhit tot temperature wat op sommige plekke op aarde voorkom. Wat meer is, kan getoon word dat yster dun velle vorm onder druk wat bekend is dat dit in sekere geologiese formasies voorkom ….’

As dit vergesog lyk, let dan daarop dat selfs die eenvoudigste selfreproduserende sel, wat 482 gene het, 'n baie hoër inligtingsinhoud as 'n motor het, maar selfreproduksie is 'n voorvereiste vir neo-Darwinistiese evolusie.

RQ UE 14.5: Wat is Norman Horowitz se idee van retrograde evolusie en hoekom word dit deur die teksskrywers as "aanhaling" beskou?

RQ UE 14.6: Miskien was die grootste innovasie in die geskiedenis van die lewe 'n aanpassing deur sianobakterieë. (in die teks word verkeerdelik verwys met hul outydse naam, blou-groen alge). Sianobakterieë was die eerste organismes wat dit reggekry het om die waterstof in geredelik beskikbare water as hul waterstofbron vir fotosintese te gebruik. Die probleem voor dit was dat die verwydering van waterstof uit suurstof vrye suurstof vrystel, wat hoogs oksidatief is, en sou geneig wees om selle uitmekaar te ruk sonder beskerming. Sianobakterieë doen dit met behulp van 'n ensiem, SOD, wat suurstof veilig na die seloppervlak lewer, waar dit ontslaan word. So hoekom is dit so belangrik in die geskiedenis van die lewe, wat nuwe geleenthede bied, maar ook lei tot 'n "besoedelingskrisis"?

VI. Prokariotiese en eukariotiese selle

RQ UE 14.7: Kontrasteer eukariote met ander lewensvorme. Watter primêre gedeelde-afgeleide ooreenkomste deel eukariote met mekaar wat in ander lewensvorme ontbreek, en wat was die implikasies van die evolusie van hierdie nuwe eukariotiese kenmerke? Versigtig, mitochondria en chloroplaste is slegs in sommige eukariote teenwoordig, en was waarskynlik nie teenwoordig in die gemeenskaplike voorouer van alle eukariote nie -- dit was latere toevoegings, ten spyte van wat in die teks geïmpliseer word.

PBS Skakel: Voorbeeld van hedendaagse simbiose - Antieke Boere van die Amasone

VII. Organelle en evolusie

RQ UE 14.8: Beskryf die endosimbiotiese hipotese vir die oorsprong van mitochondria en chloroplaste in eukariote, en hersien die primêre bewyse vir hierdie hipotese. (Let wel: Fig. 14.5 toon 'n soortgelyke hipotese vir die oorsprong van die kern en ER, wat na my wete nie 'n baie gewilde hipotese is nie.)

VIII. Klassifikasie van organismes

RQ UE 14.9: Nie-eukariote was vroeër saam gegroepeer deur die parafiletiese naam, "prokariote", maar Carl Woese en die meeste bioloë het hulle vandag in twee lewensdomeine verdeel. Hoekom, en watter implikasies het dit? Wat is fout met Whittaker se ouer 5-Koninkryk-stelsel, wat so gewild is onder handboekskrywers? (Die skakels hierbo verskaf en die Hoofstuk 13-aantekeninge behoort nuttig te wees.)

Klik op skakel om terug te keer na Biologie 409 Bylae
of terug na Hoofstuk 13 of vorentoe na Hoofstuk 15


Kyk die video: Winterverwachting 20202021: eindelijk een koude winter? (Oktober 2022).