- Egenskaber ved psykrofile organismer
- habitatdirektivet
- Tilpasninger
- Typer af psykrofiler og eksempler
- Enscellulære organismer
- Multicellulære organismer
- Væksttemperaturer og psykrofile organismer
- Methanococcoides burtonii
- Sphingopyxis alaskensis
- Bioteknologiske anvendelser
- Referencer
De psykrofile er en subtype af ekstremofiler, der er kendetegnet ved lave modstandstemperaturer, normalt mellem -20 ° C og 10 ° C, og som permanent indtager kolde levesteder. Disse organismer er normalt bakterier eller archaea, men der er metazoer såsom lav, alger, svampe, nematoder og endda insekter og hvirveldyr.
Kolde miljøer dominerer jordens biosfære og koloniseres af rigelige og forskellige mikroorganismer, der spiller potentielt kritiske roller i globale biogeokemiske cyklusser.
Lichen Xanthoria elegans er en velkendt psykrofil, der kan fotosynteser ved temperaturer ned til -24 ° C. Foto taget i Alberta, Canada. Kilde: Jason Hollinger via
Ud over at modstå lave temperaturer skal psykrofile organismer også tilpasses andre ekstreme forhold, såsom højt tryk, høje koncentrationer af salte og høj ultraviolet stråling.
Egenskaber ved psykrofile organismer
habitatdirektivet
De vigtigste levesteder for psykrofile organismer er:
-Polære marine miljøer.
-Bank eller havis.
-Polære landlige miljøer.
-Søer i høj højde og breddegrad.
-Subglacial søer.
-Kaldte alpine regioner.
-Overflader på gletsjere.
-Polære ørkener.
- Dyb havet.
Tilpasninger
Psykrofiler er beskyttet mod frysning ved forskellige tilpasninger. En af dem er fleksibiliteten af deres cellemembraner, som de opnår ved at indbefatte et højt indhold af korte og umættede fedtsyrer i strukturerne i deres lipidmembraner.
Virkningen af inkorporering af disse fedtsyrer er faldet i smeltepunktet, hvorved dets fluiditet og dens modstand øges på samme tid.
En anden vigtig tilpasning af psykrofiler er syntese af frostvæskeproteiner. Disse proteiner holder kropsvand i en flydende tilstand og beskytter DNA, når temperaturer falder under frysepunktet for vand. De forhindrer også isdannelse eller omkrystallisation i at forekomme.
Typer af psykrofiler og eksempler
Enscellulære organismer
Mangfoldigheden af encellede psykrofiler er meget stor, blandt disse kan vi nævne medlemmer af de fleste bakterielinier: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 og Planctomycetes.
Endvidere er Proteobacteria og Verrucomicrobia blevet påvist i Arktis, Antarktis og i alpine kryokoner. De er også blevet påvist i Grønland, Canada, Tibet og Himalaya.
Blandt de psykrofile cyanobakterier finder vi Leptolvngbva, Phormidium og Nostoc. Andre almindelige slægter er den encellede Aphanothece, Chroococcus og Charnaesiphon og den trådformede Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium og Plectonerna.
Multicellulære organismer
Blandt de psykrofile insekter kan vi navngive slægten Diamesa fra Himalaya (Nepal), som forbliver aktiv, indtil den når en temperatur på -16 ° C.
Der findes også den vingerløse myg, Belgica Antarctica, 2–6 mm lang, endemisk for Antarktis. Dette er det eneste insekt på kontinentet og også det eneste udelukkende landdyr.
Figur 2. Den apteriske myg Belgica antarctica, et endemisk insekt af Antarktis. Kilde: Tasteofcrayons, fra Wikimedia Commons
Hvirveldyr kan også være psykrofile. Nogle eksempler inkluderer et lille antal frøer, skildpadder og en slange, der anvender ekstracellulært vandfrysning (vand uden for celler) som en overlevelsesstrategi for at beskytte deres celler om vinteren.
Den antarktiske nematode Panagrolaimus davidi kan overleve frysning af intracellulært vand og derefter vokse og reproducere igen.
Også fiskene fra familien Channichthyidae - som lever i det kolde vand i Antarktis og det sydlige Sydamerika - bruger frostvæskeproteiner til at beskytte deres celler mod fuldstændig frysning.
Væksttemperaturer og psykrofile organismer
Den maksimale væksttemperatur (Tmax) for en organisme er den højeste, den kan tolerere. Mens den optimale temperatur (T- opt) for vækst er den, hvor organismen vokser hurtigere.
Alle organismer, der overlever og trives i miljøer med lav temperatur, betragtes generelt som psykrofile. Som vi ved, skal udtrykket psykrofil imidlertid kun anvendes på de organismer, hvis Tmax er 20 ° C (dvs. de kan ikke overleve ved højere temperaturer).
Mikroorganismer er blevet isoleret fra meget kolde områder, der kan vokse under laboratoriebetingelser ved temperaturer over 20 ° C, hvilket indikerer, at selv om de er tilpasset lave temperaturer, bør de ikke betragtes som psykrofile. Disse mikroorganismer kaldes "mesotolerante", det vil sige, de tolererer medium temperaturer.
Methanococcoides burtonii
Sphingopyxis alaskensis
Sphingopyxis alaskensis er en bakterie isoleret fra havhavene på den nordlige halvkugle, hvor temperaturer på 4 - 10 ° C er fremherskende. På den anden side vokser haloarchaeaer, der er archaea, der beboer farvande, der er meget mættet med salt, ved -20 ° C temperatur.
På trods af at de har høje populationer i deres naturlige levesteder, kunne ingen af disse mikroorganismer dyrkes i laboratoriet ved mindre end 4 ° C.
Til gengæld har S. alaskensis en Tmax på 45 ° C, og haloarchaea kan vokse ved temperaturer over 30 ° C, så de ikke kunne betragtes som psykrofile. Deres populationer er imidlertid godt tilpasset og er meget rigelige i ekstremt kolde områder.
Fra det ovenstående kan vi antage, at der er andre begrænsende miljøfaktorer, der påvirker overlevelsen af disse organismer i deres naturlige levesteder, og temperaturen er ikke den faktor, der har den største vægt.
Bioteknologiske anvendelser
Enzymerne i psykrofile organismer er kendetegnet ved høj aktivitet ved lave og moderate temperaturer. Derudover har disse enzymer ringe termisk stabilitet.
På grund af disse karakteristika er enzymer fra psykrofile organismer meget attraktive til anvendelse i forskellige processer i fødevareindustrien, medicin, molekylærbiologi, den farmaceutiske industri, blandt andre.
Referencer
- Cavicchioli, R. (2015). Om begrebet psykrofil. ISME-tidsskriftet, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
- Krembs, C. og Deming, JW (2008). Eksopolymerers rolle i mikrobiel tilpasning til havis. I: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. og Gerday, C. reds) Psykrofiler: fra biodiversitet til bioteknologi. Springer-Verlag, Berlin, Tyskland, pp. 247-264.
- Kohshima, S. (1984). Et nyt koldtolerant insekt fundet i en Himalaya-gletsjer. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
- Margesin, R. (redaktør). (2017). Psykrofile: fra biodiversitet til bioteknologi. Anden version. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland. pp. 685.
- Miteva, V. (2008). Bakterier i sne og is. I: Margesin, R. og Schirmer, F. (eds) Psykrofile: fra biodiversitet til bioteknologi. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland, pp. 31-50.
- Pris, PB (2000). Et levested for psykrofiler i dyb Antarktisk is. Forløb fra Det Nationale Akademi for Videnskaber i Amerikas Forenede Stater 97, 1247-1251.