PSIKROFILI: ZNAČILNOSTI, VRSTE IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Psihrofilno so podtip ekstremofilnih značilni nizki prenese temperature, običajno med -20 ° C in 10 ° C in stalno zasedajo hladne habitate. Ti organizmi so običajno bakterije ali arheje, vendar obstajajo metazoji, kot so lišaji, alge, glive, ogorčice in celo žuželke in vretenčarji.

Hladna okolja prevladujejo v biosferi Zemlje in jih kolonizirajo številni in raznoliki mikroorganizmi, ki igrajo potencialno kritično vlogo v svetovnih biogeokemičnih ciklih.

Lichen Xanthoria elegans je dobro znani psirofil, ki lahko fotosintezira pri temperaturah do -24 ° C. Fotografija, posneta v Alberti v Kanadi. Vir: Jason Hollinger prek https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

Poleg nevzdrževanja nizkih temperatur je treba psihrofične organizme prilagoditi tudi drugim ekstremnim razmeram, kot so visok pritisk, visoke koncentracije soli in visoko ultravijolično sevanje.

Značilnosti psihrofičnih organizmov

Habitati

Glavni habitati psihrofičnih organizmov so:

-Polarna morska okolja.

-Bank ali morski led.

-Polarna kopenska okolja.

-Velike oddaljenosti in širine.

-Podglavna jezera.

-Hladne alpske regije.

-Površine ledenikov.

-Polarne puščave.

- Globok ocean.

Prilagoditve

Psikrofili so zaščiteni pred zmrzovanjem z različnimi prilagoditvami. Ena izmed njih je prožnost njihovih celičnih membran, ki jo dosežejo z vključitvijo visoke vsebnosti kratkih in nenasičenih maščobnih kislin v strukture svojih lipidnih membran.

Učinek vgradnje teh maščobnih kislin je zmanjšanje tališča, hkrati pa povečujeta njegovo tekočnost in odpornost.

Druga pomembna prilagoditev psihrofilov je sinteza antifriznih proteinov. Ti proteini ohranjajo telesno vodo v tekočem stanju in ščitijo DNK, ko se temperature spustijo pod ledišče vode. Prav tako preprečujejo nastanek ledu ali prekristalizacijo ledu.

Vrste psihrofilov in primeri

Enocelični organizmi

Raznolikost enoceličnih psihrofilov je zelo velika, med njimi lahko omenimo pripadnike večine bakterijskih rodov: Acidobacteria, Actinobacteria, Bakterideidi, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 in Planctomycetes.

Poleg tega so bile zaznane proteobakterije in verrukomikrobije v arktičnem, antarktičnem in alpskem kriokonu. Odkrili so jih tudi na Grenlandiji, Kanadi, Tibetu in Himalaji.

Med psihrofilnimi cianobakterijami najdemo Leptolvngbva, Phormidium in Nostoc. Drugi pogosti rodovi so enocelična Aphanothece, Chroococcus in Charnaesiphon ter nitasti oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium in Plectonerna.

Večcelični organizmi

Med psihrofičnimi žuželkami lahko imenujemo rod Diamesa iz Himalaje (Nepal), ki ostane aktiven, dokler ne doseže temperature -16 ° C.

Najdemo ga tudi brezkrilni komar Belgica Antarctica, dolg 2–6 mm, ki je endemičen za Antarktiko. To je edina žuželka na celini in tudi edina izključno kopenska žival.

Slika 2. Apterni komar Belgica antarctica, endemska žuželka Antarktike. Vir: Tasteofcrayons, z Wikimedia Commons

Vretenčarji so lahko tudi psihrofili. Nekaj ​​primerov vključuje majhno število žab, želv in kač, ki uporabljajo zamrzovanje zunajcelične vode (vode zunaj celic) kot strategijo preživetja, da zaščitijo svoje celice pozimi.

Antarktična ogorčica Panagrolaimus davidi lahko preživi medcelično zamrzovanje vode, nato pa se ponovno razmnoži in razmnoži.

Tudi ribe iz družine Channichthyidae - ki živijo v hladnih vodah Antarktike in južne Južne Amerike - uporabljajo proteine ​​proti zmrzovanju, da zaščitijo svoje celice pred popolnim zmrzovanjem.

Rastne temperature in psihrofični organizmi

Najvišja rastna temperatura (T _max ) organizma je najvišja, ki jo lahko prenaša. Medtem ko je optimalna temperatura (T _opt ) za rast tista, pri kateri organizem raste hitreje.

Vsi organizmi, ki preživijo in uspevajo v nizkotemperaturnem okolju, na splošno veljajo za psihrofile. Kakor vemo, pa bi morali izraz psihrofili uporabljati le za tiste organizme, katerih T _max je 20 ° C (torej ne morejo preživeti pri višjih temperaturah).

Mikroorganizmi so bili izolirani iz zelo hladnih območij, ki lahko rastejo v laboratorijskih pogojih pri temperaturah nad 20 ° C, kar kaže, da se kljub temu, da so prilagojeni na nizke temperature, ne bi smeli šteti za psihrofile. Te mikroorganizme imenujemo "mezotolerantni", torej prenašajo srednje temperature.

Methanococcoides burtonii

Sfingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensis je bakterija, izolirana iz morskih voda severne poloble, kjer prevladujejo temperature od 4 do 10 ° C. Po drugi strani haloarheje, ki so arheje, ki naseljujejo vode, zelo nasičene s soljo, rastejo pri temperaturi -20 ° C.

Kljub veliki populaciji v naravnih habitatih ni mogoče nobenega od teh mikroorganizmov gojiti v laboratoriju pri manj kot 4 ° C.

S. alaskensis ima T _max 45 ° C, haloarheje pa lahko rastejo pri temperaturah nad 30 ° C, zato jih ni mogoče šteti za psihrofične. Vendar se njihova populacija dobro prilagaja in jih je v izjemno hladnih območjih zelo veliko.

Iz zgoraj navedenega lahko sklepamo, da obstajajo še drugi omejujoči okoljski dejavniki, ki vplivajo na preživetje teh organizmov v njihovih naravnih habitatih, temperatura pa ni dejavnik z največjo težo.

Biotehnološke aplikacije

Za encime psihrofičnih organizmov je značilna visoka aktivnost pri nizkih in zmernih temperaturah. Poleg tega imajo ti encimi slabo toplotno stabilnost.

Zaradi teh lastnosti so encimi psihrofičnih organizmov zelo privlačni za uporabo v različnih procesih v prehrambeni industriji, medicini, molekularni biologiji, med drugim tudi v farmacevtski industriji.

Reference

1. Cavicchioli, R. (2015). O konceptu psirofila. Časopis ISME, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. in Deming, JW (2008). Vloga eksopolimerov pri prilagajanju mikrobov na morski led. V: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. in Gerday, C. rdeče) Psikrofili: od biotske raznovrstnosti do biotehnologije. Springer-Verlag, Berlin, Nemčija, pp. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Novo hladno odporna žuželka, ki jo najdemo v himalajskem ledeniku. Narava, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (urednik). (2017). Psikrofili: od biotske raznovrstnosti do biotehnologije. Druga izdaja Springer Verlag, Heidelberg, Nemčija. pp 685.
5. Miteva, V. (2008). Bakterije v snegu in ledu. V: Margesin, R. in Schirmer, F. (ur.) Psikrofili: od biotske raznovrstnosti do biotehnologije. Springer Verlag, Heidelberg, Nemčija, pp. 31-50.
6. Cena, PB (2000). Habitat psihrofilov v globokem antarktičnem ledu. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike 97, 1247-1251.