EXTREMOPHILES: CIRI, JENIS DAN CONTOH - BIOLOGI - 2026

The extremophiles adalah organisma yang hidup di dalam persekitaran yang melampau, iaitu orang-orang yang menyimpang daripada keadaan di mana mereka tinggal organisma paling dikenali oleh manusia.

Istilah "ekstrem" dan "ekstrimofil" relatif antroposentrik, kerana kita manusia menilai habitat dan penghuninya, berdasarkan apa yang dianggap ekstrem untuk kewujudan kita sendiri.

Gambar 1. Tardigrades, Phylum yang terkenal dengan kemampuannya untuk bertahan dalam persekitaran yang sangat kasar. Sumber: Willow Gabriel, Makmal Goldstein, melalui Wikimedia Commons

Oleh kerana yang disebutkan di atas, apa yang mencirikan persekitaran yang ekstrem adalah ia menyajikan keadaan yang tidak dapat ditoleransi bagi manusia mengenai suhu, kelembapan, kemasinan, cahaya, pH, ketersediaan oksigen, tahap ketoksikan, antara lain.

Dari perspektif non-antroposentrik, manusia boleh menjadi ekstremofil, bergantung pada organisma yang menilai mereka. Contohnya, dari sudut pandang organisma anaerob yang ketat, yang mana oksigen beracun, makhluk aerobik (seperti manusia) akan menjadi ekstremofil. Bagi manusia, sebaliknya, organisma anaerob, adalah ekstremofil.

Asal istilah "Extremophiles"

Kami pada masa ini mendefinisikan sebagai persekitaran yang "ekstrem" di dalam dan di luar planet Bumi dan kita sentiasa menemui organisma yang mampu, bukan sahaja dapat bertahan, tetapi juga berkembang pesat di banyak dari mereka.

RD Macelroy

Pada tahun 1974, RD Macelroy mengusulkan istilah "Extremophiles" untuk menentukan organisma ini yang menunjukkan pertumbuhan dan perkembangan yang optimum dalam keadaan yang melampau, berbanding dengan organisma mesofilik, yang tumbuh di persekitaran dengan keadaan perantaraan.

Menurut Macelroy:

"Extremophile adalah deskriptif untuk organisma yang mampu mengisi persekitaran yang bermusuhan dengan mesofil, atau organisma yang hanya tumbuh di lingkungan perantaraan."

Terdapat dua tahap ekstremisme asas dalam organisma: mereka yang boleh bertolak ansur dengan keadaan persekitaran yang melampau dan menjadi dominan terhadap orang lain; dan yang tumbuh dan berkembang dengan optimum dalam keadaan yang melampau.

Ciri-ciri persekitaran yang melampau

Penyebutan persekitaran sebagai "ekstrem" bertindak balas terhadap pembinaan antropogenik, berdasarkan pertimbangan ekstrem yang jauh dari dasar keadaan persekitaran tertentu (suhu, kemasinan, radiasi, antara lain), yang memungkinkan kelangsungan hidup manusia.

Walau bagaimanapun, nama ini mesti berdasarkan ciri-ciri tertentu dari persekitaran, dari perspektif organisma yang mendiami ia (bukannya perspektif manusia).

Ciri-ciri ini merangkumi: biojisim, produktiviti, keanekaragaman hayati (bilangan spesies dan perwakilan taksa yang lebih tinggi), kepelbagaian proses dalam ekosistem dan penyesuaian khusus terhadap persekitaran organisma yang dimaksudkan.

Jumlah keseluruhan semua ciri ini menunjukkan keadaan persekitaran yang melampau. Sebagai contoh, persekitaran yang melampau adalah persekitaran yang secara umum menunjukkan:

• Biomas dan produktiviti rendah
• Keunggulan bentuk kehidupan kuno
• Ketiadaan bentuk kehidupan yang lebih tinggi
• Tidak adanya fotosintesis dan fiksasi nitrogen tetapi pergantungan pada jalan metabolik lain dan penyesuaian kitar hidup, fisiologi, metabolik, morfologi dan / atau spesifik.

Jenis Ekstremofil pada Skala Zoologi

Organisma uniselular

Istilah Extremophilic sering merujuk kepada prokariota, seperti bakteria, dan kadang-kadang digunakan secara bergantian dengan Archaea.

Walau bagaimanapun, terdapat pelbagai jenis organisma Extremophilic dan pengetahuan kita mengenai kepelbagaian filogenetik di habitat ekstrem meningkat hampir setiap hari.

Kita tahu, sebagai contoh, bahawa semua hyperthermophiles (pencinta haba) adalah ahli Archaea dan Bakteria. Eukariota adalah perkara biasa di kalangan psikofil (pencinta sejuk), acidophiles (pencinta pH rendah), alkalophiles (pencinta pH tinggi), xerophiles (pencinta persekitaran kering) dan halofil (pencinta garam).

Gambar 2. Mata air panas di Taman Nasional Yellowstone di AS, warna terang yang diperoleh mata air ini berkaitan dengan percambahan bakteria termofilik. Sumber: Jim Peaco, Perkhidmatan Taman Negara, melalui Wikimedia Commons

Organisma multiselular

Organisma multiselular, seperti haiwan invertebrata dan vertebrata, juga boleh menjadi ekstremofil.

Sebagai contoh, beberapa psikofil merangkumi sebilangan kecil katak, kura-kura dan ular, yang selama musim sejuk mengelakkan pembekuan intraselular dalam tisu mereka, mengumpulkan osmolit di sitoplasma sel dan membiarkan pembekuan hanya air ekstraselular (luaran ke sel) .

Contoh lain adalah kes nematoda Antartika Panagrolaimus davidi, yang dapat bertahan dari pembekuan intraselular (pembekuan air di dalam selnya), dapat tumbuh dan berkembang biak setelah pencairan.

Juga ikan keluarga Channichthyidae, penduduk perairan dingin Antartika dan selatan benua Amerika, menggunakan protein antibeku untuk melindungi sel mereka daripada pembekuan lengkap mereka.

Poli-Ekstremofil

Poly-Extremophiles adalah organisma yang dapat bertahan lebih dari satu keadaan ekstrem pada masa yang sama, sehingga menjadi biasa di semua persekitaran yang melampau.

Contohnya, tanaman gurun yang bertahan dalam keadaan panas yang melampau serta ketersediaan air yang terhad, dan kerap kali mempunyai kemasinan tinggi.

Contoh lain ialah haiwan yang mendiami dasar laut, yang mampu menahan tekanan yang sangat tinggi, seperti kekurangan cahaya dan kekurangan zat makanan, antara lain.

Jenis persekitaran ekstrem yang paling biasa

Ekstrem persekitaran ditakrifkan secara tradisional berdasarkan faktor abiotik, seperti:

• Suhu.
• Ketersediaan air.
• Tekanan.
• pH.
• Kemasinan.
• Kepekatan oksigen.
• Tahap sinaran.

Extremophiles juga dijelaskan berdasarkan keadaan ekstrem yang mereka alami.

Persekitaran ekstrem yang paling penting yang dapat kita kenali mengikut keadaan abiotiknya adalah:

Persekitaran sejuk yang melampau

Persekitaran yang sangat sejuk adalah persekitaran yang berterusan atau kerap jatuh untuk jangka masa (pendek atau panjang) suhu di bawah 5 ° C. Ini termasuk kutub Bumi, kawasan pergunungan, dan beberapa habitat laut dalam. Bahkan beberapa padang pasir yang sangat panas pada siang hari mempunyai suhu yang sangat rendah pada waktu malam.

Terdapat organisma lain yang hidup di krosfera (di mana air berada dalam keadaan pepejal). Sebagai contoh, organisma yang hidup di matriks ais, lapisan es, di bawah penutup salji kekal atau berkala, mesti bertolak ansur dengan pelbagai tahap, termasuk sejuk, pengeringan, dan tahap radiasi yang tinggi.

Persekitaran panas yang melampau

Habitat yang sangat panas adalah kawasan yang kekal atau secara berkala mencapai suhu melebihi 40 ° C. Contohnya, gurun panas, tapak panas bumi, dan saluran hidroterma laut dalam.

Mereka sering dikaitkan dengan suhu tinggi yang melampau, persekitaran di mana air yang ada sangat terhad (berterusan atau untuk jangka masa biasa), seperti gurun panas dan sejuk, dan beberapa habitat endolitik (terletak di dalam batu).

Persekitaran tekanan yang melampau

Persekitaran lain mengalami tekanan hidrostatik yang tinggi, seperti zon bentik lautan dan tasik dalam. Pada kedalaman ini, penghuninya mesti menahan tekanan melebihi 1000 atmosfera.

Sebagai alternatif, terdapat keadaan hipobaris (tekanan atmosfera rendah), di kawasan pergunungan dan di kawasan lain yang tinggi di dunia.

Rajah 3. Fumarol marin atau saluran hidrotermal. Contoh persekitaran ekstrem yang dihuni oleh seluruh komuniti organisma, di mana terdapat tekanan dan suhu tinggi, serta pembuangan sulfur. Sumber: NOAA, melalui Wikimedia Commons

Persekitaran asid dan alkali yang melampau

Secara umum, persekitaran yang sangat berasid adalah persekitaran yang mengekalkan atau secara berkala mencapai nilai di bawah pH 5.

PH rendah, khususnya, meningkatkan keadaan persekitaran yang "ekstrem", kerana meningkatkan kelarutan logam yang ada dan organisma yang hidup di dalamnya mesti disesuaikan untuk menghadapi banyak keadaan abiotik.

Sebaliknya, persekitaran yang sangat beralkali adalah persekitaran yang kekal atau kerap mencatatkan nilai pH di atas 9.

Contoh persekitaran pH yang melampau termasuk tasik, air bawah tanah, dan tanah yang sangat berasid atau beralkali.

Gambar 4. udang kerdil (Munidopsis polymorpha), penghuni gua dan endemik ke pulau Lanzarote, Kepulauan Canary. Antara penyesuaian khas untuk persekitaran gua ekstrem seperti ini adalah: pengurangan saiz, pucat dan buta. Sumber: flickr.com/photos//5582888539

Persekitaran hipersaline dan anoksik

Lingkungan hipersaline didefinisikan sebagai lingkungan dengan kepekatan garam lebih besar daripada air laut, yang mempunyai 35 bahagian per seribu. Persekitaran ini merangkumi tasik hipersaline dan masin.

Dengan "saline" kita tidak hanya merujuk kepada kemasinan kerana natrium klorida, kerana mungkin terdapat persekitaran masin di mana garam yang dominan adalah sesuatu yang lain.

Gambar 5. Pewarnaan air berwarna merah jambu di Salina Las Cumaraguas, negeri Falcón di Venezuela. Pewarnaan merah jambu adalah produk dari alga yang disebut Dunaliella salina, yang mampu menahan kepekatan natrium klorida yang tinggi dalam garam. Sumber: HumbRios, dari Wikimedia Commons

Habitat dengan oksigen bebas terhad (hipoksia) atau tidak ada oksigen (anoksik), sama ada berterusan atau pada selang waktu biasa, juga dianggap ekstrem. Sebagai contoh, persekitaran dengan ciri-ciri ini adalah lembangan anoksik di lautan dan tasik, dan lapisan sedimen yang lebih dalam.

Gambar 6. Artemia monica, krustasea yang tinggal di Danau Mono, di California (AS), persekitaran masin (natrium bikarbonat) dan pH tinggi. Sumber: photolib.noaa.gov

Persekitaran radiasi tinggi

Sinaran ultraviolet (UV) atau inframerah (IR) juga boleh memberi kesan yang teruk pada organisma. Lingkungan radiasi yang melampau adalah persekitaran yang terdedah kepada sinaran atau radiasi tinggi yang luar biasa di luar julat normal. Contohnya, persekitaran kutub dan ketinggian tinggi (daratan dan akuatik).

Phaeocystis pouchetii

Beberapa spesies menunjukkan mekanisme penghindaran sinaran UV atau IR yang tinggi. Sebagai contoh, rumput laut Antartika Phaeocystis pouchetii menghasilkan "pelindung matahari" larut dalam air yang sangat menyerap panjang gelombang UV-B (280-320nm) dan melindungi selnya dari tahap UV-B yang sangat tinggi dalam jarak 10 m. lajur air atas (selepas rehat ais laut).

Deinococcus radiodurans

Organisma lain sangat bertolak ansur dengan sinaran pengion. Sebagai contoh, bakteria Deinococcus radiodurans dapat mengekalkan integriti genetiknya dengan mengimbangi kerosakan DNA yang luas setelah terdedah kepada radiasi pengion.

Bakteria ini menggunakan mekanisme antar sel untuk membatasi degradasi dan menyekat penyebaran serpihan DNA. Di samping itu, ia mempunyai protein pembaikan DNA yang sangat cekap.

Astyanax hubbsi

Walaupun di persekitaran dengan radiasi yang kelihatan rendah atau tidak ada, organisma ekstremofilik disesuaikan untuk bertindak balas terhadap perubahan tahap radiasi.

Sebagai contoh, Astyanax hubbsi, ikan buta yang tinggal di gua Mexico, tidak mempunyai struktur okular yang dapat dilihat secara dangkal, namun dapat membezakan perbezaan kecil dalam cahaya persekitaran. Mereka menggunakan fotoreseptor ekstraokular untuk mengesan dan bertindak balas terhadap rangsangan visual yang bergerak.

Gambar 7. Ikan buta dari genus Astyanax, penghuni gua. Sumber: Shizhao, dari Wikimedia Commons

Antropogenik melampau

Kami kini tinggal di persekitaran di mana keadaan persekitaran yang melampau dikenakan, dihasilkan secara buatan sebagai kesan dari aktiviti manusia.

Persekitaran kesan antropogenik yang disebut sangat beragam, luasnya global dan tidak lagi dapat diabaikan ketika menentukan persekitaran ekstrem tertentu.

Contohnya, persekitaran yang terjejas oleh pencemaran (atmosfera, air dan tanah) -seperti perubahan iklim dan hujan asid-, pengambilan sumber semula jadi, gangguan fizikal dan eksploitasi berlebihan.

Peralihan dan ekoton

Sebagai tambahan kepada lingkungan ekstrem yang disebutkan di atas, ahli ekologi darat selalu mengetahui sifat khas zon peralihan antara dua atau lebih komuniti atau persekitaran yang pelbagai, seperti garis pohon di pergunungan atau batas antara hutan dan padang rumput. . Ini dipanggil tali pinggang ketegangan atau ekoton.

Ekoton juga wujud di persekitaran laut, misalnya, peralihan antara ais dan air yang diwakili oleh pinggir ais laut. Zon peralihan ini biasanya menunjukkan kepelbagaian spesies yang lebih besar dan kepadatan biomassa daripada komuniti yang bersebelahan, terutamanya kerana organisma yang tinggal di dalamnya dapat memanfaatkan sumber-sumber persekitaran yang berdekatan, yang dapat memberi mereka kelebihan.

Walau bagaimanapun, ekoton terus berubah dan kawasan yang dinamik, sering menunjukkan variasi yang lebih luas dalam keadaan abiotik dan biotik dalam jangka masa tahunan daripada persekitaran yang berdekatan.

Ini boleh dianggap "ekstrem" kerana memerlukan organisma untuk terus menyesuaikan tingkah laku, fenologi (cuaca bermusim), dan interaksi mereka dengan spesies lain.

Spesies yang hidup di kedua sisi ekoton sering lebih tahan terhadap dinamika, sementara spesies yang jaraknya terbatas pada satu sisi mengalami sisi lain sebagai ekstrem.

Secara umum, zon peralihan ini juga sering menjadi yang pertama dipengaruhi oleh perubahan iklim dan / atau gangguan, baik secara semula jadi dan antropogenik.

Haiwan dan tumbuhan dengan pelbagai peringkat atau fasa

Lingkungan tidak hanya dinamis, dan mungkin atau tidak ekstrem, tetapi organisma juga dinamis dan mempunyai kitaran hidup dengan tahap yang berbeza, disesuaikan dengan keadaan persekitaran tertentu.

Mungkin berlaku bahawa persekitaran yang menyokong salah satu tahap kitaran hidup organisma adalah ekstrem untuk tahap yang lain.

Tumbuhan

Sebagai contoh, kelapa (Cocos nucifera) mempunyai biji yang disesuaikan untuk pengangkutan melalui laut, tetapi pokok yang matang tumbuh di darat.

Pada tanaman vaskular yang mengandung spora, seperti pakis dan pelbagai jenis lumut, gametofit mungkin tidak mengandungi pigmen fotosintetik, tidak mempunyai akar, dan bergantung pada kelembapan persekitaran.

Sementara sporofit mempunyai rizom, akar dan pucuk yang menahan keadaan panas dan kering di bawah sinar matahari penuh. Perbezaan antara sporofit dan gametofit berada dalam urutan yang sama dengan perbezaan antara taksa.

Haiwan

Contoh yang sangat dekat dibentuk oleh tahap remaja dari banyak spesies, yang umumnya tidak bertoleransi terhadap persekitaran yang biasanya mengelilingi orang dewasa, jadi mereka biasanya memerlukan perlindungan dan perawatan selama tempoh di mana mereka memperoleh kemahiran dan kekuatan yang memungkinkan mereka. membenarkan untuk menangani persekitaran ini.

Rujukan

1. Kohshima, S. (1984). Serangga tahan sejuk novel yang terdapat di glasier Himalaya. Alam 310, 225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Beberapa komen mengenai evolusi ekstrim. Biosystem, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT dan Kelly, GJ (1991) sebatian pelindung UV-B di alga marin Phaeocystis pouchetti dari Antartika. Biologi Laut 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Seratus tahun penyelidikan Dunaliella: 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ dan Mancinelli, RL (2001). Kehidupan dalam persekitaran yang melampau. Alam 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. dan Zillig, W. (1995). Lite pada pH yang sangat rendah. Alam 375, 741-742.
7. Storey, KB dan Storey, JM (1996). Kelangsungan hidup pembekuan semula jadi pada haiwan. Kajian Tahunan Ekologi dan Sistematik 27, 365-386.
8. Teyke, T. dan Schaerer, S. (1994) Ikan gua Mexico buta (Astyanax hubbsi) bertindak balas terhadap rangsangan visual yang bergerak. Jurnal Biologi Eksperimen 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD dan Somero, GN (1982). Hidup dengan tekanan air: evolusi sistem osmolit. Sains 217, 1214-1222.