극단 주의자 : 특성, 유형 및 예 - 생물학

극한는 즉, 그들은 인간에 의해 대부분의 유기체를 살고있는 조건에서 사람들이 일탈 극한 환경에 사는 생물입니다.

"극단적"과 "극단적"이라는 용어는 상대적으로 인간 중심적입니다. 왜냐하면 우리 인간은 우리 자신의 존재를 위해 극단적 인 것으로 간주되는 것을 기준으로 서식지와 그 주민들을 평가하기 때문입니다.

그림 1. 매우 거친 환경에서 생존 할 수있는 능력으로 유명한 문인 Tardigrades. 출처 : Willow Gabriel, Goldstein Lab, via Wikimedia Commons

앞서 말한 것 때문에 극한 환경의 특징은 온도, 습도, 염도, 빛, pH, 산소 가용성, 독성 수준과 관련하여 인간에게 견딜 수없는 조건을 제공한다는 것입니다.

비인간 중심적 관점에서 인간은 평가 한 유기체에 따라 극한 주의자가 될 수 있습니다. 예를 들어, 산소가 독성이있는 엄격하게 혐기성 유기체의 관점에서 볼 때 호기성 존재 (인간과 같은)는 극한 성일 것입니다. 반대로 혐기성 유기체는 인간에게 극한입니다.

"극한 성애 자"라는 용어의 유래

우리는 현재 행성 지구 안팎의 수많은 환경을 "극단적 인"수많은 환경으로 정의하고 있으며 생존 할 수있을뿐만 아니라 많은 곳에서 널리 번성 할 수있는 유기체를 끊임없이 발견합니다.

RD Macelroy

1974 년에 RD Macelroy는 중간 조건을 가진 환경에서 자라는 중온 성 유기체와는 달리 극한 조건에서 최적의 성장과 발달을 보이는 유기체를 정의하기 위해 "극한 성"이라는 용어를 제안했습니다.

Macelroy에 따르면 :

"Extremophile는 중간 환경에서만 자라는 유기체 또는 중엽 류에 적대적인 환경을 채울 수있는 유기체를 설명합니다."

유기체에는 두 가지 기본 수준의 극단주의가 있습니다. 극도의 환경 조건을 견딜 수 있고 다른 것보다 우세해질 수 있습니다. 극한 조건에서 최적으로 성장하고 발전하는 것.

극한 환경의 특성

"극단적"이라는 환경의 명칭은 인간의 생존을 가능하게하는 특정 환경 조건 (온도, 염도, 방사선 등)의 기준선의 먼 극단을 고려하여 인위적인 구성에 반응합니다.

그러나이 이름은 환경에 서식하는 유기체의 관점에서 (인간 관점이 아니라) 환경의 특정 특성에 기반해야합니다.

이러한 특성에는 바이오 매스, 생산성, 생물 다양성 (종의 수 및 더 높은 분류군의 대표), 생태계의 프로세스 다양성 및 해당 유기체의 환경에 대한 특정 적응이 포함됩니다.

이러한 모든 특성의 합계는 환경의 극한 조건을 나타냅니다. 예를 들어, 극단적 인 환경은 일반적으로 다음을 나타내는 환경입니다.

낮은 바이오 매스 및 생산성
고대 생명체의 우세
더 높은 생명체의 부재
광합성 및 질소 고정이 없지만 다른 대사 경로 및 특정 생리적, 대사 적, 형태 학적 및 / 또는 수명주기 적응에 의존합니다.

동물 학적 규모의 극한 성애 자의 유형

단세포 생물

Extremophilic이라는 용어는 종종 박테리아와 같은 원핵 생물을 지칭하며 때로는 Archaea와 상호 교환하여 사용됩니다.

그러나 극한 유기체는 매우 다양하며 극한 서식지의 계통 발생 다양성에 대한 우리의 지식은 거의 매일 증가하고 있습니다.

예를 들어, 모든 고열 애호가 (열 애호가)는 Archaea와 Bacteria의 구성원이라는 것을 알고 있습니다. 진핵 생물은 사이코 필 (추위 애호가), 호 산성 애호가 (낮은 pH 애호가), 알 칼로 필 (높은 pH 애호가), 건식 애호가 (건조한 환경 애호가) 및 호 염성 애호가 (소금 애호가) 사이에서 흔합니다.

그림 2. 미국 옐로 스톤 국립 공원의 온천,이 온천이 얻는 밝은 색은 호 열성 박테리아의 증식과 관련이 있습니다. 출처 : Jim Peaco, National Park Service, via Wikimedia Commons

다세포 생물

무척추 동물 및 척추 동물과 같은 다세포 유기체도 극한 생물이 될 수 있습니다.

예를 들어, 일부 psychrophiles에는 적은 수의 개구리, 거북이 및 뱀이 포함되어 겨울에는 조직에서 세포 내 동결을 피하고 세포 세포질에 삼투 질을 축적하며 세포 외 물 (세포 외부) 만 동결 할 수 있습니다. .

또 다른 예는 남극 선충 Panagrolaimus davidi의 경우로, 세포 내 동결 (세포 내 물의 동결)에서 살아남아 해동 후 성장하고 번식 할 수 있습니다.

또한 남극 대륙과 미국 대륙 남부의 냉수에 거주하는 Channichthyidae 가족의 물고기는 부동액 단백질을 사용하여 세포가 완전히 얼지 않도록 보호합니다.

다극 극단 주의자

Poly-Extremophiles는 하나 이상의 극한 조건에서 동시에 살아남을 수있는 유기체로 모든 극한 환경에서 일반적입니다.

예를 들어, 극심한 더위와 제한된 물 가용성 및 종종 높은 염도를 견디는 사막 식물.

또 다른 예는 해저에 서식하는 동물로, 특히 빛 부족과 영양 부족과 같은 극도로 높은 압력을 견딜 수 있습니다.

가장 일반적인 유형의 극한 환경

극한 환경은 전통적으로 다음과 같은 비 생물 적 요인을 기반으로 정의됩니다.

온도.
물 가용성.
압력.
pH.
염분.
산소 농도.
방사선 수준.

극한 주의자들은 그들이 견디는 극한 조건을 기반으로 유사하게 묘사됩니다.

비 생물 적 조건에 따라 인식 할 수있는 가장 중요한 극한 환경은 다음과 같습니다.

극한의 추운 환경

극도로 추운 환경은 5 ° C 미만의 온도 (단기 또는 장기) 동안 자주 지속되거나 떨어지는 환경입니다. 여기에는 지구의 극, 산악 지역 및 일부 심해 서식지가 포함됩니다. 낮에는 매우 더운 사막조차도 밤에는 기온이 매우 낮습니다.

저온 권 (물이 고체 상태 인 곳)에 사는 다른 유기체가 있습니다. 예를 들어, 영구 또는 주기적 눈 덮힌 얼음 매트릭스, 영구 동토층에 사는 유기체는 추위, 건조 및 높은 수준의 방사선을 포함하여 여러 극단을 견뎌야합니다.

극심한 열 환경

매우 더운 서식지는 유지되거나 주기적으로 40 ° C 이상의 온도에 도달하는 서식지입니다. 예를 들어, 뜨거운 사막, 지열 사이트 및 심해 열수 통풍구.

그들은 종종 극도의 고온, 사용 가능한 물이 매우 제한된 환경 (지속적으로 또는 일정 기간 동안), 예를 들어 뜨겁고 추운 사막, 일부 돌기둥 서식지 (암석에서 발견됨)와 관련이 있습니다.

극압 환경

바다와 깊은 호수의 저서 지역과 같은 다른 환경은 높은 수압의 영향을받습니다. 이 깊이에서 주민들은 1000 기압 이상의 압력을 견뎌야합니다.

또는 산과 세계의 다른 고지대에 저압 극단 (낮은 대기압)이 있습니다.

그림 3. 해양 푸마 롤 또는 열수 통풍구. 높은 압력과 온도, 아황산 배출이있는 전체 유기체 공동체가 거주하는 극한 환경의 예. 출처 : NOAA, Wikimedia Commons를 통해

극한의 산성 및 알칼리성 환경

일반적으로 극도로 산성 인 환경은 pH 5 이하의 값을 유지하거나 정기적으로 도달하는 환경입니다.

특히 낮은 pH는 존재하는 금속의 용해도를 증가시키고 그 안에 사는 유기체가 여러 비 생물 적 극단에 맞서도록 적응되어야하기 때문에 환경의 "극단적 인"조건을 증가시킵니다.

반대로 극 알칼리성 환경은 9 이상의 pH 값을 유지하거나 정기적으로 등록하는 환경입니다.

극한 pH 환경의 예로는 호수, 지하수, 고 산성 또는 알칼리성 토양이 있습니다.

그림 4. 드워프 랍스터 (Munidopsis polymorpha)는 동굴 거주자이며 카나리아 제도의 Lanzarote 섬 고유종입니다. 이러한 유형의 극한 동굴 환경에 대한 전형적인 적응 중에는 크기 감소, 창백함 및 실명이 있습니다. 출처 : flickr.com/photos//5582888539

과염 수 및 무산소 환경

초 염수 환경은 해수보다 염분 농도가 높은 환경으로 정의되며, 이는 천분의 일당 35 파트입니다. 이러한 환경에는 염수 및 염수 호수가 포함됩니다.

"식염수"는 염화나트륨으로 인한 염분만을 언급하는 것이 아닙니다. 주된 소금이 다른 염분 환경이있을 수 있기 때문입니다.

그림 5. 베네수엘라 팔콘 주 살리나 라스 쿠마 라구 아스의 분홍색 물. 분홍색 착색은 Dunaliella salina라고 불리는 조류의 산물로 식염수에 존재하는 고농도의 염화나트륨에 저항 할 수 있습니다. 출처 : HumbRios, Wikimedia Commons

제한적인 자유 산소 (저산소) 또는 존재하지 않는 산소 (무산소)를 가진 서식지도 지속적으로 또는 정기적으로 극단적으로 간주됩니다. 예를 들어, 이러한 특성을 가진 환경은 바다와 호수의 무산소 분지와 더 깊은 퇴적층이 될 것입니다.

그림 6. 미국 캘리포니아 모노 호수에 서식하는 갑각류 인 Artemia monica, 염분 환경 (중탄산 나트륨) 및 높은 pH. 출처 : photolib.noaa.gov

높은 방사선 환경

자외선 (UV) 또는 적외선 (IR) 방사선은 또한 유기체에 극한 조건을 부과 할 수 있습니다. 극심한 방사선 환경은 비정상적으로 높은 방사선 또는 정상 범위를 벗어난 방사선에 노출 된 환경입니다. 예를 들어 극지방 및 고도가 높은 환경 (지상 및 수생).

Phaeocystis pouchetii

일부 종은 높은 UV 또는 IR 복사의 회피 메커니즘을 보여줍니다. 예를 들어 남극 해조류 Phaeocystis pouchetii는 UV-B 파장 (280-320nm)을 강하게 흡수하고 10m 이내의 매우 높은 수준의 UV-B로부터 세포를 보호하는 수용성 "선 스크린"을 생산합니다. 상부 수주 (바다 쇄빙 후).

Deinococcus radiodurans

다른 유기체는 전리 방사선에 매우 내성이 있습니다. 예를 들어, Deinococcus radiodurans 박테리아는 전리 방사선에 노출 된 후 광범위한 DNA 손상을 보상함으로써 유전 적 완전성을 보존 할 수 있습니다.

이 박테리아는 세포 간 메커니즘을 사용하여 분해를 제한하고 DNA 단편의 확산을 제한합니다. 또한 매우 효율적인 DNA 복구 단백질을 가지고 있습니다.

Astyanax Hubbsi

방사능이 명백히 적거나없는 환경에서도 극한 유기체는 방사능 수준의 변화에 반응하도록 조정됩니다.

예를 들어, 멕시코 동굴에 서식하는 맹 어인 Astyanax hubbsi는 표면적으로인지 할 수있는 안구 구조가 없지만 주변 광의 작은 차이를 구분할 수 있습니다. 그들은 눈외 광수 용기를 사용하여 움직이는 시각적 자극을 감지하고 반응합니다.

그림 7. 동굴 거주자 인 Astyanax 속의 맹인 물고기. 출처 : Shizhao, Wikimedia Commons

인위적 극단

우리는 현재 인간 활동의 영향으로 인위적으로 생성되는 극한 환경 조건이 부과되는 환경에 살고 있습니다.

소위 인위적 영향 환경은 매우 다양하고 범위가 글로벌하며 특정 극한 환경을 정의 할 때 더 이상 무시할 수 없습니다.

예를 들어, 기후 변화 및 산성비와 같은 오염 (대기, 물 및 토양)의 영향을받는 환경, 천연 자원 추출, 물리적 교란 및 과잉 착취.

전환 및 에코 톤

위에서 언급 한 극한 환경 외에도 육상 생태 학자들은 산 속의 나무 줄이나 숲과 초원 사이의 경계와 같이 둘 이상의 다양한 공동체 또는 환경 사이의 전환 구역의 특수한 특성을 항상 알고 있습니다. . 이를 장력 벨트 또는 에코 톤이라고합니다.

예를 들어, 해빙의 가장자리로 표현되는 얼음과 물 사이의 전환과 같은 해양 환경에도 에코 톤이 존재합니다. 이러한 전이 구역은 일반적으로 측면 군집보다 더 큰 종 다양성과 바이오 매스 밀도를 나타냅니다. 그 이유는 주로 그 안에 사는 유기체가 인접한 환경의 자원을 활용할 수있어 이점을 제공 할 수 있기 때문입니다.

그러나 에코 톤은 지속적으로 변화하고 역동적 인 지역이며, 종종 인접한 환경보다 연간 기간 동안 비 생물 적 및 생물 적 조건에서 더 넓은 범위의 변화를 보여줍니다.

이것은 유기체가 그들의 행동, 현상 (계절적 날씨) 및 다른 종과의 상호 작용에 지속적으로 적응해야하기 때문에 합리적으로 "극단적 인"것으로 간주 될 수 있습니다.

에코 톤의 양쪽에 서식하는 종은 종종 역학에 더 관대하지만 범위가 한쪽으로 제한된 종은 다른 쪽을 극단적으로 경험합니다.

일반적으로, 이러한 전환 대는 종종 자연적 및 인위적인 기후 변화 및 / 또는 교란의 영향을 가장 먼저받습니다.

다양한 단계 또는 단계를 가진 동물 및 식물

환경은 역동적 일뿐만 아니라 극단적 일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있지만, 유기체도 역동적이며 특정 환경 조건에 적응 된 다양한 단계의 수명주기를 가지고 있습니다.

유기체의 생명주기 단계 중 하나를 지원하는 환경이 다른 단계에 대해 극단적 일 수 있습니다.

식물

예를 들어, 코코넛 (Cocos nucifera)에는 바다로 운송 할 수있는 씨앗이 있지만 성숙한 나무는 육지에서 자랍니다.

양치류 및 다른 유형의 이끼와 같은 포자를 보유하는 혈관 식물에서 배우자 식물은 광합성 색소가없고 뿌리가 없으며 환경 습도에 의존 할 수 있습니다.

포자체에는 뿌리 줄기, 뿌리 및 싹이있어 햇빛이 가득한 덥고 건조한 조건을 견뎌냅니다. sporophytes와 gametophytes의 차이점은 분류군 간의 차이점과 동일한 순서입니다.

동물

매우 가까운 예는 일반적으로 성인을 둘러싼 환경에 대해 일반적으로 견디지 못하는 많은 종의 어린 단계로 구성되므로 일반적으로 그들이 허용하는 기술과 강점을 습득하는 기간 동안 보호와 관리가 필요합니다. 이러한 환경을 처리 할 수 있습니다.

참고 문헌

코 시마, S. (1984). 히말라야 빙하에서 발견 된 새로운 내한성 곤충. Nature 310, 225-227.
Macelroy, RD (1974). 극한 애호가의 진화에 대한 일부 의견. Biosystems, 6 (1), 74–75. 도이 : 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
Marchant, HJ, Davidson, AT 및 Kelly, GJ (1991) 남극 대륙의 해양 조류 Phaeocystis pouchetti에서 화합물을 보호하는 UV-B. 해양 생물학 109, 391-395.
Oren, A. (2005). 100 년의 Dunaliella 연구 : 1905-2005. 식염수 시스템 1, doi : 10.1186 / 1746-1448-1-2.
Rothschild, LJ 및 Mancinelli, RL (2001). 극한 환경에서의 생활. Nature 409, 1092-1101.
Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. 및 Zillig, W. (1995). 매우 낮은 pH에서 라이트. Nature 375, 741-742.
Storey, KB 및 Storey, JM (1996). 동물의 자연 동결 생존. 생태학 및 체계 학 연례 검토 27, 365-386.
Teyke, T. and Schaerer, S. (1994) 맹인 멕시코 동굴 물고기 (Astyanax hubbsi)는 움직이는 시각적 자극에 반응합니다. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 ()
Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD 및 Somero, GN (1982). 물 스트레스와 함께 살기 : 삼투 질 시스템의 진화. 과학 217, 1214-1222.

극단 주의자 : 특성, 유형 및 예 - 생물학 - 2026