THERMOPHILES : 특성, 분류 및 환경 - 생물학

고온 높은 것을 특징으로 극한의 부속되어 50 ° C, 75 ° C 사이의 온도를 견딜이든 이러한 값은 이러한 극단적 인 환경에서 온도를 유지하거나 때문에 종종 도달하고 있기 때문이다.

호 열성 유기체는 일반적으로 박테리아 또는 고세균이지만 더운 곳에서도 발생하는 후생 동물 (종속 영양 및 조직인 진핵 유기체)이 있습니다.

그림 1. 세계에서 가장 건조한 곳 중 하나 인 칠레의 아타 카마 사막. 출처 : pixabay.com

해양 생물은 호 열성 박테리아와 공생하여 이러한 고온에 적응할 수 있으며, 특히 황화물 및 화합물의 독성을 견딜 수있는 변형 된 헤모글로빈, 높은 혈액량과 같은 생화학 적 메커니즘을 개발 한 것으로 알려져 있습니다. 황.

호 열성 원핵 생물은 생명의 진화에있어 최초의 단순한 세포이며 화산 활동과 바다의 간헐천이있는 장소에 서식하는 것으로 믿어집니다.

이러한 유형의 호 열성 유기체의 예는 메탄 생성 (메탄 생성) 박테리아 및 어닐 리드 Riftia pachyptila와 같이 해저의 열수 통풍구 또는 통풍구 근처에 사는 생물입니다.

호 열병이 발견되는 주요 서식지는 다음과 같습니다.

지상의 열수 환경.
해양 열수 환경.
뜨거운 사막.

호 열성 유기체의 특성

온도 : 미생물 발생에 중요한 비 생물 적 요인

온도는 생물의 성장과 생존을 결정하는 주요 환경 요인 중 하나입니다. 각 종은 생존 할 수있는 온도 범위를 가지고 있지만 특정 온도에서 최적의 성장과 발달을 보입니다.

온도에 대한 각 유기체의 성장률을 그래픽으로 표현하여 중요한 임계 온도 (최소, 최적 및 최대)에 해당하는 값을 얻을 수 있습니다.

최저 온도

유기체의 최소 성장 온도에서 세포막의 유동성이 감소하고 영양분의 유입 및 독성 물질의 배출과 같은 물질의 운반 및 교환 과정이 중지 될 수 있습니다.

최저 온도와 최적 온도 사이에서 미생물의 성장 속도가 증가합니다.

최적의 온도

최적의 온도에서 대사 반응이 가능한 가장 높은 효율로 발생합니다.

최대 온도

최적 온도 이상에서는 각 유기체가 견딜 수있는 최대 온도까지 성장률이 감소합니다.

이러한 고온에서 효소와 같은 구조적 및 기능적 단백질은 기하학적 구성과 특정 공간 구성을 잃기 때문에 변성되고 비활성화되며, 열의 영향으로 인해 세포질 막이 파손되고 열 용해 또는 파열이 발생합니다.

각 미생물에는 작동 및 개발을위한 최소, 최적 및 최대 온도가 있습니다. Thermophil은이 세 가지 온도에서 매우 높은 값을가집니다.

호 열성 유기체의 특징

호 열성 유기체는 성장률이 높지만 수명이 짧습니다.
그들은 세포막에 많은 양의 장쇄 포화 지방 또는 지질을 가지고 있습니다. 이러한 유형의 포화 지방은 열을 흡수하고 고온에서 파괴되지 않고 액체 상태로 변할 수 있습니다 (용융).
구조적 및 기능적 단백질은 공유 결합과 런던 산란 력이라고하는 특별한 분자간 힘을 통해 열에 매우 안정적입니다 (열 안정성).
그들은 또한 고온에서 대사 기능을 유지하는 특별한 효소를 가지고 있습니다.
이러한 호 열성 미생물은 화산 지역에 풍부한 황화물과 황화합물을 영양원으로 사용하여 유기물로 전환 할 수있는 것으로 알려져 있습니다.

호 열성 유기체의 분류

호 열성 유기체는 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

중등도의 호 열성 (50-60 ° C 사이에서 최적).
극한의 고온 성 물질 (최적은 70 ° C에 근접).
Hyperthermophiles (80 ° C에 가까운 최적).

호 열성 유기체와 그 환경

지상의 열수 환경

열수 사이트는 놀랍도록 흔하고 널리 분포되어 있습니다. 화산 지역과 관련된 지역과 그렇지 않은 지역으로 크게 나눌 수 있습니다.

온도가 가장 높은 열수 환경은 일반적으로 화산 지형 (칼데라, 단층, 판 구조 경계, 백 아크 분지)과 연관되어 마그마가 지하수와 직접 상호 작용할 수있는 깊이까지 상승 할 수 있습니다. 깊은.

그림 2. 칠레 아타 카마의 Tatio Geysers. 출처 : Diego Delso

핫스팟은 종종 극한의 pH 값, 유기물, 화학 성분 및 염분과 같은 삶의 발달을 어렵게 만드는 다른 특성을 동반합니다.

따라서 육상 열수 환경의 주민들은 다양한 극한 조건에서 생존합니다. 이 유기체는 polyextremophiles로 알려져 있습니다.

육지 열수 환경에 서식하는 유기체의 예

세 가지 영역 (진핵 생물, 세균, 고세균) 모두에 속하는 유기체는 육상 열수 환경에서 확인되었습니다. 이 유기체의 다양성은 주로 온도에 의해 결정됩니다.

다양한 종류의 박테리아 종이 중간 정도의 호 열성 환경에 서식하지만 광 독립 영양 생물은 미생물 군집을 지배하고 거시적 "매트"또는 "카펫"과 같은 구조를 형성 할 수 있습니다.

이 "광합성 매트"는 40-71 ° C 사이의 온도에서 대부분의 중성 및 알칼리성 온천 (pH 7.0 이상)의 표면에 존재하며, 시아 노 박테리아가 주된 생산자로 확립되었습니다.

55 ° C 이상에서 광합성 매트는 주로 Synechococcus sp.와 같은 단세포 시아 노 박테리아가 서식합니다.

박테리아

광합성 미생물 매트는 또한 Chloroflexales 목의 구성원 인 Chloroflexus 및 Roseiflexus 속의 박테리아가 주로 서식 할 수 있습니다.

시아 노 박테리아와 관련하여 Chloreflexus 및 Roseiflexus 종은 광 종속 영양 조건에서 최적으로 성장합니다.

pH가 산성이면 Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium 및 Thermodesulfator 속이 일반적입니다.

고 열성 공급원 (72-98 ° C 사이)에서는 광합성이 발생하지 않아 화학 분해 영양 박테리아가 우세한 것으로 알려져 있습니다.

이 유기체는 phylum Aquificae에 속하며 국제적입니다. 그들은 전자 수용체로 산소를 사용하여 수소 또는 분자 황을 산화시키고 환원 트리 카르 복실 산 (rTCA) 경로를 통해 탄소를 고정시킬 수 있습니다.

아치

중성 및 알칼리성 열 환경에서 확인 된 경작 및 미 경작 고세의 대부분은 크레 나카 오타 문에 속합니다.

Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans 또는 Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii와 같은 종은 77 ° C 미만으로 증식하고 Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis 및 Ignisphaera aggregans 이상의 온도를 가진 근원에서 증식합니다.

산성 환경에서는 Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium 및 Galdivirga 속의 고세균이 발견됩니다.

진핵 생물

중성 및 알칼리성 원천의 진핵 생물 중에서 Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia 및 Oramoeba funiarolia를 언급 할 수 있습니다.

산성 공급원에서 속 : Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium 또는 Galdieria를 찾을 수 있습니다.

해양 열수 환경

2 ° C에서 400 ° C 이상의 온도, 평방 인치당 수천 파운드 (psi)를 초과하는 압력, 고농도의 독성 황화수소 (pH 2.8), 심해 열수 배출구는 아마도 지구상에서 가장 극한의 환경 일 것입니다.

이 생태계에서 미생물은 먹이 사슬의 하단 고리 역할을하여 지구 내부 깊숙한 곳에서 발견되는 지열과 화학 물질로부터 에너지를 얻습니다.

그림 4. 열수 벤트 및 튜브 웜. 출처 : photolib.noaa.gov

해양 열수 환경과 관련된 동물 군의 예

이러한 원천 또는 통풍구와 관련된 동물 군은 매우 다양하며 다른 분류군 간의 관계는 아직 완전히 이해되지 않았습니다.

분리 된 종 중에는 박테리아와 고세균이 있습니다. 예를 들어, Methanococcus, Methanopyus 속의 고세균 및 Caminibacter 속의 고온 성 혐기성 박테리아가 분리되었습니다.

박테리아는 양각 류, 요각류, 달팽이, 게 새우, 결 절충, 어류 및 문어와 같은 여러 유기체가 먹이를주는 생물막에서 번성합니다.

그림 5. 푸마 롤의 주민 인 Rimicaris 속의 새우. 출처 : NOAA Okeanos Explorer Program, Mid-Cayman Rise Expedition 2011

일반적인 시나리오는 길이가 10cm 이상인 홍합 인 Bathymodiolus thermophilus가 현무암의 균열에 모여있는 것입니다. 이들은 보통 수많은 갈라 테이 드 게 (Munidopsis subsquamosa)를 동반합니다.

발견 된 가장 특이한 유기체 중 하나는 결절 Riftia pachyptila로, 많은 수로 그룹화되어 2 미터에 가까운 크기에 도달 할 수 있습니다.

이 결핵에는 입, 위 또는 항문이 없습니다 (즉, 소화 기관이 없습니다). 그들은 외부 환경에 대한 개방없이 완전히 닫힌 주머니입니다.

그림 6. 말미잘과 홍합이있는 tubeworm Riftia pachyptila. 출처 :
NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift Expedition 2011

끝 부분에있는 펜의 밝은 빨간색은 세포 외 헤모글로빈이 존재하기 때문입니다. 황화수소는이 기둥의 필라멘트와 관련된 세포막을 통해 운반되고, 세포 외 헤모글로빈을 통해 전적으로 공생 화학 합성 박테리아로 구성된 trophosome이라고하는 특수한 "조직"에 도달합니다.

이 벌레는 황화수소를 먹고 벌레에게 "먹이"를 제공하는 박테리아의 내부 "정원"을 가지고 있다고 말할 수 있습니다.

뜨거운 사막

뜨거운 사막은 지구 표면의 14 ~ 20 %, 약 1 억 9 천 2 천 2 천 2 백만 km를 덮고 있습니다.

북아프리카의 사하라 사막과 미국 남서부, 멕시코, 호주의 사막과 같은 가장 더운 사막은 북반구와 남반구 (약 10 ° ~ 30 ~ 30 °)의 열대 지역에서 발견됩니다. 40 ° 위도).

사막의 종류

뜨거운 사막의 특징은 건조 함입니다. Koppen-Geiger 기후 분류에 따르면 사막은 연간 강우량이 250mm 미만인 지역입니다.

그러나 물 손실이 물 예산 결정자이기 때문에 연간 강수량은 잘못된 지표가 될 수 있습니다.

따라서 유엔 환경 프로그램의 사막 정의는 잠재적 증발산 (PET)이 실제 강수량 (P)보다 5 배 더 큰 정상적인 기후 조건에서 연간 수분 부족입니다.

높은 PET는 더운 사막에서 널리 퍼져 있는데, 이는 구름 덮개가 부족하기 때문에 건조한 지역에서 태양 복사가 최대에 접근하기 때문입니다.

사막은 건조도에 따라 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

Hyper-arid : 건조 지수 (P / PET)가 0.05 미만입니다.
집계 : 0.05에서 0.2 사이의 인덱스.

사막은 건조한 반 건조지 (P / PET 0.2-0.5) 및 건조한 아 습지 (0.5-0.65)와 구별됩니다.

사막에는 강한 온도 변화와 토양의 높은 염분과 같은 다른 중요한 특성이 있습니다.

반면에 사막은 보통 모래 언덕과 모래와 관련이 있지만이 이미지는 전체의 15-20 %에 해당합니다. 바위와 산이 많은 풍경은 가장 빈번한 사막 환경입니다.

사막의 호 열성 유기체의 예

호 열성 애자 인 사막 주민들은 비, 고온, 바람, 염분 부족으로 인한 역경에 맞서기 위해 일련의 적응을합니다.

Xerophytic 식물은 땀을 피하고 가능한 한 많은 물을 저장하는 전략을 개발했습니다. 줄기와 잎의 성공 또는 비후는 가장 많이 사용되는 전략 중 하나입니다.

잎이 증발산을 방지하고 초식 동물을 격퇴하기 위해 잎이 가시로 변형 된 선인장과에서 분명합니다.

그림 7. 싱가포르 식물원의 선인장. 출처 : Img by Calvin Teo, from Wikimedia Commons

나미비아 사막에 서식하는 Lithops 속 또는 돌 식물도 성공을 거두지 만,이 경우 식물은 땅과 같은 높이로 자라 주변 돌로 위장합니다.

그림 8. 바위와 같은 사막의 다육 식물 인 Lithops herrei. 출처 : 캘리포니아 대학교 식물원의 Stan Shebs

반면에 이러한 극한 서식지에 사는 동물은 생리학에서 윤리학에 이르기까지 모든 종류의 적응을 발전시킵니다. 예를 들어, 소위 캥거루 쥐는 적은 양의 배뇨를 제공하므로 물이 부족한 환경에서 매우 효율적입니다.

수분 손실을 줄이는 또 다른 메커니즘은 체온 상승입니다. 예를 들어, 쉬고있는 낙타의 체온은 여름에 약 34 ° C에서 40 ° C 이상으로 상승 할 수 있습니다.

온도 변화는 다음과 같은 경우 물 절약에 매우 중요합니다.

체온이 상승하면 물의 증발을 통해 열이 소산되는 대신 체내에 열이 저장됩니다. 나중에 밤에는 물을 낭비하지 않고 과도한 열을 배출 할 수 있습니다.
더운 환경에서 발생하는 열 증가는 온도 구배가 감소하기 때문에 감소합니다.

또 다른 예는 모래 쥐 (Psammomys obesus)로, 잎에 다량의 염분을 함유하고있는 Chenopodiaceae 계통의 사막 식물 만 먹을 수있는 소화 메커니즘을 개발했습니다.

그림 9. 모래 쥐 (Psammomys obesus). 출처 : Gary L. Clark, Wikimedia Commons

사막 동물의 윤리적 (행동 적) 적응은 무수히 많지만 아마도 가장 분명한 것은 활동-휴식주기가 역전된다는 것을 의미합니다.

이런 식으로이 동물들은 일몰 (야행성 활동)에 활동하고 새벽에는 활동을 중단 (낮 휴식)하므로 활동적인 생활이 가장 더운 시간과 일치하지 않습니다.

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THERMOPHILES : 특성, 분류 및 환경 - 생물학 - 2026