- Eigenschaften psychrophiler Organismen
- Lebensräume
- Anpassungen
- Arten von Psychophilen und Beispiele
- Einzeller
- Mehrzellige Organismen
- Wachstumstemperaturen und psychrophile Organismen
- Methanococcoides burtonii
- Sphingopyxis alaskensis
- Biotechnologische Anwendungen
- Verweise
Die Psychophilen sind ein Subtyp von Extremophilen, die durch niedrige Widerstandstemperaturen gekennzeichnet sind, normalerweise zwischen -20 ° C und 10 ° C, und dauerhaft kalte Lebensräume besetzen. Diese Organismen sind normalerweise Bakterien oder Archaeen, es gibt jedoch Metazoen wie Flechten, Algen, Pilze, Nematoden und sogar Insekten und Wirbeltiere.
Kalte Umgebungen dominieren die Biosphäre der Erde und werden von reichlich vorhandenen und vielfältigen Mikroorganismen besiedelt, die in globalen biogeochemischen Kreisläufen eine potenziell kritische Rolle spielen.
Lichen Xanthoria elegans ist ein bekanntes Psychrophil, das bei Temperaturen von bis zu -24 ° C photosynthetisieren kann. Foto aufgenommen in Alberta, Kanada. Quelle: Jason Hollinger über https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg
Psychophile Organismen halten nicht nur niedrigen Temperaturen stand, sondern müssen auch an andere extreme Bedingungen wie hohe Drücke, hohe Salzkonzentrationen und hohe ultraviolette Strahlung angepasst werden.
Eigenschaften psychrophiler Organismen
Lebensräume
Die Hauptlebensräume psychrophiler Organismen sind:
-Polare Meeresumgebungen.
-Bank oder Meereis.
-Polare terrestrische Umgebungen.
-Seen in großer Höhe und Breite.
-Subglaziale Seen.
-Kalte Alpenregionen.
- Oberflächen von Gletschern.
-Polare Wüsten.
-Tiefer Ozean.
Anpassungen
Psychrophile werden durch verschiedene Anpassungen vor dem Einfrieren geschützt. Eine davon ist die Flexibilität ihrer Zellmembranen, die sie erreichen, indem sie einen hohen Gehalt an kurzen und ungesättigten Fettsäuren in die Strukturen ihrer Lipidmembranen aufnehmen.
Der Einbau dieser Fettsäuren bewirkt eine Abnahme des Schmelzpunktes, die gleichzeitig die Fließfähigkeit und den Widerstand erhöht.
Eine weitere wichtige Anpassung von Psychrophilen ist die Synthese von Frostschutzproteinen. Diese Proteine halten das Körperwasser in einem flüssigen Zustand und schützen die DNA, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt von Wasser fallen. Sie verhindern auch die Bildung oder Rekristallisation von Eis.
Arten von Psychophilen und Beispiele
Einzeller
Die Vielfalt einzelliger Psychrophiler ist sehr groß, unter diesen können wir Mitglieder der meisten Bakterienlinien erwähnen: Acidobakterien, Actinobakterien, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 und Planctomycetes.
Darüber hinaus wurden Proteobakterien und Verrucomicrobia in der Arktis, Antarktis und in alpinen Kryokonen nachgewiesen. Sie wurden auch in Grönland, Kanada, Tibet und im Himalaya entdeckt.
Unter den psychrophilen Cyanobakterien finden wir Leptolvngbva, Phormidium und Nostoc. Andere häufige Gattungen sind die einzellige Aphanothece, Chroococcus und Charnaesiphon sowie die filamentösen Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium und Plectonerna.
Mehrzellige Organismen
Unter den psychrophilen Insekten können wir die Gattung Diamesa aus dem Himalaya (Nepal) nennen, die aktiv bleibt, bis sie eine Temperatur von -16 ° C erreicht.
Ebenfalls gefunden wird die flügellose Mücke Belgica Antarctica, 2–6 mm lang, endemisch in der Antarktis. Dies ist das einzige Insekt auf dem Kontinent und auch das einzige ausschließlich terrestrische Tier.
Abbildung 2. Die apterische Mücke Belgica antarctica, ein endemisches Insekt der Antarktis. Quelle: Tasteofcrayons, aus Wikimedia Commons
Wirbeltiere können auch Psychophile sein. Einige Beispiele sind eine kleine Anzahl von Fröschen, Schildkröten und eine Schlange, die das Einfrieren von extrazellulärem Wasser (Wasser außerhalb der Zellen) als Überlebensstrategie verwenden, um ihre Zellen im Winter zu schützen.
Der antarktische Nematode Panagrolaimus davidi kann das Gefrieren von intrazellulärem Wasser überleben und anschließend nachwachsen und sich vermehren.
Auch die Fische der Familie der Channichthyidae, die in den kalten Gewässern der Antarktis und im Süden Südamerikas leben, verwenden Frostschutzproteine, um ihre Zellen vor dem vollständigen Einfrieren zu schützen.
Wachstumstemperaturen und psychrophile Organismen
Die maximale Wachstumstemperatur (T max ) eines Organismus ist die höchste, die er tolerieren kann. Während die optimale Temperatur (T opt ) für das Wachstum diejenige ist, bei der der Organismus schneller wächst.
Alle Organismen, die in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen überleben und gedeihen, gelten allgemein als Psychophile. Wie wir jedoch wissen, sollte der Begriff Psychrophil nur für Organismen verwendet werden, deren T max 20 ° C beträgt (dh sie können bei höheren Temperaturen nicht überleben).
Mikroorganismen wurden aus sehr kalten Gebieten isoliert, die unter Laborbedingungen bei Temperaturen über 20 ° C wachsen können, was darauf hinweist, dass sie, obwohl sie an niedrige Temperaturen angepasst sind, nicht als Psychophile betrachtet werden sollten. Diese Mikroorganismen werden als "mesotolerant" bezeichnet, dh sie tolerieren mittlere Temperaturen.
Methanococcoides burtonii
Sphingopyxis alaskensis
Sphingopyxis alaskensis ist ein Bakterium, das aus den Meeresgewässern der nördlichen Hemisphäre isoliert wurde, wo Temperaturen von 4 bis 10 ° C herrschen. Auf der anderen Seite wachsen Haloarchaeas, Archaeen, die in stark salzgesättigten Gewässern leben, bei -20 ° C.
Trotz hoher Populationen in ihren natürlichen Lebensräumen konnte keiner dieser Mikroorganismen im Labor bei weniger als 4 ° C kultiviert werden.
S. alaskensis hat wiederum eine T max von 45 ° C und Haloarchaea kann bei Temperaturen über 30 ° C wachsen, so dass sie nicht als psychrophil angesehen werden können. Ihre Populationen sind jedoch gut angepasst und kommen in extrem kalten Gebieten sehr häufig vor.
Aus dem oben Gesagten können wir annehmen, dass es andere einschränkende Umweltfaktoren gibt, die das Überleben dieser Organismen in ihren natürlichen Lebensräumen beeinflussen, und dass die Temperatur nicht der Faktor mit dem größten Gewicht ist.
Biotechnologische Anwendungen
Die Enzyme psychrophiler Organismen zeichnen sich durch hohe Aktivität bei niedrigen und moderaten Temperaturen aus. Zusätzlich haben diese Enzyme eine schlechte thermische Stabilität.
Aufgrund dieser Eigenschaften sind die Enzyme psychrophiler Organismen sehr attraktiv, um unter anderem in verschiedenen Prozessen in der Lebensmittelindustrie, Medizin, Molekularbiologie und in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt zu werden.
Verweise
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