Конечно, большая часть этих животных — всего лишь бактерии и микроорганизмы, но среди экстремофилов (так называются организмы, способные жить и размножаться в экстремальных условиях окружающей среды) встречаются и более крупные существа.
 

 
В прошлом году немецкие ученые обнаружили в озере Пич-Лейк, находящемся на острове Тринидад, что в Карибском море, новый вид анаэробных бактерий. И все бы ничего, если бы Пич-Лейк вместо животворящей воды не был наполнен битумом. Это озеро является одним из крупнейших природных резервуаров битума на планете.
 
До этого момента ученые полагали, что анаэробные бактерии способны разлагать нефть только в условиях, где нефтяная среда граничит с водной. Но изучив состав нефти, исследователи нашли в ней очень маленькие, размером не более 1-3 микролитров, капли воды, которые, вероятно, имеют подземное происхождение. Эти крошечные водяные пузырьки наполнены сложноорганизованными группами метанопродуцирующих микробов, которые расщепляют нефть, меняя ее химический состав, благодаря чему и образуется вязкий битум.
 

 

 
По-видимому, именно так воспринимает радиацию грамположительный кокк с характерным названием Deinococcus radiodurans, поскольку способен выживать при дозе до 10 тыс. (!) Гр. Для сравнения: смертельная доза радиации для человека равна 5 Гр. Deinococcus radiodurans считается одним из самых устойчивых к действию радиации организмов в мире. Как ему это удается? Дело в том, что эта бактерия хранит в своей клетке по нескольку копий генома, упакованных в виде тора или колец. Эти дополнительные копии позволяют в точности восстановить геном после многочисленных одно- и двуцепочечных разрывов.
 

 

 
Гипертермофилами называют организмы, которые растут и размножаются при температурах свыше 60°C. Оптимальная температура для этих любителей «горяченького» и вовсе равна 80°C, а некоторые выдерживают и более высокие температуры — больше 100°C.
ло того, кое-какие из этих существ способны также противостоять кислотности и радиации.
 
Все дело в том, что гипертермофилы относятся к археям — древнейшему домену живых организмов, являющихся одноклеточными и не имеющих, как известно, ни ядра, ни каких-либо мембран. Условия жизни на нашей планете в те далекие времена, когда на ней были распространены археи, были соответствующими, поэтому эти существа чувствуют себя в них как дома.
 
Но горячую воду любят не только микроорганизмы. В глубинах Карибского моря, поблизости от гидротермальных источников, живут красивые многощетинковые черви, которые, правда, прячут свои тела в длинные хитиновые трубки.
 

 

 
Таким трудно выговариваемым названием именуют живых существ, которые, наоборот, предпочитают низкие температуры. Так, нематода Panagrolaimus davidi способна выживать будучи полностью вмороженной в лед. Да что там нематода — некоторые хвостатые земноводные, такие, например, как сибирский углозуб (были найдены экземпляры, которые пробыли в оцепенении в условиях вечной мерзлоты от 80 до 100 лет (!), а затем благополучно вернулись к жизни), бесхвостые земноводные, некоторые виды черепах и змей, могут замораживать воду, которая находится вне клеток их организма, чтобы сохранить при этом свои клетки в условиях продолжительных низких температур.
 
А вот рыбы семейства нототениевых, которые обитают в водах Арктики и Антарктики, и вовсе плавают при температуре до -1,9°C, являющейся близкой к замерзанию.
о бактерий и говорить не приходится: как показали исследования подледного озера Восток в Антарктиде, некоторые из микроорганизмов способны выживать, будучи вмороженными в лед, в течение миллионов лет.
 

 

 
Их называют галофилами — экстремофилы, которые в качестве местообитания предпочитают условия с высокой соленостью — моря, соленые озера, засоленные почвы и т.д. Конечно, самыми экстремальными являются микробы, которые обитают в глубинах Мертвого моря. Но существуют и галофильные животные, по преимуществу — морские, которые не способны переносить соленость ниже 30 промилле. Это радиолярии, рифообразующие кораллы, обитатели тех же коралловых рифов и мангровых зарослей, иглокожие, головоногие моллюски, многие виды ракообразных и т.д.
 

 
В безвоздушном пространстве живые организмы тоже способны выживать. К ним, например, относится тихоходка — очень интересное животное, тип микроскопических беспозвоночных, близких к членистоногим. Этот вполне симпатичный «медвежонок» способен выдерживать невероятно низкие и экстремально высокие (до 100°C) температуры, высокий уровень радиации, невероятное давление (подобное тому, которое существует на дне Марианской впадины), отсутствие влаги в течение более чем ста лет и, наконец, открытый космос (ученые засылали тихоходок на орбиту).
 

 
Именно благодаря существованию экстремофилов у ученых есть надежда, что мы сможем найти жизнь на замороженных спутниках Юпитера и Сатурна — Европе и Титане.

Источник: naked-science.ru

Тихоходки

Тихоходки или водные медведи могут переносить несколько типов экстремальных условий. Они живут в горячих источниках, антарктическом льду, а также в глубоких средах, на горных вершинах и даже в тропических лесах. Тихоходки обычно встречаются в лишайниках и мхах. Они питаются растительными клетками и крошечными беспозвоночными, такими как нематоды и коловратки. Водные медведи размножаются половым путем, хотя некоторые размножатся бесполым путем через партеногенез .

Тихоходки могут выживать в различных экстремальных условиях, потому что они способны временно приостанавливать обмен веществ, когда условия не пригодны для выживания. Этот процесс называется криптобиозом и позволяет водным медведям войти в состояние, которое позволит им выжить в условиях экстремальной засушливости, нехватки кислорода, сильного холода, низкого давления и высокой токсичности или радиации. Тихоходки могут оставаться в этом состоянии в течение нескольких лет и выходить из него, когда окружающая среда становится пригодной для жизни.

Артемия (Artemia salina)

Артемия — вид небольших ракообразных, которые способны жить в условиях с чрезвычайно высокой концентрацией соли. Эти экстремофилы обитают в соленых озерах, соляных болотах, морях и скалистых берегах. Их основным источником пищи являются зеленые водоросли. Артемии имеют жабры, которые помогают им выжить в соленой среде, поглощая и выделяя ионы, а также продуцируя концентрированную мочу. Как тихоходки, артемии размножаются половым и бесполым путем (через партеногенез).

Бактерии хеликобактер пилори (Helicobacter pylori)

Helicobacter pylori — бактерия, живущая в крайне кислой среде желудка. Эти бактерии выделяют ферментную уреазу, нейтрализующую соляную кислоту. Известно, что другие бактерии не способны выдержать кислотность желудка. Helicobacter pylori являются спиральными бактериями, которые могут зарываться в стенку желудка и вызывать язвы или даже рак желудка у людей. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC), у большинства людей мира есть эти бактерии в желудке, но они, как правило, редко вызывают заболевания.

Цианобактерии Gloeocapsa

Gloeocapsa — род цианобактерий, которые обычно живут на мокрых породах скалистых берегов.
и бактерии содержат хлорофилл и способны к фотосинтезу. Клетки Gloeocapsa окружены студенистыми оболочками, которые могут быть ярко окрашенными или бесцветными. Ученые обнаружили, что они способны выжить в космосе в течение полутора лет. Образцы горных пород, содержащие Gloeocapsa, были размещены снаружи Международной космической станции, и эти микроорганизмы смогли выдержать экстремальные условия космоса, такие как колебания температур, вакуумное воздействие и радиационное облучение.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

МЕХАНИЗМ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Воловик Е.В.

Дальневосточный федеральный университет

Владивосток, Россия

THE MECHANISM OF THE SURVIVAL OF BACTERIA IN ENVIRONMENT

Volovik E.V.

Far Eastern Federal University

Vladivostok, Russia

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение………………………………………………………………………………..3

Механизм выживания бактерий при низких температурах……………………….4

Механизм выживания бактерий при высоких температурах……………………..6

Механизм выживания бактерий при экстремальных значениях pH……………..7

Жизнь микроорганизмов при высоких концентрациях солей и растворенных веществ и в условиях недостатка воды…………………………………………….9

Реакция микроорганизмов на тяжелые металлы и токсичные вещества в окружающей среде……………………………………………………………………10

Жизнь микроорганизмов в условиях интенсивного облучения………………….12

Заключение…………………………………………………………………………..13

Список литературы………………………………………………………………….14

ВВЕДЕНИЕ

Бактерии обладают весьма сложными и совершенными механизмами молекулярных адаптаций, о существовании которых еще относительно недавно нельзя было даже предположить.

Давно известно, что жизнь встречается в самых суровых условиях: в горячих источниках, которые нередко отличаются повышенной кислотностью; в соленых озерах и солеварнях; в источниках с повышенной кислотностью (например, в рудничных стоках), которые могут содержать также токсичные тяжелые металлы в высоких концентрациях; на сухих поверхностях скал и в пустынях; при температурах около точки замерзания воды и даже ниже ее.

Большой интерес к адаптации микроорганизмов к разнообразным условиям окружающей среды был вызван и долгое время поддерживался поисками жизни на других планетах. Ведь зная границы жизни на Земле, можно составить представление о физических и химических пределах, в которых жизнь могла возникнуть не только на нашей, но и на других планетах.

Изучение механизмов выживания бактерий также имеет очень важное значение для медицины, ветеринарии, фармакологии. Устойчивость микроорганизмов к различным факторам среды ставит вопрос о специальных, новых методах стерилизации и хранения продуктов, что играет важнейшую роль для пищевой промышленности.

МЕХАНИЗМЫ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Действие температуры на рост микроорганизмов может быть обусловлено ее непосредственным влиянием на скорость химических реакций и на состояние макромолекулярных компонентов клетки (вязкость мембран, конформацию белков и т.д.). В отличие от теплокровных животных микроорганизмы не могут регулировать свою температуру. Их функциональная активность определяется температурой окружающей среды.

При пониженной температуре снижается не только скорость роста, но и скорость отмирания, и соответственно увеличивается выживаемость организмов. Микроорганизмы способны выжить в неустойчивых суровых условиях в состоянии, близком к анабиозу, например в сухих долинах Антарктики и зонах вечной мерзлоты, в течение тысячелетий.

Согласно современным представлениям, некоторые микроорганизмы способны развиваться при низкой температуре благодаря следующим особенностям:

клетки содержат ферменты, имеющие низкую температуру активации, и в связи с этим способные наиболее эффективно функционировать при низкой температуре; при температуре выше 30 °С данные ферменты прекращают свою деятельность;

проницаемость мембран несмотря на низкую температуру, остается высокой в связи с большим количеством ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в липидах, в результате мембраны не замерзают;

не утрачивается свойство образовывать полисомы при низкой температуре.

Приспособление к пониженной температуре проявляется в изменении состава мембран (в ней повышается содержание ненасыщенных жирных кислот) и синтезе криопротекторов (например, глицерола). Другой механизм связан с накоплением в клетках больших количеств наиболее важных ферментов, так что даже при неоптимальной температуре их функционирование позволяет клетке поддерживать достаточную активность.

Существуют автохтонные популяции микроорганизмов, которые отличаются низким, но постоянным уровнем активности и использованием для питания органических веществ, уже присутствующих в почве и зимогенные популяции, развивающиеся при поступлении в почву свежих соединений, которые они могут использовать. Автохтонную бактериальную популяцию можно отличить от зимогенной в холодных условиях с устойчивым температурным режимом на основании области температур их роста. В холодных условиях с неустойчивым режимом встречается только зимогенная популяция. Зимогенные бактерии обычно отличаются широкой областью температур роста, поскольку наиболее важным фактором для их выживания является эффективный вторичный метаболизм, который должен осуществляться при температурах ниже оптимума роста.

Микроорганизмы, выделенные из холодных местообитаний с весьма неустойчивым температурным режимом, являются психротрофами. Они способны расти при температурах на 20°С и более превышающих самую теплую температуру .

Психрофильные микроорганизмы чаще всего находят в морях. Практически все психрофилы представлены грамотрицательными палочковидными формами. Психрофилию грамотрицательных бактерий обычно рассматривают в связи с особыми свойствами их мембран.

В местах с неустойчивой низкой температурой, например в Антарктике, грамотрицательные бактерии, а также грамположительные аэробные и анаэробные спорообразующие организмы встречаются редко. В районах с устойчивой низкой температурой среди бактерий преобладают грамотрицательные палочковидные формы, главным образом Pseudomonas, Vibrio и другие близкие им организмы, обладающие окислительной активностью.

Представители другого класса бактерий, которые распространены преимущественно в холодных условиях с неустойчивым температурным режимом, включают грамположительные кокки и палочки, относящиеся главным образом к родам Arthrobacter, Corynebacterium, Brevibacterium, Kurthia, Cellulomonas, а также родственные им организмы. Эти бактерии преобладают в антарктических и арктических почвах, озерах, ледниках, льду и снегу, а также в ледяных пещерах и в верхних слоях атмосферы. Эти организмы отличаются тем, что они способны существовать в очень суровых условиях окружающей среды.

МЕХАНИЗМЫ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

С повышением температуры скорость роста микроорганизмов вначале увеличивается, достигая максимальной, но дальнейшее увеличение температуры ведет к необратимой инактивации клеточных компонентов, прежде всего денатурации белков и нуклеиновых кислот, и гибели клетки.

Существуют микроорганизмы, которые не только выживают, но и размножаются, часто облигатно, при температурах, препятствующих в норме существованию каких бы то ни было форм жизни, вследствие разрушения необходимых для них макромолекул.

Термофилия включает в себя множество молекулярных механизмов и не может быть объяснена каким-либо одним свойством организма. Многочисленные сравнительные физико-химические исследования белков термофильных показали различные механизмы выживания бактерий при высоких температурах.

Возможность существования термофилов при высокой температуре обусловлена следующими особенностями:

составом липидных компонентов клеточных мембран, а именно высоким содержанием длинноцепочечных С17—С19 насыщенных жирных кислот с разветвленными цепями;

высокой термостабильностью белков и ферментов (последние имеют низкую молекулярную массу и содержат значительное количество ионов кальция);

термостабильностью клеточных ультраструктур.

Липиды термофильных организмов имеют более высокие температуры плавления, чем липиды нетермофильных. Липиды мембран действуют как изоляторы, препятствующие переносу тепла из внешней среды и предотвращающие таким образом тепловую денатурацию растворимых ферментов.

Большой интерес представляет термофильный ацидофил Thermoplasma acidophilum. Термофилия этого организма, растущего при температуре 59°С, связана с наличием длинных изопреновых цепей липидов. Большая часть содержащихся в мембране нейтральных липидов этерифицирована жирными кислотами, а основная масса глико- и фосфолипидов состоит из длинных цепей с простыми эфирными связями. Аминокислотный состав мембранного белка характеризуется относительно низким уровнем заряженных аминокислот и довольно высоким содержанием остатков цистеина. Высокое содержание кислых аминокислот, является обязательным условием для его роста в термофильных условиях.

Термофилы способны контролировать физические свойства цитоплазматической мембраны, изменяя ее состав в ответ на изменение температуры.

МЕХАНИЗМЫ ВЫЖИВАНИЯ БАКТЕРИЙ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ РН

Концентрация ионов водорода непосредственно влияет на клетку, ее электрический заряд, состояние мембраны, возможность протекания окислительно-восстановительных. Значения реакции среды различных природных вод и растворов, где развиваются микроорганизмы (от рН 1 — 2 в кислых источниках и рудничных стоках до рН 10 в содовых озерах), покрывают почти весь теоретически возможный диапазон значений рН (0— 14). Очень высокие (кислая реакция) или очень низкие (щелочная реакция) концентрации водородных ионов обычно токсичны для большинства организмов.

В зависимости от положения оптимального рН развития различают ацидофильные, нейтрофильные и алкалифильные микроорганизмы. Большинство естественных местообитаний имеет нейтральный или близкий к нему (слабокислый или слабощелочной) рН. В таких местообитаниях развиваются организмы, называемые алкали — или ацидотолерантными и умеренными алкали- или ацидофилами.

Меньше примеров алкалифильных организмов, требующих для своего роста значений рН до 10 и выше (уробактерии и многие цианобактерии). Среди бактерий обнаружено несколько видов, устойчивых к щелочной среде (рН 8,5 и выше). Сюда следует отнести Bacillus pasteurii — бактерию, расщепляющую мочевину и хорошо растущую при реакции среды, близкой к рН 11. В. alcalophilus, выделенная из сточной воды, способна расти в диапазоне рН 9—11,5. Выделены и другие бациллы, очень устойчивые к щелочной среде. Цианобактерии могут развиваться в природной среде с рН 7,5—10, некоторые из этих бактерий имеют оптимум рН.

Изменения рН окружающей среды могут вызывать у многих микроорганизмов компенсаторные ферментативные сдвиги. Образующиеся в результате амины приводят к снижению кислотности среды. Следовательно, устойчивость клеток к высокой кислотности или щелочности, вероятно, объясняется их структурными или метаболическими особенностями.

Все организмы, растущие при экстремальных значениях рН, располагают, механизмами для поддержания внутриклеточного рН на уровне, близком к нормальным физиологическим величинам. Такие кислотолабильные молекулы, как АТР и ДНК, не смогли бы существовать, если бы внутриклеточная концентрация водородных ионов была такой же, как и во внешней среде. Однако по отношению к внутриклеточной среде трудно применить классическую концепцию рН. Согласно этой концепции, рН является применяемым на практике показателем концентрации или активности ионов водорода в водном растворе, между тем как внутриклеточное содержимое представляет собой коллоидный, а не истинный водный раствор. Измерение величины внутриклеточного рН не дает информации относительно недиссоциированных протонов, связанных с донорными молекулами.

Внутриклеточный рН имеет определенную ценность, так как он дает представление об общих условиях, существующих внутри клетки.

В поддержании градиентов рН в клетке важную роль играет как природа клеточной стенки и мембраны, так и клеточный метаболизм.

ЖИЗНЬ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ СОЛЕЙ И РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТКА ВОДЫ

В живых клетках вода служит средой, в которой молекулы разных размеров взаимодействуют между собой. Структура воды, в которой находятся растворенные вещества, контролирует все жизненно важные процессы в клетке: действие ферментов и регуляцию их активности, ассоциацию и диссоциацию органелл, структуру мембран и их функционирование.

Известно, что многие внутриклеточные компоненты микроорганизмов нуждаются в высоких концентрациях Na+ и К+. Белки галофилов содержат много аспартата и глутамата, т.е. они более «кислые», в белках устанавливаются новые гидрофобные взаимодействия, приводящие к более плотной упаковке глобул. На поверхности клеток работает механизм «белкового щита» (S-слои), когда наружу экспонируются СООН-группы аминокислот, удерживающие Na+. Эти же группы формируют «гидратированную» оболочку клеток за счет электростатического ориентирования диполей воды. Галофилы осуществляют активный транспорт ионов из клетки, таким образом поддерживая некоторый «осмостаз». Также клетки иногда заменяют Na+ на К+.

Для удержания воды в цитоплазме в условиях высокой солености у галофильных микроорганизмов существуют разнообразные механизмы. Основным механизмом приспособления к осмотическому состоянию среды служит синтез микроорганизмами осмопротекторов (осмолитов, или совместимых растворителей) — низкомолекулярных органических веществ, концентрация которых в цитоплазме уравновешивает внешнее давление.

Для микроорганизмов, развивающихся на суше, большое значение имеет приспособление к сухости и контакту с воздухом. Основными механизмами защиты от высыхания служит образование слизистых капсул или переживающих клеток (спор, конидий, цист). Высокую устойчивость на воздухе обнаруживают многие микобактерии с высоким содержанием липидов в клеточной стенке. Типичными компонентами микроценозов, развивающихся на поверхности камня и в почве, являются микрококки, артробактеры, нокардии, проактиномицеты и актиномицеты. В целом грамположительные бактерии актиномицетной линии рассматривают как континентальную ветвь эволюции прокариот, приспособившуюся к жизни в наземных условиях.

Существует предположение о том, что при недостатке воды бактерии используют метаболическую воду, образующуюся в клетке в результате окисления органического вещества кислородом воздуха. Так, из 1 кг глюкозы микроорганизм может получить около 600 г воды по уравнению

С6Н1206 + 602 = 6С02 + 6Н20

Устойчивость к обезвоживанию у разных бактерий неодинакова. Например, численность жизнеспособных клеток Pseudomonas, внесенных в воздушно-сухую почву после выдерживания в течение месяца, снижается в 100 раз. В то же время Azotobacter остается жизнеспособным в почве даже через десятки лет ее хранения в воздушно-сухом состоянии. Выживаемость азотобактера обусловлена его цистами.

РЕАКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ НА ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ТОКСИЧНЫЕ ВЕЩЕСТВА В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Среди микроорганизмов есть формы, устойчивые к действию общих клеточных и метаболических ядовитых веществ (фенол, окись углерода, сероводород и др.), отдельные виды обладают способностью использовать эти соединения в качестве источников питания. Считают, что устойчивость микроорганизмов к токсичным веществам во многих случаях определяется плазмидами.

В выработке устойчивости бактерий к токсичным веществам участвуют трансмиссивные плазмиды, несущие гены множественной устойчивости — R-факторы (от англ. resistance — устойчивость). R — факторы обусловливают устойчивость микроорганизмов к нескольким (девять и более) группам веществ — солям тяжелых металлов, а также антибиотикам, лекарственным веществам, и др.

Микробы способны концентрировать тяжелые металлы внутри клеток или на их поверхности. Известны следующие соотношения концентраций различных металлов, содержащихся в морской воде и планктоне: кадмий—1:910, кобальт—1:4600, медь—1:7000, железо — 1:87 000, свинец — 1:41 000, марганец — 1:9400, титан— 1:20 000 и цинк—1:65 000. В общем конечная концентрация металла внутри клетки может быть на несколько порядков выше его концентрации в окружающей среде. В одних случаях накопление соответствующих соединений оказывается летальным, а в других — нет. На поглощение ионов металлов могут оказывать влияние физиологическое состояние клеток и условия окружающей среды.

Изложенное выше показывает, что у некоторых микроорганизмов выработались специфические механизмы взаимодействия с тяжелыми металлами, мышьяком и сурьмой, присутствующими в окружающей среде, иногда в концентрациях, которые токсичны для многих других микробов и высших форм жизни. Микроорганизмы могут использовать эти вещества в качестве источников энергии или акцепторов электронов в процессе дыхания. В ряде случаев у микробов выработались способы удаления этих веществ из среды путем их осаждения, адсорбции или улетучивания. Эти реакции вносят вклад в детоксикацию среды, которая становится более пригодной не только для микробов, катализирующих такие реакции, но и для других организмов, неспособных развиваться без подобной «помощи».

ЖИЗНЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ОБЛУЧЕНИЯ

Хорошо известно, что излучения разных радиаций обладают потенциальной способностью оказывать на живые организмы разрушительное воздействие.

Одноклеточные организмы выработали дополнительные средства защиты от летального или повреждающего воздействия облучения. Одноклеточные организмы располагают множеством защитных механизмов, причем многие виды используют не один, а большее число способов борьбы с радиационными повреждениями.

Одним из универсальных механизмов адаптации к световому излучению высокой интенсивности и защиты от токсичных форм фотосенсибилизированного кислорода является синтез каротиноидных пигментов. Характерным примером может служить яркая окраска микроорганизмов, живущих в условиях высокой освещенности (в воздухе, на поверхности скал, обнажений горных пород, в высокогорье и т.д.

Пигменты действуют как «энергетические ловушки», препятствующие радиации или ее продуктам достигать ДНК или любых других жизненно важных мишеней.

Летальный эффект УФ-облучения существенно снижается, если облученные клетки подвергаются затем воздействию видимого света с длинами волн от 360 до 420 нм.

Реактивации клеток видимым светом относится его защитное действие. В этом случае увеличение выживаемости клеток наблюдается при освещении их видимым светом перед УФ-облучением. Этот феномен объясняют тем, что видимый свет индуцирует задержку клеточного деления. В результате такой задержки остается больше времени для репарации повреждений, вызываемых УФ-облучением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в завершение данного проекта, можно подвести обобщающие выводы.

Были рассмотрены причины, по которым одни микроорганизмы способны размножаться при пониженных температурах, а другие даже нуждаются в таких условиях. Модификация мембранных липидов, а следовательно, и изменения в функционировании мембран представляют собой важный аспект температурной адаптации. Этот аспект особенно интересен в свете рассмотрения форм жизни, которые могли бы существовать на гигантских планетах, где условия, более или менее приемлемые для жизни, возможны лишь в газообразных областях.

Способность некоторых микроорганизмов жить при высоких температурах уже давно привлекла внимание биологов. Температурная адаптация микроорганизмов обусловлена изменениями в скоростях метаболизма, а также в структуре мембран, рибосом и отдельных белков. Наиболее важными для адаптации к высоким температурам являются изменения в структуре белков. При тех высоких температурах, при которых растут термофилы, многие их ферменты сохраняют как активность, так и регуляторные свойства.

Многие микроорганизмы способны размножаться в интервале значений рН, в котором их внутриклеточные ферменты не функционируют. Микроорганизмы могут существовать при концентрациях водородных ионов, различающихся на несколько порядков; отдельные микроорганизмы растут при рН 10 и даже при более высоких. Несмотря на то что рН окружающей среды может меняться, внутри своих клеток эти организмы поддерживают постоянную кислотность. Структуры на поверхности клеток у таких организмов должны быть приспособлены к крайним значениям рН.

Экстремальные галофилы занимают особое место среди микроорганизмов, существующих в экстремальных условиях, поскольку они представляют собой пример полной (и внешней, и внутренней) адаптации к очень высоким концентрациям солей, а также потому, что они обладают уникальными биохимическими свойствами. С недавних пор стало ясно, что организмы, живущие при высоких концентрациях растворенных веществ или способные размножаться в широком диапазоне концентраций, представляют собой крайне увлекательный объект исследования.

Многие микроорганизмы сохраняют жизнеспособность в течение долгого времени в отсутствие воды и начинают размножаться, как только она снова становится доступна для них. Хотя для своего размножения микроорганизмы нуждаются в определенном уровне содержания воды, она не требуется им для выживания.

Токсичность тяжелых металлов представляет собой проблему скорее для человека, чем для микроорганизмов, которые научились по-разному приспосабливаться к таким веществам. Микроорганизмы способны осуществлять трансформацию тяжелых металлов в окружающей среде: выщелачивать металлы из руд в кислых рудничных стоках, изменять валентность металлов, как, например, при трансформации ртути в более или менее токсичные формы, а также при образовании таких особых форм скоплений металлов, как марганцевые конкреции.

Микроорганизмы сильно отличаются друг от друга по своей устойчивости к радиации. Многие из них способны выдерживать дозы радиации, летальные для других форм жизни. Подобная устойчивость вызвана рядом факторов, наиболее важным из которых представляется способность микроорганизмов к репарации их ДНК, поврежденных облучением. Многообразие способов, при помощи которых микроорганизмы противостоят радиации, может сделать их последними обитателями на Земле или, напротив, первыми поселенцами на Земле, разрушенной атомной войной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Асонов Н.Р. Микробиология / Н.Р. Асонов. – М.: Колос, 1980. – 312 с.

2. Камшилов М. М. Эволюция биосферы / М.М. Камшилов. — М.: Наука, 1974. – 254 с.

3. Кашнер Д. Жизнь микробов в экстремальных условиях. Пер. с англ. / Д. Кашнер. – М.: Мир, 1981. – 511 с.

4. Логинова Л.Г. Новые формы термофильных бактерий / Л.Г. Логинова, Л.А. Егорова. — М.: Наука, 1977. — 175 с.

5. Лях С.П. Адаптация микроорганизмов к низким температурам / С.П. Лях. — М.: Наука, 1976. – 160 с.

6. Марлз Дж., Грант Т., Делюмье О. Молекулярное строение стрессосом // Science, 2008. №3 C. 92 – 96

7. Радчук Н.А. Ветеринарная микробиология и иммунология / Н.А. Радчук, Г.В. Дунаев, Н.М.Колычев и др. – М.: Агропромиздат, 1991. – 383 с.

8. Покровский В.И. Микробиология / В.И. Покровский, О.Н. Поздеев. – М.: ГЭОТАР, 1999. – 1200с.

9. Бухарин О.В. Механизмы выживания бактерий / Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова Ю.М. и др. — М.: Медицина, 2005. – 367 с.

10. Заварзин Г.А. Природоведческая микробиология / Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. – М.: Книжный дом «Университет», 2001. – 256 с.

Источник: scienceforum.ru

Наша планета, Земля обладает лучшими природно-климатическими условиями в Солнечной системе (да и во всей исследованной части Вселенной). Именно эти благоприятные условия поспособствовали зарождению жизни приблизительно 3 млрд. лет назад. За 3 млрд. лет жизнь невероятно видоизменилась: росла сложность и многообразие организмов, покорялись и заселялись новые просторы обитания. Но общим для всех форм жизни оставались все те же природно-климатические условия, за их пределами жизнь существовать не может. Или может?

Оказывается может. Таких организмов называют экстремофилами, они не просто спокойно переносят такие условия окружающей среды, которые означали бы неминуемую смерть для остальных форм жизни, они живут в этих условиях.

Основную долю экстремофилов составляют микроорганизмы: бактерии и археи. Животные среди них встречаются очень редко, но от того они становятся только интереснее. О последних мы и постараемся рассказать в этой статье.

Мешкороты

Мешкорот — это один из немногих представителей глубоководных рыб. Обитает в Тихом океане на глубине от 2 до 5 км. Глубины океанов — это ужасное место, там никогда не бывает света, там невероятно высокое давление, а температура воды с каждым метром стремиться к нулю.

Несмотря на явный недостаток пищи вырастают до 185 см. Мешкороты имеют огромную раскрывающуюся пасть, благодаря чему заглатывают добычу живьем.

Гусеница Гинаэфора гренландская

Это крохотное насекомое около 90% своей долгой жизни проводит скованной в арктических льдах в состоянии анабиоза (диапаузы). Гинаэфора гренландская (лат. Gynaephora groenlandica), конечно, не единственные существо способное впадать в анабиоз, но кроме нее точно никто не делает этого вне теплой берлоги и при температуре окружающей среды -70°C. Другими словами гусеница просто замерзает во льдах осенью, а с приходом лета воскресает как ни в чем не бывало. Это становится возможным благодаря возможности синтезирования особых химических соединений: бетаина и глицерина. Образование хим. соединений начинается во всех клетках животного с началом первых холодов. Бетаин и глицерин не замерзают сами и не позволяют этого клеткам гусеницы, предотвращая образование кристаллов льда.

Еще одна уникальная особенность гинаэфоры гренландской — ее продолжительность жизни. Тогда как для большинства мотыльков требуется около одного месяца на превращение из яиц во взрослую особь, у Gynaephora на это уходит от 7 до 14 лет. Объясняется это тем, что лето на арктических просторах короткое, а калорийной пищи крайне мало, вот и приходится бедному насекомому всю жизнь копить силы, чтобы получить в итоге крылья.

Артемии

Большое Соленое озеро на северо-западе Юты — один из самых соленных водоемов в мире, показатель солености здесь достигает 271 промилле (т.е. соли в нем содержится в 7,5 раз больше в морской воде). В подобной воде совершенно не должно быть никаких признаков сложной жизни. Но это не так. Наряду с несколькими видами экстремальных бактерий в озере обитает и один вид маленьких ракообразных — Артемий.

Каким образом артемии приспособились к столь соленой воде непонятно, но вот зачем они это сделали совершенно очевидно — там нет ни хищников, ни кого-то другого, способного нарушить покой артемий, ни что в соленных озерах не мешает им спокойно жить и размножаться. Нужно было лишь привыкнуть к экстримальной среде.

Это интересно: большинство видов артемий способны размножаться как живорождением, так и яйцерождением. Отдельная особь способна менять способы продолжения рода несколько раз за жизнь.

Нефтяные мухи

Уникальность этих насекомых даже не в том, что они в буквальном смысле слова живут в сырой нефти, а в том, что они питаются ей.

Нефтяные мухи (лат. Helaeomyia petrolei) — откладывают свои личинки на поверхности естественных нефтяных луж и битумных озер. В нефти личинки развиваются весьма продолжительное время, обитают в основном у самой поверхности. Питаются насекомыми, упавшими и прилипшими к нефти, и отчасти самим черным золотом.

Нефтяные мухи — вид эндемичный, встречается только в нефтяных озерах Калифорнии. По всей видимости, вид совсем молодой, а это очередной «плюс» в пользу теории Дарвина — эволюция не стоит на месте.

Даже рассмотрев всего 4 вида экстремофилов становится понятно: их незаурядные навыки и способности — это всего лишь метод спасения вида, путем нахождения незанятой нишы обитания.

Источник: wildwildworld.net.ua

В Антарктиде экстремальные климатические условия – очень холодно, сухо, ветрено и сильное ультрафиолетовое излучение. Люди осваивают оазисы на побережье, климат в них более теплый и влажный, чем в глубине континента, где можно строить на грунте, а не на льду. Но в таких условиях и микроорганизмам жить легче. Среди них российские ученые обнаружили условно-патогенные бактерии, в том числе несколько видов иерсиний, серраций и псевдомонад. Все они размножаются при низких температурах, вызываемые иерсиниями псевдотуберкулёз и кишечный иерсиниоз даже называют «болезнями из холодильника». Бактерии обитают в грунте и местных водоемах, защищаясь от экстремальных внешних условий, образуя биопленки и входя в состав цианобактериальных матов. Эти сообщества состоят из цианобактерий, синтезирующих питательные вещества, и других видов бактерий, которые эти вещества потребляют.

Среди представителей животного мира Антарктиды наиболее вероятным резервуаром патогенных бактерий, в том числе нескольких видов иерсиний — возбудителей желудочно-кишечных инфекций, могут быть птицы, главным образом южно-полярные поморники и доминиканские чайки, наиболее тяготеющие к человеческому жилью, а также пингвины Адели. Это мигрирующие птицы, очень активные и любопытные. В своем оперенье они заносят клещей и патогенные микроорганизмы из более низких широт.

Археи («извечный, древний, первозданный, старый») — домен живых организмов (по трёхдоменной системе Карла Вёзе наряду с бактериями и эукариотами). Археи представляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл.

Ранее археи объединяли с бактериями в общую группу, называемую, и они назывались архебактерии, однако сейчас такая классификация считается устаревшей: установлено, что археи имеют свою независимую эволюционную историю и характеризуются многими биохимическими особенностями, отличающими их от других форм жизни.

В настоящее время археи подразделяют на более чем 5 типов. Из этих групп наиболее изученными являются:

• кренархеоты(Crenarchaeota),
• эвриархеоты (Euryarchaeota).

Археи и бактерии очень похожи по размеру и форме клеток, хотя некоторые археи имеют довольно необычную форму, например, клетки Haloquadratum walsbyi плоские и квадратные. Несмотря на внешнее сходство с бактериями, некоторые гены и метаболические пути архей сближают их с эукариотами (в частности ферменты, катализирующие процессы транскрипции и трансляции). Другие аспекты биохимии архей являются уникальными, к примеру, присутствие в клеточных мембранах липидов, содержащих простую эфирную связь. Большая часть архей — хемоавтотрофы. Они используют значительно больше источников энергии, чем эукариоты: начиная от обыкновенных органических соединений, таких как сахара, и заканчивая аммиаком, ионами металлов и даже водородом. Солеустойчивые археи — галоархеи (Haloarchaea) — используют в качестве источника энергии солнечный свет, другие виды архей фиксируют углерод, однако, в отличие от растений и цианобактерий (синезелёных водорослей), ни один вид архей не делает и то, и другое одновременно. Размножение у архей бесполое:

• бинарное деление,
• фрагментация,
• почкование.

В отличие от бактерий и эукариот, ни один известный вид архей не формирует спор.

Археи живут в широком диапазоне сред обитания и являются важной частью глобальной экосистемы, могут составлять до 20 % общей биомассы. Первые открытые археи были экстремофилами. Действительно, многие археи выживают при высоких температурах, часто свыше 100 C, и обнаружены в гейзерах, чёрных курильщиках и маслосборниках. Другие приспособились к жизни в очень холодных условиях, в сильносолёных, сильнокислых и сильнощелочных средах, а также при высоком давлении — до 700 атмосфер (барофилы). Однако среди архей есть и мезофилы, обитающие в мягких условиях, в болотистых местностях, сточных водах, океанах и почве.

Экстремофильные археи относятся к четырём главным физиологическим группам: 

• галофилам,
• термофилам,
• ацидофилам (кислотоустойчивые),
• алкалифилам (щелочеустойчивые).

Эти группы нельзя рассматривать в ранге типа или как другие самостоятельные таксоны. Они не взаимно исключают друг друга, и некоторые археи относят одновременно к нескольким группам.

Галофилы, включая род Halobacterium, живут в экстремально солёных средах, таких как солёные озёра, и при минерализации больше 20—25 % превосходят по численности своих соседей-бактерий.

Термофилы лучше всего растут на температурах свыше 45 C в таких местах, как горячие источники; для гипертермофилов оптимальная температура — 80 C и выше. 

Другие археи обитают в очень кислых или щелочных средах. Например, наиболее устойчивый ацидофил Picrophilus torridus растёт при pH = 0, что эквивалентно 1,2 молярной серной кислоте.

Устойчивость к экстремальным условиям внешней среды сделала архей центральной темой в обсуждениях возможных свойств жизни на других планетах. Некоторые среды, в которых обитают экстремофилы, не сильно отличаются от таковых на Марсе, что наводит на мысль о возможном переносе таких устойчивых микроорганизмов между планетами на метеоритах.

Археи обитают не только в термофильных и мезофильных условиях, но также встречаются, иногда в большом количестве, и в местах с низкими температурами. Например, археи встречаются в холодных водах, таких как полярные моря. Ещё более важно, что огромное количество архей обнаружено повсеместно в океанах в неэкстремальных условиях в составе планктона (как часть пикопланктона). Хотя эти археи могут присутствовать в поистине колоссальном количестве (до 40 % от общей биомассы микробов), почти ни один из этих видов не был изолирован, выращен и изучен в чистой культуре. Некоторые морские кренархеоты способны к нитрификации, поэтому вероятно, что они оказывают влияние на океанический круговорот азота, хотя эти океанические кренархеоты могут использовать и другие источники энергии. Большое число архей также обнаружено в осадке, покрывающем океаническое дно, причём они составляют большинство живых клеток на глубине больше 1 м от уровня океанического дна.

Источник: vseobiology.ru