Бактерии психрофилы, мезофилы и термофилы

Что такое терморезистентность и зачем она простейшим?

Бактерии мезофилы и термофилы без вреда для собственных репродуктивных способностей могут переносить кратковременное нахождение в условиях экстремально высоких температур. Такую толерантность называют термоустойчивостью или терморезистентностью. Это крайне полезное качество микроорганизмы выработали, чтобы выживать при попадании в экстремальные условия. Такая способность есть далеко не у всех.

Облигатные психрофилы (таковыми считаются бактерии, предпочитающие оптимальную температуру около 15°C или ниже) очень чувствительны даже к незначительному плюсовому колебанию столбика термометра. Ареал их обитания – арктические моря и глубины океанов, антарктические льды или ледники высоко в горах.

У факультативных психрофилов оптимальная для их жизнедеятельности температура гораздо выше, чем у облигатных видов – она равна 20-30°C. Поэтому их можно встретить в местах с постоянно меняющимися температурными режимами. И так как некоторые психрофилы являются главными виновниками порчи продуктов в холодильниках и морозильных камерах, то нарушать рекомендованные требования для хранения рыбы, мяса и молока нельзя. Появление неприятного запаха – это полбеды. Гораздо хуже, когда патогенные бактерии-психрофилы образуют токсины.

Можно сделать вывод, что бактерии-мезофилы и группы животных или растений с таким же определением подразумевают деление по различным предпочтениям. Мезофильные микроорганизмы объединяются в эту категорию на основе оптимальной температуры. В то время как животные и растения причисляют к мезофилам исходя из нужного для них уровня влажности и количества потребляемой воды. Подобные знания дают возможность учитывать факторы внешней среды для поддержания жизнедеятельности нужных форм живых организмов или для борьбы с нежелательными видами.

Врачи отмечают, что бактерии, классифицируемые по температурным предпочтениям, играют важную роль в экосистемах и здоровье человека. Психрофилы, обитающие в холодных условиях, могут быть полезны в биотехнологии, например, при производстве ферментов, которые работают при низких температурах. Мезофилы, предпочитающие умеренные температуры, являются основными обитателями человеческого организма и участвуют в пищеварительных процессах. Их баланс критически важен для поддержания здоровья. Термофилы, обитающие в горячих источниках, также привлекают внимание врачей благодаря своим уникальным ферментам, которые могут использоваться в медицине и промышленности. Исследования этих бактерий помогают лучше понять их влияние на здоровье и окружающую среду.

Термофильные микроорганизмы — Елизавета Бонч-Осмоловская

Классификация

Во всём мире насчитывается много классов экстремофилов, каждый из которых соответствует тому, как его экологическая ниша отличается от мезофильных условий. Эти классификации не являются взаимоисключающими. Многие экстремофилы подпадают под несколько категорий сразу и называются полиэкстремофилами. Например, организмы, живущие внутри горячих скал глубоко под поверхностью Земли являются термофильными и барофильными, подобно Thermococcus barophilus. Полиэкстремофил, обитающий на вершине горы в пустыне Атакама может оказаться радиоустойчивым ксерофилом, психрофилом и олиготрофным организмом. Полиэкстремофилы хорошо известны своей способностью переносить как высокие, так и низкие уровни рН.

Термины

Ацидофил — организм с оптимальным ростом при уровнях рН 3 или ниже.

Алкалифил — организм с оптимальным ростом при уровнях рН 9 или выше.

Анаэроб — организм, которому не требуется кислород для роста, такой как Spinoloricus Cinzia. Существуют два подвида: факультативные анаэробы и облигатные анаэробы. Факультативные анаэробы могут вынести анаэробные и аэробные условия; однако, облигатный анаэроб погибнет даже в присутствии незначительного количества кислорода.

Криптоэндолит — организм, живущий в микроскопических пространствах внутри скал, таких как поры между зёрен заполнителей; они также могут быть названы эндолитами, термин, который включает в себя организмы, населяющие трещины, водоносные горизонты и разломы, заполненные подземными водами глубоко под поверхностью земли.

Галофил — организм, живущий в соляных растворах с содержанием NaCl 25—30 %.

Гипертермофил — организм, который может развиваться при температурах 80-122 °C, встречается в гидротермальных системах.

Гиполит — организм, живущий под камнями в холодных пустынях.

Капнофил — организм, которому для своей жизнедеятельности требуется углекислый газ в концентрации 10—15 %.

Литоавтотроф — организм (обычно бактерия), чьим единственным источником углерода является двуокись углерода и экзэргоническое неорганическое окисление (хемолитотрофы), подобный Nitrosomonas еurораеа; эти организмы способны получать энергию от восстановленных минеральных соединений, таких как пирит, и принимают активное участие в геохимическом круговороте и выветривании материнской породы, таким образом формируя почву.

Металлотолерантный организм способен выносить высокие уровни растворённых тяжёлых металлов в растворе, таких как медь, кадмий, мышьяк и цинк; примеры включают Ferroplasma Sp., Cupriavidus metallidurans и GFAJ-1.

Олиготроф — организм, способный расти в питательно ограниченных условиях.

Осмофил — организм, способный жить в растворах с чрезвычайно высокой концентрацией осмотически активных веществ и соответственно при высоком осмотическом давлении (например, микроскопические грибки, употребляющие мёд в качестве субстрата).

Пьезофил (также упоминается как барофил) — организм, оптимально живущий при высоких давлениях, которые достигаются глубоко в океане или под землёй; обычны в глубоких недрах земли, а также в океанических впадинах.

Полиэкстремофил (от лат. и др.греч. «любовь ко многим крайностям») является организмом, экстремофильным в более чем одной категории.

Психрофил/криофил — организм, способный на выживание, рост или размножение при температуре 10 °С и ниже в течение длительного периода; распространены в холодных почвах, вечной мерзлоте, полярном льду, холодной морской воде, или на/под альпийским снежным покровом.

Радиорезистентные организмы устойчивы к высоким уровням ионизирующего излучения, наиболее часто к ультрафиолетовому излучению, но в том числе и организмы, способные противостоять ядерному излучению.

Термофил  — организм, процветающий при температурах 45-122 °C.

Термоацидофил — сочетание термофила и ацидофила, предпочитает температуру 70-80 °С и рН 2-3.

Ксерофил — организм, который может расти в очень сухих, обезвоженных условиях; почвенные микробы в пустыне Атакама служат примером данному типу.

Бактерии психрофилы, мезофилы и термофилы вызывают интерес у ученых и специалистов в области микробиологии благодаря своей способности адаптироваться к различным температурным условиям. Психрофилы, обитающие в холодных средах, таких как ледники и глубокие океаны, привлекают внимание исследователей, изучающих возможности их использования в биотехнологии, например, для разработки холодостойких ферментов. Мезофилы, предпочитающие умеренные температуры, играют ключевую роль в процессах разложения органических веществ и поддержании экосистем. Термофилы, обитающие в горячих источниках и вулканических зонах, становятся объектом изучения для создания новых методов получения энергии и переработки отходов. Люди отмечают, что понимание этих микроорганизмов может привести к значительным прорывам в науке и промышленности, открывая новые горизонты для применения в медицине, экологии и пищевой промышленности.

О термофильных бактериях

Гигрофила лимонник коримбоза

Гигрофила лимонник, она же гигрофила коримбоза (Hygrophila corymbosa), она же (Nomaphila stricta, Nomaphila corymbosa). А все потому
, что многие ботаники до сих пор не признают наличия отдельного рода Nomaphila, включая все эти растения в род Hygrophila. От сюда такая путаница в классификации.

Гигрофила лиминник она же еще и щитовидная =) — это популярное растение среди аквариумистов, т.к. обладает высокими декоративными качествами. Имеет длинный прочный стебель. На котором попарно расположены овальные остроконечные листья, светло-зеленого цвета с серебристой изнанкой. Размещают растение на заднем плане аквариума. Растет в аквариуме круглый год.

Комфортные параметры воды для содержания гигрофилы лимонника в аквариуме
: температура 24-27 °С (снижение температуры замедляет рост, размер листьев уменьшается). Жесткость не менее 8°, рН 7-8,5. В мягкой воде листья быстро разрушаются, сохраняется только верхушка. Растение нуждается в еженедельной подмене 1/4 объема воды.

Коримбоза любит сильное освещение. При недостатке света листья быстро бледнеют и распадаются. Естественный свет улучшает рост растения. Боковая подсветка помогает сохранить на стебле большее количество старых листьев. Продолжительность светового дня не менее 8-12 часов. Интенсивность освещения для лимонника от 50 Лм/л. Растение может спокойно выйти за пределы аквариума и продолжать расти в надводной форме.

Для нормального функционирования – развития и размножения – любой организм требует определенных условий среды. Температура воздуха имеет огромное значение. Ее повышение или понижение не обязательно вызовет гибель живого существа. Но вот на размножении и росте такие скачки скажутся в первую очередь. Поэтому, когда про какие-то микроорганизмы, например бактерии, говорят, что они мезофилы, то подразумевают, что для их оптимальной жизнедеятельности столбик термометра должен находиться между отметками от 20 до 42°C.

Разница между термофильными и мезофильными бактериями

Вирусы разрушают вас изнутри! 10 шагов для крепкого иммунитета 🙌

Определение

Термофильные бактерии относятся к типу экстремофилов, который процветает при относительно высоких температурах, тогда как мезофильные бактерии относятся к бактериям, которые лучше всего растут при умеренных температурах.

Оптимальная температура

Оптимальная температура термофильных бактерий составляет 50 ° С, тогда как оптимальная температура мезофильных бактерий составляет 37 ° С.

Ферменты

У термофильных бактерий есть ферменты, которые функционируют при высоких температурах, в то время как у мезофильных бактерий нет ферментов, которые функционируют при высоких температурах.

Возбудители

Термофилы не являются патогенными микроорганизмами, поскольку они не могут расти при температуре тела, тогда как мезофильные бактерии могут быть патогенными.

Приложения

Термофильные бактерии производят термостабильные ДНК-полимеразы, используемые в ПЦР, тогда как мезофильные бактерии используются в производстве сыра, йогурта, пива и вина.

Примеры

Некоторые термофильные бактерииТермакватикус, ThermococcusШогаИз, Calothrix, Synechococcus, и т.д., в то время как некоторые мезофильные бактерииListeria monocytogenes, StreptococcuspyrogenesСтафилококкauresu, так далее.

Заключение

Термофильные бактерии — это бактерии, которые могут расти при высоких температурах, таких как 45-122 ° C, в то время как мезофильные бактерии растут при умеренных температурах, таких как 20-45 ° C. Термофильные бактерии производят термостабильные ДНК-полимеразы, используемые в ПЦР, в то время как мезофильные бактерии используются в производстве сыра, йогурта и пива. Также мезофильные бактерии могут быть патогенными для человека

Основное различие между термофильными и мезофильными бактериями заключается в диапазоне температур и важности

Чем отличаются мезофильные бактерии от животных и растений мезофилов

К растениям с такой корневой системой относятся прострел, степные ирисы и пионы, полыни, ковыли. И наконец, луковицы и клубни, которые типичны для «эфемероидов». Это растения, которые растут и цветут весной, когда достаточно в почве весенней влаги. Летом же они сбрасывают листья и находятся в состоянии покоя. Это тюльпаны, группа мелколуковичных.Почти все эти растения относятся к многолетникам, которые могут расти без пересадки и деления долгие годы – от 5 до 10 лет.

Они хорошо размножаются делением, но могут размножаться и семенами. Особенно активно разрастаются и размножаются стелющиеся виды – кошачья лапка или антеннария, ацена, барвинок, котула, очитки, мшанка, тимьян, яснотка

Животные получают воду тремя основными путями: через питье, вместе с сочной пищей и в результате метаболизма, т. е. за счет окисления и расщепления органических веществ – жиров, белков и углеводов.

Некоторые животные могут впитывать воду через покровы из влажного субстрата или воздуха, например, личинки некоторых насекомых – мучного хрущака, жуков‑щелкунов и др.

Потери воды у животных происходят через испарение покровами или со слизистых оболочек дыхательных путей, путем выведения из тела мочи и непереваренных остатков пищи.

Хотя животные могут выдерживать кратковременные потери воды, но в целом расход ее должен возмещаться приходом.

Потери воды приводят к гибели скорее, чем голодание.

Виды, получающие воду в основном через питье, сильно зависят от наличия водопоев. Это особенно характерно для крупных млекопитающих. В сухих, аридных районах такие животные совершают иногда значительные миграции к водоемам и не могут существовать слишком далеко от них. В африканских саваннах слоны, антилопы, львы, гиены регулярно посещают водопои.

В питьевой воде нуждаются и многие птицы. Ласточки и стрижи пьют на лету, проносясь над поверхностью водоема.

Рябки в пустынях ежедневно совершают многокилометровые перелеты к водопоям и приносят воду птенцам.

Группы растений по отношению к водному режиму

Самцы рябков используют исключительный в своем роде способ переноса воды – они пропитывают ею оперение на груди, а птенцы отжимают клювами набухшие перья.

В то же время многие животные могут обходиться совсем без питьевой воды, получая влагу иными способами.

Влажность воздуха также очень важна для животных, так как от нее зависит величина испарения с поверхности тела. Потери воды через испарение обусловлены также строением покровов.

Некоторые виды не могут обитать в сухом воздухе и нуждаются в полном насыщении его водяными парами. Другие без вреда для себя населяют самые засушливые районы.

Животные подразделяются на ряд экологических групп по отношению к влажности:

1 Гигрофилы – животные, обитающие в переувлажненных участках или по берегам водоемов и болот (озерная лягушка, жабы, выдра, норка, жуки-прицепыши и др.).

2 Мезофилы – животные, обитающие в нормально увлажненных условиях.

Как и у растений это наиболее обильно представленные группы животных (лиса, лось, медведь, зяблики, дрозды, большинство жужелиц, дневных бабочек и др.).

3 Ксерофилы – животные, обитающие в аридных условиях. Это, в первую очередь, степные и пустынные виды (страусы, дрофы, вараны, верблюды, жуки-чернотелки, жуки-скакуны, некоторые змеи).

Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений.

Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.

К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водопоев, выбор мест обитания, рытье нор и т.

п. В норах влажность воздуха приближается к 100 %, даже когда на поверхности очень сухо. Это снижает необходимость испарения через покровы, экономит влагу в организме.

В эффективности поведенческих приспособлений для обеспечения водного баланса можно убедиться на примере пустынных мокриц.

Мокрицы – типичные ракообразные, не отличающиеся особыми анатомо‑морфологическими приспособлениями к наземному образу жизни.

Тем не менее представители рода Hemilepistus освоили самые сухие и жаркие места на Земле – глинистые пустыни. Там они роют глубокие вертикальные норки, где всегда влажно, и покидают их, выходя на поверхность лишь в те часы суток, когда высока влажность приземного слоя воздуха. Когда почва иссушается особенно сильно и возникает угроза снижения влажности воздуха в норке, самки закрывают отверстие сильно склеротизованными передними сегментами тела, создавая замкнутое, насыщенное парами пространство и оберегая молодь от высыхания.

К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле: раковины наземных улиток, ороговевшие покровы рептилий, развитие эпикутикулы у насекомых и т.

п.

Физиологические приспособления к регуляции водного обмена – это способность к образованию метаболической влаги, экономии воды при выделении мочи и кала, развитие выносливости к обезвоживанию организма, величина потоотделения и отдачи воды со слизистых.

Выносливость к обезвоживанию, как правило, выше у животных, подвергающихся тепловым перегрузкам.

Для человека потеря воды, превышающая 10 % массы тела, смертельна. Верблюды переносят потери воды до 27 %, овцы – до 23, собаки – до 17 %.

Экономия воды в пищеварительном тракте достигается всасыванием воды кишечником и продуцированием сухого кала.

У насекомых, обитающих в аридных районах, выделительные органы – мальпигиевы сосуды – свободными концами входят в тесный контакт со стенкой задней кишки и всасывают воду из ее содержимого.

Таким образом вода вновь возвращается в организм (пустынные жуки‑чернотелки, муравьиные львы, личинки божьих коровок и др.).



Астробиология

Область астробиологии связана с теориями возникновения жизни, такими как панспермия, а также затрагивает вопросы о распределении, природе и будущем жизни во Вселенной. В ней экологи-микробиологи, астрономы, планетарные учёные, геохимики, философы и исследователи, конструктивно сотрудничая, направляют свои усилия на поиск жизни на других планетах. Астробиологи особенно заинтересованы в изучении экстремофилов, так как многие организмы данного типа способны выжить в условиях, аналогичных тем, которые как известно, существуют на других планетах. Например, на Марсе могут быть области глубоко под поверхностью вечной мерзлоты, укрывающие сообщества эндолитов. Водный океан под поверхностью Европы, спутника Юпитера, гипотетически может содержать жизнь в глубинных гидротермальных источниках.

Недавние исследования, проведённые над экстремофилами в Японии, состояли из множества бактерий, включая Escherichia coli и Paracoccus denitrificans, которых подвергли условиям экстремальной силы тяжести. Бактерии выращивались в ультрацентрифуге на высоких скоростях, соответствующих 403627 g (то есть в 403627 раз большая сила тяжести, чем на Земле). Paracoccus denitrificans была одной из бактерий, продемонстрировавшей не только выживание, но также устойчивый клеточный рост в условиях сверхускорения, которые обычно можно найти только в космических условиях, например, на очень массивных звёздах или в ударных волнах сверхновых

Анализ показал, что небольшой размер клеток прокариот имеет важное значение для успешного роста при гипергравитации.

26 апреля 2012 года, учёные сообщили, что лишайник выжил и показал замечательные результаты на способность к адаптации фотосинтетической активности в течение 34 дней имитационного моделирования марсианских условий, проведённых в Mars Simulation Laboratory (MSL), Германского центра авиации и космонавтики (DLR).

29 апреля 2013 года, учёные Политехнического Института Ренсселера, спонсируемого НАСА, сообщили, что за время космического полёта на Международную космическую станцию микробы адаптируются к космической среде в «не наблюдаемом на Земле» смысле и таким образом «могут привести к увеличению роста и вирулентности».

19 мая 2014 года, учёные объявили, что многочисленные микроорганизмы, такие как Tersicoccus phoenicis, могут быть устойчивыми к методам, обычно используемым в чистых помещениях для сборки космических аппаратов. На данный момент не известно, могли ли стойкие микробы выдержать космическое путешествие и присутствуют ли они сейчас на Rover Curiosity, планете Марс.

20 августа 2014 года, учёные подтвердили существование микроорганизмов, живущих в полумиле подо льдом Антарктиды.

20 августа 2014 года, российские космонавты сообщили об обнаружении планктона на внешней поверхности иллюминатора Международной космической станции, но затруднились объяснить, как он там оказался.

В феврале 2017 года специалисты Института астробиологии NASA под руководством Пенелопы Бостон обнаружили живые организмы, находящиеся внутри гигантских кристаллов селенита в шахтах под городом Найка мексиканского штата Чиуауа. Они располагаются над магматическим карманом, поэтому температура здесь держится на уровне +60º С. Микроорганизмы находились в кристаллах в течение около 60 тысяч лет в состоянии геолатентности (оставались жизнеспособными), но не проявляли активности. Установлено, что для выживания бактерии, вирусы и археи «использовали» оксид меди, марганец, сульфиды и железо; переработка этих веществ обеспечивала их энергией.

Адаптации

Все бактерии имеют свое собственное оптимальное экологическое окружение и температуры , в которых они процветают. Многие факторы ответственны за оптимальный температурный диапазон данного организма, но данные свидетельствуют о том, что выражение конкретных генетических элементов ( аллели ) может изменить чувствительную к температуре фенотипа организма. Недавно опубликованное исследование показало , что мезофильные бактерии могут быть генетически сконструированы дла экспрессию определенных аллелей от психрофильных бактерий, следовательно , сдвигая ограничительный температурный диапазон мезофильных бактерий точно соответствовать , что из психрофильных бактерий.

Из — за менее устойчивой структуры мезофилов, она снижается гибкость для синтеза белка . Мезофилы не способны синтезировать белки при низких температурах. Он более чувствителен к изменениям температуры, и жирные кислоты , состав мембраны не допускает много текучести . Уменьшение оптимальной температуры 37 ° C до 0 ° C до 8 ° С приводит к постепенному снижению синтеза белка. Холодные индуцированные белки (CIPS) индуцируются во время низких температур, которые затем позволяют холодным ударные белки (ПЕС) для синтеза. Сдвиг назад к оптимальной температуре видит увеличение, что свидетельствует о том , что мезофилы сильно зависят от температуры. Наличие кислорода также влияет на рост микроорганизмов.

Есть два объяснения термофилы будучи в состоянии выжить при таких высоких температурах, в то время как мезофилы не могут. Наиболее очевидное объяснение является то, что термофилы, как полагает, имеют клеточные компоненты, которые являются относительно более стабильными, чем компоненты клеточных мезофилов именно поэтому термофилы способны жить при более высоких температурах, чем мезофилы. «Вторая школа мысли, как представлена ​​в трудах Gaughran (21) и Аллен (3), полагает, что быстрое ресинтез поврежденных или разрушенные клетки составляющие является ключом к проблеме биологической устойчивости к высокой температуре.»

Примечания

1. BBC Staff. . BBC (23 августа 2011). Дата обращения 24 августа 2011.
2. Gorman, James. . New York Times (6 февраля 2013).
3. ↑ Choi, Charles Q. . LiveScience (17 марта 2013). Дата обращения 17 марта 2013.
4. Oskin, Becky . LiveScience (14 марта 2013). Дата обращения 17 марта 2013.
5. Cavicchioli R., Thomas T. Extremophiles // Encyclopedia of Microbiology (неопр.) / Lederberg J.. — Second. — San Diego: Academic Press, 2000. — Т. 2. — С. 317—337.
6. ↑
7. Ward P. D., Brownlee D. The life and death of planet Earth (неопр.). — New York: Owl Books (англ.)русск., 2004. — ISBN 978-0-8050-7512-0.
8. Than, Ker. . National Geographic- Daily News. National Geographic Society (25 апреля 2011). Дата обращения 28 апреля 2011.
9. Baldwin, Emily . Skymania News (26 апреля 2012). Дата обращения 27 апреля 2012.
10. Mack, Eric . Forbes (20 августа 2014). Дата обращения 21 августа 2014.
11. . Idaho National Laboratory. U.S. Department of Energy. Дата обращения 3 февраля 2014.
12. Extremophiles: Microbiology and Biotechnology (англ.) / Anitori R. P.. — Caister Academic Press (англ.)русск., 2012. — ISBN 978-1-904455-98-1.
13. ↑
14. ↑
15. ↑

Характеристики

В 1980-х и 1990-х годах биологи обнаружили, что микробная жизнь обладает удивительной гибкостью к выживанию в экстремальных местах обитания — например, в нишах, чрезвычайно горячих или кислотных, которые были бы абсолютно негостеприимными для сложных организмов. Некоторые учёные даже заключили, что жизнь на Земле могла зародиться в подводных гидротермальных источниках на дне океана. Согласно астрофизику Штайн Зигурдсону, «Были обнаружены жизнеспособные споры бактерии возрастом 40 миллионов лет, и мы знаем, что они очень устойчивы к радиации». В феврале 2013 года учёные сообщили об обнаружении бактерии, обитающей в холоде и темноте озера, захоронённого под полумильной толщей льда в Антарктиде. 17-го марта 2013 года исследователи представили данные, предполагающие обилие микробной жизни на дне Марианской впадины. Другие учёные опубликовали схожие исследования, что микробы обитают внутри скал на глубине 579.12 метров ниже морского дна, под 2590.8 метрами океана у берегов северо-западных Соединённых Штатов. Вот что сказал один из исследователей: «Вы можете обнаружить микробы повсюду — они чрезвычайно приспособляемы к условиям и выживают, где бы они ни находились».

Психрофилы

При изучении влияния температуры на рост прокариотных организмов выделяют
температурный диапазон, ограниченный минимальной и максимальной
температурами, при которых рост прекращается, а также область оптимальных
температур с максимальной скоростью роста. Положение на температурной шкале
основных точек (минимальная, максимальная, оптимальная температуры), а
также величина температурного диапазона роста прокариот сильно различаются.
На основании этих показателей прокариоты делят на три основные группы:
мезофилы
, психрофилы и
термофилы
(
рис. 36
).

Область температур роста психрофилов лежит в пределах от -10 до +20
градусов по С и выше. В свою очередь, психрофилы делятся на облигатные и
факультативные.

Основное различие между подгруппами заключается в том, что облигатные
психрофилы не способны к росту при температуре выше 20 градусов по С, а
верхняя температурная граница роста факультативных форм намного выше. Таким
образом, факультативные психрофилы характеризуются более широким
температурным диапазоном, при котором возможен их рост. И если в области
низких температур они сходны с облигатными формами, то в области повышенных
температур обладают способностью размножаться в значительно более высоких
температурных границах. Различаются они также и оптимальными температурными
зонами роста, находящимися у облигатных психрофилов значительно ниже, чем у
факультативных (
рис. 36
). Принципиальное же сходство между ними — способность к росту при 0
градусов по С и минусовых температурах.

Существование двух типов психрофилов объясняется особенностями их мест
обитания. Облигатные психрофилы приспособились к устойчивым холодным
условиям (глубины морей и океанов, ледяные пещеры). Напротив, психрофилы
второго типа приспособились к обитанию в неустойчивых холодных условиях.

В природе большинство психрофилов представлено факультативными формами.
Способность психрофилов расти в условиях низких температур связывают в
первую очередь с особенностями их ферментных белков и мембранных липидов.
Увеличение в последних содержания
ненасыщенных

жирных кислот
позволяет мембранам находиться в функционально активном
жидкостно-кристаллическом состоянии при низких температурах. Обязательное
условие возможности роста психрофилов при минусовых температурах —
нахождение воды в жидком состоянии.

Факторы, влияющие на формирование микробных ценозов почв различных типов

На активность микроорганизмов и формирования их сообществ в почве влияет ряд природных и антропогенных факторов. Среди них температура почвы, ее влажность, воздушный режим, окислительно-восстановительный потенциал, кислотность и механические свойства, а также биотические факторы.

Температурный режим почвы

Температура почвы определяется географическим фактором и сезоном года. Наблюдается и суточные колебания температуры, которые сильнее всего сказываются в поверхностном слое почвы. Сезонные колебания температуры влияют на весь профиль почвы. В криофильных почвах на определенной глубине залегает постоянный слой, подавляющий активность микроорганизмов.

В одной и той же зоне температурный режим почвы зависит также от ее способности поглощать тепловые лучи, теплоизлучения, от характера растительности и т.д.

Что касается микроорганизмов, то по отношению к температуре их принято делить на следующие группы: психрофилы, размножающиеся при относительно низких положительных температурах; мезофилы, которые растут при обычных температурах окружающей среды; термофилы, нуждающиеся в высоких температурах.

Основная масса почвенных микроорганизмов принадлежит к мезофилам. Доказано, что оптимум и максимум температуры для большинства почвенных мезофильных микроорганизмов меняется в зависимости от климата. Бактерии в южных почвах, как правило, имеют более высокие температрные оптимум и максимум.

В этом сказывается приспособительная реакция микроорганизмов к условиям среды. Она отсутствует лишь у видов бактерий, завершающих процесс минерализации органических остатков (Bacillus megaterium, B. Subtilis, B. Mesentericus и др.). В основном это спорообразующие виды. Для их существования температурная адаптация не имеет столь большого значения.

В почвах южной зоны, как правило, обитают микроорганизмы, предъявляющие повышенные требования к теплу. Например, южные почвы значительно богаче теплолюбивыми грибами рода Aspergillus, в то время как в северных преобладают виды рода Penicillium, способные развиваться при более низких температурах.

Теплолюбивые микроорганизмы при оптимальной для них температуре более активны, чем психрофильные. Термофилы обладают исключительно высокой биохимической активностью. В связи с этим в южных почвах при благоприятных условиях микробиологические процессы протекают более энергично, чем в северных. Однако термофильных микроорганизмов даже в южных почвах мало, и существенной роли в почвенных процессах они не играют. Это объясняется тем, что при сильном нагревании почва быстро пересыхает, создавая неблагоприятную обстановку для размножения термофилов .

Сопоставление температуры почвы разных климатических зон с потребностью мезофильных форм бактерий в тепле

Пункт	Средняя температура почвы за май и август (a)	Примерная оптимальная температура для бактерий (б)	Разница (б-а)
Архангельск	10,5	28,5	18,0
Москва	12,7	30,0	17,3
Курск	16,4	34,0	17,6
Северный Кавказ	22,4	35,5	13,1
Ташкент	30,0	38,0	8,0

Перенос ДНК

Известно более 65 видов прокариот, изначально способных к генетической трансформации: умении переносить ДНК из одной клетки в другую, с последующим включением ДНК донора в хромосому клетки реципиента. Некоторые экстремофилы способны осуществлять видоспецифический перенос ДНК, как описано ниже. Тем не менее, пока не ясно, часто ли такие возможности встречаются среди экстремофилов.

Бактерия Deinococcus radiodurans один из самых известных радиорезистентных организмов. Эта бактерия также переносит холод, обезвоживание, вакуум и кислоту и поэтому является полиэкстремофилом. D. radiodurans способна производить генетическую трансформацию. Клетки реципиента могут восстанавливать повреждения ДНК в трансформирующей ДНК донора, вызванные УФ излучением, так же эффективно, как они восстанавливают клеточную ДНК, когда сами клетки облучаются.

Крайне термофильные бактерии Thermus thermophilus и другие родственные виды Thermus способны к генетической трансформации. Halobacterium volcanii, крайне галофильный архей, также способен к естественной генетической трансформации. Между клетками образуются цитоплазматические мостики, которые используются для переноса ДНК от одной клетки к другой в любом направлении.

Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius являются гипертермофильными археями. Воздействие на эти организмы ДНК-повреждающих агентов: УФ излучения, блеомицина или митомицина С, вызывает видоспецифическую клеточную агрегацию. Клеточная агрегация С. acidocaldarius, вызванная ультрафиолетом, посредничает в обмене хромосомного маркера с высокой частотой. Скорость рекомбинации на три порядка выше чем у не индуцированных культур. Frols и др. и Ajon и др. предположили, что клеточная агрегации улучшает видоспецифичный перенос ДНК между клетками Sulfolobus, для восстановления поврежденной ДНК с помощью гомологичной рекомбинации. Van Wolferen и др. отметили, что этот процесс обмена ДНК может иметь решающее значение в условиях повреждающих ДНК, таких как высокие температуры. Он также предположил, что перенос ДНК в Sulfolobus может быть ранней формой сексуального взаимодействия, схожей с более хорошо изученными системами бактериальной трансформации, которые включают видоспецифический перенос ДНК, приводящий к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК (см. Трансформация (генетика)).

Внеклеточные мембранные везикулы могут быть вовлечены в передачу ДНК между различными видами гипертермофильных археев. Было показано, что плазмиды, как и вирусный геном могут быть переданы посредством мембранных везикул. В особенности, был зарегистрирован горизонтальный перенос плазмид между гипертермофильными Thermococcus и Methanocaldococcus видами, соответственно принадлежащими к отрядам Thermococcales и Methanococcales.

Теплолюбивые простейшие

С первой категорией знакомство уже состоялось, а термофилы предпочитают горячие водные источники, массы сена, зерна или навоза, которые способны самостоятельно генерировать тепло. Диапазон предпочтительных температур начинается от 30°C, а заканчивается на отметке в 80°C. Оптимумом является показатель в 50°С.

Большинство патогенных бактерий – мезофилы. Они способны размножаться от 0 до 50°С и наиболее распространены по сравнению с другими группами микроорганизмов.

Предпочтения простейших касательно температурного режима человек использует для борьбы с ними (если речь идет о борьбе с вредными бактериями) или для поддержания оптимальных условий их развития (когда психрофильные микроорганизмы работают на благо).

Вопрос-ответ

Что такое психрофилы, мезофилы и термофилы?

Это оптимальные условия для роста микроорганизма, но есть группы организмов, которые выживают в экстремальных условиях и известны как экстремофилы. Микроорганизмы, которые растут выше 55 °C и ниже 20 °C, называются термофилами и психрофилами соответственно, остальные называются мезофилами .

Кто относится к психрофилам?

К психрофитам относятся как низшие растения (снежные и ледовые водоросли, наскальные лишайники), так и высшие, представленные различными жизненными формами (кустарник, кустарничек, полукустарник, многолетние травы и т.

Что такое мезофильные бактерии?

Мезофильные микроорганизмы – это организмы, которые лучше всего развиваются при умеренной температуре (в пределах от 20 до 45 °C). Оптимальная температура роста мезофиллов зависит от вида микроорганизма и кисломолочного продукта (в среднем – 28-32 °C).

Какие микроорганизмы называются мезофилами?

К мезофилам относятся представители нормальной микрофлоры человека и животных (сапрофиты, дрожжи, плесневые грибы), однако среди них много и возбудителей заболеваний, например, листерии, сальмонеллы, кишечная палочка, золотистый стафилококк.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите условия обитания различных типов бактерий, чтобы лучше понять их роль в экосистемах. Психрофилы предпочитают холодные среды, мезофилы – умеренные, а термофилы thrive в горячих условиях. Это знание поможет вам в биологических исследованиях и практическом применении.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на применение бактерий в промышленности. Например, термофилы используются в производстве биотоплива и ферментации, а психрофилы могут быть полезны в пищевой промышленности для создания уникальных продуктов. Исследуйте, как эти микроорганизмы могут улучшить технологии.

СОВЕТ №3

Не забывайте о значении бактерий в экологии. Понимание их адаптаций к различным температурам поможет вам осознать, как они влияют на круговорот веществ и поддержание баланса в природе. Это знание может быть полезно для экологов и студентов биологических наук.

СОВЕТ №4

Если вы занимаетесь микробиологией, экспериментируйте с различными температурами в своих культурах. Это поможет вам наблюдать за ростом и поведением психрофилов, мезофилов и термофилов, что углубит ваше понимание их физиологии и адаптаций.