Maklumat

Apakah organisma yang paling tahan haba?

Apakah organisma yang paling tahan haba?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Apakah organisma yang paling tahan haba (atau suka haba - hyperthermophile) yang dikenal pasti setakat ini? Apakah penyesuaian yang dimiliki oleh organisma ini untuk menahan suhu yang tinggi?


Methanopyrus kadleri telah mampu membesar dan membiak pada suhu sehingga 122°C apabila di bawah sekitar 20atm (Takai et. al. 2008). Ini telah dicapai dalam makmal tetapi teori itu sepatutnya berlaku untuk bolong haba laut dalam. Satu lagi ketegangan M. kandeli terselamat dalam pengeraman hingga 130°C namun tidak dapat membiak pada suhu ini.

Salah satu penyesuaian utama untuk termofil ialah pemilihan ke arah salinan enzim DNA polimerase yang sangat stabil termo. Ini membolehkan replikasi DNA pada suhu tinggi dan serupa dengan polimerase 'Taq' yang digunakan dalam tindak balas rantai polimer di makmal, yang diperoleh daripada termofil lain, Thermus aquaticus.


Rujukan

  • Takai K, Nakamura K, Toki T, Tsunogai U, Miyazaki M, Miyazaki J, Hirayama H, Nakagawa S, Nunoura T, Horikoshi K. 2008. Pembiakan Sel pada 122°C dan Pengeluaran CH4 Berat Isotop oleh Metanogen Hipertermofilik Di Bawah Penanaman Tekanan Tinggi. PNAS 105: 10949-10954.

Saya akan menambah bahawa dari segi biokimia, haiwan dan mikroorganisma daripada bolong haba cenderung mempunyai kandungan GC yang lebih tinggi dalam genomnya, yang menjadikannya lebih termostable.

Semua protein disesuaikan untuk bekerja pada suhu yang lebih tinggi. Terdapat bilangan jambatan garam dan ikatan hidrogen khusus yang lebih tinggi dalam protein untuk menstabilkannya - lebih banyak arginin, lebih banyak asid glutamat, dsb. Walaupun rujukan ini mengatakan bahawa Sistein adalah kurang biasa, saya bayangkan apa-apa yang tidak berada dalam persekitaran pengurangan akan mempunyai lebih banyak ikatan disulfida - cth untuk protein pada permukaan sel.

Lubang laut dalam yang bersulfera cenderung mengecil seperti bahagian dalam sel, tetapi mungkin dalam kes extemophiles mata air panas segar ini mungkin berlaku.

Rujukan: http://peds.oxfordjournals.org/content/13/3/179.full


Bagaimana dengan api? Kebakaran rumput merentasi padang rumput atau kebakaran hutan menghasilkan suhu yang melebihi suhu yang dinyatakan di sini, namun banyak organisma, kebanyakannya tumbuhan, memerlukan api untuk membolehkan benih terbuka dan bercambah. Saya tahu kebakaran adalah keadaan jangka pendek, tetapi adalah melampau. Kulit kayu oak burr, misalnya, agak tahan api.


Apakah organisma yang paling tahan haba? - Biologi

Dihasilkan oleh Jim Deacon
Institut Biologi Sel dan Molekul, Universiti Edinburgh


Julat suhu mikroorganisma

Mikroorganisma boleh dikumpulkan ke dalam kategori yang luas (tetapi tidak begitu tepat), mengikut julat suhu untuk pertumbuhannya.

  • Psikrofil (penyayang sejuk) boleh tumbuh pada 0 o C, dan sesetengahnya walaupun serendah -10 o C had atasnya selalunya kira-kira 25 o C.
  • Mesofil tumbuh dalam julat suhu sederhana, dari kira-kira 20 o C (atau lebih rendah) hingga 45 o C.
  • Termofil adalah penyayang haba, dengan suhu pertumbuhan optimum 50 o atau lebih, maksimum sehingga 70 o C atau lebih, dan minimum kira-kira 20 o C.
  • Hipertermofil mempunyai optimum melebihi 75 o C dan dengan itu boleh tumbuh pada suhu tertinggi yang boleh diterima oleh mana-mana organisma. Contoh yang melampau ialah genus Pyrodictium, ditemui di kawasan yang dipanaskan secara geoterma di dasar laut. Ia mempunyai suhu minimum 82 o , optimum 105 o dan pertumbuhan maksimum 110 o C.

Perlu ditegaskan bahawa julat suhu untuk kumpulan di atas hanyalah anggaran. Sebagai contoh, kita akan menggunakan kriteria yang berbeza untuk mengklasifikasikan prokariot dan eukariota. Had suhu atas untuk pertumbuhan mana-mana organisma eukariotik termofilik ialah kira-kira 62-65 o C. Dan had atas bagi mana-mana eukariota fotosintesis ialah kira-kira 57 o - untuk alga merah Cyanidium caldarium, yang tumbuh di sekitar mata air panas dan mempunyai suhu optimum 45 o C. Berbeza dengan ini, beberapa cyanobacteria uniselular boleh tumbuh sehingga 75 o C, dan beberapa prokariot bukan fotosintetik boleh tumbuh pada 100 o C atau lebih.

Di bawah, kami mempertimbangkan dua jenis utama termofil - mikrob yang tumbuh di tapak geoterma dan yang tumbuh dalam bahan "pemanasan sendiri" seperti kompos. Walau bagaimanapun, beberapa laporan terkini mencadangkan bahawa jenis persekitaran yang berbeza ini boleh berkongsi beberapa organisma biasa.

Kajian tentang persekitaran yang melampau mempunyai potensi bioteknologi yang besar. Contohnya, dua spesies termofilik Thermus aquaticus dan Thermococcus litoralis digunakan sebagai sumber enzim polimerase DNA, untuk tindak balas rantai polimerase (PCR) dalam cap jari DNA, dsb. Enzim daripada organisma ini adalah stabil pada suhu yang agak tinggi, yang diperlukan untuk proses PCR yang melibatkan kitaran pemanasan untuk memecahkan ikatan hidrogen dalam DNA dan meninggalkan helai tunggal yang boleh disalin berulang kali. Seorang lagi termofil, Bacillus stearothermophilus (suhu maksimum 75 o C) telah ditanam secara komersial untuk mendapatkan enzim yang digunakan dalam serbuk pencuci 'biologi'.

Mata air panas dan bolong geoterma terdapat di beberapa bahagian dunia, tetapi kepekatan tunggal terbesar adalah di Taman Negara Yellowstone, Amerika Syarikat. Imej di bawah menunjukkan bagaimana beberapa prokariot termofilik (bakteria dan archaea) disesuaikan khas untuk berkembang dalam persekitaran ini. Dalam setiap kes kita dapati zonasi mikroorganisma mengikut optima suhu mereka. Selalunya organisma ini berwarna, disebabkan oleh kehadiran pigmen fotosintesis (biru-hijau daripada sianobakteria, merah daripada alga merah atau bakteria ungu) atau pigmen karotenoid (kuning dan coklat beberapa archaea).

MT Madigan, JM Martinko & J Parker (1997) Brock Biologi Mikroorganisma. Edisi kelapan.. Prentice Hall. (lihat http://www.prenhall.com/brock/ )

MT Madigan & BL Marrs (1997) Persekitaran Menghukum: Extremophiles. Amerika saintifik isu 4 ( http://www.sciam.com/0497issue/0497marrs.html )

M.W.W. Adams dan R.M. Kelly. (1995) Enzim Diasingkan daripada Mikroorganisma Yang Tumbuh dalam Persekitaran Melampau. Berita Kimia dan Kejuruteraan 73, 32-42.

Ekstremofil. Isu khas Persekutuan Pertubuhan Mikrobiologi Eropah (FEMS) Kajian Mikrobiologi 18, Bil 2-3 Mei 1996.

K. O.Stetter (1996) Hyperthermophiles dalam Sejarah Kehidupan. dalam Evolusi Ekosistem Hidroterma di Bumi (dan Marikh?). Disunting oleh GR Bock & JA Goode. John Wiley & Sons.

Kompos terdiri daripada mana-mana bahan organik yang mudah terurai yang disimpan dalam timbunan dengan nutrien mineral yang mencukupi (cth. nitrogen) dan pengudaraan yang mencukupi untuk membolehkan pertumbuhan mikrob yang cepat. Contoh yang paling biasa ialah timbunan kompos taman, tetapi contoh yang lebih penting ialah tumbuhan pengkomposan yang digunakan untuk memproses sisa perbandaran, dan kompos yang digunakan untuk pengeluaran cendawan komersial.

Proses pengkomposan biasa digambarkan dalam Rajah E di bawah. Terdapat fasa awal pertumbuhan mikrob yang pesat (a) pada gula dan asid amino yang paling mudah didapati. Fasa ini dimulakan oleh organisma mesofilik, yang menjana haba melalui metabolisme mereka dan menaikkan suhu ke tahap di mana aktiviti mereka sendiri ditindas. Kemudian beberapa kulat termofilik (cth. Rhizomucor pusillus, Rajah F) dan beberapa bakteria termofilik (cth. Bacillus stearothermophilus) teruskan proses, menaikkan suhu bahan kepada 70-80 o C dalam masa beberapa hari. ini pemanasan puncak fasa (b) mempunyai kesan yang mendalam terhadap populasi mikrob, kerana ia memusnahkan atau menyahaktifkan semua organisma mesofilik (dan kulat termofilik awal seperti Rhizomucor pusillus) dan membawa kepada fasa suhu tinggi yang berpanjangan yang memihak kepada spesies termofilik lain.

Rajah E. Perubahan suhu (garisan pepejal) dan populasi kulat mesofilik (garis putus) dan kulat termofilik (garisan putus-putus) dalam kompos jerami gandum. Berdasarkan data dalam Chang & Hudson, 1967. Paksi kiri menunjukkan populasi kulat (logaritma koloni membentuk unit per gram kompos yang disalut pada agar) paksi kanan menunjukkan suhu di tengah kompos. peringkat a-d dirujuk dalam teks.

Akhirnya suhu menurun dan organisma mesofilik kemudian menjajah semula kompos dan menggantikan termofil (d dalam Rajah E). Walau bagaimanapun, beberapa spesies tahan haba seperti Aspergillus fumigatus boleh terus berkembang. Kulat ini boleh tumbuh pada suhu antara 12 o hingga kira-kira 52-55 o . Tegasnya, ia bukan thermophile kerana suhu optimumnya adalah di bawah 50 o , tetapi ia adalah ahli yang sangat biasa dan penting dalam komuniti kompos suhu tinggi.

Semua kulat termofilik yang ditunjukkan di bawah diperoleh dengan menyadur zarah kecil kompos taman pada agar-agar kentang-dektosa yang mengandungi agen antibakteria (streptomycin ditambah chlortetracycline) pada suhu 45 o C.

Rajah F. Rhizomucor pusillus. Koloni berwarna kelabu biasa pada pinggan agar-agar kentang-dekstrosa pada suhu 45 o C (imej kiri). Kulat ini menghasilkan hifa udara "gebu" yang banyak dan tangkai berspora (sporangiophores) yang bercabang (gambar tengah dan kanan) dan mempunyai sporangia di hujung dahan. Dinding sporangial yang halus pecah untuk mengeluarkan banyak spora, hanya meninggalkan kawasan bulbous tengah (bahagian columella, c) dan sisa dinding sporangial (kepala anak panah dalam imej sebelah kanan).

Dengan julat suhu 20-55 o C, kulat ini adalah koloniser awal biasa kompos, mengeksploitasi gula ringkas, asid amino dan lain-lain yang terdapat pada mulanya dalam bahan tumbuhan. Ia dinyahaktifkan semasa pemanasan puncak, dan ia tidak menjajah semula selepas itu.

Rajah G. Humicola (atau Thermomyces) lanuginosus. Koloni yang tumbuh pada agar kentang-dekstrosa (kiri atas) dan agar ekstrak malt (kanan atas) pada suhu 45 o C. Kulat ini menghasilkan spora tunggal melalui proses pembengkakan seperti belon di hujung dahan hifa pendek (bawah, kiri). Apabila matang (kanan bawah) spora mempunyai dinding berwarna coklat dan berhias.

H. lanuginosus tumbuh dari 30 hingga 52-55 o C. Ia sangat biasa dalam semua jenis bahan pemanasan sendiri dan juga dalam sarang burung dan tanah yang dipanaskan matahari. Ia menjajah kompos selepas pemanasan puncak dan berterusan sepanjang fasa suhu tinggi. Walau bagaimanapun, ia tidak boleh merendahkan selulosa dan ia seolah-olah hidup sebagai komensal dengan spesies pengurai selulosa, berkongsi beberapa gula yang dibebaskan dari dinding sel tumbuhan oleh aktiviti selulolitik mereka.


Rajah H. Thermoascus aurantiacus koloni (kiri) tumbuh pada agar-agar ekstrak malt pada suhu 45 o C. Warna jingga-coklat disebabkan oleh kehadiran banyak badan berbuah kecil (kira-kira 1 milimeter) (ascocarps), yang dilihat pada pembesaran yang lebih tinggi (kanan atas). Ascocarps ini adalah badan tertutup, dipanggil cleistothecia, mengandungi banyak asci, masing-masing mempunyai 8 ascospores. Cleistothecia dan dinding ascus rosak apabila matang untuk melepaskan ascospora. Empat asci yang mengandungi ascospores ditunjukkan dalam imej komposit di sebelah kanan bawah. Ia dilepaskan apabila cleistothecium dihancurkan pada slaid, dan ia menunjukkan ascospora dalam pelbagai peringkat kematangan - spora coklat hampir matang.

Kulat ini tumbuh dari kira-kira 25 hingga 55 o C dan merupakan pengurai selulosa yang kuat.

Rajah I. Paecilomyces spesies yang tumbuh pada agar ekstrak malt pada 45 o C (imej kiri). Warna kuning-buff koloni disebabkan oleh kehadiran struktur spora aseksual pada hifa udara. Peringkat spora genus Paecilomyces (imej kanan) secara dangkal menyerupai mereka Penicillium, kerana spora (konidia, c) terbentuk daripada sel berbentuk kelalang (phialides, hlm) ditanggung pada hujung struktur bercabang pendek seperti berus. Tetapi corak percabangan "berus" ini kurang teratur berbanding dalam Penicillium .

Rajah J. Aspergillus fumigatus. Kulat biasa kompos dan bijirin berkulat ini mempunyai warna kelabu-hijau pada plat agar (imej kiri), berbeza dengan warna hijau yang lebih terang dari beberapa yang lain. Aspergillus spesis. Peringkat spora aseksual tipikal Aspergillus terdiri daripada hifa pembawa spora (konidiofor, imej tengah) yang membengkak menjadi vesikel di hujung, dan vesikel itu mengandungi sel berbentuk kelalang (phialides) yang menghasilkan spora (konidia). Dalam A. fumigatus vesikel biasanya berbentuk kelab, phialides timbul hanya dari bahagian atas vesikel, dan phialides semuanya menghala ke atas. Bersama-sama dengan warna kelabu-hijau dan julat suhu kira-kira 12-52 o C, ciri-ciri ini membezakan A. fumigatus daripada semua yang lain Aspergillus spesis.

A. fumigatus adalah kulat yang sangat biasa, menarik dan berbahaya kerana oportunisme pemakanannya. Ia sangat selulolitik, tetapi ia juga boleh tumbuh pada hidrokarbon dalam minyak tanah penerbangan, dan ia boleh masuk ke dalam paru-paru sebagai spora yang disedut, menyebabkan alahan atau tumbuh dalam rongga paru-paru, menyebabkan aspergillomas (lihat Mikroorganisma Bawaan Udara ). Keupayaannya untuk tumbuh dengan mudah pada suhu 37 o C telah menjadikan kulat ini masalah yang ketara dalam dewan bedah, di mana ia boleh mewujudkan jangkitan pada organ dalaman melalui luka pembedahan, terutamanya semasa pembedahan pemindahan apabila sistem imun pesakit ditindas.

Walaupun kulat termofilik memainkan peranan utama dalam merendahkan selulosa dan polimer utama lain dalam kompos, aktiviti bakteria juga penting. Dua penemuan baru-baru ini menyerlahkan perkara ini.

  • Pada tahun 1996 dilaporkan bahawa kompos pelbagai jenis (sisa taman dan dapur, enapcemar kumbahan, sistem pengkomposan industri) mengandungi bilangan bakteria yang tinggi dari genus tersebut. Termus yang tumbuh pada substrat organik pada suhu dari 40-80 o C, dengan pertumbuhan optimum antara 65 dan 75 o C. Jumlahnya adalah setinggi 10 7 hingga 10 10 setiap gram berat kering kompos. Pembentukan spora Bacillus spesies juga ditemui, tetapi mereka tidak dapat tumbuh melebihi 70 o C. Oleh itu, nampaknya Termus spesies, yang sebelum ini hanya diketahui dari tapak geoterma, mungkin telah menyesuaikan diri dengan sistem kompos panas dan memainkan peranan utama dalam fasa pemanasan puncak. [T. Beffa et al., 1996. Gunaan & Mikrobiologi Alam Sekitar62, 1723-1727].
  • Juga pada tahun 1996, sejumlah autotrof bakteria (makan sendiri) diasingkan daripada kompos. Bakteria tidak berspora ini tumbuh pada 60-80 o C, dengan optimum 70-75 o C, dan hampir menyerupai Hidrogenobacter strain yang sebelum ini hanya diketahui dari tapak geoterma. Mereka memperoleh tenaga mereka dengan mengoksidakan sulfur atau hidrogen, dan mensintesis bahan organik mereka daripada CO2. [T. Beffa et al., 1996. Arkib Mikrobiologi165, 34-40]

Banyak yang perlu dipelajari tentang interaksi mikroorganisma dalam sistem pengkomposan. Kerja dalam bidang ini sebahagian besarnya didorong oleh keperluan komersial untuk menghasilkan kompos untuk hasil cendawan yang tinggi (Agaricus spesies) dan untuk pemprosesan cepat, cekap perbandaran (domestik) dan sisa industri.

Berbeza dengan jujukan pengkomposan "semulajadi" biasa (Rajah E), kompos cendawan komersial dihasilkan melalui proses dua fasa yang dipotong, direka untuk meminimumkan kehilangan bahan selulosa yang Agaricus boleh digunakan untuk pertumbuhan. Fasa I melibatkan pemanasan puncak kompos jerami hingga 70-80 o C selama beberapa hari. Kemudian kompos dipasteurkan pada suhu 70 o C dan disimpan pada suhu lebih kurang 45 o C untuk beberapa hari lagi (Fasa II). Akhirnya, suhu diturunkan dan kompos disuntik Agaricus. Kedua-dua fasa awal adalah penting untuk hasil cendawan yang tinggi. Kerja baru-baru ini mencadangkan bahawa kulat termofilik Scytalidium thermophilum menjadi dominan dalam fasa II dan kehadirannya hampir boleh menggandakan hasil cendawan [G. Straatsma et al., 1995. Jurnal Botani Kanada 73, S1019-1024]. Sebabnya masih belum diketahui.

Kerja lain telah menunjukkannya Agaricus bisporus (cendawan komersial) boleh menggunakan sama ada bakteria hidup atau terbunuh haba sebagai satu-satunya sumber nitrogen untuk pertumbuhan. Seperti ramai ahli kumpulan kulat yang lain basidiomycota, kulat ini tidak tumbuh subur pada sumber nitrogen bukan organik seperti ammonium atau nitrat, tetapi mudah menggunakan nitrogen organik, yang ia boleh merosot dengan melepaskan enzim protease. Oleh itu, aktiviti bakteria awal yang tinggi dalam kompos mungkin memberikan kulat dengan sumber nitrogen yang disukai.


Apakah organisma yang paling tahan haba? - Biologi

Penguraian boleh dianggap sebagai perarakan banyak makhluk yang sangat kecil. Cara penguraian berlaku dalam lajur anda bergantung pada bakteria dan kulat yang menghuninya, bahan yang anda masukkan ke dalamnya dan faktor persekitaran seperti cahaya, suhu dan kelembapan.

Organisma pengurai pertama yang pergi bekerja menyerang molekul makanan yang paling banyak tersedia, seperti gula, karbohidrat dan protein. Apabila mereka berkembang, bakteria dan kulat pertama ini juga mengubah persekitaran. Sebagai contoh, mereka menghasilkan haba, menukar pH dan menggunakan oksigen. Anda akan melihat perubahan ini dalam lajur anda apabila bahagian tumbuhan menjadi gelap dan berlendir.

Apabila mereka mengubah persekitaran mereka sendiri, organisma ini boleh mewujudkan keadaan yang memihak kepada mikrob yang bersaing. Takrif biologi penggantian ialah penggantian satu jenis organisma oleh yang lain, selalunya disebabkan oleh perubahan persekitaran yang dilakukan oleh organisma pertama.

Dalam Lajur Penguraian anda, sebagai contoh, satu jenis bakteria mungkin berkembang, mengubah pH dan meningkatkan suhu lajur dalam proses. Keadaan baharu ini mungkin sesuai untuk jenis bakteria yang lebih tahan haba, yang akan mengambil alih bakteria asal.

Lajur Penguraian akan menunjukkan kepada anda proses pereputan yang dinamik: bulu putih aneh mungkin muncul dan menutupi lajur anda selama beberapa hari sebelum tiba-tiba hilang digantikan dengan bulu kabur gelap yang memanjat satu sisi. Anda mungkin melihat sesuatu yang berwarna oren dan berlendir bergerak perlahan di sepanjang ranting yang reput. Anda juga boleh memerhatikan hidupan bukan mikrob seperti lalat buah, hama dan kaki seribu.

Bakteria, kulat, alga, protozoa dan organisma lain yang hidup pada bahan mati atau mereput secara kolektif dikenali sebagai saprofit .

Saprofit sering merembeskan enzim ke bahan yang mereka ingin makan. Enzim adalah biokimia, bertanggungjawab untuk semua jenis tindak balas kimia termasuk penguraian bahan kepada bahagian yang boleh dihadam untuk pengurai. Kayu balak yang runtuh terletak di atas lantai hutan, sebagai contoh, menunjukkan kerja enzim yang dibuat oleh saprofit.

Bakteria adalah pengurai yang paling banyak. Tanah yang baik mungkin mempunyai 100 hingga 1,000 juta bakteria setiap gram. Anda mungkin melihat koloni bakteria sebagai bintik bulat, daripada putih, krim, hingga coklat dalam warna.

Terdapat banyak jenis bakteria. Anda mungkin mengenal pasti satu jenis dengan baunya. Bakteria ini, dipanggil actinomycetes, hidup di dalam tanah dan bertanggungjawab terhadap bau segar dan tanah yang mengiringi tanah yang baru dibajak, atau hujan musim panas yang ditunggu-tunggu.

Kulat mungkin muncul dalam lajur anda sebagai selimut acuan kabur yang menutupi beberapa benda reput yang lazat.Kulat acuan membentuk maze daripada benang kecil yang dipanggil miselium. Jika anda melihat dengan teliti, anda mungkin melihat titik-titik kecil di sepanjang benang. Titik-titik ini adalah badan berbuah, yang melepaskan spora kulat. Acuan yang sangat biasa, Rhizopus , mempunyai rupa kapas dengan titik hitam, dan sering muncul pada roti, buah-buahan dan makanan lain.

Acuan lendir ialah organisma yang bergerak, memakan mikroorganisma seperti bakteria. Mereka selalunya berwarna terang dan mempunyai rupa dan konsistensi puding. Acuan lendir sering bergerak ke arah cahaya, meninggalkan jejak seperti siput di belakang, dan menghasilkan banyak badan berbuah kecil, ada yang menyerupai cendawan kecil.

Alga mungkin muncul dalam lajur anda sebagai warna hijau pada permukaan tanah atau pada ranting lembap. Anda mungkin pernah melihat alga, seperti Spirogyra, tumbuh di tebing sungai, tasik, atau mungkin di tepi tangki ikan, atau sebagai rumpai laut di lautan.

Protozoa adalah organisma lain yang mempunyai peranan dalam drama penguraian. Organisma bersel tunggal ini, seperti amoeba, berbeza secara meluas dalam saiz, bentuk dan cara ia bergerak. Anda mungkin melihat protozoa berenang jika anda mencampurkan sedikit air dengan bahan yang mereput dan memeriksanya di bawah mikroskop. Walaupun kebanyakan tindakan berlaku pada skala mikroskopik, penguraian adalah proses yang menarik walaupun dengan mata kasar. Dengan mempelajari Lajur Penguraian anda, anda boleh merasakan kepelbagaian dan aktiviti hidup mikrob yang hebat. Bakteria, kulat, alga dan protozoa mungkin kecil tetapi mereka bertanggungjawab untuk banyak perubahan.


Nomenklatur Binomial

Budaya penamaan (organisma berbeza) yang diamalkan secara seragam di seluruh dunia dikenali sebagai tatanama binomial.

Nomenklatur Binomial sebahagian besarnya terdiri daripada dua perkataan - perkataan pertama bermula dengan huruf besar dan dikenali sebagai genus (organisma) dan perkataan kedua bermula dengan huruf kecil dan mentakrifkan spesies organisma.

Nomenklatur Binomial mesti ditulis dalam huruf condong dan juga dikenali sebagai nama saintifik.

Sebagai contoh, tatanama binomial manusia ialah - Homo sapiens harimau - Panthera tigris, dan lain-lain.


Apakah Extremophiles? (dengan gambar)

Extremophile ialah sebarang mikrob yang hidup subur dalam keadaan suhu, tekanan, kemasinan atau kepekatan bahan kimia yang bermusuhan yang melampau. Ramai ekstremofil tergolong dalam kerajaan Archaea, juga dikenali sebagai Archaebacteria, dan Archaebacteria yang paling terkenal adalah ekstremofil. Terdapat juga ekstremofil yang boleh ditemui di luar kerajaan Archaea contohnya terdapat bakteria dan prokariot eukariotik yang ekstremofil, serta spesies cacing, krustasea, dan krill.

Berikut adalah pelbagai jenis ekstremofil. Sesetengah ekstremofil mungkin masuk ke dalam lebih daripada satu kategori:

  • Acidophile: Organisma dengan tahap pH optimum pada atau di bawah pH 3.
  • Alkalifil: Organisma dengan pertumbuhan optimum pada tahap pH 9 atau lebih tinggi.
  • Endolith: Organisma yang hidup di dalam batu.
  • Halofil: Organisma yang memerlukan sekurang-kurangnya 2M NaCl untuk pertumbuhan.
  • Hyperthermophile: Organisma yang boleh berkembang maju pada suhu antara 80-110°C (176-230°F).
  • Hypolith: Organisma yang hidup di dalam batu di padang pasir yang sejuk.
  • Metalotolerant: mampu bertolak ansur dengan tahap tinggi logam berat, seperti kuprum, kadmium, arsenik dan zink.
  • Oligotrof: Organisma yang mampu tumbuh dalam persekitaran terhad pemakanan.
  • Piezophile: Organisma yang hidup secara optimum pada tekanan hidrostatik tinggi.
  • Polyextremophile: Organisma yang boleh bertahan dalam keadaan ekstrem yang berbeza.
  • Psikrofil: Organisma yang boleh hidup subur pada suhu 15°C (59°F) atau lebih rendah.
  • Tahan radio: tahan kepada sinaran mengion tahap tinggi.
  • Thermophile: Organisma yang boleh berkembang maju pada suhu antara 60-80°C (140-176°F).
  • Xerophile: Organisma yang boleh tumbuh dalam persekitaran dengan aktiviti air yang rendah.

Cacing Pompeii, seorang extremophile, hidup di dasar lautan berkumpul di sebelah lubang hidroterma. Hidup pada suhu sehingga 176°F (80°C), haiwan ini adalah yang paling tahan haba yang diketahui sains, malah ia bukan unisel. Kerana mereka tinggal di kawasan terpencil seperti itu, banyak ekstremofil tidak ditemui sehingga tahun 1970-an.

Mungkin contoh ekstremofil yang paling diingati ialah bakteria, Streptococcus mitis, yang ditemui tertanam dalam kamera probe lunar Surveyor 3 oleh angkasawan Apollo 12. Bakteria ini telah bertahan di permukaan bulan selama tiga tahun. Para saintis kadangkala mengkaji ekstremofil sebagai model berpotensi tentang rupa kehidupan atau bagaimana ia akan beroperasi di dunia lain.

Michael ialah penyumbang lama AllThingsNature yang pakar dalam topik yang berkaitan dengan paleontologi, fizik, biologi, astronomi, kimia dan futurisme. Selain menjadi penulis blog yang gemar, Michael sangat berminat dengan penyelidikan sel stem, perubatan regeneratif, dan terapi lanjutan hayat. Beliau juga pernah bekerja untuk Yayasan Methuselah, Institut Singularity untuk Kecerdasan Buatan, dan Yayasan Lifeboat.

Michael ialah penyumbang lama AllThingsNature yang pakar dalam topik yang berkaitan dengan paleontologi, fizik, biologi, astronomi, kimia dan futurisme. Selain menjadi penulis blog yang gemar, Michael sangat berminat dengan penyelidikan sel stem, perubatan regeneratif, dan terapi lanjutan hayat. Beliau juga pernah bekerja untuk Yayasan Methuselah, Institut Singularity untuk Kecerdasan Buatan, dan Yayasan Lifeboat.


6 Kumpulan Penting Ekstremofil | Mikrobiologi

Perkara berikut menyerlahkan enam kumpulan penting ekstremofil. Kumpulan tersebut ialah: 1. Acidophiles 2. Alkalophiles 3. Halophiles 4. Psychrophiles 5. Thermophiles dan Hyperthermophlies 6. Barophiles.

Kumpulan # 1. Asidofil:

Kebanyakan persekitaran semula jadi di bumi pada asasnya neutral, mempunyai pH antara 5 dan 9. Hanya beberapa spesies mikrob boleh tumbuh pada pH kurang daripada 2 atau lebih daripada 10. Mikroorganisma yang hidup pada pH rendah dipanggil asidofil.

Kulat sebagai satu kumpulan cenderung lebih tahan asid daripada bakteria. Banyak kulat tumbuh secara optimum pada pH 5 atau lebih rendah dan beberapa tumbuh dengan baik pada nilai pH serendah 2. Beberapa spesies Thiobacillus dan genera archaea termasuk Sulfolobus dan Thermoplasma adalah asidofilik.

Ini ferroxidans dan Sulfolobus sp. mengoksidakan mineral sulfida dan menghasilkan asid sulfurik. Faktor yang paling penting untuk asidofilik obligat ialah mem­brane sitoplasma bagi bakteria asidofilik wajib­ria yang sebenarnya melarutkan dan melisiskan dinding sel. Ini menunjukkan bahawa kepekatan ion H + yang tinggi diperlukan untuk kestabilan membran.

Persekitaran berasid tinggi terbentuk secara semula jadi daripada aktiviti geokimia (seperti pengeluaran gas dalam bolong hidroterma dan beberapa mata air panas) dan daripada aktiviti metabolik asidofil tertentu mereka sendiri. Asidofil juga terdapat dalam serpihan sisa perlombongan arang batu. Antaranya, ekstremofil yang suka asid tidak boleh bertolak ansur dengan keasidan yang tinggi di dalam sel mereka, di mana ia akan memusnahkan DNA.

Mereka bertahan dengan mengekalkan asid. Tetapi molekul pertahanan memberikan perlindungan ini serta yang lain yang bersentuhan dengan alam sekitar mesti dapat beroperasi dalam keasidan yang melampau. Sesungguhnya extremozymes (enzim mereka menyediakan kebolehsuaian) mampu bekerja pada pH di bawah satu, lebih berasid daripada cuka atau jus perut. Enzim tersebut telah diasingkan daripada dinding sel dan membran sel asas beberapa asidofil.

(i) Fisiologi:

Asidofil obligat mempunyai pH optimum untuk pertumbuhan yang kekal sangat rendah (1 hingga 4). Untuk melindungi enzim intraselular dan komponen lain daripada pH rendah hingga sederhana, organ­isms mengekalkan kecerunan pH yang besar merentasi mem­brane. Bentuk khas bibir­id terdapat dalam mem­brane mereka yang boleh meminimumkan kebocoran H + ke bawah nilai pH.

Sebagai contoh, kehadiran ac­id berlemak tertentu telah dilaporkan untuk membantu penyesuaian khas untuk pertumbuhan dan kemandirian pada pH yang sangat rendah. Asidofil mengekalkan pH sitoplasma sekitar 6.5. Dalam organisma ini, pH secara amnya kekal 1-2 yang lebih rendah berbanding dengan neutrofil dan alkalofil.

Dalam asidofil pH dikompensasikan oleh potensi elektrik dalam positif yang bertentangan dengan yang terdapat dalam neutrofil. Potensi elektrik terbalik dijana oleh pengambilan K + elektrogenik yang membolehkan sel menyemperit lebih banyak H + dan dengan itu mengekalkan pH dalaman.

(ii) Penyesuaian Molekul:

Faktor paling kritikal untuk asidofil obligat terletak pada membran sitoplasma. Apabila pH dinaikkan kepada neutral, membran sitoplasma bakteria asidofilik obligat sebenarnya larut dan sel-sel melisis. Adalah dicadangkan bahawa kepekatan ion hidrogen yang tinggi diperlukan untuk kestabilan membran yang membolehkan bakteria untuk terus hidup.

(iii) Permohonan:

Potensi aplikasi ekstremozim tahan asid terdiri daripada pemangkin untuk sintesis sebatian dalam larutan berasid kepada bahan tambahan untuk makanan haiwan yang bertujuan untuk bekerja dalam perut haiwan.

Apabila ditambah kepada makanan, enzim meningkatkan kecernaan bijirin mahal, oleh itu mengelakkan keperluan untuk makanan yang lebih mahal. Protein rusticyanin daripada asidofil membantu dalam kestabilan asid. Ekspresi gen rintangan arsenik heterogen dalam Thiobacillus ferrooxidans pengoksida besi telah ditubuhkan sebagai pendekatan bioteknologi biopemulihan.

Kumpulan # 2. Alkalophiles:

Alkalofilia hidup dalam tanah yang sarat dengan karbonat dan di tasik Soda, seperti yang terdapat di Lembah Rift Afrika dan barat A.S. Bakteria alkalofilik pertama dilaporkan pada tahun 1968.

Kebanyakan prokariot alkalofilik yang dikaji adalah bakteria bukan marin aerobik dan dilaporkan sebagai Bacillus spp. Krulwich dan Guffanti (1989) memisahkan mereka kepada dua kategori luas: organisma tahan alkali (pH 7.0-9.0) (yang tidak boleh tumbuh melebihi pH 9.5) dan organisma alkalofilik (pH 10.0-12.0).

Kebanyakan organisma alkalofilik adalah aerobik atau anaerobik fakultatif. Beberapa alkalofil ialah Bacillus alkalophilus, B.firmus RAB, Bacillus sp. No. 8-1 dan Bacillus sp. No. C-125 yang mempunyai flagela dan oleh itu adalah motil. Motilitas teraruh flagella dianggap oleh daya motif natrium (smf) dan bukannya daya motif proton (pmf).

Mereka bergerak pada pH 9-10.5 tetapi tiada motilitas dilihat pada pH 8. Bakteria alkalofilik pengurang Indigo (Bacillus sp.) yang diasingkan daripada bebola nila digunakan untuk memperbaiki proses penapaian indigo. Dinding sel mereka mengandungi sebatian berasid yang serupa dalam komposisi kepada peptidoglycans.

(i) Fisiologi:

Permukaan sel alkalofil boleh mengekalkan pH intrasel yang neutral dalam persekitaran alkali pH 10-13. Kepekatan NaOH yang disyorkan untuk penapaian skala besar ialah 5.2% bergantung kepada organisma. pH harus kekal 8.5-11. Ion natrium (Na+) diperlukan untuk pertumbuhan, sporulasi dan juga untuk percambahan. Kehadiran ion natrium dalam persekitaran sekeliling telah terbukti penting untuk pengangkutan zat terlarut yang berkesan melalui membran.

Dalam sistem pengangkutan membran ion Na +, H + ditukar dengan Na + oleh sistem antiport Na + /H +, dengan itu menghasilkan daya motif natrium (smf). Ini memacu substrat yang disertai dengan ion Na + ke dalam sel.

Penggabungan α-aminobutirat (AIB) meningkat dua kali ganda apabila pH luaran beralih daripada 7 kepada 9, dan kehadiran ion Na + dengan ketara meningkatkan penggabungan. Pengklonan molekul serpihan DNA yang memberikan alkalofili telah diasingkan dan diklon. Serpihan ini bertanggungjawab untuk sistem antiport Na + /H + dalam alkalofi mikroorganisma alkalofilik.

(ii) Penyesuaian Molekul:

Alkalofil mengandungi lipid dither yang luar biasa yang terikat dengan gliserol fosfat sama seperti archaea lain. Dalam lipid ini, terdapat rantai panjang, hidrokarbon bercabang, sama ada daripada jenis phytanly atau biphytanyl.

pH intrasel kekal neutral untuk mengelakkan makromolekul alkali-labil dalam sel. pH intraselular mungkin berbeza-beza sebanyak 1-1.5 unit pH daripada neutraliti yang membantu organisma ini untuk terus hidup dalam persekitaran luar yang sangat beralkali.

(iii) Permohonan:

Sesetengah alkalofil menghasilkan enzim hidrolitik seperti protease alkali, yang berfungsi dengan baik pada pH alkali. Ini digunakan sebagai makanan tambahan untuk detergen rumah.

Contohnya protease alkali yang dipanggil subtilisin telah dihasilkan daripada B. subtilis yang digunakan dalam detergen. Kain denim yang dibasuh batu adalah disebabkan oleh penggunaan enzim ini. Enzim ini melembutkan dan memudarkan fabrik dengan merendahkan selulosa dan mengeluarkan pewarna (Jadual 29.1).

Kumpulan # 3. Halofil:

Halofil ialah bakteria Gram-negatif, bukan pembentuk spora, bukan motil yang membiak secara pembelahan binari. Mereka kelihatan berpigmen merah kerana kehadiran karotenoid tetapi kadangkala ia tidak berwarna. Ia mengandungi plasmid terbesar setakat ini yang diketahui di antara semua bakteria yang diketahui.

Halofil mampu hidup dalam keadaan masin melalui penyesuaian yang menarik. Kerana air cenderung mengalir dari kawasan kepekatan zat terlarut tinggi ke rendah. Sel yang terampai dalam larutan yang sangat masin akan kehilangan air dan menjadi dehidrasi melainkan sitoplasmanya mengandungi kepekatan garam yang lebih tinggi daripada persekitarannya.

Halofil menghadapi masalah ini dengan menghasilkan sejumlah besar bahan larut dalaman atau dengan mengandungi bahan terlarut yang terpencil dari luar. Sebagai contoh, Halobacterium salinarum menumpukan KCl di bahagian dalam sel. Enzim dalam sitoplasmanya akan berfungsi hanya jika terdapat kepekatan HCl yang tinggi. Tetapi protein selular mereka yang menghubungi alam sekitar memerlukan kepekatan NaCl yang tinggi.

Kumpulan bakteria ini hidup dalam persekitaran yang sangat masin (> 3.5% kepekatan garam) seperti tasik garam neutral atau sumber garam buatan seperti makanan bergaram, ikan, dll. Organisma halofilik yang melampau memerlukan sekurang-kurangnya 1.5 M (kira-kira 9%) NaCl tetapi kebanyakan mereka mempunyai pertumbuhan optimum pada 2-4 M NaCl (12.23%). Beberapa contoh bakteria sangat halofilik prokariotik yang terdapat di alam semula jadi diberikan dalam Jadual 29.2.

(i) Fisiologi:

Bakteria halofilik kekurangan peptidoglikan dalam dinding sel dan mengandungi lipid berkaitan eter dan polimerase RNA jenis archaean tetapi Natrobacterium juga sangat alkalofilik. Bekas juga mengandungi lipid dieter yang tidak terdapat dalam halofil ekstrem lain.

Mereka adalah bakteria chemoorganotrophic yang memerlukan asid amino, asid organik dan vitamin untuk pertumbuhan optimum. Kadangkala mereka mengoksidakan karbohidrat sebagai sumber tenaga. Sitokrom a, b dan c hadir tetapi kemiosmosis pengantara membran menjana daya motif proton. Mereka juga memerlukan natrium untuk ion Na +.

Halobacterium sangat subur dalam persekitaran tekanan osmotik dan tidak menghasilkan bahan larut yang serasi. Peptidoglikan tiada dalam dinding selnya. Aspartat dan glutamat (asid amino berasid) terdapat.

Caj negatif kumpulan karboksil asid amino ini dilindungi oleh ion Na +. Ribosom Halobacterium memerlukan ion K + yang tinggi untuk kestabilan, yang merupakan ciri unik kerana tiada kumpulan prokariot lain memerlukannya untuk komponen dalaman.

Lipid membran archaea ini terdiri daripada diphytanylglycerol, analog dieter glycerophospholipids. Halofil ekstrem mengandungi kepekatan Na + dan K + intrasel yang tinggi dan proteinnya nampaknya telah menyesuaikan diri dengan kepekatan garam yang tinggi ini dengan mempunyai pecahan yang lebih tinggi daripada sisa asid amino berasid dan pembungkusan rantai polipeptida yang lebih padat daripada protein daripada bukan halofilik. bakteria. Dalam bakteria halofilik umumnya antiporter Na + /H + digunakan untuk mengepam Na + ke luar dan pengambilan bahan terlarut telah ditunjukkan sebagai Na + digabungkan dalam beberapa spesies halobacterial.

(ii) Penyesuaian Molekul:

Dalam bakteria sedemikian, ion K + di dalam sel lebih banyak daripada ion Na + di luar sel yang bertindak sebagai bahan larutnya. Oleh itu, sel mengekalkan integriti selular. Halobacteria kekurangan peptidoglikan dalam dinding selnya dan mengandungi lipid berkaitan eter dan polimerase RNA jenis archaean yang mengekalkan ketegaran pada keadaan masin. Perubahan dalam membran sitoplasma ini membolehkan bakteria tersebut terus hidup.

(iii) Aplikasi:

Halofil ekstrem tertentu mensintesis protein yang dipanggil bacteriorhodopsin ke dalam membran mereka. Sesetengahnya menghasilkan polihidroksi alkanoat dan polisakarida, enzim dan zat terlarut yang serasi. Ia juga digunakan dalam pemulihan minyak, pengesanan kanser, pemeriksaan dadah dan biodegradasi sisa dan sebatian toksik.

Kushner (1985) mendefinisikan halobacteria berdasarkan penggunaan kepekatan garam optimum untuk pertumbuhannya. Dalam sistem ini, bukan halofil ialah yang tumbuh paling baik dalam media yang mengandungi < 0.2 M NaCl, halofil sedikit (bakteria laut) tumbuh paling baik pada 0.2 hingga 0.5 M NaCl, halofil sederhana pada 0.5 hingga 2.5 M NaCl, dan halofil ekstrem tumbuh dalam media. mengandungi 2.5 M hingga 5.2 M (tepu) NaCl.

Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa semua halofil yang melampau adalah archaea kecuali dua spesies Ectothiorhodospira fotosintesis, satu daripada Acetohalobium dan satu actinomycete Actinopolyspora. Beberapa spesies actinomycete daripada genus Methanohalobium telah diterangkan. Air garam berwarna merah terang kini diketahui disebabkan oleh pigmen bacterioruberin daripada halobacteria.

Potensi bioteknologi halobacteria dengan kepentingan komersial adalah berikut:

Protein retina halobacteria telah diperhatikan sebagai protein integral membran ungu, yang mengandungi salah satu protein yang dipanggil bacteriorhodopsin. Protein ini dipacu cahaya, translocator proton dan menukar cahaya matahari kepada elektrik.

Bakterihodopsin menyerap cahaya pada 570 nm. Ia wujud dalam dua bentuk. Konfigurasi trans selepas pengujaan ditukar kepada bentuk cis berikutan penyerapan cahaya (Rajah 29.1). Dalam kes ini, sintesis ATP dihalang dan potensi elektrik yang timbul daripada kecerunan proton akan menjadi sumber elektrik. Ia digunakan dalam pemprosesan data optik dan sebagai penderia cahaya.

Filem fotografi berasaskan membran ungu memaparkan ciri-ciri menarik kerana ia tidak memerlukan pembangunan. Filem holografik jenis ini sesuai untuk ingatan komputer iaitu pemprosesan selari.

Baru-baru ini, cip bio telah diperkenalkan dalam komputer generasi baharu. Pada masa hadapan, robot dengan penglihatan mungkin mempunyai biosensor berdasarkan protein ini. Penyahgaraman air juga ditunjukkan dengan penggunaan bacteriorhodopsin.

(b) Bioplastik atau polihidroksi alkanoat (PHA):

Heteropolimer jenis ini adalah biodegrad&malu. Ia mempamerkan rintangan sepenuhnya terhadap air dan terdegradasi dalam tisu manusia oleh itu ia adalah biokompatibel. Ia mempunyai kepentingan farmaseutikal dan klinikal, termasuk penggunaan dalam pelepasan ubat tertunda, penggantian tulang dan jahitan pembedahan. Pengeluaran PHA sentiasa lebih tinggi dengan menggunakan Halof. mediteranei. Di samping itu, halobacteria ini mempunyai kestabilan genomik yang tinggi yang merupakan pra-syarat untuk tujuan perindustrian.

(c) Polisakarida:

Eksopolisakarida mikrob digunakan sebagai penstabil, ketebalan, agen pembentuk gel dan pengemulsi dalam industri farmaseutikal, pemulihan cat dan minyak, kertas, tekstil dan industri makanan. Halof.mediterranei menghasilkan heteropolisakarida bersulfat tinggi dan berasid (sehingga 3 g/l) yang mengandungi mannose sebagai komponen utama. Polimer sedemikian menggabungkan sifat reologi yang sangat baik dengan rintangan yang luar biasa terhadap kemasinan, suhu dan pH yang melampau.

(d) Pemulihan minyak yang dipertingkatkan secara mikrob:

Sisa minyak dalam medan minyak semula jadi boleh diekstrak dengan suntikan air bertekanan ke dalam telaga baru. Biopolimer bakteria berminat dalam pemulihan minyak yang dipertingkatkan kerana aktiviti bio-permukaan dan sifat bio-pengemulsinya.

(e) Pengesanan kanser:

Protein (84 kDa) telah digunakan daripada Halobacterium halobium sebagai antigen untuk mengesan antibodi terhadap produk onkogen e-myc manusia dalam sera pesakit kanser yang menghidap talian sel leukemia pirolitik (HL-60). Penggunaan antigen halobacterial sebagai probe untuk beberapa jenis kanser nampaknya menjanjikan.

(f) Pemeriksaan dadah:

Plasmid, pGRB-1 daripada strain Halobacterium GRB-1 yang digunakan dalam pra-penyaringan antibiotik baharu dan ubat anti-tumor menjejaskan jenis eukariotik IIDNA topoisomerase dan ubat quinotone yang bertindak ke atas DNA gyrase. Dadah sedemikian menyebabkan pembelahan DNA plasmid kecil daripada archaea halofilik dalam vivo.

Lipid berkaitan eter halobacteria digunakan dalam penyediaan liposom yang mempunyai nilai yang besar dalam industri kosmetik. Liposom sedemikian akan lebih tahan terhadap biodegradasi, jangka hayat yang baik dan ketahanan terhadap bakteria lain.

Protease dan amilase daripada Halobacterium salinarium, H. halobium, dan lipase daripada beberapa halobacteria telah dilaporkan. Aktiviti endonuklease khusus tapak telah dilaporkan dalam H. halobium.

(i) Bioremediasi:

Bertrand (1990) memerhatikan bahawa strain halobacterial EH4 yang diasingkan daripada tanda garam didapati merendahkan alkana dan sebatian aromatik lain dengan kehadiran garam.

(j) Vakuol atau vesikel gas:

Beberapa Halobacterium spp. menghasilkan organel berisi gas intrasel yang dipanggil vakuol vesikel gas yang memberikan daya apungan. Pada masa hadapan, gen sifat sedemikian mungkin untuk merekayasa dalam mikroorganisma lain untuk menghasilkan vakuol gas untuk terapung di dalam air.

Sos yang dipanggil ‘nam pla’ disediakan dalam bahasa Thai daripada ikan yang ditapai dalam air garam pekat yang mengandungi populasi halobacteria yang besar yang bertanggungjawab untuk penghasilan aroma. Kerana mereka menghasilkan protease ekstraselular yang stabil garam. Ia mempunyai kepentingan dalam penapaian dan proses menghasilkan rasa dan aroma.

Halofil sederhana mengeluarkan fosfat dari persekitaran masin. Pengasingan mutan tahan antimikrob yang stabil adalah disebabkan oleh kehadiran pengklonan gen untuk pengeluaran berlebihan sebatian dalam&hidustri yang menarik.

Penanaman Spirulina platensis secara besar-besaran di Israel menggunakan air payau & pemalu yang tidak sesuai untuk pertanian dan biojisim Spirulina dipasarkan sebagai makanan yang sihat. Spirulina tumbuh secara optimum di tasik beralkali dengan kepekatan garam antara 2 hingga 7%.

Kumpulan # 4. Psikrofil:

Suhu adalah faktor persekitaran penting yang mempengaruhi kumpulan mikroorganisma yang berbeza. Kumpulan mikroorganisma yang berbeza berdasarkan rejim suhu yang berbeza diberikan dalam Rajah 29.2.

Persekitaran sejuk sebenarnya lebih biasa sama dengan persekitaran panas semasa musim panas. Lautan yang mengekalkan suhu purata 1-3°C membentuk separuh permukaan bumi’. Kawasan daratan yang luas di Artik dan Antartika dibekukan secara kekal atau tidak dibekukan selama beberapa minggu sahaja pada musim panas.

James T. Staley dan rakan-rakannya di Universiti Washington telah menunjukkan bahawa komuniti mikrob mengisi air lautan ais di laut Antartika yang kekal beku selama bertahun-tahun. Komuniti ini termasuk eukarya fotosintesis, terutamanya alga dan diatom serta pelbagai bakteria.

Polasomonas vacuolata yang diperolehi oleh kumpulan Staley’s ialah wakil utama seorang psychrophile. Psychrotolerant boleh diasingkan daripada habitat yang lebih meluas daripada psychrophiles. Mereka boleh diasingkan daripada tanah, air dalam iklim sederhana serta daging, susu dan produk tenusu lain, sayur-sayuran dan buah-buahan di bawah penyejukan.

Mereka tumbuh paling baik antara 20 dan 40°C tetapi tidak boleh tumbuh pada 0°C. Selepas beberapa minggu inkubasi pertumbuhan mereka yang boleh dilihat dapat diperhatikan. Suhu optimum untuk pertumbuhan ialah 4°C, dan 12°C untuk pembiakan. Mikroorganisma yang menyukai sejuk telah mula menarik minat pengeluar yang memerlukan enzim yang berfungsi pada suhu peti sejuk seperti pemproses makanan, pembuat pewangi dan pengeluar detergen cucian sejuk.

Sesetengah psychrophiles boleh menjadi organisma berbahaya untuk manusia cth. Pseudomonas syringae, Erwinia sp., Yersinia enterocolitica, dsb. Kebanyakan makanan atau produk makanan disimpan pada suhu segar supaya mikrob patogen atau saprofit berhenti berkembang.

Majoriti mikrob marin adalah psychrophiles kerana habitatnya (lautan). Secara amnya, ini adalah bakteria berbentuk batang Gram-negatif. Antaranya ialah pseudomonad yang mana P. geniculata adalah yang paling biasa.

Mikrob lain ialah P. putrefaciens, P.fragi dan P. fluorescens, Flavo bacterium spp, Alcaligenes spp, Achromobacter dan beberapa strain Escherichia, Aerobacter, Aeromonas, Serratia, Proteus, Chromobacter dan Vibrio bersifat psikrofilik. Yis psychrophilic biasa adalah spesies Candida, Cryptococcus, Rhodotorula dan Torulopsis.

Secara fisiologi sifat Gram-negatif bakteria dan bahagian kandungan G+C yang tinggi terdapat dalam mikroorganisma tersebut. Psikrofil mengandungi peningkatan jumlah asid lemak tak tepu dalam lipid mereka. Flagellum hilang selepas meningkatkan suhu.

(i) Fisiologi:

Psikrofil menghasilkan enzim yang berfungsi secara optimum dalam keadaan sejuk. Membran selnya mengandungi kandungan asid lemak tak tepu yang tinggi yang mengekalkan keadaan separa cecair pada suhu rendah. Lipid beberapa bakteria psikrofilik juga mengandungi asid lemak tak tepu dan hidrokarbon rantai panjang dengan berbilang ikatan berganda.

(ii) Penyesuaian Molekul:

Pengangkutan aktif dalam organisma sedemikian berlaku pada suhu rendah. Ia menunjukkan bahawa membran sitoplasma psikrofil dibina sedemikian rupa sehingga suhu rendah tidak menghalang fungsi membran. Membran mengandungi asid lemak tak tepu dalam lipid mereka yang mengekalkan ketegaran pada suhu rendah dan organisma dengan itu dapat bertahan.

(iii) Permohonan:

Psikrofil dan produk mereka mempunyai banyak aplikasi seperti yang diterangkan di bawah:

(a) Sumber farmaseutikal:

Banyak psychrophiles seperti Streptomyces, Alteromonas, Bacillus, Micrococcus, Moraxella, Pseudomonas dan Vibrio telah diasingkan daripada sedimen laut dalam. Mereka tumbuh pada suhu antara – 3 dan -30°C. Tumbuhan dan haiwan akuatik sangat terdedah kepada serangan mikro&organisma patogenik. Alteromonas sp. telah dilaporkan mensintesis 2, 3-indolinedione (isatin).

Kompaun ini melindungi Palaeoman macrodactylus daripada kulat patogen Lagenidium callinectes. Begitu juga, satu lagi strain Alteromonas sp. berkait rapat dengan span marin Halichondria okada dan menghasilkan alkaloid tetrasiklin cth. alterimide. Terdapat skop yang luas untuk penemuan sebatian aktif biologi baru dalam mikrobiologi marin.

Polisakarida antitumor telah diasingkan sebagai narinactin daripada actinomycetes marin. Campuran protease dan amilase yang diasingkan daripada Bacillus subtilis menghilangkan plak gigi.

Terutamanya lipase digunakan sebagai pemangkin khusus stereo dan dalam biotrans­formations pelbagai com­pounds bernilai tinggi seperti agen perisa dan farm­maceuticals. Trehalose dibentuk oleh enzim trehalase yang terdapat dalam beberapa bakteria psikrofilik.

(b) Ejen nukleus ais bakteria:

Terdapat beberapa kegunaan untuk agen nukleus ais (INA) yang dihasilkan oleh bakteria. Mereka digunakan dalam pembuatan salji tiruan, dalam pengeluaran ais krim dan makanan beku lain.

Ini juga digunakan dalam kit imunodiagnostik sebagai konjugat kepada antibodi dan sebagai pengganti iodida perak dalam pembenihan awan. Di antara beberapa organisma, INA bakteria telah menarik banyak perhatian kerana keupayaannya untuk membentuk nukleus ais pada suhu yang agak tinggi berbanding dengan sumber lain.

(c) Industri penapaian:

Yis mesofilik yang mengandungi asid lemak tak tepu dalam membran (lipid) didapati tahan antara -80 dan -20°C. Ini lebih disukai untuk penyimpanannya dalam industri penaik dan pemprosesan lain. Penapaian pada 6-8°C mengurangkan kesan perencatan etanol pada membran sel sel yis.

(d) Dalam larut lesap mikrob:

Pada masa ini operasi larut lesap mikrob melibatkan pelarutan oksidatif bagi bijih kuprum dan uranium. Operasi larut lesap di negara sederhana dijalankan pada suhu ambien yang sangat rendah. Operasi larut lesap mikrob daripada bijih sulfida dijalankan pada suhu 4-37°C.

(e) Dalam bioremediasi:

Psikrofil mempunyai keupayaan untuk merendahkan pelbagai sebatian dalam habitat semula jadi mereka. Ia digunakan dalam bioremediasi beberapa bahan pencemar pada suhu rendah. Strain bakteria didapati memineralkan dodekana, heksadekana, naftalena, toluena, dsb.

Ia telah ditunjukkan dalam eksperimen makmal dan lapangan menggunakan strain bakteria tertentu. Bakteria psikrofilik, Rhodococcus sp. terikan Q15 telah dikaji untuk keupayaannya merendahkan n-alkana dan bahan api diesel pada suhu rendah.

(f) Denitrifikasi sumber air minuman:

Kehadiran kepekatan nitrat yang tinggi dalam air telah menjadi masalah utama di banyak negara. Amalan yang paling banyak digunakan untuk penyingkiran NO3 ialah denitrifikasi biologi. Kebanyakan proses denitrifikasi dijalankan pada 10°C. Kadar denitrifikasi dalam kes ini boleh dipertingkatkan dengan menggunakan bakteria psikrofilik yang diasingkan daripada habitat sejuk yang kekal.

(g) Pencernaan anaerobik sisa organik:

Anaerob obligat yang menukarkan asid organik kepada CH4 dan CO2 iaitu metanogen sangat sensitif terhadap suhu rendah. Kadar metanogenesis boleh ditingkatkan beberapa kali dengan penyesuaian suhu rendah oleh metanogen.

Proses ini boleh dibuat dengan pengayaan terpilih metanogen psikrofilik melalui ujian makmal jangka panjang. Methanogenium frigidum yang diasingkan dari tasik Ace (Antartika) tumbuh secara optimum pada suhu 15°C. Bakteria ini didapati menghasilkan metana daripada hidrogen dan karbon dioksida.

Kumpulan # 5. Thermophiles dan Hyperthermophlies:

Bakteria hipertermofilik ialah archaea yang mewakili organisma pada sempadan suhu atas kehidupan. Hipertermofil neutrofilik dan asidofilik sedikit ditemui dalam medan solfatarik daratan, dan takungan minyak dalam. Ini mempamerkan penyesuaian khusus kepada persekitaran mereka dan kebanyakan bakteria adalah anaerobik.

Pelbagai faktor abiotik dan biotik yang mengawal pertumbuhan semua organisma hidup dipanggil biotop. Termofil sederhana dipanggil termofil ekstrem yang tumbuh secara optimum antara 80°C dan KWC. Hipertermofil tidak dapat tumbuh di bawah 80°C tetapi disesuaikan dengan suhu tinggi kerana ia tidak tumbuh pada 80°C.

Beberapa contoh diberikan dalam Rajah 29.3. Thermotoga mempunyai sel berbentuk batang yang dikelilingi oleh struktur seperti sarung ciri (‘toga’) yang belon keluar di hujungnya (A). Pengurangan sulfat coccoid archaeal adalah ahli genus Archeoglobus (B) dan Methanopyrus kandleri ialah metanogen (C) berbentuk rod.

Hyperthermophiles boleh tumbuh secara semula jadi dan juga dalam keadaan persekitaran buatan. Biotop sulfur semulajadi biasanya dikaitkan dengan gunung berapi aktif. Dalam keadaan sedemikian, tanah dan air permukaan daripada medan berasid yang mengandungi S (pH 0.5-6.0) dan persekitaran mata air panas neutral kepada sedikit beralkali berterusan.

Biotop yang terkenal (biotop mempunyai had atas dan bawah untuk pertumbuhan bagi setiap faktor persekitaran) hipertermofil ialah kawasan gunung berapi seperti mata air panas dan medan solfatarik iaitu medan suhu tinggi yang terletak dalam zon gunung berapi dengan tanah berasid sulfur banyak, mata air panas berasid dan lumpur mendidih.

Beberapa hyperthermophiles hidup dalam sistem hidroterma dasar laut cetek dan sistem bolong panas abyysal yang dipanggil “black smokers” yang mempunyai suhu kira-kira 270-380°C. Perokok hitam adalah air panas yang kaya dengan mineral yang menghasilkan awan bahan termendak apabila bercampur dengan air laut. Biotop lain ialah longgokan sampah arang batu yang membara yang mempunyai pH berasid dan takungan tanah yang dipanaskan secara geoterma.

Kebanyakan hyperthermophiles adalah anaerobik kerana keterlarutan oksigen yang rendah pada suhu tinggi dan kehadiran gas merah. Hipertermofil kemolitikautotropik anaerobik bebas sepenuhnya pada matahari, tetapi ia juga boleh wujud di planet lain. Bolong hidroterma di dasar lautan mempunyai suhu 350°C atau lebih tinggi dan juga menunjukkan kewujudan hyperthermophiles.

Biotop bukan gunung berapi yang ditemui baru-baru ini tertanam dalam stratifikasi minyak yang dipanaskan geo-terma dalam bagi cecair yang diekstrak yang terbukti untuk komuniti mikrob tersebut.

Untuk penanaman bakteria tersebut, sampel dibawa ke makmal tanpa kawalan suhu. Mereka diasingkan dengan teknik kultur pengayaan dengan variasi dalam komposisi substrat dan kawalan suhu in situ. Agar tidak sesuai, maka lebih banyak polimer tahan haba seperti gusi gellan atau gel polisilikat digunakan untuk pemejalan.

Banyak jenis taksonomi hipertermofil berbudaya sudah diketahui setakat ini. Mereka mewakili 52 spesies kepunyaan 23 genera dan 11 pesanan bakteria hyperthermophilic dan archaea yang diketahui dalam kesusasteraan. Organisma yang suhu pertumbuhan optimumnya ialah < 45°C dipanggil thermophiles dan yang melebihi 80°C dipanggil hyperthermophiles.

(i) Fisiologi:

Enzim dan protein jauh lebih stabil daripada bentuk lain dan makromolekul ini berfungsi pada suhu tinggi. Protein termofilik mempunyai urutan asid amino yang berbeza yang memangkinkan tindak balas yang sama dalam mesofil yang membolehkannya melipat dengan cara yang berbeza dan dengan itu menunjukkan kesan tahan haba. Semua termofil mengandungi girase terbalik, topoisomerase DNA jenis 1 unik yang menstabilkan DNA.

Kestabilan haba protein daripada hyperthermophiles juga disebabkan oleh peningkatan bilangan jambatan garam (merapatkan cas pada asid amino oleh Na + atau kation lain) yang hadir dan padat padat bahagian dalam protein yang sangat hidrofobik, yang mempunyai membran yang kaya dengan asid lemak tepu. Ini membolehkan membran kekal stabil dan berfungsi pada suhu tinggi.

Kebanyakan hyperthermophiles adalah archaea yang tidak mengandungi asid lemak, lipid dalam membran mereka tetapi sebaliknya mempunyai hidrokarbon pelbagai panjang yang terdiri daripada unit berulang 5-6 kompaun phytans terikat oleh pautan eter kepada gliserofosfat.

Dengan peningkatan suhu pertumbuhan, peningkatan tahap ketepuan, panjang rantai dan/atau percabangan iso rantai asil diperhatikan. Kadangkala, lipid khas (sterol seperti hopanoid) terdapat dalam termofil. Ini juga boleh menjejaskan penyesuaian kepada kehidupan pada suhu tinggi dengan menjadikan membran lebih tegar.

(ii) Penyesuaian Molekul:

Bakteria ini mengandungi enzim dan protein yang stabil haba yang mengawal pelbagai fungsi makromolekul pada suhu tinggi. Asid amino kritikal yang digantikan dalam satu atau lebih lokasi dalam enzim ini membolehkan mereka melipat dengan cara yang berbeza dan dengan itu menahan kesan penyahnatutan haba yang mengakibatkan kemandirian organisma ini.

Selanjutnya, membran sitoplasma mengandungi lipid yang kaya dengan asid lemak tepu, dengan itu membolehkan membran kekal stabil dan berfungsi pada suhu tinggi. Archaea termofilik tidak mengandungi asid lemak dalam lipidnya, dan membrannya juga tidak mempunyai hubungan ester dengan gliserol fosfat. Ini memberikan lebih ketegaran kepada sistem membrannya.

(iii) Permohonan:

Kebanyakan mikroorganisma yang tumbuh subur di atas takat didih air tergolong dalam archaea. Enzim thermophiles sangat menarik. Hyperthermophiles telah memberi tumpuan kepada enzim termostable dari bolong. Protein (chaperon) juga ditemui.

Protein ini dinyatakan dalam keadaan tekanan dan terlibat dalam lipatan protein:

Enzim baru daripada hyperthermophiles telah mengurangkan bilangan langkah yang diperlukan untuk mengubah kanji menjadi sirap fruktosa. Amilase, glukoamilase, pullunase dan glucosidase adalah enzim yang digunakan dalam industri kanji.

Pullunase terdapat dalam bakteria anaerobik. Amilase digunakan secara meluas dalam industri tekstil, con­fectionery, kertas, pembuatan bir dan alkohol. Begitu juga, glukosidase digunakan untuk menghidrolisis sirap laktosa dan campuran kepada glukosa dan galaktosa.

Mereka mungkin mempunyai aplikasi klinikal kerana terdapat bukti kekurangan laktase dalam populasi yang sama ada diwarisi atau akibat penuaan. Glukosa isomerase digunakan secara meluas dalam industri makanan yang menukar glukosa kepada fruktosa untuk digunakan sebagai pemanis.

Disebabkan oleh kestabilan haba enzim, hipertermofil telah menjadi subjek penyiasatan intensif. Enzim termostabil lebih tahan terhadap aktiviti penyahwarnaan detergen dan pelarut organik. Amilase telah diekstrak daripada Pyrococcus furiosus dan Pyrococcus woessei.

Enzim telah dieksploitasi daripada beberapa archaea cth. Desulfurococcus mucosus, Staphylothermus marinus, Thermococcus celer dan Thermococcus litoralis. Amilase yang berkaitan dengan toga juga telah dikesan daripada Thermotoga maritima. Enzim ini aktif antara 70 dan 100°C pada pH 6. Fervidobacterium pullunolyticum mempunyai potensi untuk menghasilkan enzim termotolerant optima pada 90°C.

Bakteria dan archaea tertentu seperti P. woesei, P. furiosus, Thermococcus litoralis, T. celer, F. pennavorans, D. mucosus, dll. dilaporkan menghasilkan pullunase II (amylopullunase) yang mempunyai berat molekul 90 kDa dengan suhu optimum 105° C dan pH 6. Sebahagian daripada ini (P. woesei dan P. furiosus) juga menghasilkan glucosidase dengan suhu optimum 110-115°C. Ini berguna untuk penukaran bio kanji kepada pelbagai produk berguna yang mempunyai kepentingan industri.

Exo-4-β-cellobiohydrolase termostabil dengan separuh hayat 70 minit pada 108°C telah diasingkan daripada Thermotoga sp. strain FjSS3- B. Begitu juga, xilanase termostable telah dilaporkan daripada Thermotoga maritima, T. neoplolitiana, T. thermarum. P. furiosus mempamerkan aktiviti β-xylanosidase. En­zymes daripada Thermotoga sp. sangat stabil dengan separuh hayat 8j pada 90°C.

Enzim penghidrolisis protein (pro­teases) telah diasingkan, dimurnikan dan dikara&obati daripada beberapa mikroorganisma termofilik dan hipertermofilik khususnya Pyrococcus, Thermococcus, Sulfolobus, Staphylothermus dan Desulfurococcus.

Pyrolysin, enzim yang dikaitkan dengan sampul sel yang merupakan protease jenis serin mempunyai suhu optimum 110°C dan separuh hayat 4j pada 100°C. Ia telah dikenal pasti dan dicirikan dalam P. furiosus dan P. woesei. Serine-protease daripada Sulfurococcus mucosus mempamerkan aktivitinya pada 100°C.

Protease unik yang menghidrolisis keratin bulu ayam, rambut dan bulu telah dicirikan daripada bakteria F. pennavorans. Isomerase glukosa termofilik telah disifatkan&malu dan disucikan daripada Thermotoga maritima.

Ferredoxin daripada Thermoplasma acidophilum, Sulfolobus acidocaldarius dan Desulfurococcus mobilis juga telah disiasat. Hidrogenase, mempunyai separuh hayat 21 jam pada 80-85°C telah diasingkan daripada Pyr. geram. Piruvat termoaktif-ferrodoxin-oxidoreductase (POR) yang memangkinkan dekarboksilasi oksidatif piruvat kepada asetil-KoA dan CO2 telah dikesan dalam D. amylolyticus, H. butylicus, Thermococcus celer, Pyrococcus woesei, P. furiosus dan Thermotoga maritima.

Enzim yang terlibat dalam biosintesis asid amino seperti aminotransferase aromatik daripada Thermococcus litoralis dan Sul. solfataricus telah dikesan. Enzim yang sangat stabil dengan aktiviti optimum pada 100°C juga telah dikesan daripada Methanobacterium thermoformicicum. Enzim tulen daripada P. woesei dan P. furiosus mempunyai jisim molekul subunit yang sama 45 kDa setiap satu. Enzim mempunyai kestabilan haba sehingga 70% selepas rawatan haba pada 100°C selama 1 jam.

Glutamat synthetase (GS) bertanggungjawab untuk sintesis glutamin daripada glutamat dan ammonia. Separuh hayat GS yang telah dimurnikan separa ialah 2 jam pada 100°C. Dua aminotransferases aromatik termoaktif daripada Thermococcus lithoralis telah dimurnikan dan dicirikan, yang aktif pada suhu 100°C. Enzim aspartat aminotransferase yang memindahkan kumpulan amino daripada glutamat kepada oksaloasetat telah dikesan di Sul. solfataricus.

Taq polimerase adalah enzim yang sangat penting digunakan dalam biologi molekul untuk penguatan DNA menggunakan tindak balas rantai polimerase (PCR). Enzim yang terdapat dalam Thermus aquaticus ini aktif pada 80°C pada pH 8.

Simpson (1990) telah menyiasat polimerase DNA lain daripada Themotoga sp. Archaea tertentu seperti Sul. acidocaldarius dan Sul. solfataricus terdiri daripada polimerase DNA bagi rantai polipeptida tunggal dengan jisim molekul 100 kDa. Polimerase DNA daripada P. furiosus juga telah dimurnikan.

Ligase DNA telah dicirikan daripada Thermus thermophilus. Topoisomerases jenis I disucikan daripada Sulfolobus acidocaldarius, Desulfurococcus amylolyticus, Thermoplasma acidophilum, Fervidobacterium islandicum, Thermotoga maritima, dan Methanopyrus kandleri, manakala topoisomerase II setakat ini telah diasingkan daripada Sulfolobus acidocaldarius. Thermotoga maritima mengandungi kedua-dua enzim gyrase dan reverse gyrase. Pembaikan kerosakan DNA yang meluas yang disebabkan oleh sinaran mengion pada 95°C telah ditunjukkan dalam Pyrococcus furiosus.

Chaperon adalah protein yang menyatakan dalam keadaan tekanan seperti suhu tinggi. Mereka terlibat dalam lipatan protein. Ini dikesan dalam Su. shibate dan Su. solfactaricus. Ia dipanggil faktor termofilik yang mempunyai jisim molekul 55 kDa. Disebabkan peningkatan kepekatan tinggi protein intraselular sehingga 105°C, kompleks protein ini dipanggil termosom.

Termosom terdiri daripada kompleks silinder dua cincin serupa yang disusun, setiap unit terdiri daripada 8 subunit di sekeliling saluran pusat. Kedua-dua subunit mengandungi jisim molekul 56 dan 59 kDa. Mereka juga mengikat protein terungkap serupa dengan pendamping. Enzim pembentuk ikatan disulfida termostable telah diasingkan, dicirikan dan ditulenkan daripada Sul. solfataricus.

Kumpulan # 6. Barofil:

Barofil ialah bakteria yang tumbuh pada tekanan tinggi pada 400-500 atmosfera (atm) pada 2 hingga 3°C. Keadaan sedemikian wujud di habitat laut dalam kira-kira 100 meter kedalaman. Ramai yang barotolerant dan tidak tumbuh pada tekanan melebihi 500 atm. tetapi ada yang hidup dalam usus invertebrata (amphipod dan holothurian).

Photobacterium shewanella dan Colwella mendiami lebih cepat. Sesetengah arkea termo­philic ialah barofil cth. Purococcus spp. dan Methanococcus jannaschii. Barofil menyesuaikan tekanan melampau (200-600 bar) yang melibatkan struktur makromolekul dalam sel. Tekanan yang semakin meningkat menjadikan struktur lebih padat, dan kecenderungan ini telah menjadi prinsip susunan mikroskopik.

(i) Fisiologi:

Terdapat variasi dalam struktur dan fungsi membran. Jumlah asid lemak tak tepu monotak dalam membran meningkat disebabkan peningkatan tekanan. Organisma dengan itu dapat mengelakkan kehilangan kecairan membran yang dikenakan dengan meningkatkan tekanan. Apabila tekanan berkurangan, kecairan membran mungkin meningkat dan sel bertindak balas dengan mengurangkan tahap asid lemak tak tepu.

Dibuktikan bahawa peningkatan tekanan mengurangkan kapasiti pengikatan enzim untuk substratnya. Oleh itu, enzim mesti dilipat sedemikian rupa untuk meminimumkan tekanan ini dalam barofil. Tidak diketahui sama ada H + , Na + atau kedua-duanya digunakan sebagai ion gandingan dalam transduksi tenaga dalam organisma ini.

(ii) Penyesuaian Molekul:

Dalam membran sitoplasma mikrob tahan tekanan tinggi, jumlah asid lemak tak tepu lebih banyak yang membolehkan kepentingan penyesuaian. Selanjutnya, penyesuaian mungkin juga disebabkan oleh perubahan dalam komposisi protein membran luar dinding sel yang dipanggil protein OmpH, sejenis porin.

Porin ialah protein struktur yang dimaksudkan untuk penyebaran molekul organik melalui membran luar dan ke dalam periplasma. Adalah diperhatikan bahawa sistem OompH adalah bergantung kepada tekanan dan diperlukan untuk pertumbuhan pada tekanan tinggi.

(iii) Aplikasi:

Barofil ialah sumber utama asid lemak tak tepu atau asid lemak polyunsatu­rated. Barofilisme mikrob membantu dalam meningkatkan perlombongan. Operasi perlombongan bawah tanah biasanya berlaku pada tekanan dan suhu yang meningkat dan termofil barofilik lebih baik disesuaikan dalam situasi sedemikian.

Baru-baru ini, kawasan lombong garam kosong telah diusahakan sebagai penapai untuk pengegasan biologi lignit atau tanaman pertanian yang telah dirawat berdasarkan penglibatan ekstremofil yang dikurniakan penyesuaian kepada tekanan dan suhu tinggi selain kemasinan.


Cadanganlebih

Tapak sumber yang sangat berguna - mungkin telah menjimatkan beratus-ratus jam perancangan saya. Banyak pautan, lembaran kerja dan sumber interaktif yang menyokong kursus IB baharu.

Sarah Jackson, Diocesan School for Girls, New Zealand

Aktiviti InThinking Biology ini sangat baik! Saya sedang mencari sesuatu untuk memecahkan monotoni pelajaran sel jadi saya mencuba aktiviti detektif jenis Sel. Pelajar menyukainya. Kedua-dua keadaan dan contoh adalah cemerlang

Amit Khanna, Sekolah Antara Budaya Jakarta, Indonesia

Saya suka kuiz topik. sangat membantu!!

Emma Nason, sekolah KAUST, Arab Saudi


Parasit Kulat dan Protozoa Mempunyai Kitaran Hidup Kompleks dengan Pelbagai Bentuk

Kulat patogen dan parasit protozoa ialah eukariotik. Oleh itu, lebih sukar untuk mencari ubat yang akan membunuh mereka tanpa membunuh tuan rumah. Akibatnya, ubat antikulat dan antiparasit selalunya kurang berkesan dan lebih toksik daripada antibiotik. Ciri kedua jangkitan kulat dan parasit yang menjadikannya sukar untuk dirawat ialah kecenderungan organisma yang menjangkiti untuk bertukar antara beberapa bentuk yang berbeza semasa kitaran hayat mereka. Ubat yang berkesan untuk membunuh satu bentuk selalunya tidak berkesan untuk membunuh bentuk lain, yang oleh itu bertahan dalam rawatan.

The kulat cabang kerajaan eukariotik termasuk kedua-dua unisel yis (seperti Saccharomyces cerevisiae dan Schizosaccharomyces pombe) dan berfilamen, berbilang sel acuan (seperti yang terdapat pada buah atau roti yang berkulat). Kebanyakan kulat patogenik yang penting mempamerkan dimorfisme—keupayaan untuk berkembang sama ada dalam bentuk yis atau acuan. Peralihan yis-ke-acuan atau acuan-ke-yis sering dikaitkan dengan jangkitan. Histoplasma capsulatum, sebagai contoh, tumbuh sebagai acuan pada suhu rendah di dalam tanah, tetapi ia bertukar kepada bentuk yis apabila disedut ke dalam paru-paru, di mana ia boleh menyebabkan histoplasmosis penyakit (Rajah 25-9).

Rajah 25-9

Dimorfisme dalam kulat patogen Histoplasma capsulatum. (A) Pada suhu rendah dalam tanah, Histoplasma tumbuh sebagai kulat berfilamen. (B) Selepas disedut ke dalam paru-paru mamalia, Histoplasma mengalami suis morfologi yang dicetuskan oleh (lebih.)

Parasit protozoa mempunyai kitaran hidup yang lebih rumit daripada kulat. Kitaran ini selalunya memerlukan perkhidmatan lebih daripada satu hos. Malaria ialah penyakit protozoa yang paling biasa, menjangkiti 200� juta orang setiap tahun dan membunuh 1𠄳 juta daripada mereka. Ia disebabkan oleh empat spesies Plasmodium, yang disebarkan kepada manusia melalui gigitan betina mana-mana daripada 60 spesies Anopheles nyamuk. Plasmodium falciparum—parasit penyebab malaria yang paling dikaji secara intensif—wujud dalam tidak kurang daripada lapan bentuk berbeza, dan ia memerlukan kedua-dua perumah manusia dan nyamuk untuk melengkapkan kitaran seksualnya (Rajah 25-10). Gamet terbentuk dalam aliran darah manusia yang dijangkiti, tetapi mereka hanya boleh bergabung untuk membentuk zigot dalam usus nyamuk. Tiga daripada Plasmodium bentuk sangat khusus untuk menyerang dan mereplikasi dalam tisu tertentu—lapisan usus serangga, hati manusia dan sel darah merah manusia.

Rajah 25-10

Kitaran hidup kompleks malaria. (A) Kitaran seksual bagi Plasmodium falciparum memerlukan laluan antara perumah manusia dan perumah serangga. (B)-(D) Calitan darah daripada orang yang dijangkiti malaria, menunjukkan tiga bentuk parasit yang berbeza yang muncul (lebih banyak. )

Oleh kerana malaria begitu meluas dan memusnahkan, ia telah bertindak sebagai tekanan terpilih yang kuat terhadap populasi manusia di kawasan di dunia yang mempunyai Anopheles nyamuk. Anemia sel sabit, sebagai contoh, adalah gangguan genetik resesif yang disebabkan oleh mutasi titik dalam gen yang mengekod rantai hemoglobin β, dan ia adalah perkara biasa di kawasan Afrika dengan insiden yang tinggi bagi bentuk malaria yang paling serius (disebabkan oleh Plasmodium falciparum). Parasit malaria tumbuh dengan teruk dalam sel darah merah sama ada daripada pesakit sel sabit homozigot atau pembawa heterozigot yang sihat, dan, akibatnya, malaria jarang ditemui di kalangan pembawa mutasi ini. Atas sebab ini, malaria telah mengekalkan mutasi sel sabit pada frekuensi tinggi di kawasan Afrika ini.


Organisasi Sel

Organisasi biologi wujud di semua peringkat dalam organisma. Ia boleh dilihat pada tahap terkecil, dalam molekul yang membentuk perkara seperti DNA dan protein, ke tahap terbesar, dalam organisma seperti paus biru, mamalia terbesar di Bumi. Begitu juga, prokariot dan eukariota bersel tunggal menunjukkan susunan dalam cara sel mereka disusun. Organisma bersel tunggal seperti amoeba terapung bebas dan hidup bebas. "tubuh" bersel tunggal mereka mampu menjalankan semua proses kehidupan, seperti metabolisme dan pernafasan, tanpa bantuan daripada sel lain. Sesetengah organisma bersel tunggal, seperti bakteria, boleh berkumpul dan membentuk biofilm. A biofilem ialah kumpulan besar banyak bakteria yang melekat pada permukaan dan membuat salutan pelindung pada dirinya sendiri. Biofilm boleh menunjukkan persamaan dengan organisma multisel. Pembahagian kerja ialah proses di mana satu kumpulan sel melakukan satu kerja (seperti membuat "gam" yang melekatkan biofilm ke permukaan), manakala kumpulan sel lain melakukan kerja lain (seperti mengambil nutrien). Organisma multiselular menjalankan proses hidup mereka melalui pembahagian kerja. Mereka mempunyai sel khusus yang melakukan kerja tertentu. Walau bagaimanapun, biofilm tidak dianggap sebagai organisma multisel dan sebaliknya dipanggil organisma kolonial. Perbezaan antara organisma multiselular dan organisma kolonial ialah organisma individu daripada koloni atau biofilm boleh, jika dipisahkan, bertahan sendiri, manakala sel daripada organisma multiselular (cth., sel hati) tidak boleh.

Alga kolonial daripada genus Volvox.

Organisma Kolonial

Organisma kolonial mungkin merupakan salah satu langkah evolusi pertama ke arah organisma multiselular. Alga daripada genus Volvox adalah contoh sempadan antara organisma kolonial dan organisma multisel.

setiap satu Volvox, ditunjukkan dalam Rajah di atas, adalah organisma kolonial. Ia terdiri daripada antara 1,000 hingga 3,000 alga fotosintesis yang dikumpulkan bersama menjadi sfera berongga. Sfera mempunyai bahagian depan dan belakang yang berbeza. Sel-sel mempunyai bintik mata, yang lebih berkembang di dalam sel berhampiran bahagian depan. Ini membolehkan koloni berenang ke arah cahaya.

Asal usul Multiselular

Organisma multisel tertua yang diketahui ialah alga merah Bangiomorpha pubescens, fosil yang ditemui dalam batuan berusia 1.2 bilion tahun. Oleh kerana organisma pertama adalah bersel tunggal, organisma ini terpaksa berkembang menjadi organisma multisel.

Para saintis berpendapat bahawa multiselular timbul daripada kerjasama antara banyak organisma spesies yang sama. The Teori Kolonial mencadangkan bahawa kerjasama ini membawa kepada pembangunan organisma multiselular. Banyak contoh kerjasama antara organisma dalam alam semula jadi telah diperhatikan. Sebagai contoh, spesies amuba tertentu (protista bersel tunggal) berkumpul bersama semasa masa kekurangan makanan dan membentuk koloni yang bergerak sebagai satu ke lokasi baharu. Sebahagian daripada amuba ini kemudiannya menjadi sedikit berbeza antara satu sama lain. Volvox, ditunjukkan dalam Rajah di atas, adalah satu lagi contoh organisma kolonial. Kebanyakan saintis menerima bahawa Teori Kolonial menerangkan bagaimana organisma multiselular berkembang.

Organisma multisel ialah organisma yang terdiri daripada lebih daripada satu jenis sel dan mempunyai sel khusus yang dikumpulkan bersama untuk menjalankan fungsi khusus. Kebanyakan hidupan yang anda boleh lihat tanpa mikroskop adalah multiselular. Seperti yang dibincangkan sebelum ini, sel-sel organisma multisel tidak akan bertahan sebagai sel bebas. Badan organisma multisel, seperti pokok atau kucing, mempamerkan organisasi pada beberapa peringkat: tisu, organ dan sistem organ. Sel-sel yang serupa dikelompokkan ke dalam tisu, kumpulan tisu membentuk organ, dan organ yang mempunyai fungsi yang serupa dikelompokkan ke dalam sistem organ.

Tahap Organisasi dalam Organisma Multiselular

Organisma multiselular hidup yang paling mudah, span, diperbuat daripada banyak jenis sel khusus yang bekerja bersama untuk matlamat yang sama. Jenis sel tersebut termasuk sel pencernaan, sel liang tiub, dan sel epidermis. Walaupun jenis sel yang berbeza mencipta struktur berbilang sel yang besar, tersusun, &mdash span &mdash yang boleh dilihat, ia tidak tersusun ke dalam tisu yang saling berkaitan. Jika span dipecahkan dengan menyalurkannya melalui ayak, span akan berubah bentuk di sisi lain. Walau bagaimanapun, jika sel span&rsquos dipisahkan antara satu sama lain, jenis sel individu tidak boleh hidup bersendirian. Organisma kolonial yang lebih ringkas, seperti ahli genusVolvox, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah di atas, berbeza kerana sel individu mereka hidup bebas dan boleh hidup sendiri jika dipisahkan daripada koloni.

Cacing bulat ini, organisma multiselular, telah diwarnakan untuk menyerlahkan nukleus semua sel dalam badannya (titik merah).

A tisu ialah sekumpulan sel bersambung yang mempunyai fungsi yang serupa dalam organisma. Organisma yang lebih kompleks seperti obor-obor, karang, dan anemon laut mempunyai tahap organisasi tisu. Contohnya, obor-obor mempunyai tisu yang mempunyai fungsi pelindung, pencernaan dan deria yang berasingan.

Malah organisma yang lebih kompleks, seperti cacing gelang yang ditunjukkan dalam Rajah di atas, sementara juga mempunyai sel dan tisu yang berbeza, mempunyai tahap perkembangan organ. An organ ialah sekumpulan tisu yang mempunyai fungsi atau kumpulan fungsi tertentu. Organ boleh menjadi primitif seperti otak cacing pipih (sekumpulan sel saraf), sebesar batang sequoia (sehingga 90 meter, atau 300 kaki, ketinggian), atau sekompleks hati manusia.

Organisma yang paling kompleks (seperti mamalia, pokok, dan bunga) mempunyai sistem organ. Ansistem organ ialah sekumpulan organ yang bertindak bersama untuk menjalankan fungsi berkaitan yang kompleks, dengan setiap organ memfokuskan sebahagian daripada tugas. Contohnya ialah sistem pencernaan manusia, di mana mulut menelan makanan, perut menghancurkan dan mencairkannya, pankreas dan pundi hempedu membuat dan mengeluarkan enzim pencernaan, dan usus menyerap nutrien ke dalam darah.


Apakah organisma yang paling tahan haba? - Biologi

Klik pautan untuk kembali ke Jadual Biologi 409
atau kembali ke Bab 13 atau seterusnya ke Bab 15

Panduan umum tentang soalan ulasan ini di sini

Nota untuk Bab 14: Asal Mula Kehidupan

Koleksi pautan yang berkaitan daripada Biologi 404

Pengenalan

  • Pengenalan kepada Kosmologi
  • Ringkasan ringkas Teori Big Bang
  • Anggaran Semasa: Letupan Besar Berlaku Kira-kira 12 Bilion Tahun Lalu
  • Bukti Terkini Ledakan Besar Semakin Melaju
  • Tapak Web Asal dan Evolusi Kehidupan NASA atau Di Sini
  • Tapak Pendidikan NASA Lain yang Dipilih: 1 - 2 - 3 - 4

Pembentukan Sistem Suria

Kehidupan di Permukaan Planet

  • Dr Awramik di Bumi Awal
  • Nota Kuliah tentang Kitaran Bumi
  • Nota Kuliah Kehidupan Awal
  • Kemas Kini Prof. Cowen: Adakah atau Adakah Ada Kehidupan Di Marikh?
  • Buku Baru Merangsang oleh Ahli Biokimia Universiti Cornell, Thomas Gold, Biosfera Panas Dalam.

Membina Semula Asal usul Kehidupan

  • Temu bual dengan Perintis Eksobiologi Dr Stanley Miller
  • Ringkasan Hipotesis Sup Primordial Terkini Dr. Miller
  • Dr Stanley Awramik tentang Bagaimana Kehidupan Bermula
  • Percubaan Sup Primordial Stanley Miller dan Radas Tindak Balas Percikan
  • Pautan kepada Asal-usul Kehidupan
  • Tanya ahli Astrobiologi tentang Asal-usul Kehidupan

Menuju Sel Hidup Pertama

  • Artikel Carl Zimmer, Sel Pertama
  • Buku Baru Hebat oleh John Maynard Smith & Eörs Szathmáry, Asal-usul Kehidupan.
    Atau Buku Lebih Teknikal mereka mengenai Perkara Ini, Peralihan Utama dalam Evolusi
  • Buku oleh J. William Schopf, Buaian Kehidupan: Penemuan Fosil Terawal Bumi.


Lawati Sumber Imej Vent "Black Smoker" Panas Laut Dalam
dan Cacing Ventilasi Panas Tanpa Keberanian, Riftia, Hos Simbiotik Kemosintetik
Mikrob, di Laman Web Nova's Living at Extremes

Di Mana Kehidupan Berevolusi?

  • Rangka Kuliah Baik oleh Bruce Walsh et al. tentang Origin of Life yang menggalakkan interaksi molekul
  • Gambaran Keseluruhan Baik Biologi Mikrob
  • Gambaran Keseluruhan yang Baik tentang Kepelbagaian Mikrob dan Filogeni
  • Nota Kuliah Cemerlang oleh James Brown tentang Kepelbagaian Mikrob
  • Artikel Carl Zimmer mengenai Triumph of the Archaea
  • Pengenalan kepada Archaea
  • Panduan Manual Makmal kepada Tiga Kumpulan Archaea: 1 - 2 - 3
  • Imej Archaea: 1 - 2
  • Lagi Imej Archaea , Archaea Pertama Disusun Sepenuhnya
  • Siaran Akhbar dihidupkan Penyelesaian Penjujukan Genom Methanococcus Sedang Disusun
  • Halaman Utama Penyenaraian Terkini Genom Terjujukan
  • Artikel mengenai Extremophiles
  • Pengenalan kepada Crenarchaeota: Archaea Paling Tahan Panas atau Di Sini
  • Perbandingan Termofilisiti Mikrob Tahan Haba
  • Contoh Euryarchaea: Kumpulan Besar Archaea Lain
  • Imej Yellowstone Hot Spring Archaea
  • Imej Habitat Hot Smoker Vent untuk Archaea di Laut Dalam
  • Ciri Nova tentang Kehidupan dalam Black Smoker Vents di Laut Dalam
  • Potensi Kepentingan Kehidupan Sub-Permukaan
  • Pengertian Keturunan Kosmik
  • Program Penerokaan Marikh NASA

Benda hidup

  • Karangan Mini Prof. Cowen mengenai Pemilihan Semulajadi
  • Pautan Web Prof. Cowen kepada Cara Evolusi Berfungsi
  • Gambaran Keseluruhan Evolusi yang Sangat Lengkap
  • Video Quicktime Stephen Jay Gould Menjelaskan Fakta Evolusi lwn. Penerimaan Model Darwin untuk Evolusi
  • Lagi Komen Gould tentang Kekeliruan Menyamakan Evolusi dengan Kerumitan yang Bertambah
  • Pernyataan Paus tentang Evolusi
  • Tapak Web untuk Kursus Evolusi dan Penciptaan di CSUF dari Tom Morris, Kolej Fullerton, atau lihat Babnya tentang Asal Usul Bumi dan Kehidupan

Tenaga dan Kehidupan

Pautan terakhir dikemas kini pada 19/7/02 &salin D.J. Eernisse 1998-2002

RQ UE 14.1: Menggunakan pautan di atas dan teks, huraikan bagaimana keadaan di Bumi dianggap berbeza apabila kehidupan seperti yang kita ketahui ia mula-mula muncul.

II. Sintesis Eksperimen Sebatian Organik

RQ UE 14.2: Apakah kepentingan eksperimen sejenis yang dipelopori oleh Dr. Stanley Miller?

RQ UE 14.3: Ketiga-tiga domain kehidupan menggunakan DNA untuk menyimpan kod yang diperlukan untuk kejayaan berterusan mereka. Jadi mengapa RNA kini dianggap sebagai bahan genetik pertama, dan apakah kaitannya dengan molekul yang dikenali sebagai ribozim?

RQ UE 14.4: Satu kekeliruan umum tentang asal usul kehidupan ialah semua aspek yang kita lihat dikongsi bersama dalam organisma hari ini mestilah telah berkembang secara serentak agar organisma itu mampu bertahan. Walau bagaimanapun, nenek moyang organisma terakhir yang masih hidup pada hari ini telah pun berasal daripada keturunan panjang organisma yang lebih ringkas. Apakah prekursor mereplikasi diri pertama kepada organisma, dan di manakah ia mungkin ditemui? Apakah beberapa langkah yang perlu sebelum organisma yang lebih rumit ini wujud? Mengapakah pemilihan semula jadi amat penting dalam menentang pandangan naïve* bahawa peralihan ini dijangka berlaku secara kebetulan sahaja, dan oleh itu evolusi kehidupan dianggap sebagai senario yang sangat mustahil.

* Berikut ialah satu contoh hujah semacam ini, dari laman web ini:

Kebanyakan propaganda evolusi populis menyerupai teori hipotesis berikut untuk asal usul kereta:

‘Reka bentuk ialah penjelasan yang tidak saintifik, jadi sebaliknya kita mesti mencari penjelasan naturalistik. Kini, eksperimen telah menunjukkan bahawa salah satu blok binaan penting kereta — besi — boleh dihasilkan dengan memanaskan mineral semulajadi seperti hematit kepada suhu yang terdapat di beberapa lokasi di bumi. Apatah lagi, besi boleh ditunjukkan membentuk kepingan nipis di bawah tekanan yang diketahui berlaku dalam pembentukan geologi tertentu ….’

Jika ini nampaknya tidak masuk akal, maka ambil perhatian bahawa walaupun sel pembiakan diri yang paling mudah, yang mempunyai 482 gen, mempunyai kandungan maklumat yang jauh lebih tinggi daripada kereta, namun pembiakan sendiri adalah pra-syarat untuk evolusi neo-Darwinian.

RQ UE 14.5: Apakah tanggapan Norman Horowitz tentang evolusi retrograde dan mengapa ia ditakrifkan sebagai "ingenious" oleh pengarang teks?

RQ UE 14.6: Mungkin inovasi terbesar dalam sejarah kehidupan ialah adaptasi oleh cyanobacteria. (dirujuk dalam teks secara salah dengan nama lama mereka, alga biru-hijau). Cyanobacteria adalah organisma pertama yang berjaya menggunakan hidrogen dalam air yang sedia ada sebagai sumber hidrogen mereka untuk fotosintesis. Masalah sebelum ini ialah mengeluarkan hidrogen daripada oksigen membebaskan oksigen bebas, yang sangat oksidatif, dan akan cenderung merobek sel tanpa perlindungan. Cyanobacteria melakukan ini dengan bantuan enzim, SOD, yang menghantar oksigen dengan selamat ke permukaan sel, di mana ia dilepaskan. Jadi mengapa ini begitu penting dalam sejarah kehidupan, memberikan peluang baharu tetapi juga membawa kepada "krisis pencemaran"?

VI. Sel Prokariotik dan Eukariotik

RQ UE 14.7: Bezakan eukariota dengan bentuk hidupan lain. Apakah persamaan asas yang dikongsi bersama yang dikongsi oleh eukariota antara satu sama lain yang kekurangan dalam bentuk hidupan lain, dan apakah implikasi evolusi ciri eukariotik baharu ini? Berhati-hati, mitokondria dan kloroplas hanya terdapat dalam beberapa eukariota, dan mungkin tidak terdapat dalam nenek moyang bersama semua eukariota -- ia adalah tambahan kemudian, walaupun apa yang tersirat dalam teks.

Pautan PBS: Contoh simbiosis zaman moden - Petani Purba Amazon

VII. Organel dan Evolusi

RQ UE 14.8: Huraikan hipotesis endosimbiotik untuk asal usul mitokondria dan kloroplas dalam eukariota, dan semak bukti utama untuk hipotesis ini. (Nota: Rajah 14.5 menunjukkan hipotesis yang sama untuk asal usul nukleus dan ER, yang bukan hipotesis yang sangat popular, untuk pengetahuan saya.)

VIII. Pengelasan Organisma

RQ UE 14.9: Bukan eukariota dahulunya dikelompokkan bersama dengan nama parafiletik, "prokariota" tetapi Carl Woese dan kebanyakan ahli biologi hari ini telah membahagikannya kepada dua domain kehidupan. Mengapa, dan apakah implikasinya? Apakah yang salah dengan sistem 5-Kingdom Whittaker yang lebih lama, yang begitu popular di kalangan pengarang buku teks? (Pautan yang disediakan di atas dan nota Bab 13 seharusnya membantu.)

Klik pautan untuk kembali ke Jadual Biologi 409
atau kembali ke Bab 13 atau seterusnya ke Bab 15