Extremófilo

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Os termófilos son un tipo de extremófilos como estes microorganismos que crecen formando colonias de cores rechamantes nunha poza do Parque Nacional de Yellowstone, EUA.

Un extremófilo é un organismo que vive en condicións extremas físicas ou xeoquímicas, onde non poderían prosperar a maioría dos seres vivos da Terra, tales como elevadas temperaturas, ou alta acidez ou salinidade.[1][2] A maioría son microorganismos, pero tamén hai organismos pluricelulares, como plantas e animais que poden vivir en condicións extremas. Os organismos que viven en ambientes onde as condicións son moderadas denomínanse mesófilos.

Características[editar | editar a fonte]

Nas décadas de 1980 e 1990, os biólogos atoparon que a vida microbiana tiña unha sorprendente flexibilidade para poder sobrevivir en ambientes extremos, por exemplo en nichos extraordinariamente quentes ou ácidos, que serían completamente inhabitables polos organismos complexos. Algúns científicos mesmo concluíron que a vida puido ter empezado na Terra en fontes hidrotermais do océano profundo.[3] Segundo o astrofísico Steinn Sigurdsson, "Encontráronse esporas bacterianas viables de hai 40 millóns de anos na Terra, e sabemos que son moi resistentes á radiación."[4] En 2013, atopáronse bacterias que vivían nun lago frío e escuro situado a máis de medio quilómetro de profundidade baixo o xeo da Antártida.[5] Tamén en 2013, obtivéronse datos que suxerían que as formas de vida microbianas podían prosperar na fosa das Marianas no océano Pacífico, que é o punto máis profundo da codia terrestre.[6][7] Outras investigacións informaron que os microbios poden vivir dentro das rochas ata a 580 metros de profundidade na codia desde o leito do mar nunha zona oceánica situada a 2591 metros de profundidade na costa noroeste de Estados Unidos.[6][8] Un dos investigadores afirmou "Pódense encontrar microbios en todas partes; son extemadamente adaptables ás condicións, e sobreviven ondequeira que están."[6]

Morfoloxía[editar | editar a fonte]

Os extremófilos mellor coñecidos son microbios. O dominio Archaea ten os exemplos máis salientables, pero os extremófilos están presentes en numerosas e diversas liñaxes xenéticas de bacterias e arqueas. Ademais, non é correcto aplicar o termo extremófilos a todas as arqueas, xa que algunhas son mesófilas. Tampouco é correcto pensar que todos os extremófilos son seres unicelulares, xa que hai animais protóstomos que se encontran en ambientes similares como o verme de Pompeia Alvinella pompejana, ou insectos psicrófilos da familia dos Grylloblattidae, os crustáceos do krill antárctico e os tardígrados.

Clasificacións[editar | editar a fonte]

Hai moitas clases de extremófilos que se encontran por todo o mundo, que se adpataron por diversas vías ás condicións extremas dos seus nichos xeralmente desde as condicións mesófilas. Estas clasificacións non son exclusivas. Moitos extremófilos pertencen a moitas categorías á vez e denomínanse poliextremófilos. Por exemplo, os organismos que viven nas rochas quentes profundas da codia terrestre son á vez termófilos e barófilos, como é o caso de Thermococcus barophilus.[9] Un poliextremófilo que vive no cumio dunha montaña do deserto de Atacama, Chile, parece que é á vez radiorresistente, xerófilo, psicrófilo, e oligótrofo. Algúns poliextremófilos son coñecidos pola súa capacidade de tolerar tanto pHs altos coma baixos.

Termos utilizados[editar | editar a fonte]

Acidófilo
Organismo que crece optimamente a pH 3 ou inferior.
Alcalófilo
Organismo cun crecemento óptimo a pH 9 ou superior.
Anaerobio
Organismo que non require oxíxeno para crecer. Poden ser de dous tipos: facultativos ou obrigados. Os anaerobios facultativos poden tolerar tanto condicións anaerobias coma aerobias. Os anaerobios obrigados morren en presenza mesmo de niveis traza de oxíxeno.
Criptoendólito
Organismo que vive nos espazos microscópicos dentro das rochas, como os poros que quedan entre grans minerais agregados. Tamén se lles pode chamar endólitos, termo que tamén inclúe aos organismos que viven en fisuras, acuíferos, e fallas cheas de auga subterránea na zona subsuperficial profunda.
Halófilo
Organismo que require polo menos concentracións 0,2M de sal (NaCl) para crecer.[10]
Hipertermófilo
Organismo que prospera optimamente a temperaturas entre 80 e 122 °C, como os que se atopan en sistemas hidrotermais.
Hipólito
Organismo que vive baixo as rochas dos desertos fríos.
Litoautótrofo
Organismo (xeralmente bacteria) que utiliza como única fonte de carbono o dióxido de carbono e a oxidación exergónica inorgánica (quimiolitótrofo) como Nitrosomonas europaea; estes organismos poden obter enerxía de compostos minerais reducidos como as piritas, e son activos na reciclaxe xeoquímica e na meteorización das rochas para formas solos.
Metalotolerante
Organismo que tolera altos niveis de metais pesados en solución, como o cobre, cadmio, arsénico, e cinc; exemplos son Ferroplasma sp., Cupriavidus metallidurans e GFAJ-1.[11][12][13]
Oligótrofo
Organismo que pode crecer en ambientes limitados nutricionalmente.
Osmófilo
Organismo capaz de crecer en ambientes con altas concentracións de azucres.
Piezófilo (ou barófilo)
Organismo que vive optimamente a altas presións, como os que viven nas profundidades do océano ou nas profundidades da codia terrestre;[14] que son comúns nas profundidades terrestres subsuperficiais e nas fosas oceánicas.
Poliextremófilo
Organismo capacitado para vivir en máis dun tipo de condicións extremas, polo que pertencería á vez a varias categorías.
Psicrófilo ou criófilo
Organismo que pode sobrevivir, crecer e reproducirse a temperaturas de -15 °C ou inferiores durante prolongados períodos. Son comúns en solos fríos, permafrost, xeo polar, augas frías oceánicas, e baixo as acumulación de neve alpinas.
Radiorresistante
Organismo resistente a altos niveis de radiación ionizante, xeralmente radiación ultravioleta, pero tamén hai organismos resistentes á radiación nuclear.
Termófilo
Organismo que pode prosperar a temperaturas ente 45–122 °C.
Termoacidófilo
Organismo que combina as capacidades dos termófilos e os acidófilos, que prefire temperaturas de 70–80 °C e pHs entre 2 e 3.
Xerófilo
Organismo que pode crecer en condicións extremadamente secas, deshidratantes, como os microbios do solo do deserto de Atacama.

En astrobioloxía[editar | editar a fonte]

A astrobioloxía é a ciencia que trata de elaborar teorías sobre a distribución, natureza e futuro da vida no universo, como a panspermia. Na astrobioloxía colaboran ecólogos microbianos, astrónomos, científicos planetarios, xeoquímicos, filósofos, e exploradores para guiar a busca de vida noutros planetas. Os astrobiólogos están especialmente interesados no estudo dos extremófilos, xa que moitos organismos deste tipo son capaces de sobrevivir en ambientes similares aos que se sabe que existen noutros planetas. Por exemplo, en Marte pode haber rexións no seu permafrost subsuperficial profundo que podería albergar comunidades de microbios endólitos.[15] A auga do océano subsuperficial que se cre que hai na lúa de Xúpiter Europa pode albergar vida, especialmente nas fontes hidrotermais que se hipotetiza que poderían existir alí.

Investigacións recentes realizadas en Xapón sobre extremófilos someteron a condicións de gravidade extrema a bacterias como Escherichia coli e Paracoccus denitrificans. Estas bacterias cultiváronse mentres rotaban nunha ultracentrífuga a altas velocidades equivalentes a 403.627 veces a gravidade da Terra. Paracoccus denitrificans foi unha das bacterias que non só sobreviviu senón tamén mostrou un robusto crecemento celular nesas condicións de hiperaceleración cuxos equivalentes se encontran normalmente só en ambientes cósmicos, como estrelas supermasivas ou ondas de choque de supernovas. As análises indicaron que o pequeno tamaño das células procarióticas é esencial para un crecemento con éxito en condicións de hipergravidade. Estas investigacións teñen implicacións sobre a factibilidade da panspermia.[16][17]

En 2012, informouse que certos liques podían sobrevivir e tiñan unha grande capacidade de fotosíntetizar nunha simulación de 34 días en condicións similares ás de Marte no Laboratorio de Simulación de Marte (MSL) do Centro do Aerospazo Alemán (DLR).[18][19]

En 2013, científicos franceses financiados pola NASA informaron que, durante un voo espacial na Estación Espacial Internacional, os microbios parecían adaptarse ao ambiente do espazo de xeitos "non observados na Terra" e de maneiras que "podían levar a un incremento no seu crecemento e virulencia".[20]

Exemplos[editar | editar a fonte]

O número de extremófilos está a crecer decote conforme se van descubrindo novos grupos de microbios. Por exemplo, hai vida microbiana no lago de asfalto líquido, Pitch Lake da illa caribeña de Trinidad. Os investigadores indicaron que os extremófilos que habitan o lago de asfalto forman poboacións de entre 106 a 107 células/gramo.[21][22] Igualmente, ata hai pouco non se coñecían microbios con tolerancia ao boro, pero descubriuse unha bacteria fortemente tolerante ao boro chamada Bacillus boroniphilus.[23]

Aplicacións industriais[editar | editar a fonte]

A catalase termoalcalifílica é un encima que inicia a rotura do peróxido de hidróxeno en oxíxeno e auga, que foi illado da especie Thermus brockianus, atopada no Parque Nacional de Yellowstone. Esta catalase funciona entre os 30°C e os 94°C de temperatura e a pHs entre 6 e 10. Esta catalase é extremadamente estable comparada con outras catalases a altas temperaturas e pHs. Nun estudo comparativo, a catalase de T. brockianus tiña unha vida media de 15 días a 80°C e pH 10, mentres que a catalase do fungo Aspergillus niger tiña unha vida media de só 15 segundos nas mesmas condicións. Esta catalase pode ter aplicacións na eliminación do peróxido de hidróxeno en procesos industriais como o branqueamento do papel e pasta de papel, branqueamento téxtil, pasteurización do leite, e descontaminación de superficies para o empaquetamento de alimentos.[24]

Os encimas que actúan sobre o ADN como a ADN polimerase Taq e algúns encimas de Bacillus utilizados en diagnósticos clínicos e licuefacción de amidóns son producidos comercialmente por varias compañías de biotecnoloxía.[25] A Taq polimerase da bacteria termal Thermus aquaticus utilízase na reacción en cadea da polimerase, xa que funciona ás altas temperaturas utilizadas nesa técnica.

Transferencia de ADN[editar | editar a fonte]

Unha 65 especies procarióticas poden de forma natural realizar a transformación xenética, a capacidade de transferir ADN dunha célula a outra, o cal vai seguido da integración do ADN do doante no cromosoma do receptor.[26] Varios extremófilos poden levar a cabo unha transferencia de ADN específica de especie, como se describe despois. Porén, non está aínda claro se esta capacidade é moi común entre os extremófilos.

A bacteria Deinococcus radiodurans é un dos organismos máis radiorresistentes coñecidos. Esta bacteria pode tamén sobrevivir ao frío, deshidratación, baleiro e ácidos, polo que é un poliextremófilo. D. radiodurans é competente para realizar transformacións xenéticas.[27] As células receptoras poden reparar os danos no ADN en ADN transformante doante que foi irradiado con luz ultravioleta de xeito tan eficiente como reparan o seu ADN celular cando as propias células son irradiadas. As bacterias termofílicas extremas Thermus thermophilus e outras especies de Thermus poden tamén realizar transformacións xenéticas.[28]

Halobacterium volcanii é unha arquea halófila extrema capaz de realizar tamén transformacións xenéticas naturais. Fórmanse pontes citoplasmáticas entre as células que parece que se usan para a transferencia de ADN dunha célula a outra en ambas as direccións.[29]

Sulfolobus solfataricus e Sulfolobus acidocaldarius son arqueas hipertermófilas. A exposición destes organismos a axentes que danan o ADN, como a luz UV ou certos axentes químicos induce unha agregación celular específica de especie.[30][31] Posteriormente prodúcese un intercambio de ADN e a reparación do ADN danado co ADN doante.[31][30] [31] Van Wolferen et al.[32] consideraron que este proceso de intercambio de ADN pode ser fundamental en condicións nas que se producen danos no ADN como as altas temperaturas, e pode considerarse que é unha forma incipiente de diferenciación e interacción sexual, que favorece a reparación por recombinación homóloga do ADN.[33]

As vesículas de membrana extracelulares poden estar implicadas na transferencia de ADN entre diferentes especies de arqueas hipertermófilas.[34] Por medio destas vesículas poden transferirse plásmidos[35] e xenomas virais,[34] o que pode favorecer a transferencia horizontal de plásmidos, como a observada entre as hipertermófilas Thermococcus e Methanocaldococcus.[36]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Rampelotto, P. H. (2010). Resistance of microorganisms to extreme environmental conditions and its contribution to Astrobiology. Sustainability, 2, 1602-1623.
  2. Rothschild, L.J.; Mancinelli, R.L. Life in extreme environments. Nature 2001, 409, 1092-1101
  3. "Mars Exploration - Press kit" (PDF). NASA. June 2003. http://marsrovers.jpl.nasa.gov/newsroom/merlaunch.pdf. Consultado o 14 July 2009.
  4. BBC Staff (23 August 2011). "Impacts 'more likely' to have spread life from Earth". BBC. http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-14637109. Consultado o 24 August 2011.
  5. Gorman, James (6 February 2013). "Bacteria Found Deep Under Antarctic Ice, Scientists Say". New York Times. http://www.nytimes.com/2013/02/07/science/living-bacteria-found-deep-under-antarctic-ice-scientists-say.html. Consultado o 6 February 2013.
  6. 6,0 6,1 6,2 Choi, Charles Q. (17 March 2013). "Microbes Thrive in Deepest Spot on Earth". LiveScience. http://www.livescience.com/27954-microbes-mariana-trench.html. Consultado o 17 March 2013.
  7. Glud, Ronnie; Wenzhöfer, Frank; Middleboe, Mathias; Oguri, Kazumasa; Turnewitsch, Robert; Canfield, Donald E.; Kitazato, Hiroshi (17 March 2013). "High rates of microbial carbon turnover in sediments in the deepest oceanic trench on Earth". Nature Geoscience. Bibcode 2013NatGe...6..284G. DOI:10.1038/ngeo1773. http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo1773.html. Consultado o 17 March 2013.
  8. Oskin, Becky (14 March 2013). "Intraterrestrials: Life Thrives in Ocean Floor". LiveScience. http://www.livescience.com/27899-ocean-subsurface-ecosystem-found.html. Consultado o 17 March 2013.
  9. Thermococcus barophilus sp. nov., a new barophilic and hyperthermophilic archaeon isolated under high hydrostatic pressure from a deep-sea hydrothermal vent. IJSEM, p. 351-359, 49, 1999.
  10. Cavicchioli, R. & Thomas, T. 2000. Extremophiles. In: J. Lederberg. (ed.) Encyclopedia of Microbiology, Second Edition, Vol. 2, pp. 317–337. Academic Press, San Diego.
  11. "Studies refute arsenic bug claim". BBC News. 9 July 2012. http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-18770964. Consultado o 10 July 2012.
  12. Patrick Kiefer, Bodo Hattendorf, Detlef Gunter, Julia Vorholt., Tobias J. Erb (8 July 2012). "GFAJ-1 Is an Arsenate-Resistant, Phosphate-Dependent Organism". Science. doi 10.1126/science.1218455 10.1126/science.1218455. http://www.sciencemag.org/content/early/2012/07/06/science.1218455. Consultado o 10 July 2012.
  13. Sunita Sinha, Joshua Rabinowitz, Leonid Kruglyak, Rosemary Redfield, Marshall Louis Reaves (8 July 2012). "Absence of Detectable Arsenate in DNA from Arsenate-Grown GFAJ-1 Cells". Science. doi 10.1126/science.1219861 10.1126/science.1219861 . http://www.sciencemag.org/content/early/2012/07/06/science.1219861. Consultado o 10 July 2012.
  14. Dworkin, Martin; Falkow, Stanley (13 July 2006). The Prokaryotes: Vol. 1: Symbiotic Associations, Biotechnology, Applied Microbiology. Springer. p. 94. ISBN 978-0-387-25476-0. http://books.google.com/books?id=hqh43LFTGBQC&pg=PA94.
  15. Spaceward bound Namibia - Fact sheet. Extemophiles and the Search for Life on Mars [1]
  16. Than, Ker (25 April 2011). "Bacteria Grow Under 400,000 Times Earth's Gravity". National Geographic- Daily News. National Geographic Society. http://news.nationalgeographic.com/news/2011/04/110425-gravity-extreme-bacteria-e-coli-alien-life-space-science/. Consultado o 28 April 2011.
  17. Deguchi, Shigeru; Hirokazu Shimoshige, Mikiko Tsudome, Sada-atsu Mukai, Robert W. Corkery, Susumu Ito, and Koki Horikoshi (2011). "Microbial growth at hyperaccelerations up to 403,627 xg". Proceedings of the National Academy of Sciences 108 (19): 7997. Bibcode 2011PNAS..108.7997D. DOI:10.1073/pnas.1018027108. http://www.pnas.org/content/early/2011/04/20/1018027108.abstract. Consultado o 28 April 2011.
  18. Baldwin, Emily (26 April 2012). "Lichen survives harsh Mars environment". Skymania News. http://www.skymania.com/wp/2012/04/lichen-survives-harsh-martian-setting.html. Consultado o 27 April 2012.
  19. de Vera, J.-P.; Kohler, Ulrich (26 April 2012). "The adaptation potential of extremophiles to Martian surface conditions and its implication for the habitability of Mars". European Geosciences Union. http://media.egu2012.eu/media/filer_public/2012/04/05/10_solarsystem_devera.pdf. Consultado o 27 April 2012.
  20. Tengra FK et al. (29 April 2013). "Spaceflight Promotes Biofilm Formation by Pseudomonas aeruginosa". PLOS ONE 8 (4): e6237. Bibcode 2013PLoSO...862437K. DOI:10.1371/journal.pone.0062437. http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0062437. Consultado o 5 July 2013.
  21. Microbial Life Found in Hydrocarbon Lake. the physics arXiv blog 15 April 2010.
  22. Schulze-Makuch, Haque, Antonio, Ali, Hosein, Song, Yang, Zaikova, Beckles, Guinan, Lehto, Hallam. Microbial Life in a Liquid Asphalt Desert.
  23. A novel highly boron tolerant bacterium, Bacillus boroniphilus sp. nov., isolated from soil, that requires boron for its growth. Extremophiles Vol. 11, p. 217-224.
  24. "Bioenergy and Industrial Microbiology". U.S. Department of Energy. https://inlportal.inl.gov/portal/server.pt/community/idaho_national_laboratory_biological_systems/352/bioenergy_and_industrial_microbiology/2660. Consultado o 3 February 2014.
  25. Anitori, RP (editor) (2012). Extremophiles: Microbiology and Biotechnology. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-98-1.
  26. Johnsborg O, Eldholm V, Håvarstein LS. (2007). Natural genetic transformation: prevalence, mechanisms and function. Res Microbiol 158(10):767-78. Review. PMID 17997281
  27. Moseley BE, Setlow JK. (1968). Transformation in Micrococcus radiodurans and the ultraviolet sensitivity of its transforming DNA. Proc Natl Acad Sci U S A 61(1):176-83. PMID 5303325 PMCID: PMC285920
  28. Koyama Y, Hoshino T, Tomizuka N, Furukawa K. (1986). Genetic transformation of the extreme thermophile Thermus thermophilus and of other Thermus spp. J Bacteriol. 166(1):338-40. PMID 3957870
  29. Rosenshine I, Tchelet R, Mevarech M. (1989). The mechanism of DNA transfer in the mating system of an archaebacterium. Science 245(4924):1387-9. PMID 2818746
  30. 30,0 30,1 Fröls S, Ajon M, Wagner M, Teichmann D, Zolghadr B, Folea M, Boekema EJ, Driessen AJ, Schleper C, Albers SV. (2008). UV-inducible cellular aggregation of the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus is mediated by pili formation. Mol Microbiol 70(4):938-52. doi: 10.1111/j.1365-2958.2008.06459.x. PMID 18990182
  31. 31,0 31,1 31,2 Ajon M, Fröls S, van Wolferen M, Stoecker K, Teichmann D, Driessen AJ, Grogan DW, Albers SV, Schleper C. (2011). UV-inducible DNA exchange in hyperthermophilic archaea mediated by type IV pili. Mol Microbiol 82(4):807-17. doi: 10.1111/j.1365-2958.2011.07861.x. PMID 21999488
  32. van Wolferen M, Ajon M, Driessen AJ, Albers SV. (2013). How hyperthermophiles adapt to change their lives: DNA exchange in extreme conditions. Extremophiles 17(4):545-63. doi: 10.1007/s00792-013-0552-6. PMID 23712907
  33. Bernstein H and Bernstein C (2013). Evolutionary Origin and Adaptive Function of Meiosis, Meiosis, Dr. Carol Bernstein (Ed.), ISBN 978-953-51-1197-9, InTech, http://www.intechopen.com/books/meiosis/evolutionary-origin-and-adaptive-function-of-meiosis
  34. 34,0 34,1 Gaudin M, Krupovic M, Marguet E, Gauliard E, Cvirkaite-Krupovic V, Le Cam E, Oberto J, Forterre P (2014). "Extracellular membrane vesicles harbouring viral genomes". Environ Microbiol. DOI:10.1111/1462-2920.12235. PMID 24034793.
  35. Gaudin M, Gauliard E, Schouten S, Houel-Renault L, Lenormand P, Marguet E, Forterre P. (2013). "Hyperthermophilic archaea produce membrane vesicles that can transfer DNA". Environ Microbiol Rep 5 (1): 109–16. PMID 23757139.
  36. Krupovic M, Gonnet M, Hania WB, Forterre P, Erauso G (2013). "Insights into dynamics of mobile genetic elements in hyperthermophilic environments from five new Thermococcus plasmids". PLoS One 8 (1): e49044. DOI:10.1371/journal.pone.0049044. PMC 3543421. PMID 23326305. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=3543421.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Outras lecturas[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]