<< HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 4. DEO/1
prvi deo o ekstremofilima
Habitabilnost ekstrasolarnih planeta - S A D R Ž A J
EKSTREMOFILI U NEHABITABILNIM USLOVIMA EGZOPLANETA /2
KSEROFILI su organizmi koji su prilagođeni okolini siromašnoj vodom. Takvi organizmi žive, na primer u Atakama pustinji u Južnoj Americi. Kod ovih organizama je transpiracija veoma niska, tako da životinja može da preživi duže vremena u suvim predelima. Insekti imaju debelu kutikulu (zaštitni sloj na telu koji ih štiti od isušivanja), gmizavci imaju oklopni pancer, a puževi čvrste kućice sa pokrivačem Ptice i crvi uzimaju vodu iz svojih ekskremenata – resorpcija.
SLIKA 36 Kserofil
Kserofili postoje takođe i među biljkama koje rastu u suvim predelima. Primer su razne vrste kaktusa koje su sposobne da akumuliraju vodu u svojim ćelijama.
SLIKA 37
LITOAUTOTROFI su mikrobi koji dobijaju energiju iz smanjenih jedinjenja mineralnog porekla. Oni su takođe hemolitoautotrofi. Litoautotrofi su isključivo mikrobi, jer makrofauna ne poseduje sposobnost korištenja mineralnih izvora energije. Litotrofska bakterija koristi anorganske molekule kao izvor energije putem anorganske oksidacije. Pojam litotrof se sastoji od dve reči “litos” - stena i “trofos” - potrošač, što bukvalno znači – onaj koji jede stene.
SLIKA 38 Litoautotrofske bakterije
Pošto su odgovorni za oslobađenje mnogih ključnih hranljivih materija, a učestvuju u formiranju zemljišta, litoautotrofi igraju ključnu ulogu u održavanju života na Zemlji. Oni su odgovorni za fenomen poznat kao kisela drenaža mina, čime se metaboliše energetski bogat pirit prisutan u rudniku, gde je izložen sulfatima koji formiraju potencijalno korozivnu sumpornu kiselinu. Kiselina drenaže drastično menja kiselost i hemiju podzemnih voda i potoka i može da ugrozi biljnu i životinjsku populaciju.
METALTOLERANTI su ekstremofili koji su sposobni da prežive u okolinama sa visokom koncentracijom rastvora teških metala. Oni mogu da se nađu u okruženjima koja sadrže arsen, kadmijum, bakar i cink.
SLIKA 39 Metaltolerantne bakterije
Metaltoleranti se prilagođavaju svojoj okolini kroz smanjenje gubitka energije, tako što smanjuju izbacivanje sekreta. Pre kratkog vremena je otkrivena metaltolerantna bakterija koja raste na zlatu i tako producira zlatne bakterije (na slici iznad).
METANOFILI - METANOTROFI su organizmi koji su prilagođeni životu u sredinama sa visokom koncentracijom metana. To su prokarioti koji mogu da metabolizuju metan, kao jedini izvor ugljenika i energije. Mogu da rastu aerobno ili anaerobno, a za preživljavanje im je potrebno monokarbonsko jedinjenje. Pod aerobnim uslovima, oni kombinuju kiseonik i metan formirajući formaldehid, koji se zatim ugrađuje u organska jedinjenja, preko serinskog puta ili ribuloze monofosfata.
SLIKA 40 Metanski crv
METANOGEN je organizam koji proizvodi metan iz reakcije vodonika i ugljen dioksida. Istraživanja u morskim sredinama su otkrila da metan može da bude oksidiran i anaerobno u kompleksu oksidacije metana sulfatno reducirajucih bakterija. Error! Hyperlink reference not valid. se uglavnom javlja u morskim sedimentima bez kiseonika. Tačan mehanizam oksidacije metana pod anaerobnim uslovima je i dalje tema naučnih rasprava, ali najšire prihvaćena teorija je da bakterije arahea koriste obrnuti put metanogeneze. za proizvodnju ugljendioksida i drugih, nepoznatih supstanci. Ovaj nepoznati međuprodukt zatim koriste bakterije koje reduciraju sulfate da bi iz tog procesa dobili energiju.
SLIKA 41 Bakterija koja prerađuje metan
Nedavno je identifikovana nova bakterija koja ima sposobnost anaerobne oksidacije metana u redukciji nitrita, bez potrebe za sintrofskim partnerom. Na osnovu tih proučavanja, vjeruje se da ova bakterija korišćenjem internog kiseonika anaerobno oksidira metan iz azotoksida u azot i kiseonik.
OLIGOTROFI su organizmi koji su prilagođeni okolinama siromašnim hranljivim materijama. Zbog toga oni veoma sporo rastu i njihov metabolizam je usporen. Populacija ovog ekstremofila je veoma mala. Oligotorfi naseljavaju dubokookeanske sedimente, pećine, glacijalna područja, nalaze se duboko ispod zemlje, ispod vodenih tokova, i odronjenog zemljista.
SLIKA 42 Oligotorfi
OSMOFILI rastu slično kao halofili u habitatima sa niskom količinom vode. Faktor koji omogućava njihov rast je visoka koncentracija šećera. To je faktor koji ograničava rast mnogih mikroorganizama, ali osmofili se štite od visokog osmotičkog pritiska sintezom osmoprotektanta, kao što su alkoholi i aminokiseline. Skoro svi osmofilni organizmi su u suštini kvasci.
SLIKA 43 Osmofili
POLIEKSTREMOFILI su organizmi koji su prilagođeni vise vrsta “neprijateljskih” okolina. Nematodi se kotiraju visoko na svim listana ekstremofila, jer su prilagođeni da žive bilo gde od Atarktika do Severne Afrike. U predelima Antarktika, oni produciraju antifriz (glicerol) u krvi. Takođe se Antarktička riba ponaša na ovaj način.
SLIKA 44 Antarktička riba
Antarktičke ribe su primer adaptivne radijacije, jer kroz jednu vrstu nastaju nebrojene nove vrste koje su se adaptirale životnoj okolini i korišćenju raspoloživih izvora i ekoloških „džepova“. Geografska izolacija i nepostojanje prirodnih neprijatelja omogućavaju njihov razvoj.
PSIHROFILI su organizmi koji su se prilagodili životu na niskim temperaturama. Najbolje se osećaju na temperaturama između -5°C i +20°C. Psihrofilne bakterije optimalno rastu na temperaturi od 15 °C. Temperature ispod nule veoma dobro podnose, ali na njima ne mogu vise da rastu.
Psihrofilni organizmi često mogu da se nađu u brdovitim predelima kao što su Alpi i polarnim predelima, na Arktiku i Antarktiku. Tamo su zarobljeni u ledu i žive u sitnim tečnim filmovima koji su jedva malo veći, nego oni sami. Poznati psihrofili su snežne alge koje boje sneg ili površine glečera u leto zelenom ili crvenom bojom (krvavi sneg)
SLIKA 45
RADIOFILI su organizmi koji podnose veoma visoke doze jonizovanog zračenja. To su gljive koje su primećene na razorenom atomskom reaktoru u Černobilu kao crna obloga na zidovima reaktora. Ove gljive koriste pigment melanin za pretvaranje gama zračenja u hemijsku energiju za rast. Organizmi otporni na jonizujuće zračenje se definišu kao organizmi za koje je doza jonizovanog zračenja potrebna da rastu, veća od 1000 greja. Za poređenje, medicinska doza zračenja koja se koristi kod lečenja tumora se kreće između 20 i 80 greja, u zavisnosti od terapije i telesne mase pacijenta. Kod zdrave osobe, od količine zračenja 1 do 1,5 greja u celom telu, nastupa stanje akutne bolesti označenosti, kada se menja krvna slika i koštana srž biva oštećena. Kod označenosti jačine 5 greja, dolazi do simptoma u stomačnom traktu, kao što su mučnina, povraćanje, diareja, do neuroloških poremećaja, pa čak i nesvesti.
SLIKA 46 Gljive koje rastu u Černobilu
Radiorezistenca je iznenađujuće visoka u mnogim organizmima, nasuprot ranije vladajućim mišljenjima. Na primer, proučavanje životne sredine, životinja i biljaka u oblasti oko Černobila posle katastrofe, je otkrilo neočekivan opstanak mnogih vrsta i to bez deformacije, iako je nivo radijacije veoma visok. Brazilska studija Minas Gerais rudnika koji ima visok nivo prirodne radijacije i važi kao depozit uranijuma, takođe je pokazala rezistentnost mnogih insekata, crva i biljaka.
SLIKA 47 Još jedna vrsta gljiva koja raste u okolini Černobila i hrani se radijacijom
Tokom proučavanja radiorezistentnih ekstremofila, otkrivena je takozvana “Konan-bakterija” - Deinococcus radiodurans. Ona je najotpornije živo biće na planeti Zemlji. Kiseline, ekstremne hladnoće ili vrele temperature, vakuum, dugački sušni periodi, ništa od toga joj ne smeta. Posebno je upečatljiva njena otpornost na radioaktivna zračenja, gde podnosi označenost i do 10.000 greja. Za čoveka su 6 greja smrtonosni.
SLIKA 48 Konan – super bakterija
Kakav to biološki mehanizam poseduje ova neobična crvenkasta bakterija, je pitanje na koje naučnici već jako dugo vremena pokušavaju da nađu odgovor. Kao prvo, ova bakterija ima veoma jaku ćelijsku membranu, koja je štiti od ultravioletnog zračenja. Međutim, to nije sve. Ovaj mikroorganizam poseduje specijalne mehanizme regeneracije kako bi vanredno brzo bio u stanju da reparira svoju DNA ako bi, na primer, radioaktivnim zračenjem, došlo do pucanja. To znaci, bakterija poseduje praktično neuništivu DNA. Repariranje se vrsi putem raznih enzima koji kako hromozome, tako i DNA u najkraćem roku ponovo dovedu u normalno stanje.
SLIKA 49 Konan bakterije
Zanimljiv je način na koji ova bakterija vrsi reparaturu svoje DNA. Ona koristi dvostruki proces autoreparature. Postoje četiri do deset kopija genoma. Oni se koriste kao primerak za drugi proces reparature, koji moguće greške prvog procesa koriguju. Nešto slično je posmatrano samo još kod muških spermatozoida, koji poseduje sličnu DNA-strukturu kao zaštitu od radioaktivnog zračenja.
SLIKA 50 Deinococcus radiodurans
Tako se postavlja pitanje, kako je moguće da se jedna bakterija razvila u pravcu – kvazi besmrtnosti, a koje naučnici nemaju odgovor. Ova bakterija može da se nađe svuda, u ekskrementima lame I slonova, na ribama ili patkama, u radioaktivnom otpadu, u antarktičkim suvim nizijama, na svim mogućim mestima nepogodnim za život, ali i u „ekološkim džepovima“, u kružnim tokovima voda koje hlade atomski reaktor ili u crevima čoveka.
TERMOFILI i HIPERTERMOFILI su organizmi koji su se prilagodili životu na visokim temperaturama. Termofili na 45°C do 80°C, a hipertermofili na preko 80°C. Za mnoge termofile je idealna temperatura preko 70°C i oni žive u vrelim izvorima i gejzerima. Neke termofilne gljive kao štoje Chaetomium thermophilum, naseljavaju kompost u kojima zbog procesa raspadanja, vlada temperatura od 45°C. Takođe i mnoge životinje koje žive u pustinjama mogu da budu termofilne.
SLIKA 51 Bakterija chaetomium thermophilum
U dubinama mora postoje oblasti sa vulkanskom aktivnošću. Na tim mestima, zbog magme i visokog hidrostatičnog pritiska, temperatura prevazilazi 100°C, ali uprkos tome poseduje bogatu populaciju organizama. Jedan od njih je archaea strain 121, koja čak i na temperaturi od 121°C svoju populaciju svakih 24 časa udvostručava, dok bakterija methanopyrus kandleri i na 122°C može da raste.
SLIKA 52
Na hidrotermalnim izvorima živi takozvani, pompejski crv, koji se prilagodio temperaturama do 80°C. Njegova veličina dostiže 10-13 cm i ima na svom telu simbiotičke bakterije koje ga snabdevaju hranljivim materijama. Za uzvrat, crv hladi bakterije i omogućava im preživljavanje na, za njih normalnim, temperaturama.
SLIKA 53 Pompejski crv
Istraživanja su pokazala, da enzimi termofila ne pokazuju dramatične razlike u odnosu na njihove manje tolerantne rođake. Izgleda da pri sličnoj strukturi, povišen broj jonskih veza i ostalih elemenata za održavanje strukture između pojedinih komponenti enzima, utiču na neobičnu stabilnost. Oni mogu da spreče zagrevanje na 60 stepeni ili da ga bar odlože. Međutim, nisu samo enzimi termofila rezistentni na toplotu. Takođe i nasledna supstanca i metabolizam bi pod normalnim uslovima bili osetljivi na toplotu. Ali, mikrobi uz pomoć još nepoznatog mehanizma, uspevaju da zaštite, pre svega RNK, od toplotnih udara.
SLIKA 54 Hipertermofilne gljivice
Takođe postoje i gljivice koje odolevaju temperaturama višim od 80°C. Naučnici si pronašli da hipertermofili poseduju specijalan enzim koji je otporan na toplotu i koji DNK navodi na to da se presloži u strukturu koja odoleva toplini. Uprkos tome da su naučnici uspeli da dobiju uvid u svojstva metabolizama termofila, najveći broj mehanizama koje ovi mikroorganizmi osposobljavaju na prilagođavanje, još uvek nisu razjašnjeni.
SLIKA 55 Hipertermofilna bakterija Sulfolobus acidicaldariou
Pretpostavlja se da se apsolutna gornja granica za živo biće bilo koje vrste, nalazi negde oko 150°C, jer se na visim temperaturama, DNK (nosilac naslednih informacija), veoma brzo raspada putem hidrolize, pa bi sistem za reparaturu DNK bio preopterećen na tim temperaturama. Međutim prema današnjim saznanjima, ne može se isključiti ni da postoje ultratermofilni organizmi. Za sada su oni samo hipotetički, ali u blizini nekih vrelih vodenih izvora čija temperatura prelazi 350°C, nađene su kolonije Pyrolobus fumarii koji su se adaptirali na ove toplotne uslove i preživljavaju visoku toplotu. Ukoliko okolna temperatura spadne na ispod 90°C, ovi organizmi prestanu da rastu, jer im je previše hladno.
SLIKA 56 Pyrolobus fumarii
Do danas je poznato preko 50 vrsta hipertermofila i stalno se otkrivaju nove vrste sa još adaptivnijim mehanizmima. Izgleda da gornja granica visine temperature ipak ne postoji, jer je prilagodljivost organizama veća od svih nepovoljnih uslova koji postoje. To znaci da je postojanje života i na planetama koje su blizu svojoj zvezdi moguće, makar u mikrobnom obliku.
TOKSITOLERANTI su organizmi koji odolevaju otrovima ili zračenju. Oni mogu čak da prežive i u vodi zasićenoj benzolom ili u vodi za hlađenje atomskog reaktora. Tolerancija organizama (To) se meri od To1, što označava ekstremno osetljive organizme, do To9, štooznačava veoma visoku toleranciju. Postoje vrste paprati i algi koje su toksitolerantne i mogu da uspevaju u uslovima koji su za druge biljke otrovni.
SLIKA 57 Toksitolerantna zelena alga: Chlamydomonas reinhardtii
“SVEMIRCI”
Osim već testiranih dugoživaca u svemiru, postoje i drugi ekstremofili mogu da egzistiraju i u svemirskim uslovima, kao na primer, organizmi koji su pronađeni na krpi kojom su ruski astronauti čistili spoljašnje prozore svog modula i za koje se još uvek čeka na izveštaj Ruskih naučnika o kakvim organizmima se radi. Ćelije cijanobakterije zarobljene u slojevima želatinoznog materijala su fotosintetska, gramnegativna bića koja prečišćavaju azot. Ovi jednoćelijski organizmi su sposobni da prežive u ekstremnim uslovima u svemiru. Nedavna istraživanja na ekstremofilima u Japanu, sprovedena su pod uslovima ekstremnog gravitativnog pritiska. Bakterije koje su gajene, stavljene su u ultracentrifugu pri brzinama koje odgovaraju 400 puta većoj gravitaciji nego na zemlji.
SLIKA 58 Parakokus dentrifikantis
Jedna od prisutnih vrsta bakterija je bila i parakokus dentrifikantis, koja je zbog svog robusnog prokariotskog celularnog zida bez problema preživela ovaj eksperiment. Analize su pokazale da je veličina prokariotskih ćelija od esencijalne važnosti za uspešan rast pod hipergravitacijom. Takođe su naučnici pravili laboratorijske eksperimente sa bakterijama pod uslovima koji vladaju na Marsu i ispitali su fotosintetičku adaptaciju u roku od 34 dana. Rezultati eksperimenta su označeni kao uspešni.
<< HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 4. DEO/1
prvi deo o ekstremofilima
HABITABILNOST EKSTRATERESTRIJALNIH PLANETA – 4. DEO/3 >>
treći deo o ekstremofilima
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
