Termofiil: kõrgetel temperatuuridel elav organism — definitsioon ja näited

Termofiil: mis on kõrgetel temperatuuridel elavad organismid — definitsioon ja näited (arheoidid, kuumad allikad, Yellowstone, hüdrotermilised luugid, kompost).

Termofiil on organism, mis elab suhteliselt kõrgetel temperatuuridel — tavaliselt nii, et nende kasvuks ja paljunemiseks sobivad temperatuurid on oluliselt kõrgemad kui enamikel maismaalistel mikroobidel. Termofiilide elutemperatuuride vahemik ulatub ligikaudu 40–120 °C (104–248 °F), kusjuures enamik „tavalisi“ termofiilidest eelistab 45–80 °C ja äärmuslikud hüdrotermilised vormid (nn hüpertermofiilid) kasvavad üle 80 °C. Paljud termofiilid kuuluvad arheoidide hulka, kuid termofiilseid eubaktereid leidub samuti — mõned neist võivad olla sarnased Maa varajaste eluvormidega.

Optima ja klassifikatsioon

Termofiile saab liigitada kasvutemperatuuri järgi:

• Termofiilid — optimaalselt kasvavad tavaliselt ~45–80 °C.
• Hüpertermofiilid — optimaalsed temperatuurid tavaliselt >80 °C; mõned suudavad kasvada kuni ~122 °C.
• Thermotolerandid — võivad taluda kõrgeid temperatuure, kuid eelistavad madalamaid kasvutemperatuure.

Kohastumused kõrgete temperatuuride talumiseks

Termofiilide ellujäämine kõrgetel temperatuuridel nõuab mitmekülgseid molekulaarseid ja rakulisi kohastumisi:

• Stabiilsemad valgud: termofiilide ensüümid on tihti paremini seotud, neil on tugevamad ioonilised sidemed ja rohkem hüdrofoobseid interaktsioone, mis vähendavad denaturatsiooni.
• DNA stabiliseerimine: paljudel arheoididel on eripärased ensüümid, näiteks reverse gyrase, mis aitavad hoida DNA topoloogiat ja takistavad lahtikeeramist kuumuses.
• Membrani eripära: termofiilsete arheote lipiidid on sageli eetriliste sidemetega ja võivad moodustada monokihi, mis on kuumakindlam kui bakteritel ja eukarüootidel tavaliselt leiduva kaksikkihiga fosfolipiidmembran.
• Abistavad valgud: niinimetatud chaperoninid ja kuumushokiproteiinid aitavad valgustruktuure säilitada ja taastada pärast lühiajalist kuumutamist.
• Metaboolsed kohastumised: mõnel termofiilil on spetsiaalsed metaboolsed rajad (nt kemolitotroofid süvamere luukudes), mis kasutavad kuumuse ja keemiliste ainete energiat.

Elupaigad ja näited

Termofiilid leiduvad Maa pinnal eri tüüpi kuumades keskkondades, eriti geotermiliselt aktiivsetes piirkondades. Tüüpilised elupaigad on:

• Kuumad allikad, näiteks geotermilised basseinid ja mineraalsoolased veekogud.
• Kohti nagu Yellowstone'i rahvuspark, kus termofiilseid mikroobe on nähtav värviliste täppidena kuumavee basseinides.
• Süvamere hüdrotermilised luugid, kus elavad mitu kemolitroofset arheoidide ja bakterite liiki, mis kasutavad sulfiide ja muid vähendatud ühendeid energia saamiseks.
• Lagunevate taimsete ainete soojenedes — näiteks turbasood ja kompost võivad kuumus ja mikroobne aktiivsus tekitada temperatuure, kus termofiilid osalevad lagundamises.
• Lisaks leitakse termofiilseid mikroobe ka nafta- ja gaasireservuaarides ning teatud tööstuslikes protsessides (nt bioreaktorites).

Levinud näited termofiilsetest rühmadest ja liikidest:

• Thermus aquaticus — kuulus Taq-polümeraasi allika tõttu, mis on stabiilne kõrgetel temperatuuridel ja kasutusel PCR-tehnoloogias.
• Sulfolobus (arheote perekond) — paljud liigid on happe- ja termofiilsed, elavad haprades kuumavees allikates.
• Pyrococcus ja Thermococcus — hüpertermofiilsed arheod süvamere luukudes ja kuumadel allikatel.
• Thermotoga ja Aquifex — termofiilsed bakterid, kes kasutavad erinevaid ainevahetusstrateegiaid kuumas keskkonnas.

Ökoloogiline ja praktiline tähtsus

Termofiilid osalevad olulistes ökoloogilistes protsessides, näiteks orgaanilise aine lagundamises ekstreme keskkondades ja keemiliste elementide tsüklites sügavmeres. Nende ensüümid on väärtuslikud biotehnoloogias ja tööstuses, kuna need töötavad efektiivselt kõrgetel temperatuuridel — tuntuim näide on Taq-polümeraas PCR-reaktsioonides. Termofiilide uurimine aitab ka mõista elu võimekust äärmuslikes tingimustes ning annab vihjeid Maa elu varajase ajaloole ja võimalikele eluvormidele muudel taevakehadel.

Pange tähele: termofiilide täpne temperatuurivahemik ja kohastumus võivad liigiti erineda — mõned on obligaatsed termofiilid (kasvavad ainult kõrgematel temperatuuridel), teised aga suudavad taluda ka jahedamaid tingimusi.

Otsing