Бактерии живущие в горячих источниках. Живут ли бактерии в горячих источниках? Статистические и динамические характеристики популяций

Высокие температуры вредны почти для всего живого. Повышения температуры среды до +50 °С оказывается вполне достаточно, чтобы вызвать угнетение и гибель самых разнообразных организмов. Не приходится говорить о более высоких температурах.

Пределом распространения жизни считается температурная отметка +100 °С, при которой происходит денатурация белка, то есть разрушение структуры белковых молекул. В течение длительного периода считалось, что в природе нет таких существ, которые бы спокойно переносили температуры в интервале от 50 до 100 °С. Однако последние открытия ученых говорят об обратном.

Сначала были открыты бактерии, приспособленные к жизни в горячих источниках с температурой воды до +90 ºС. В 1983 году произошло другое крупное научное открытие. Группа американских биологов проводила изучение находящихся на дне Тихого океана источников термальных вод, насыщенных металлами.

Похожие на усеченные конусы черные курильщики находятся на глубине 2000 м. Их высота равна 70 м, а диаметр основания равен 200 м. Впервые курильщики были открыты у Галапагосских островов.

Расположенные на большой глубине, эти «черные курильщики», как их называют геологи, активно вбирают в себя воду. Здесь она разогревается за счет тепла, идущего от глубинного раскаленного вещества Земли, и принимает температуру более +200 °С.

Вода в источниках не кипит только потому, что находится под большим давлением и обогащается металлами из недр планеты. Над «черными курильщиками » возвышается столб воды. Создаваемое здесь, на глубине порядка 2000 м (и даже много большей) давление равно 265 атм. При столь высоком давлении не закипают даже минерализованные воды некоторых источников, имеющие температуру до +350 °С.

В результате смешения с океанской водой термальные воды сравнительно быстро остывают, но обнаруженные американцами на этих глубинах бактерии стараются держаться от остывшей воды подальше. Удивительные микроорганизмы приспособились питаться минеральными веществами в тех водах, которые нагреты до +250 °С. Более низкие температуры действуют на микробов угнетающе. Уже в воде с температурой порядка +80 °С бактерии, хотя и сохраняют жизнеспособность, но перестают размножаться.

Ученые не знают точно, в чем секрет фантастической выносливости этих крохотных живых существ, которые легко переносят нагрев до температуры плавления олова.

Форма тела бактерий, населяющих черных курильщиков, неправильная. Часто организмы снабжены длинными выростами. Бактерии поглощают серу, превращая ее в органику. Погонофоры и вестиментиферы образовали симбиоз с ними, чтобы поедать эту органику.

Тщательные биохимические исследования позволили выявить наличие защитного механизма в бактериальных клетках. Молекула вещества наследственности ДНК, на которой хранится генетическая информация, у ряда видов обволакивается слоем белка, поглощающего избыточную теплоту.

Сама ДНК включает в себя аномально высокое содержание пар гуанин-цитозин. У всех прочих живых существ на нашей планете число этих объединений внутри ДНК гораздо меньше. Оказывается, связь между гуанином и цитозином очень сложно разрушить путем нагревания.

Поэтому большинство таких соединений просто служит цели упрочнения молекулы и только потом цели кодирования генетической информации.

Аминокислоты служат составными частями молекул белка, в которых удерживаются благодаря особым химическим связям. Если сравнить белки глубоководных бактерий с аналогичными по перечисленным выше параметрам белками других живых организмов, то выяснится, что за счет дополнительных аминокислот в белках высокотемпературных микробов имеются дополнительные связи.

Но специалисты уверены, что секрет бактерий вовсе не в этом. Нагрева клеток в пределах +100 - 120º С вполне достаточно, чтобы повредить ДНК, защищенную перечисленными химическими приспособлениями. Это означает, что внутри бактерий должны иметься и другие способы избежать разрушения их клеток. Белок, из которого состоят микроскопические жители термальных источников, включает в себя особые частицы - аминокислоты такого вида, которые не встречаются больше ни у одного другого существа, обитающего на Земле.

Особую защиту имеют молекулы белков бактериальных клеток, обладающие специальными защитными (укрепляющими) компонентами. Необычно устроены липиды, то есть жиры и жироподобные вещества. Их молекулы представляют собой объединенные цепочки атомов. Химический анализ липидов высокотемпературных бактерий показал, что в этих организмах липидные цепочки переплетаются между собой, что служит дополнительному укреплению молекул.

Впрочем, данные анализов можно понимать и по-другому, поэтому гипотеза о переплетенных цепочках пока остается недоказанной. Но и даже в том случае, если принять ее за аксиому, этим невозможно полностью объяснить механизмы адаптации к температурам порядка +200 °С.

Более высокоразвитые живые существа не смогли достичь успехов микроорганизмов, однако зоологам известно немало беспозвоночных и даже рыб, адаптировавшихся к жизни в термальных водах.

Среди беспозвоночных необходимо назвать в первую очередь разнообразных пещерных жителей, населяющих водоемы, подпитываемые грунтовыми водами, которые нагреваются подземным теплом. Это в большинстве случаев мельчайшие одноклеточные водоросли и всевозможные ракообразные.

Представитель равноногих ракообразных термосферома термальная относится к семейству сфероматид. Он обитает в одном горячем источнике в Соккоро (штат Нью-Мексико, США). Длина рачка составляет всего лишь 0,5-1 см. Передвигается он по дну источника и имеет одну пару антенн, предназначенных для ориентации в пространстве.

Пещерные рыбы, приспособленные к жизни в термальных источниках, переносят температуру до +40 °С. Среди этих существ наиболее примечательны некоторые карпозубообразные, населяющие подземные воды Северной Америки. Среди видов этой обширной группы выделяется кипринодон макулярис.

Это один из редчайших животных Земли. Небольшая популяция этих крохотных рыбок живет в горячем источнике, имеющем глубину всего 50 см. Данный источник находится внутри Дьявольской пещеры в Долине смерти (Калифорния), одном из наиболее засушливых и знойных мест на планете.

Близкая родственница кипринодонов слепоглазка не приспособилась к жизни в термальных источниках, хотя и населяет подземные воды карстовых пещер в том же географическом районе в пределах Соединенных Штатов. Слепоглазка и родственные ей виды выделены в семейство слепоглазковых, тогда как кипринодоны причислены к обособленному семейству карпозубых.

В отличие от прочих полупрозрачных или молочно-кремовых по расцветке пещерных обитателей, в том числе и прочих карпозубообразных, кипринодоны окрашены в ярко-синий цвет. В прежние времена эти рыбки водились в нескольких источниках и могли свободно перемещаться по грунтовым водам из одного водоема в другой.

Местные жители в XIX веке не раз наблюдали, как в лужах, возникавших в результате заполнения подземными водами колеи от колеса повозки, поселялись кипринодоны. Кстати, и по сей день остается неясным, как и зачем эти красивые рыбки пробирались вместе с подземной влагой сквозь слой рыхлой почвы.

Однако эта загадка не главная. Непонятно, как рыбы могут выдерживать температуру воды до +50 °С. Как бы то ни было, именно странное и необъяснимое приспособление помогло кипринодонам выжить. Эти существа появились в Северной Америке более 1 млн лет назад. С началом оледенения вымерли все карпозубообразные, кроме тех, кто освоил подземные воды, включая и термальные.

Почти все виды семейства стеназеллид, представленного мелкими (не более 2 см) равноногими ракообразными, живут в термальных водах с температурой не ниже +20 С.

Когда ледник ушел, а климат в Калифорнии стал более засушливым, в пещерных источниках на протяжении 50 тыс. лет сохранялись почти неизменными температура, соленость и даже количество корма - водорослей. Поэтому рыбки, не меняясь, спокойно пережили здесь доисторические катаклизмы. Сегодня все виды пещерных кипринодонов охраняются законом в интересах науки.

Экстремофилы - это организмы, которые живут и процветают в местах обитания, где жизнь невозможна для большинства других организмов. Суффикс (-фил) в переводе с греческого означает любовь. Экстремофилы «любят» обитать в экстремальных условиях. Они обладают способностью выдерживать такие состояния, как высокая радиация, высокое или низкое давление, высокий или низкий уровень pH, отсутствие света, сильная жара или холод и экстремальная засуха.

Большинство экстремофилов - это микроорганизмы, такие как , и . Более крупные организмы, такие как черви, лягушки, насекомые и , также могут жить в экстремальных местах обитания. Существуют различные классы экстремофилов, основанные на типе среды, в которой они процветают. Вот некоторые из них:

• Ацидофил - организм, который процветает в кислой среде с уровнем pH3 и ниже.
• Алкалифил - организм, который процветает в щелочных средах с уровнем pH9 и выше.
• Барофил - организм, который живет в условиях высокого давления, таких как глубоководные места обитания.
• Галофил - организм, который живет в местах обитания с чрезвычайно высокой концентрацией соли.
• Гипертермофил - организм, который процветает в средах с чрезвычайно высокими температурами (от 80° до 122° C).
• Психрофил/криофил - организм, который живет в экстремально холодных условиях и низких температурах (от -20° до +10° C).
• Радиорезистентные организмы - организм, который процветает в условиях с высоким уровнем радиации, включая ультрафиолетовое и ядерное излучение.
• Ксерофил - организм, который живет в экстремально сухих условиях.

Тихоходки

Тихоходки или водные медведи могут переносить несколько типов экстремальных условий. Они живут в горячих источниках, антарктическом льду, а также в глубоких средах, на горных вершинах и даже в . Тихоходки обычно встречаются в лишайниках и мхах. Они питаются растительными клетками и крошечными беспозвоночными, такими как нематоды и коловратки. Водные медведи размножаются , хотя некоторые размножатся через партеногенез.

Тихоходки могут выживать в различных экстремальных условиях, потому что они способны временно приостанавливать обмен веществ, когда условия не пригодны для выживания. Этот процесс называется криптобиозом и позволяет водным медведям войти в состояние, которое позволит им выжить в условиях экстремальной засушливости, нехватки кислорода, сильного холода, низкого давления и высокой токсичности или радиации. Тихоходки могут оставаться в этом состоянии в течение нескольких лет и выходить из него, когда окружающая среда становится пригодной для жизни.

Артемия (Artemia salina )

Артемия - вид небольших ракообразных, которые способны жить в условиях с чрезвычайно высокой концентрацией соли. Эти экстремофилы обитают в соленых озерах, соляных болотах, морях и скалистых берегах. Их основным источником пищи являются зеленые водоросли. Артемии имеют жабры, которые помогают им выжить в соленой среде, поглощая и выделяя ионы, а также продуцируя концентрированную мочу. Как тихоходки, артемии размножаются половым и бесполым путем (через партеногенез).

Бактерии хеликобактер пилори (Helicobacter pylori )

Helicobacter pylori - бактерия, живущая в крайне кислой среде желудка. Эти бактерии выделяют ферментную уреазу, нейтрализующую соляную кислоту. Известно, что другие бактерии не способны выдержать кислотность желудка. Helicobacter pylori являются спиральными бактериями, которые могут зарываться в стенку желудка и вызывать язвы или даже рак желудка у людей. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC), у большинства людей мира есть эти бактерии в желудке, но они, как правило, редко вызывают заболевания.

Цианобактерии Gloeocapsa

Gloeocapsa - род цианобактерий, которые обычно живут на мокрых породах скалистых берегов. Эти бактерии содержат хлорофилл и способны к . Клетки Gloeocapsa окружены студенистыми оболочками, которые могут быть ярко окрашенными или бесцветными. Ученые обнаружили, что они способны выжить в космосе в течение полутора лет. Образцы горных пород, содержащие Gloeocapsa , были размещены снаружи Международной космической станции, и эти микроорганизмы смогли выдержать экстремальные условия космоса, такие как колебания температур, вакуумное воздействие и радиационное облучение.

На первый взгляд, может показаться, что бактерии в горячих источниках не живут. Однако, природа убедительно доказывает, что это не так.

Всем известно, что при температуре 100 градусов по Цельсию кипит вода . Еще совсем недавно люди считали, что при этой температуре не выживает абсолютно ничего. Ученые так думали до тех пор, как на дне Тихого океана, в горячих источниках, не нашли неизведанных наукой бактерий. Они чувствуют себя великолепно при температуре 250 градусов!

На большой глубине вода не превращается в пар, а остается просто водой, потому, что там большая глубина и большое давление. В воде такой температуры находится много химических веществ, которыми и питаются упомянутые выше бактерии. Непонятно, как живые существа прижились при такой температуре, но они там привыкли жить так, что если их вывести на температуру, которая ниже 80 градусов по Цельсию, для них она будет холодной.

Как оказалось – не предел для жизни бактерий - температура 250 градусов. В том же Тихом океане обнаружили очень горячий источник, вода в котором достигает 400 градусов. Даже в таких условиях проживают не только множество бактерий, но и некоторые черви, а также несколько видов моллюсков.

Всем известно, что когда появилась Земля (это было очень много миллионов лет назад), то она была обычным раскаленным шаром. На протяжении веков люди считали, что на нашей планете жизнь появилась, когда Земля остыла. И также считалось, что на иных планетах, на которых большая температура, не может существовать жизнь. Наверное, ученым теперь придется пересмотреть свои взгляды по отношению к этому факту.

.(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-е изд., исправл. - М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)

Смотреть что такое "ТЕРМОФИЛЬНЫЕ ОРГАНИЗМЫ" в других словарях:

- (термо... гр. phileo люблю) термофилы организмы (преимущ. микроскопические), могущие жить при относительно высоких температурах (до 70); естественным местообитанием их являются различные горячие источники и термальные воды ср. криофильные… … Словарь иностранных слов русского языка

- (от термо (См. Термо...)... и греч. philéo люблю) термофилы, организмы, обитающие при температуре, превышающей 45 °С (гибельной для большинства живых существ). Таковы некоторые рыбы, представители различных беспозвоночных (червей,… … Большая советская энциклопедия

- … Википедия

Организмы Научная классификация Классификация: Организмы Надцарства Ядерные Безъядерные Организм (позднелат. organismus от позднелатинского organizo … Википедия

Низшие организмы, как и все живые существа вообще, могут жить лишь при точно определенных внешних условиях их существования, т. е. условий среды, в которой они живут, причем для каждого внешнего фактора, для температуры, давления, влажности и пр …

Так называются бактерии, обладающие способностью развиваться при температурах выше 55 60° С. Микель (Miquel) первый нашел и выделил из воды Сены неподвижного бацилла, способного жить и размножаться при температуре в 70° С. Ван Тигем (Van Tieghem) … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Организмы Научная классификация Классификация: Организмы Надцарства Ядерные Безъядерные Организм (позднелат. organismus от позднелатинского organizo … Википедия - См. также: Крупнейшие организмы Мельчайшие организмы это все представители бактерий, животных, растений и других организмов, встречающиеся на Земле, которые обладают минимальными значениями в своих классах (отрядах) по таким параметрам, как … Википедия

Сегодня, 6 октября, отмечается Всемирный день охраны мест обитаний животных. В честь этого праздника предлагаем вам подборку из 5 животных, которые избрали своим домом места с самыми экстремальными условиями.

Живые организмы распространены по всей нашей планете, и многие из них обитают в местах с экстремальными условиями. Таких организмов называют экстремофилами. К ним относятся бактерии, археи и лишь немногие животные. О последних мы рассказываем в этой статье. 1. Помпейские черви . Эти глубоководные многощетинковые черви, не превышающие 13 см в длину, – одни из самых устойчивых к высоким температурам животных. Поэтому не удивительно, что обнаружить их можно исключительно на гидротермальных источниках на дне океанов (), из которых поступает высокоминерализованная горячая вода. Так, впервые колония помпейских червей была обнаружена в начале 1980-х годов на гидротермальных источниках в Тихом океане близ Галапагосских островов, а позднее, в 1997 году, – недалеко от Коста-Рики и снова на гидротермальных источниках.

Обычно помпейский червь размещает свое тело в трубообразных структурах черных курильщиков, где температура достигает 80°C, а свою голову с перьеобразными образованиями он высовывает наружу, где температура более низкая (около 22°C). Ученые давно стремятся понять, как помпейскому червю удается выдерживать такие экстремальные температуры. Исследования показали, что в этом ему помогают особые бактерии, которые образуют на спине червя слой толщиной до 1 см, напоминающий шерстяное покрывало. Находясь в симбиотических отношениях, черви выделяют слизь из крошечных желез на спине, которой кормятся бактерии, а последние в свою очередь изолируют тело животного от высоких температур. Считается, что эти бактерии обладают специальными белками, делающими возможной защиту червей и самих бактерий от высоких температур. 2. Гусеница Gynaephora . В Гренландии и Канаде обитает мотылек Gynaephora groenlandica, известный своей способностью выдерживать крайне низкую температуру. Так, обитая в холодном климате, гусеницы G. groenlandica, находясь в спячке, могут переносить температуру до -70° C! Это становится возможным благодаря соединениям (глицерин и бетаин), которые гусеницы начинают синтезировать в конце лета, когда температура понижается. Эти вещества предотвращают образование кристалликов льда в клетках животного и тем самым позволяют ему не замерзнуть насмерть.

Однако это не единственная особенность вида. Если для превращения из яиц во взрослую особь мотылькам большинства других видов требуется около месяца, развитие G. groenlandica может занять от 7 до 14 лет! Столь медленный рост Gynaephora groenlandica объясняется экстремальными условиями окружающей среды, в которых насекомому приходится развиваться. Интересно, что большую часть своей жизни гусеницы Gynaephora groenlandica проводят именно в спячке, а остальное время (около 5% своей жизни) они посвящают поеданию растительности, например, почек арктической ивы. 3. Нефтяные мухи . Это единственные из известных науке насекомых, которые могут жить в сырой нефти и питаться ей. Этот вид впервые был обнаружен на ранчо Ла-Брея в Калифорнии, где находится несколько битумных озер.

Авторы: Michael S. Caterino & Cristina Sandoval. Как известно, нефть является весьма токсичным веществом для большинства животных. Однако, будучи личинками, нефтяные мухи плавают вблизи нефтяной поверхности и дышат через особые дыхальца, которые выступают над нефтяной пленкой. Мухи поедают большое количество нефти, но главным образом насекомых, которые попадают в неё. Иногда кишечник мух бывает полностью заполнен нефтью. До сих пор учеными не описано брачное поведение этих мух, а также то, где они откладывают яйца. Тем не менее предполагается, что это происходит не внутри нефтяного бассейна.

Битумное озеро на ранчо Ла-Брея в Калифорнии. Интересно, что температура нефти в бассейне может достигать 38°C, однако личинки легко переносят эти изменения. 4. Артемии . Расположенное в северо-западной части американского штата Юта Большое Соленое озеро обладает соленостью, достигающей 270 промилле (для сравнения: самое соленое море Мирового океана - Красное море - имеет соленость только 41 промилле). Крайне высокая соленость водоема делает его непригодным для жизни всех живых существ в нем, кроме личинок мух-береговушек, некоторых водорослей и артемий – крошечных ракообразных.

Последние, к слову, обитают не только в этом озере, но и в других водоемах, соленость которых не ниже 60 промилле. Эта особенность позволяет артемии избежать сожительства с большинством видов хищников, таких как рыбы. Эти ракообразные обладают сегментированным телом с широким листоподобным придатком на конце, и обычно не превышают 12 миллиметров в длину. Их широко используют в качестве корма для аквариумных рыб, а также разводят в аквариумах. 5. Тихоходки . Эти крошечные создания, не превышающие 1 миллиметра в длину, - самые устойчивые к высоким температурам животные. Они обитают в разных местах планеты. Например, их находили в горячих источниках, где температура достигала 100°C, и на вершине Гималаев, под слоем толстого льда, где температура была гораздо ниже нуля. А вскоре удалось выяснить, что эти животные способны не только переносить экстремальные температуры, но и обходиться без пищи и воды более 10 лет!

Ученые выяснили, что в этом им помогает способность приостанавливать свой метаболизм, входя в состояние криптобиоза, когда химические процессы в организме животного приближаются к нулевому уровню. В этом состоянии содержание воды в организме тихоходки может упасть до 1%! А кроме того, способность обходиться без воды во многом зависит от высокого уровня особого вещества в организме этого животного - невосстанавливающегося сахара трегалозы, который защищает мембраны от разрушения. Интересно, что, несмотря на то что тихоходки способны жить в местах с экстремальными условиями, многие виды можно найти в более мягкой среде, например, в озерах, прудах или на лугах. Тихоходки наиболее распространены во влажной среде, во мхах и лишайниках.