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¿Cuál es el organismo más tolerante al calor?

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¿Cuál es el organismo más tolerante al calor (o amante del calor - hipertermófilo) identificado hasta ahora? ¿Qué adaptaciones tiene este organismo para soportar temperaturas tan altas?


Methanopyrus kandleri ha podido crecer y proliferar a temperaturas de hasta 122 ° C cuando están por debajo de los 20 atm (Takai et. al. 2008). Esto se logró en el laboratorio, pero la teoría debería ser cierta para los respiraderos térmicos de aguas profundas. Otra cepa de M. kandleri sobrevivió a la incubación a 130 ° C, sin embargo, no pudo reproducirse a esta temperatura.

Una de las adaptaciones clave para los termófilos es la selección hacia una copia extremadamente termoestable de la enzima ADN polimerasa. Esto permite la replicación del ADN a altas temperaturas y es similar a la polimerasa 'Taq' utilizada en la reacción en cadena del polímero en los laboratorios, derivada de otro termófilo, Thermus aquaticus.


Referencias

  • Takai K, Nakamura K, Toki T, Tsunogai U, Miyazaki M, Miyazaki J, Hirayama H, Nakagawa S, Nunoura T, Horikoshi K. 2008. Proliferación celular a 122 ° C y producción de CH4 isotópicamente pesada por un metanógeno hipertermófilo bajo cultivo a alta presión. PNAS 105: 10949-10954.

Yo agregaría que bioquímicamente hablando, los animales y microorganismos de los respiraderos térmicos tienden a tener un mayor contenido de GC en sus genomas, lo que los hace más termoestables.

Todas las proteínas están adaptadas para trabajar a temperaturas más altas. Hay un mayor número de puentes salinos y enlaces de hidrógeno específicos en las proteínas para estabilizarlas: más argininas, más ácidos glutámicos, etc. Si bien esta referencia dice que la cisteína es menos común, imagino que cualquier cosa que no esté en un ambiente reductor tendrá más enlaces disulfuro - p. ej. para proteínas en la superficie celular.

Los respiraderos de aguas profundas sulfurosos tenderían a reducirse, al igual que el interior de la celda, pero tal vez en el caso de los extemófilos de manantiales de agua caliente dulce este sea el caso.

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


¿Y el fuego? Un incendio de pasto en la pradera o un incendio forestal genera temperaturas superiores a las mencionadas aquí y, sin embargo, muchos organismos, en su mayoría plantas, necesitan fuego para permitir que las semillas se abran y germinen. Sé que el fuego es una situación de corta duración, pero, no obstante, es extrema. La corteza del roble, por ejemplo, es bastante resistente al fuego.


¿Cuál es el organismo más tolerante al calor? - biología

Producida por Jim Deacon
Instituto de Biología Celular y Molecular, Universidad de Edimburgo


Rangos de temperatura de microorganismos

Los microorganismos se pueden agrupar en categorías amplias (pero no muy precisas), de acuerdo con sus rangos de temperatura de crecimiento.

  • Psicrófilos (amantes del frío) pueden crecer a 0 o C, y algunas incluso tan bajas como -10 o C, su límite superior suele ser de unos 25 o C.
  • Mesófilos crecen en el rango de temperatura moderada, desde aproximadamente 20 o C (o menos) hasta 45 o C.
  • Termófilos son amantes del calor, con una temperatura de crecimiento óptima de 50 o más, un máximo de hasta 70 o C o más, y un mínimo de unos 20 o C.
  • Hipertermófilos tienen un óptimo por encima de los 75 o C y por tanto pueden crecer a las temperaturas más altas toleradas por cualquier organismo. Un ejemplo extremo es el género Pyrodictium, que se encuentra en áreas del lecho marino calentadas geotérmicamente. Tiene una temperatura mínima de 82 o, óptima de 105 o y máximo de crecimiento de 110 o C.

Debe destacarse que los rangos de temperatura para los grupos anteriores son solo aproximados. Por ejemplo, usaríamos diferentes criterios para clasificar procariotas y eucariotas. El límite superior de temperatura para el crecimiento de cualquier organismo eucariota termófilo es aproximadamente 62-65 o C. Y el límite superior para cualquier eucariota fotosintético es aproximadamente 57 o - para el alga roja Caldarium de Cyanidium, que crece alrededor de fuentes termales y tiene una temperatura óptima de 45 o C. En contraste con esto, algunas cianobacterias unicelulares pueden crecer hasta 75 o C, y algunos procariotas no fotosintéticos pueden crecer a 100 o C o más.

A continuación, consideramos dos tipos principales de termófilos: los microbios que crecen en sitios geotérmicos y los que crecen en materiales que se calientan a sí mismos, como los composts. Sin embargo, algunos informes muy recientes sugieren que estos diferentes tipos de ambiente pueden compartir algunos organismos comunes.

El estudio de ambientes extremos tiene un potencial biotecnológico considerable. Por ejemplo, las dos especies termofílicas Thermus aquaticus y Thermococcus litoralis se utilizan como fuentes de la enzima ADN polimerasa, Para el reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en huellas dactilares de ADN, etc. Las enzimas de estos organismos son estables a temperaturas relativamente altas, lo cual es necesario para el proceso de PCR que involucra ciclos de calentamiento para romper los enlaces de hidrógeno en el ADN y dejar hebras simples que se pueden copiar repetidamente. Otro termófilo Bacillus stearothermophilus (temperatura máxima de 75 o C) se ha cultivado comercialmente para obtener las enzimas utilizadas en los detergentes en polvo "biológicos".

Las fuentes termales y los respiraderos geotérmicos se encuentran en varias partes del mundo, pero la concentración más grande se encuentra en el Parque Nacional Yellowstone, EE. UU. Las imágenes a continuación muestran cómo algunos procariotas termófilos (bacterias y arqueas) están especialmente adaptados para crecer en estos entornos. En cada caso encontramos una zonificación de microorganismos según su temperatura óptima. A menudo, estos organismos están coloreados debido a la presencia de pigmentos fotosintéticos (azul verdoso de cianobacterias, rojo de alga roja o bacterias moradas) o pigmentos carotenoides (amarillos y marrones de algunas arqueas).

MT Madigan, JM Martinko y J Parker (1997) Biología Brock de microorganismos. Octava edición .. Prentice Hall. (ver http://www.prenhall.com/brock/)

MT Madigan & amp BL Marrs (1997) Ambientes de castigo: Extremófilos. Científico americano número 4 (http://www.sciam.com/0497issue/0497marrs.html)

M.W.W. Adams y R.M. Kelly. (1995) Enzimas aisladas de microorganismos que crecen en ambientes extremos. Noticias de química e ingeniería 73, 32-42.

Extremófilos. Número especial de la Federación de Sociedades Microbiológicas Europeas (FEMS) Revisiones de microbiología 18, Nos. 2-3 de mayo de 1996.

K. O.Stetter (1996) Hipertermófilos en la historia de la vida. en Evolución de los ecosistemas hidrotermales en la Tierra (¿y Marte?). Editado por GR Bock & amp JA Goode. John Wiley & amp Sons.

Un abono consiste en cualquier materia orgánica fácilmente degradable que se guarda en un montón con suficientes nutrientes minerales (por ejemplo, nitrógeno) y suficiente aireación para permitir un rápido crecimiento microbiano. El ejemplo más conocido es el montón de compost del jardín, pero los ejemplos más importantes son las plantas de compostaje que se utilizan para procesar los desechos municipales y los composts que se utilizan para la producción comercial de hongos.

El proceso típico de compostaje se ilustra en Figura mi debajo. Hay una fase inicial de rápido crecimiento microbiano (a) sobre los azúcares y aminoácidos más fácilmente disponibles. Esta fase la inician los organismos mesófilos, que generan calor mediante su metabolismo y elevan la temperatura hasta un punto en el que se suprimen sus propias actividades. Luego, algunos hongos termófilos (p. Ej. Rhizomucor pusillus, Figura F) y varias bacterias termófilas (p. ej. Bacillus stearothermophilus) Continuar el proceso, elevando la temperatura del material a 70-80 o C en unos pocos días. Esta calentamiento pico faseB) tiene un efecto profundo sobre la población microbiana, porque destruye o inactiva todos los organismos mesófilos (y los hongos termófilos iniciales como Rhizomucor pusillus) y conduce a una fase prolongada de alta temperatura que favorece a otras especies termófilas.

Figura E. Cambios en la temperatura (línea continua) y poblaciones de hongos mesófilos (línea discontinua) y hongos termófilos (línea punteada) en un compost de paja de trigo. Basado en datos de Chang & amp Hudson, 1967. El eje de la izquierda muestra las poblaciones de hongos (logaritmo de unidades formadoras de colonias por gramo de abono en placa sobre agar) el eje de la derecha muestra la temperatura en el centro del abono. Etapas a-D se mencionan en el texto.

Finalmente, la temperatura desciende y los organismos mesófilos recolonizan el compost y desplazan a los termófilos (D en la Fig. E). Sin embargo, algunas especies tolerantes al calor como Aspergillus fumigatus puede seguir creciendo. Este hongo puede crecer a temperaturas que oscilan entre los 12 o hasta los 52-55 o aproximadamente. Estrictamente hablando, no es un termófilo porque su temperatura óptima está por debajo de los 50 o, pero es un miembro muy común e importante de la comunidad del compost de alta temperatura.

Todos los hongos termófilos que se muestran a continuación se obtuvieron colocando pequeñas partículas de compost de jardín en agar de patata-dextosa que contiene agentes antibacterianos (estreptomicina más clortetraciclina) a 45 o C.

Figura F. Rhizomucor pusillus. Colonia típica de color gris en una placa de agar patata-dextrosa a 45 o C (imagen de la izquierda). Este hongo produce abundantes hifas aéreas y tallos con esporas (esporangióforos) que están ramificados (imágenes central y derecha) y tienen esporangios en las puntas de las ramas. Las delicadas paredes esporádicas se rompen para liberar numerosas esporas, dejando solo una región bulbosa central (la columela, C) y restos de la pared esporangial (punta de flecha en la imagen de la derecha).

Con un rango de temperatura de 20-55 o C, este hongo es un colonizador temprano típico de composts, explotando azúcares simples, aminoácidos, etc. que están presentes inicialmente en el material vegetal. Se inactiva durante el pico de calentamiento y no vuelve a colonizar después.

Figura G. Humicola (o Thermomyces) lanuginoso. Colonias que crecen en agar papa-dextrosa (arriba a la izquierda) y agar con extracto de malta (arriba a la derecha) a 45 o C. Este hongo produce esporas simples mediante un proceso de hinchamiento en forma de globo en las puntas de las ramas cortas de las hifas (abajo, izquierda). En la madurez (abajo a la derecha), las esporas tienen paredes ornamentadas de color marrón.

H. lanuginosus Crece de 30 a 52-55 o C. Es extremadamente común en todo tipo de material autocalentable y también en nidos de aves y suelos calentados por el sol. Coloniza el compost después del calentamiento máximo y persiste durante la fase de alta temperatura. Sin embargo, no puede degradar la celulosa y parece vivir como un comensal con especies que descomponen la celulosa, compartiendo algunos de los azúcares liberados de las paredes celulares de las plantas por sus actividades celulolíticas.


Figura H. Thermoascus aurantiacus colonia (izquierda) que crece en agar extracto de malta a 45 o C. El color marrón anaranjado es causado por la presencia de muchos cuerpos fructíferos pequeños (alrededor de 1 milímetro) (ascocarpos), que se ven con un aumento mayor (arriba a la derecha). Estos ascocarpos son cuerpos cerrados, denominados cleistotecia, que contiene muchos asci, cada una con 8 ascosporas. La cleistotecia y las paredes de ascus se rompen en la madurez para liberar las ascosporas. Cuatro asci que contienen ascosporas se muestran en la imagen compuesta en la parte inferior derecha. Fueron liberados cuando se aplastó un cleistotecio en un portaobjetos y muestran ascosporas en varias etapas de madurez: las esporas marrones están casi maduras.

Este hongo crece desde aproximadamente 25 a 55 o C y es un vigoroso degradador de celulosa.

Figura I. Paecilomyces especies que crecen en agar extracto de malta a 45 o C (imagen izquierda). El color amarillo-beige de la colonia es causado por la presencia de estructuras esporosas asexuales en las hifas aéreas. Las etapas de sporing del género. Paecilomyces (imagen de la derecha) se parecen superficialmente a los de Penicillium, porque las esporas (conidios, c) se forman a partir de células en forma de matraz (fialides, p) que nacen en las puntas de estructuras ramificadas cortas en forma de cepillo. Pero el patrón de ramificación de estos "cepillos" es menos regular que en Penicillium .

Figura J. Aspergillus fumigatus. Este hongo común de los composts y el grano mohoso tiene un color verde grisáceo en las placas de agar (imagen de la izquierda), en contraste con el color verde más brillante de varios otros Aspergilo especies. La típica etapa de esporación asexual de Aspergilo consiste en una hifa con esporas (conidióforo, imagen central) que se hincha en una vesícula en la punta, y la vesícula tiene células en forma de matraz (fialidas) que producen las esporas (conidios). En A. fumigatus la vesícula típicamente tiene forma de maza, las fialidas surgen solo de la parte superior de la vesícula y todas las fialidas apuntan hacia arriba. Junto con el color gris verdoso y el rango de temperatura de aproximadamente 12-52 o C, estas características distinguen A. fumigatus de todos los demás Aspergilo especies.

A. fumigatus es un hongo extremadamente común, interesante y peligroso debido a su oportunismo nutricional. Es fuertemente celulolítico, pero también puede crecer en los hidrocarburos del queroseno de aviación y puede ingresar a los pulmones como esporas inhaladas, causando alergias o creciendo en las cavidades pulmonares, causando aspergilomas (ver Microorganismos en el aire). Su capacidad para crecer fácilmente a 37 o C ha hecho de este hongo un problema importante en los quirófanos, donde puede establecer infecciones de los órganos internos a través de heridas quirúrgicas, especialmente durante la cirugía de trasplante cuando el sistema inmunológico del paciente está inhibido.

Aunque los hongos termófilos juegan un papel importante en la degradación de la celulosa y otros polímeros importantes en los composts, las actividades de las bacterias también son importantes. Dos descubrimientos recientes destacan este punto.

  • En 1996 se informó que los composts de muchos tipos diferentes (desechos de jardín y cocina, lodos de depuradora, sistemas de compostaje industrial) contienen un alto número de bacterias del género Thermus que crecen sobre sustratos orgánicos a temperaturas de 40-80 o C, con un crecimiento óptimo entre 65 y 75 o C. Los números fueron tan altos como 10 7 a 10 10 por gramo de peso seco de compost. Formación de esporas Bacilo También se encontraron especies, pero no pudieron crecer por encima de los 70 o C.Por lo tanto, parece que Thermus Las especies, previamente conocidas sólo en sitios geotérmicos, probablemente se han adaptado al sistema de abono caliente y juegan un papel importante en la fase de pico de calentamiento. [T. Beffa et al., 1996. Microbiología aplicada y ambiental62, 1723-1727].
  • También en 1996, varios autótrofo Se aislaron bacterias (autoalimentadas) de los composts. Estas bacterias que no producen esporas crecieron a 60-80 o C, con óptimos de 70-75 o C, y se parecían mucho Hydrogenobacter cepas que anteriormente solo se conocían de sitios geotérmicos. Obtienen su energía oxidando azufre o hidrógeno y sintetizan su materia orgánica a partir del CO2. [T. Beffa et al., 1996. Archivos de microbiología165, 34-40]

Hay mucho que aprender sobre las interacciones de los microorganismos en los sistemas de compostaje. El trabajo en este campo está impulsado en gran medida por las necesidades comerciales de producir compost para altos rendimientos de hongos (Agaricus especies) y para el procesamiento rápido y eficiente de desechos municipales (domésticos) e industriales.

En contraste con la secuencia típica de compostaje `` natural '' (Figura E), los composts de hongos comerciales se producen mediante un proceso truncado de dos fases, diseñado para minimizar la pérdida de materiales celulósicos que Agaricus puede utilizar para el crecimiento. La fase I implica un calentamiento máximo del compost de paja a 70-80 o C durante varios días. Luego, el compost se pasteuriza a 70 o C y se mantiene a unos 45 o C durante unos días más (Fase II). Finalmente, se baja la temperatura y se inocula el compost con Agaricus. Ambas fases preliminares son esenciales para obtener altos rendimientos de hongos. Un trabajo reciente sugiere que el hongo termófilo Scytalidium thermophilum se vuelve dominante en la fase II y su presencia puede casi duplicar el rendimiento de hongos [G. Straatsma et al., 1995. Revista canadiense de botánica 73, S1019-1024]. La razón de esto aún se desconoce.

Otro trabajo ha demostrado que Agaricus bisporus (el hongo comercial) puede usar bacterias vivas o muertas por calor como su única fuente de nitrógeno para el crecimiento. Como muchos otros miembros del grupo de hongos basidiomycota, este hongo no prospera en fuentes de nitrógeno inorgánico como el amonio o el nitrato, pero utiliza fácilmente nitrógeno orgánico, que puede degradar liberando enzimas proteasas. Por lo tanto, una alta actividad bacteriana inicial en el compost podría proporcionar al hongo su fuente de nitrógeno preferida.


¿Cuál es el organismo más tolerante al calor? - biología

Se puede pensar en la descomposición como un desfile de muchas criaturas diminutas. La forma en que se produce la descomposición en su columna depende de qué bacterias y hongos la habitan, qué ingredientes ha puesto en su interior y factores ambientales como la luz, la temperatura y la humedad.

Los primeros organismos en descomposición que van a trabajar atacan las moléculas de alimentos más disponibles, como azúcares, carbohidratos y proteínas. A medida que crecen, estas primeras bacterias y hongos también cambian el medio ambiente. Por ejemplo, producen calor, cambian el pH y consumen oxígeno. Verá estos cambios en su columna a medida que las partes de la planta se vuelven oscuras y viscosas.

A medida que cambian su propio entorno, estos organismos pueden crear condiciones que favorezcan la competencia de microbios. La definición biológica de sucesión es el reemplazo de un tipo de organismo por otro, a menudo causado por cambios ambientales provocados por el primer organismo.

En su columna de descomposición, por ejemplo, un tipo de bacteria puede florecer, cambiando el pH y aumentando la temperatura de la columna en el proceso. Estas nuevas condiciones pueden ser favorables para un tipo de bacteria más tolerante al calor, que se apoderará de las bacterias originales.

Una columna de descomposición le mostrará el proceso dinámico de descomposición: puede aparecer una extraña pelusa blanca que cubra su columna durante unos días antes de desaparecer repentinamente para ser reemplazada por una pelusa oscura que sube por un lado. Es posible que vea algo naranja y viscoso moviéndose lentamente a lo largo de una ramita podrida. También puede observar vida no microbiana como moscas de la fruta, ácaros y milpiés.

Las bacterias, hongos, algas, protozoos y otros organismos que viven sobre materia muerta o en descomposición se conocen colectivamente como saprófitos.

Los saprófitos a menudo secretan enzimas sobre el material que quieren comer. Las enzimas son bioquímicos, responsables de todo tipo de reacciones químicas, incluida la descomposición de la materia en partes digeribles para los descomponedores. Un tronco desmoronado que yace en el suelo del bosque, por ejemplo, muestra el trabajo de las enzimas producidas por los saprófitos.

Las bacterias son los más numerosos de los descomponedores. Un buen suelo puede tener de 100 a 1000 millones de bacterias por gramo. Es posible que vea las colonias de bacterias como manchas redondas, que van del blanco al crema y al marrón.

Existen muchos tipos de bacterias. Puede identificar un tipo por su olor. Estas bacterias, llamadas actinomicetos, viven en el suelo y son responsables de ese olor fresco y terroso que acompaña al suelo recién arado, o una lluvia de verano tan esperada.

Los hongos pueden aparecer en su columna como una manta difusa de moho que cubre alguna cosa deliciosa en descomposición.Los hongos del moho forman laberintos de hilos diminutos llamados micelio. Si miras de cerca, es posible que veas pequeños puntos a lo largo de los hilos. Estos puntos son cuerpos fructíferos que liberan esporas de hongos. Un moho particularmente común, Rhizopus, tiene una apariencia algodonosa con puntos negros y, a menudo, aparece en el pan, las frutas y otros alimentos.

Los mohos limosos son organismos que se mueven y se alimentan de microorganismos como las bacterias. A menudo son de colores brillantes y tienen la apariencia y la consistencia de un pudín. Los mohos de limo a menudo se mueven hacia la luz, dejando huellas como caracoles y produciendo numerosos cuerpos fructíferos diminutos, algunos parecidos a hongos diminutos.

Las algas pueden aparecer en su columna como un tinte verde en la superficie del suelo o en una ramita húmeda. Probablemente haya visto algas, como Spirogyra, creciendo en las orillas de un río, un lago, o tal vez a los lados de una pecera, o como algas en el océano.

Los protozoos son otro organismo con un papel en el drama de la descomposición. Estos organismos unicelulares, como las amebas, varían mucho en tamaño, forma y manera en que se mueven. Es posible que vea protozoos nadando si mezcla un poco de agua con algún material en descomposición y lo examina con un microscopio. Aunque gran parte de la acción tiene lugar a escala microscópica, la descomposición es un proceso emocionante incluso a simple vista. Al estudiar su columna de descomposición, puede hacerse una idea de la gran diversidad y actividad de la vida microbiana. Las bacterias, los hongos, las algas y los protozoos pueden ser pequeños, pero son responsables de una gran cantidad de cambios.


Nomenclatura binomial

La cultura de nombres (de diferentes organismos) que se practica de manera uniforme en todo el mundo se conoce como nomenclatura binomial.

La nomenclatura binomial consta en gran parte de dos palabras: la primera palabra que comienza con una letra mayúscula y se conoce como género (del organismo) y la segunda palabra que comienza con una letra minúscula y define la especie del organismo.

La nomenclatura binomial debe estar escrita en cursiva y también conocida como nombre científico.

Por ejemplo, la nomenclatura binomial de humano es: Homo sapiens Tigre - Panthera tigrisetc.


¿Qué son los extremófilos? (con imagenes)

Un extremófilo es cualquier microbio que prospera en condiciones extremas de temperatura, presión, salinidad o concentraciones de sustancias químicas hostiles. Muchos extremófilos pertenecen al reino Archaea, también conocido como Archaebacteria, y la mayoría de las Archaebacteria conocidas son extremófilos. También hay extremófilos que se encuentran fuera del reino Archaea, por ejemplo, hay bacterias y procariotas eucariotas que son extremófilos, así como especies de gusanos, crustáceos y krill.

A continuación se muestran diferentes tipos de extremófilos. Algunos extremófilos pueden encajar en más de una categoría:

  • Acidophile: Un organismo con un nivel de pH óptimo en o por debajo de pH 3. & # 13
  • Alcalifilo: organismo con un crecimiento óptimo a niveles de pH de 9 o superiores. & # 13
  • Endolito: un organismo que vive dentro de las rocas. & # 13
  • Halófilo: un organismo que requiere al menos 2 M de NaCl para crecer. & # 13
  • Hipertermófilo: un organismo que puede prosperar a temperaturas entre 80-110 ° C (176-230 ° F). & # 13
  • Hipolito: un organismo que vive dentro de las rocas en los desiertos fríos. & # 13
  • Tolerantes a metales: capaz de tolerar altos niveles de metales pesados, como cobre, cadmio, arsénico y zinc. & # 13
  • Oligotroph: Un organismo capaz de crecer en ambientes nutricionalmente limitados. & # 13
  • Piezofilo: organismo que vive de manera óptima a alta presión hidrostática. & # 13
  • Poliextremófilo: organismo que puede sobrevivir a diferentes condiciones extremas. & # 13
  • Psicrófilo: organismo que puede prosperar a temperaturas de 15 ° C (59 ° F) o inferiores. & # 13
  • Radiorresistente: resistente a altos niveles de radiación ionizante. & # 13
  • Termófilo: un organismo que puede prosperar a temperaturas entre 60-80 ° C (140-176 ° F). & # 13
  • Xerófilo: organismo que puede crecer en entornos con poca actividad hídrica. & # 13

El gusano de Pompeya, un extremófilo, vive en el suelo del océano agrupados junto a los respiraderos hidrotermales. Al vivir a temperaturas de hasta 176 ° F (80 ° C), estos animales son los más tolerantes al calor conocidos por la ciencia, y ni siquiera son unicelulares. Debido a que viven en áreas tan aisladas, muchos extremófilos no se descubrieron hasta la década de 1970.

Quizás el ejemplo más memorable de extremófilo es una bacteria, Streptococcus mitis, que fue encontrado incrustado en la cámara de la sonda lunar Surveyor 3 por los astronautas del Apolo 12. Esta bacteria había sobrevivido en la superficie de la luna durante tres años. Los científicos a veces estudian a los extremófilos como modelos potenciales de cómo podría ser la vida o cómo operaría en otros mundos. & # 13

Michael es un colaborador de AllThingsNature desde hace mucho tiempo que se especializa en temas relacionados con la paleontología, la física, la biología, la astronomía, la química y el futurismo. Además de ser un ávido bloguero, Michael es un apasionado de la investigación con células madre, la medicina regenerativa y las terapias para prolongar la vida. También ha trabajado para la Fundación Matusalén, el Instituto de Singularidad para la Inteligencia Artificial y la Fundación Salvavidas.

Michael es un colaborador de AllThingsNature desde hace mucho tiempo que se especializa en temas relacionados con la paleontología, la física, la biología, la astronomía, la química y el futurismo. Además de ser un ávido bloguero, Michael es un apasionado de la investigación con células madre, la medicina regenerativa y las terapias para prolongar la vida. También ha trabajado para la Methuselah Foundation, el Singularity Institute for Artificial Intelligence y la Lifeboat Foundation.


6 grupos importantes de extremófilos | Microbiología

Los siguientes puntos destacan los seis grupos importantes de extremófilos. Los grupos son: 1. Acidófilos 2. Alcalófilos 3. Halófilos 4. Psicrófilos 5. Termófilos e hipertermófilos 6. Barófilos.

Grupo # 1. Acidophiles:

La mayoría de los ambientes naturales de la tierra son esencialmente neutros, con un pH entre 5 y 9. Solo unas pocas especies microbianas pueden crecer a un pH menor a 2 o mayor a 10. Los microorganismos que viven a pH bajo se denominan acidófilos.

Los hongos como grupo tienden a ser más tolerantes a los ácidos que las bacterias. Muchos hongos crecen de manera óptima a un pH de 5 o menos y algunos crecen bien a un valor de pH tan bajo como 2. Varias especies de Thiobacillus y géneros de arqueas, incluidos Sulfolobus y Thermoplasma, son acidófilos.

Este ferroxidans y Sulfolobus sp. oxida el mineral de sulfuro y produce ácido sulfúrico. El factor más importante para la acidofilia obligada es la membrana citoplasmática de la bacteria y la timidez acidófilas obligatorias, que en realidad disuelve y lisa la pared celular. Esto sugiere que se necesita una alta concentración de iones H + para la estabilidad de la membrana.

El ambiente altamente ácido se forma naturalmente a partir de actividades geoquímicas (como la producción de gases en respiraderos hidrotermales y algunas fuentes termales) y de las actividades metabólicas de ciertos acidófilos ellos mismos. Los acidófilos también se encuentran en los escombros que quedan sobre la minería del carbón. Interesantemente, los extremófilos amantes del ácido no pueden tolerar una gran acidez dentro de sus células, donde destruiría el ADN.

Sobreviven manteniendo el ácido fuera. Pero las moléculas defensivas brindan esta protección al igual que otras que entran en contacto con el medio ambiente deben poder operar en extrema acidez. De hecho, las extremozimas (sus enzimas que proporcionan adaptabilidad) son capaces de trabajar a un pH por debajo de uno, más ácido que incluso el vinagre o el jugo del estómago. Estas enzimas se han aislado de la pared celular y la membrana celular subyacente de algunos acidófilos.

(i) Fisiología:

Los acidófilos obligados tienen un pH óptimo para el crecimiento que permanece extremadamente bajo (1 a 4). Para proteger las enzimas intracelulares y otros componentes de un pH bajo a medio, los órganos y los timidez mantienen un gran gradiente de pH a través de la membrana tímida. Formas especiales de lip & shyids están presentes en su mem & shybrane que pueden minimizar la fuga de H + por el valor del pH.

Por ejemplo, se ha informado que la presencia de ciertos ácidos grasos y tímidos proporciona adaptaciones especiales para el crecimiento y la supervivencia a un pH extremadamente bajo. Los acidófilos mantienen el pH citoplasmático alrededor de 6.5. En estos organismos, el pH permanece generalmente 1-2, que es más bajo en comparación con los neutrófilos y los alcaloofilos.

En los acidófilos, el pH se compensa con un potencial eléctrico interno positivo que es opuesto al presente en los neutrófilos. El potencial eléctrico inverso se genera mediante la absorción de K + electrogénico que permite a las células extruir más H + y así mantener el pH interno.

(ii) Adaptación molecular:

El factor más crítico de la acidofilia obligada se encuentra en la membrana citoplasmática. Cuando el pH se eleva a neutralidad, la membrana citoplasmática de las bacterias acidófilas obligadas se disuelve y las células se lisan. Se sugiere que se requiere una alta concentración de iones de hidrógeno para la estabilidad de la membrana que permite que las bacterias sobrevivan.

(iii) Aplicaciones:

Las posibles aplicaciones de las extremozimas tolerantes a los ácidos van desde catalizadores para la síntesis de compuestos en soluciones ácidas hasta aditivos para piensos destinados a trabajar en el estómago de los animales.

Cuando se agregan al alimento, las enzimas mejoran la digestibilidad de los granos costosos, evitando así la necesidad de alimentos más costosos. Las proteínas de rusticianina de acidófilos ayudan en la estabilidad ácida. La expresión de genes heterogéneos de resistencia al arsénico en Thiobacillus ferrooxidans oxidante de hierro se ha establecido como un enfoque biotecnológico de biorremediación.

Grupo # 2. Alcalophiles:

Los alcaloofílicos viven en suelos cargados de carbonato y en lagos de soda, como los que se encuentran en el Valle del Rift de África y el oeste de los Estados Unidos. La primera bacteria alcalófila se informó en el año 1968.

La mayoría de los procariotas alcalófilos estudiados han sido bacterias aeróbicas no marinas y se ha informado como Bacillus spp. Krulwich y Guffanti (1989) los separaron en dos categorías amplias: organismos tolerantes a los álcalis (pH 7,0-9,0) (que no pueden crecer por encima de pH 9,5) y organismos alcalófilos (pH 10,0-12,0).

La mayoría de los organismos alcalófilos son aerobios o anaerobios facultativos. Algunos alcalophiles son Bacillus alkalophilus, B.firmus RAB, Bacillus sp. No. 8-1 y Bacillus sp. No. C-125 que portan flagelos y por lo tanto son móviles. La motilidad inducida por los flagelos se considera mediante una fuerza motriz del sodio (smf) en lugar de la fuerza motriz del protón (pmf).

Son móviles a pH 9-10,5 pero no se observa movilidad a pH 8. La bacteria alcalófila reductora de índigo (Bacillus sp.) Aislada de la bola de índigo se utilizó para mejorar el proceso de fermentación del índigo. Su pared celular contiene compuestos ácidos de composición similar a los peptidoglicanos.

(I) Fisiología:

La superficie celular de los alcalophiles puede mantener el pH intracelular neutro en un ambiente alcalino de pH 10-13. La concentración recomendada de NaOH para la fermentación a gran escala es del 5,2%, según el organismo. El pH debe permanecer 8.5-11. Los iones de sodio (Na +) son necesarios para el crecimiento, la esporulación y también para la germinación. La presencia de iones de sodio en el entorno circundante ha demostrado ser esencial para el transporte eficaz de solutos a través de las membranas.

En el sistema de transporte de membrana de iones Na +, el H + se intercambia con Na + por el sistema anti-puerto Na + / H +, generando así una fuerza motriz de sodio (smf). Esto impulsa el sustrato acompañado de iones Na + al interior de la célula.

La incorporación de α-aminobutirato (AIB) aumentó dos veces a medida que el pH externo cambia de 7 a 9, y la presencia de iones Na + mejora significativamente la incorporación. Se aisló y clonó la clonación molecular de fragmentos de ADN que confieren alcaloofilia. Este fragmento es responsable del sistema anti-puerto Na + / H + en la alcaloofilia de los microorganismos alcalofílicos.

(ii) Adaptación molecular:

Los alcaófilos contienen lípidos difusos inusuales unidos con fosfato de glicerol al igual que otras arqueas. En estos lípidos, están presentes hidrocarburos ramificados de cadena larga, del tipo fitánico o bifitanilo.

El pH intracelular permanece neutro para prevenir macromoléculas lábiles a los álcalis en la célula. El pH intracelular puede variar entre 1 y 1,5 unidades de pH desde la neutralidad, lo que ayuda a estos organismos a sobrevivir en un ambiente externo altamente alcalino.

(iii) Aplicaciones:

Algunos alcalophiles producen enzimas hidrolíticas como las proteasas alcalinas, que funcionan bien a pH alcalino. Estos se utilizan como complementos para los detergentes domésticos.

Por ejemplo, se ha producido una proteasa alcalina llamada subtilisina a partir de B. subtilis que se utiliza en detergente. La tela de mezclilla lavada a la piedra se debe al uso de estas enzimas. Estas enzimas suavizan y decoloran la tela al degradar la celulosa y liberar los tintes (Tabla 29.1).

Grupo # 3. Halófilos:

Los halófilos son bacterias gramnegativas, no formadoras de esporas y no móviles que se reproducen por fisión binaria. Aparecen pigmentados de rojo debido a la presencia de carotenoides pero a veces son incoloros. Contienen el plásmido más grande conocido hasta ahora entre todas las bacterias conocidas.

Los halófilos pueden vivir en condiciones saladas gracias a una fascinante adaptación. Porque el agua tiende a fluir de las áreas de alta a baja concentración de solutos. Una célula suspendida en una solución muy salada perderá agua y se deshidratará a menos que su citoplasma contenga una mayor concentración de sal que su entorno.

Los halófilos se enfrentan a este problema produciendo grandes cantidades de un soluto interno o conteniendo un soluto extraído del exterior. Por ejemplo, Halobacterium salinarum concentra KCl en el interior de la célula. Las enzimas en su citoplasma funcionarán solo si está presente una alta concentración de HCl. Pero sus proteínas celulares en contacto con el medio ambiente requieren una alta concentración de NaCl.

Este grupo de bacterias vive en un ambiente altamente salino (& gt 3,5% de concentración de sal) como los lagos de sal neutrales o una fuente de solución salina artificial como alimentos salados, pescado, etc. Los organismos halófilos extremos requieren al menos 1,5 M (alrededor del 9%) de NaCl, pero la mayoría de tienen un crecimiento óptimo a 2-4 M NaCl (12,23%). En la tabla 29.2 se dan algunos ejemplos de bacterias procarióticas extremadamente halófilas que se encuentran en la naturaleza.

(i) Fisiología:

Las bacterias halófilas carecen de peptidoglicano en las paredes celulares y contienen lípidos ligados a éter y ARN polimerasas de tipo arqueico, pero Natrobacterium también es extremadamente alcalófila. Former también contiene dieter lípidos que no están presentes en otros halófilos extremos.

Son bacterias quimioorganotróficas que requieren aminoácidos, ácidos orgánicos y vitaminas para un crecimiento óptimo. A veces oxidan los carbohidratos como fuente de energía. Los citocromos a, byc están presentes, pero la quimiosmosis mediada por la membrana genera la fuerza motriz del protón. También requieren sodio para los iones Na +.

Halobacterium prospera excepcionalmente en un ambiente osmóticamente estresante y no produce solutos compatibles. El peptidoglicano está ausente en su pared celular. Están presentes aspartato y glutamato (aminoácidos ácidos).

Las cargas negativas de los grupos carboxilo de estos aminoácidos están protegidas por iones Na +. Los ribosomas de Halobacterium requieren altos iones de K + para su estabilidad, lo cual es una característica única ya que ningún otro grupo de procariotas lo requiere para componentes internos.

Los lípidos de la membrana de estas arqueas están compuestos de difittanilglicerol, análogos de dieter de glicerofosfolípidos. Los halófilos extremos contienen una alta concentración intracelular de Na + y K + y sus proteínas parecen haberse adaptado a esta alta concentración de sal al tener una mayor fracción de residuos de aminoácidos ácidos y un empaquetamiento más compacto de una cadena polipeptídica que la proteína de los no halófilos. bacterias. En las bacterias halófilas generalmente se usa un antiportador de Na + / H + para bombear Na + hacia afuera y se ha demostrado que la captación de soluto está acoplada a Na + en varias especies de halobacterias.

(ii) Adaptación molecular:

En tales bacterias, los iones de K + dentro de la célula son más que los iones de Na + fuera de la célula, que actúan como su soluto. Por tanto, las células mantienen la integridad celular. Las halobacterias carecen de peptidoglicanos en sus paredes celulares y contienen lípidos ligados a éter y ARN polimerasas de tipo arcaico que mantienen la rigidez en condiciones saladas. Estos cambios en la membrana citoplasmática permiten que esas bacterias sobrevivan.

(iii) Aplicaciones:

Ciertos halófilos extremos sintetizan una proteína llamada bacteriorrodopsina en su membrana. Algunos producen polihidroxi alcanoatos y polisacáridos, enzimas y solutos compatibles. También se utilizan en la recuperación de petróleo, detección de cáncer, detección de drogas y biodegradación de residuos y compuestos tóxicos.

Kushner (1985) definió las halobacterias basándose en la utilización de la concentración de sal óptima para su crecimiento. En este sistema, los no halófilos son los que crecen mejor en medios que contienen & lt 0,2 M NaCl, los halófilos leves (bacterias marinas) crecen mejor con 0,2 a 0,5 M NaCl, los halófilos moderados con 0,5 a 2,5 M NaCl y los halófilos extremos crecen en medios que contiene de 2,5 M a 5,2 M de NaCl (saturado).

Es interesante notar que todos los halófilos extremos son arqueas excepto dos especies de Ectothiorhodospira fotosintéticas, una de Acetohalobium y una de actinomicetos Actinopolyspora. Se han descrito algunas especies de actinomicetos del género Methanohalobium. Ahora se sabe que el agua de color rojo brillante de las salinas se debe a los pigmentos de bacterioruberina de las halobacterias.

El potencial biotecnológico de las halobacterias con interés comercial es el siguiente:

Las proteínas retinianas de las halobacterias se han observado como proteínas integrales de la membrana púrpura, que contienen una de las proteínas llamadas bacteriorrodopsina. Esta proteína es translocadora de protones impulsada por la luz y convierte la luz solar en electricidad.

La bacteriorrodopsina absorbe luz a 570 nm. Existe en dos formas. La configuración trans después de la excitación se convirtió en la forma cis después de la absorción de luz (Fig. 29.1). En este caso, se evita la síntesis de ATP y el potencial eléctrico que surge del gradiente de protones será la fuente de electricidad. Se utiliza en el procesamiento de datos ópticos y como sensores de luz.

Una película fotográfica a base de membrana violeta presenta las interesantes propiedades ya que no requiere revelado. Las películas holográficas de este tipo son adecuadas para la memoria de la computadora, es decir, el procesamiento en paralelo.

Recientemente, se han introducido biochips en la nueva generación de computadoras. En el futuro, los robots con visión pueden tener biosensores basados ​​en esta proteína. La desalinización del agua también se demuestra mediante la aplicación de bacteriorrodopsina.

(B) Alcanoatos bioplásticos o polihidroxi (PHA):

Este tipo de heteropolímero es biodegradable y se puede deformar. Presenta una resistencia total al agua y se degrada en los tejidos humanos, por lo que es biocompatible. Tiene importancia farmacéutica y clínica, incluido el uso en la liberación retardada de fármacos, el reemplazo óseo y las suturas quirúrgicas. La producción de PHA siempre es mayor al usar Halof. mediterranei. Además, estas halobacterias poseen una alta estabilidad genómica que es un requisito previo para fines industriales.

(C) Polisacáridos:

Los exopolisacridos microbianos se utilizan como estabilizantes, espesores, gelificantes y emulsionantes en las industrias farmacéutica, recuperación de pinturas y aceites, papel, textil y alimentaria. Halof.mediterranei produce heteropolisacáridos altamente sulfatados y ácidos (hasta 3 g / l) que contienen manosa como componente principal. Dicho polímero combina excelentes propiedades reológicas con una notable resistencia a la salinidad extrema, la temperatura y el pH.

(D) Recuperación de aceite mejorada microbianamente:

El petróleo residual en los campos petrolíferos naturales se puede extraer mediante la inyección de agua a presión en un pozo nuevo. Los biopolímeros bacterianos son de interés para mejorar la recuperación de aceite debido a su actividad de bio-superficie y propiedades de bioemulsionantes.

(mi) Detección de cáncer:

Se ha utilizado una proteína (84 kDa) de Halobacterium halobium como antígeno para detectar anticuerpos contra el producto oncogénico e-myc humano en el suero de pacientes con cáncer que padecen la línea celular de leucemia pirolítica (HL-60). El uso de antígenos halobacterianos como sonda para algunos tipos de cáncer parece ser prometedor.

(F) La detección de drogas:

El plásmido pGRB-1 de la cepa GRB-1 de Halobacterium utilizado en la preselección de nuevos antibióticos y fármacos antitumorales afecta a la topoisomerasa y quinotona eucariotas de tipo IIDNA que actúan sobre la ADN girasa. Dicho fármaco provoca la escisión del ADN de un pequeño plásmido de arqueas halófilas in vivo.

El lípido de las halobacterias unido a éter se utiliza en la preparación de liposomas y tiene un gran valor en la industria cosmética. Dichos liposomas serían más resistentes a la biodegradación, buena vida útil y resistencia a otras bacterias.

Se han informado proteasas y amilasas de Halobacterium salinarium, H. halobium y lipasas de varias halobacterias. Se ha informado de una actividad endonucleasa específica de sitio en H. halobium.

(I) Biorremediación:

Bertrand (1990) observó que la cepa halobacteriana EH4 aislada de una marca de sal degradaba los alcanos y otros compuestos aromáticos en presencia de sal.

(j) Vacuolas o vesículas de gas:

Algunas Halobacterium spp. producen orgánulos llenos de gas intracelulares llamados vacuolas de vesículas de gas que proporcionan flotabilidad. En el futuro, los genes de tales propiedades serán posibles de manipular en otros microorganismos para producir vacuolas de gas que floten en el agua.

Una salsa llamada & # 8216nam pla & # 8217 se prepara en tailandés a partir de pescado fermentado en salmuera concentrada que contiene una gran población de halobacterias responsables de la producción de aroma. Porque producen proteasas extracelulares estables a la sal. Tiene importancia en los procesos de fermentación y producción de sabor y aroma.

Los halófilos moderados eliminan el fosfato del ambiente salino. El aislamiento de mutantes resistentes a los antimicrobianos estables se debe a la presencia de clonación de los genes para la sobreproducción de compuestos de importancia industrial y de interés.

El cultivo a gran escala de Spirulina platensis en Israel utiliza agua salobre y tímida que no es apta para el cultivo agrícola y tímido y la biomasa de Spirulina se comercializa como un alimento saludable. La espirulina crece de manera óptima en lagos alcalinos con una concentración de sal que oscila entre el 2 y el 7%.

Grupo # 4. Psicrófilos:

La temperatura es un factor ambiental importante que influye en los diferentes grupos de microorganismos. En la figura 29.2 se muestran diferentes grupos de microorganismos basados ​​en diferentes regímenes de temperatura.

Los ambientes fríos son en realidad más similares a los ambientes cálidos durante el verano. Los océanos que mantienen una temperatura promedio de 1-3 ° C constituyen nuestra mitad de la superficie terrestre y # 8217s. Las vastas áreas terrestres del Ártico y la Antártida están permanentemente congeladas o descongeladas durante solo unas pocas semanas en verano.

James T. Staley y sus colegas de la Universidad de Washington han demostrado que las comunidades microbianas pueblan el agua helada del océano Antártico que permanece congelada durante gran parte de los años. Estas comunidades incluyen eukarya fotosintéticos, en particular algas y diatomeas, así como una variedad de bacterias.

Polasomonas vacuolata obtenida por el grupo Staley & # 8217s es un representante principal de un psicrófilo. Los psicrotolerantes pueden aislarse de un hábitat más ampliamente distribuido que los psicrófilos. Se pueden aislar del suelo, el agua en climas templados, así como la carne, la leche y otros productos lácteos, las verduras y las frutas en refrigeración.

Crecen mejor entre 20 y 40 ° C, pero no pueden crecer a 0 ° C. Después de varias semanas de incubación se puede observar su crecimiento visible. Su temperatura óptima de crecimiento es de 4 ° C y de 12 ° C para la reproducción. Los microorganismos amantes del frío han comenzado a interesar a los fabricantes que necesitan enzimas que funcionen a la temperatura del refrigerador, como procesadores de alimentos, fabricantes de fragancias y productores de detergentes para lavado en frío.

Algunos psicrófilos pueden ser organismos peligrosos para el hombre, p. Ej. Pseudomonas syringae, Erwinia sp., Yersinia enterocolitica, etc. La mayoría de los alimentos o productos alimenticios se almacenan a temperatura fresca para que los microbios patógenos o saprofitos dejen de crecer.

La mayoría de los microbios marinos son psicrófilos debido a su hábitat (océano). Generalmente, se trata de bacterias gramnegativas con forma de bastoncillo. Entre ellos se encuentran las pseudomonas de las cuales P. geniculata es la más común.

Los otros microbios son P. putrefaciens, P.fragi y P. fluorescens, Flavo bacterium spp, Alcaligenes spp, Achromobacter y algunas cepas de Escherichia, Aerobacter, Aeromonas, Serratia, Proteus, Chromobacter y Vibrio son de naturaleza psicrófila. Las levaduras psicrófilas comunes son especies de Candida, Cryptococcus, Rhodotorula y Torulopsis.

Fisiológicamente, la propiedad Gram-negativa de las bacterias y una alta proporción de contenido de G + C están presentes en tales microorganismos. Los psicrófilos contienen una mayor cantidad de ácidos grasos insaturados en sus lípidos. El flagelo desaparece después de aumentar la temperatura.

(i) Fisiología:

Los psicrófilos producen enzimas que funcionan de manera óptima en el frío. Su membrana celular contiene un alto contenido de ácidos grasos insaturados que mantiene un estado semifluido a baja temperatura. Los lípidos de algunas bacterias psicrófilas también contienen ácidos grasos poliinsaturados e hidrocarburos de cadena larga con múltiples dobles enlaces.

(ii) Adaptación molecular:

El transporte activo en tales organismos ocurre a baja temperatura. Indica que las membranas citoplasmáticas de los psicrófilos están construidas de tal manera que la baja temperatura no inhibe la función de la membrana. La membrana contiene ácidos grasos poliinsaturados en sus lípidos que mantienen la rigidez a baja temperatura y así los organismos pueden sobrevivir.

(iii) Aplicaciones:

Los psicrófilos y sus productos tienen muchas aplicaciones, como se describe a continuación:

(a) Fuente de productos farmacéuticos:

Muchos psicrófilos como Streptomyces, Alteromonas, Bacillus, Micrococcus, Moraxella, Pseudomonas y Vibrio se han aislado de sedimentos de aguas profundas. Crecen a una temperatura entre & # 8211 3 y -30 ° C. Las plantas y animales acuáticos son muy propensos a la infestación por microorganismos patógenos y tímidos. Una Alteromonas sp. se ha informado que sintetiza 2,3-indolinadiona (isatina).

Este compuesto protege a Palaeoman macrodactylus del hongo patógeno Lagenidium callinectes. De manera similar, otra cepa de Alteromonas sp. está íntimamente asociado con la esponja marina Halichondria okada y produce un alcaloide de tetraciclina, p. alterimida. Existe un amplio margen para el descubrimiento de nuevos compuestos biológicamente activos en microbiología marina.

Se ha aislado un polisacárido antitumoral como narinactina a partir de actinomicetos marinos. Una mezcla de proteasa y amilasa aislada de Bacillus subtilis elimina la placa dental.

Las lipasas se utilizan principalmente como catalizadores estereoespecíficos y en las formaciones biotransmisoras de diversos compuestos de alto valor, como agentes aromatizantes y farmacéuticos. La trehalosa está formada por una enzima trehalasa presente en varias bacterias psicrófilas.

(b) Agentes nucleantes de hielo bacterianos:

Existen varios usos para los agentes nucleantes del hielo (INA) producidos por bacterias. Se utilizan en la fabricación de nieve artificial, en la producción de helados y otros alimentos congelados.

Estos también se utilizan en kits de inmunodiagnóstico como conjugado de anticuerpos y como sustituto del yoduro de plata en la siembra de nubes. Entre varios organismos, los INA bacterianos han atraído mucha atención debido a su capacidad para formar núcleos de hielo a temperaturas relativamente altas en comparación con otras fuentes.

(c) Industria de fermentación:

Se ha encontrado que las levaduras mesófilas que contienen ácidos grasos insaturados en las membranas (lípidos) son resistentes entre -80 y -20 ° C. Se prefieren para su almacenamiento en panadería y otras industrias de procesamiento. La fermentación a 6-8 ° C reduce el efecto inhibidor del etanol sobre la membrana celular de las células de levadura.

(D) En lixiviación microbiana:

Actualmente, las operaciones de lixiviación microbiana implican la solubilización oxidativa de minerales de cobre y uranio. La operación de lixiviación en países templados se lleva a cabo a una temperatura ambiente muy baja. La operación de lixiviación microbiana de minerales de sulfuro se lleva a cabo a 4-37 ° C.

(mi) En biorremediación:

Los psicrófilos tienen la capacidad de degradar varios compuestos en su hábitat natural. Se utilizan en la biorremediación de varios contaminantes a baja temperatura. Se encontró que las cepas bacterianas mineralizan dodecano, hexadecano, naftaleno, tolueno, etc.

Se ha demostrado en experimentos de laboratorio y de campo utilizando cepas bacterianas específicas. Una bacteria psicrófila, Rhodococcus sp. La cepa Q15 ha sido estudiada por su capacidad para degradar n-alcanos y combustible diesel a baja temperatura.

(f) Desnitrificación de fuentes de agua potable:

La presencia de una alta concentración de nitratos en el agua se ha convertido en un problema importante en muchos países. La práctica más utilizada para la eliminación de NO3 es la desnitrificación biológica. La mayoría de los procesos de desnitrificación se llevan a cabo a 10 ° C. La tasa de desnitrificación en estos casos puede mejorarse empleando bacterias psicrófilas aisladas de un hábitat permanentemente frío.

(g) Digestión anaeróbica de desechos orgánicos:

Los anaerobios obligados que convierten los ácidos orgánicos en CH4 y compañía2 es decir, los metanógenos son muy sensibles a las bajas temperaturas. La tasa de metanogénesis puede incrementarse varias veces mediante la adaptación de los metanógenos a bajas temperaturas.

El proceso puede ser posible mediante el enriquecimiento selectivo de metanógenos psicrófilos a través de ensayos de laboratorio a largo plazo. Methanogenium frigidum aislado del lago Ace (Antártida) crece de manera óptima a 15 ° C. Se encuentra que esta bacteria produce metano a partir de hidrógeno y dióxido de carbono.

Grupo # 5. Termófilos e hipertermófilos:

Las bacterias hipertermófilas son arqueas que representan al organismo en el límite superior de temperatura de la vida. Los hipertermófilos neutrófilos y ligeramente acidófilos se encuentran en campos solfatáricos terrestres y depósitos de petróleo profundos. Estos exhiben adaptaciones específicas a sus entornos y la mayoría de las bacterias son estrictamente anaeróbicas.

Varios factores tanto abióticos como bióticos que controlan el crecimiento de todos los organismos vivos se denominan biotopo. Los termófilos moderados se denominan termófilos extremos que crecen de manera óptima entre 80 ° C y KWC. Los hipertermófilos no pueden crecer por debajo de los 80 ° C, pero se adaptan a las altas temperaturas, ya que ni siquiera crecen a 80 ° C.

Algunos de los ejemplos se dan en la figura 29.3. Thermotoga tiene células en forma de varilla rodeadas por una estructura característica en forma de vaina (la & # 8216toga & # 8217) que se hincha al final (A). Los reductores de sulfato cocoides arqueales son miembros del género Archeoglobus (B) y Methanopyrus kandleri es un metanógeno en forma de varilla (C).

Los hipertermófilos pueden crecer tanto en condiciones ambientales naturales como artificiales. Los biotopos naturales de azufre suelen estar asociados con el vulcanismo activo. En tal situación, el suelo y las aguas superficiales de los campos ácidos que contienen S (pH 0.5-6.0) y el ambiente de aguas termales neutrales a ligeramente alcalinas persisten.

Los biotopos conocidos (un biotopo tiene límites superior e inferior para el crecimiento de cada uno de los factores ambientales) de hipertermófilos son áreas volcánicas como fuentes termales y campos solfatáricos, es decir, campos de alta temperatura ubicados dentro de zonas volcánicas con mucho suelo ácido azufrado, aguas termales ácidas y barro hirviendo.

Pocos de los hipertermófilos viven en sistemas hidrotermales submarinos poco profundos y sistemas de ventilación caliente abisales llamados & # 8220black smokers & # 8221 que tienen una temperatura de aproximadamente 270-380 ° C. Los ahumadores negros son agua caliente rica en minerales que forma una nube de material precipitado al mezclarse con agua de mar. Otros biotopos son pilas de desechos de carbón humeantes que tienen un pH ácido y depósitos de suelo calentados geotérmicamente.

La mayoría de los hipertermófilos son anaeróbicos debido a la baja solubilidad del oxígeno a altas temperaturas y la presencia de gases rojos. Hipertermófilos quimiolitoautótrofos anaeróbicos completamente independientes del sol, pero también podrían existir en otros planetas. Los respiraderos hidrotermales en el fondo del océano tienen una temperatura de 350 ° C o más y también muestran la existencia de hipertermófilos.

El biotopo no volcánico, recientemente descubierto, incrustado en la estratificación profunda de los fluidos extraídos del aceite calentado geotérmicamente, evidencia tales comunidades microbianas.

Para el cultivo de tales bacterias, las muestras se llevan al laboratorio sin control de temperatura. Se aíslan mediante técnica de cultivo de enriquecimiento con variación en la composición del sustrato y control de la temperatura in situ. El agar no es adecuado, por lo que para la solidificación se utilizan polímeros más termoestables, tales como goma gellan o geles de polisilicato.

Hasta ahora se conocen muchos tipos taxonómicos de hipertermófilos cultivados. Representan 52 especies pertenecientes a 23 géneros y 11 órdenes de bacterias hipertermofílicas y arqueas conocidas en la literatura. Los organismos cuya temperatura óptima de crecimiento es & lt 45 ° C se denominan termófilos y los que superan los 80 ° C se denominan hipertermófilos.

(i) Fisiología:

Las enzimas y proteínas son mucho más estables que las otras formas y estas macromoléculas funcionan a alta temperatura. Las proteínas termofílicas tienen diferentes secuencias de aminoácidos que catalizan la misma reacción en un mesófilo, lo que le permite plegarse de una manera diferente y, por lo tanto, mostrar un efecto tolerante al calor. Todos los termófilos contienen girasa inversa, una topoisomerasa de ADN tipo 1 única que estabiliza el ADN.

La estabilidad térmica de las proteínas de los hipertermófilos también se debe a un mayor número de puentes salinos (puenteo de las cargas de los aminoácidos por Na + u otros cationes) presentes y al interior altamente hidrofóbico densamente empacado de la proteína, que tiene membranas ricas en ácidos grasos saturados. Esto permite que la membrana permanezca estable y funcione a alta temperatura.

La mayoría de los hipertermófilos son arqueas que no contienen ácidos grasos, los lípidos en sus membranas, sino que tienen hidrocarburos de varias longitudes compuestas por unidades repetidas de 5-6 fitanos compuestos unidos por enlace éter al glicerofosfato.

Con el aumento de la temperatura de crecimiento se observa un aumento en el grado de saturación, longitud de cadena y / o iso-ramificación de las cadenas de acilo. A veces, los termófilos contienen lípidos especiales (los esterol como los hopanoides). Estos también pueden afectar la adaptación a la vida a altas temperaturas al hacer que la membrana sea más rígida.

(ii) Adaptación molecular:

Estas bacterias contienen enzimas y proteínas termoestables que regulan diversas funciones macromoleculares a alta temperatura. Los aminoácidos críticos sustituidos en una o más ubicaciones en estas enzimas les permiten plegarse de una manera diferente y de ese modo resistir el efecto desnaturalizante del calor que resulta en la supervivencia de estos organismos.

Además, la membrana citoplasmática contiene lípidos ricos en ácidos grasos saturados, lo que permite que la membrana permanezca estable y funcional a alta temperatura. Las arqueas termófilas no contienen ácidos grasos en sus lípidos, ni su membrana tiene enlaces éster con fosfato de glicerol. Esto imparte más rigidez a sus sistemas de membranas.

(iii) Aplicaciones:

La mayoría de los microorganismos que prosperan por encima del punto de ebullición del agua pertenecen a las arqueas. Las enzimas de los termófilos son de gran interés. Los hipertermófilos se han centrado en las enzimas termoestables de la ventilación. También se descubrieron las proteínas (chaperones).

Estas proteínas se expresan en condiciones de estrés y participan en plegamientos de proteínas:

Las nuevas enzimas de los hipertermófilos han reducido la cantidad de pasos necesarios para transformar el almidón en jarabe de fructosa. La amilasa, glucoamilasa, pulinasas y glucosidasas son las enzimas utilizadas en la industria del almidón.

Las pulonasas se encuentran en bacterias anaeróbicas. Las amilasas se utilizan ampliamente en las industrias textil, confitería, papelera, cervecera y alcohólica. De manera similar, las glucosidasas se utilizan para hidrolizar jarabe de lactosa y mezclas a glucosa y galactosa.

Pueden tener aplicaciones clínicas, ya que existe evidencia de una deficiencia de lactasa en la población que se hereda o es el resultado del envejecimiento. La glucosa isomerasa se usa ampliamente en la industria alimentaria, que convierte la glucosa en fructosa para su uso como edulcorante.

Debido a la estabilidad térmica de las enzimas, los hipertermófilos han sido objeto de una intensa investigación. Las enzimas termoestables son más resistentes a las actividades desnaturalizantes de los detergentes y disolventes orgánicos. Las amilasas se han extraído de Pyrococcus furiosus y Pyrococcus woessei.

Se han explotado enzimas de algunas arqueas, p. Ej. Desulfurococcus mucosus, Staphylothermus marinus, Thermococcus celer y Thermococcus litoralis. También se ha detectado una amilasa asociada a toga en Thermotoga maritima. Esta enzima es activa entre 70 y 100 ° C a pH 6. Fervidobacterium pullunolyticum tiene la potencialidad de producir enzimas termotolerantes óptimas a 90 ° C.

Se informa que ciertas bacterias y arqueas como P. woesei, P. furiosus, Thermococcus litoralis, T. celer, F. pennavorans, D. mucosus, etc. C y pH 6. Algunos de estos (P. woesei y P. furiosus) también producen glucosidasas con temperaturas óptimas de 110-115 ° C. Estos son útiles para la bioconversión de almidón en varios productos útiles de importancia industrial.

Una exo-4-β-celobiohidrolasa termoestable con una vida media de 70 minutos a 108 ° C se ha aislado de Thermotoga sp. cepa FjSS3-B. De manera similar, se han informado xilanasas termoestables de Thermotoga maritima, T. neoplolitiana, T. thermarum. P. furiosus exhibió actividad β-xilanosidasa. Las enzimas enzimáticas de Thermotoga sp. son extremadamente estables con una vida media de 8 ha 90 ° C.

Las enzimas hidrolizantes de proteínas (pro y timitasas) se han aislado, purificado y carbonizado y carbonizado de varios microorganismos termófilos e hipertermófilos, especialmente Pyrococcus, Thermococcus, Sulfolobus, Staphylothermus y Desulfurococcus.

La pirolisina, una enzima asociada con la envoltura celular que es una proteasa de tipo serina, tiene una temperatura óptima de 110 ° C y una vida media de 4 ha 100 ° C. Se ha identificado y caracterizado en P. furiosus y P. woesei. La serina-proteasa de Sulfurococcus mucosus exhibe su actividad a 100 ° C.

Una proteasa única que hidroliza la queratina de las plumas, el pelo y la lana de pollo se ha caracterizado a partir de una bacteria F. pennavorans. Se caracterizó y purificó una isomerasa de glucosa termófila de Thermotoga maritima.

También se han investigado las ferredoxinas de Thermoplasma acidophilum, Sulfolobus acidocaldarius y Desulfurococcus mobilis. La hidrogenasa, que tiene una vida media de 21 ha 80-85 ° C, se ha aislado de Pyr. furioso. Una piruvato-ferrodoxina-oxidorreductasa termoactiva (POR) que cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil-CoA y CO2 se ha detectado en D. amylolyticus, H. butylicus, Thermococcus celer, Pyrococcus woesei, P. furiosus y Thermotoga maritima.

Enzimas involucradas en la biosíntesis de aminoácidos como la aminotransferasa aromática de Thermococcus litoralis y Sul. solfataricus. También se ha detectado una enzima extremadamente termoestable con una actividad óptima a 100 ° C en Methanobacterium thermoformicicum. La enzima purificada de P. woesei y P. furiosus tiene una masa molecular de subunidades idénticas de 45 kDa cada una. Las enzimas tienen una estabilidad térmica de hasta un 70% después del tratamiento térmico a 100 ° C durante 1 hora.

La glutamato sintetasa (GS) es responsable de la síntesis de glutamina a partir de glutamato y amoníaco. La vida media de GS parcialmente purificado es de 2 horas a 100 ° C. Se han purificado y caracterizado dos aminotransferasas aromáticas termoactivas de Thermococcus lithoralis, que son activas a una temperatura de 100 ° C. En Sul se ha detectado la enzima aspartato aminotransferasa que transfiere el grupo amino del glutamato al oxaloacetato. solfataricus.

La polimerasa Taq es una enzima muy importante que se utiliza en biología molecular para la amplificación de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Esta enzima que se encuentra en Thermus aquaticus está activa a 80 ° C a pH 8.

Simpson (1990) ha investigado la otra ADN polimerasa de Themotoga sp. Ciertas arqueas como Sul. acidocaldarius y Sul. solfataricus consta de ADN polimerasa de una sola cadena polipeptídica con una masa molecular de 100 kDa. También se ha purificado la ADN polimerasa de P. furiosus.

La ADN ligasa se ha caracterizado a partir de Thermus thermophilus. Topoisomerasas tipo I purificadas de Sulfolobus acidocaldarius, Desulfurococcus amylolyticus, Thermoplasma acidophilum, Fervidobacterium islandicum, Thermotoga maritima y Methanopyrus kandleri, mientras que la topoisomerasa II se ha aislado hasta ahora de Sulfolobus acidocaldarius. Thermotoga maritima contiene enzimas girasa y girasa inversa. En Pyrococcus furiosus se ha demostrado la reparación del daño extenso del ADN causado por la radiación ionizante a 95 ° C.

Los acompañantes son las proteínas que se expresan en condiciones de estrés como temperaturas elevadas. Están involucrados en el plegamiento de proteínas. Estos se detectan en Su. shibate y Su. solfactaricus. Se llama factor termofílico que tiene una masa molecular de 55 kDa. Debido al aumento de la alta concentración de proteína intracelular hasta 105 ° C, este complejo proteico se llama termosoma.

El termosoma consta de un complejo cilíndrico de dos anillos idénticos apilados, cada unidad consta de 8 subunidades alrededor de un canal central. Ambas subunidades contienen masa molecular de 56 y 59 kDa. También se unen a las proteínas desplegadas de forma similar a los chaperones. Se ha aislado, caracterizado y purificado una enzima termoestable formadora de enlaces disulfuro de Sul. solfataricus.

Grupo # 6. Barófilos:

Los barófilos son aquellas bacterias que crecen a alta presión a 400-500 atmósferas (atm) entre 2 y 3 ° C. Estas condiciones existen en un hábitat de aguas profundas a unos 100 metros de profundidad. Muchos son barotolerantes y no crecen a presiones superiores a 500 atm. pero algunos viven en el intestino de los invertebrados (anfípodos y holoturios).

Photobacterium shewanella y Colwella habitan más rápidamente. Algunas arqueas termofílicas y tímidas son barófilas, p. Ej. Purococcus spp. y Methanococcus jannaschii. Los barófilos adaptan la presión extrema (200-600 bares) que involucra estructuras macromoleculares en las células. El aumento de la presión hace que las estructuras sean más compactas, y esta tendencia ha sido el principio del orden microscópico.

(I) Fisiología:

Existen variaciones en la estructura y función de la membrana. La cantidad de ácidos grasos monoinsaturados en la membrana aumenta debido al aumento de la presión. De este modo, el organismo puede evitar la pérdida de fluidez de la membrana impuesta por el aumento de la presión. A medida que disminuye la presión, presumiblemente aumenta la fluidez de la membrana y las células responden disminuyendo el nivel de ácidos grasos monoinsaturados.

Se evidencia que el aumento de presión disminuye la capacidad de unión de las enzimas a sus sustratos. Por lo tanto, las enzimas deben plegarse de tal manera que se minimicen estas presiones en los barófilos. No se sabe si H +, Na + o ambos se utilizan como iones de acoplamiento en la transducción de energía en estos organismos.

(ii) Adaptación molecular:

En las membranas citoplasmáticas de microbios tolerantes a alta presión, la cantidad de ácidos grasos insaturados es mayor lo que permite el significado adaptativo. Además, la adaptatividad también puede deberse a cambios en la composición de la proteína de la membrana externa de la pared celular llamada proteína OmpH, un tipo de porina.

Las porinas son proteínas estructurales destinadas a la difusión de moléculas orgánicas a través de la membrana externa y hacia el periplasma. Se observa que el sistema OompH depende de la presión y es necesario para el crecimiento a alta presión.

(iii) Aplicaciones:

Los barófilos son la principal fuente de ácidos grasos insaturados o ácidos grasos poliinsaturados y tímidos. El barofilismo microbiano es útil para mejorar la minería. Las operaciones de minería subterránea generalmente ocurren a presiones y temperaturas elevadas y los termófilos barófilos se adaptan mejor a tales situaciones.

Recientemente, se ha elaborado un terreno baldío de salinas como fermentadores para la gasificación biológica de lignito pretratado o cultivos agrícolas basados ​​en la participación de extremófilos dotados de adaptación a altas presiones y temperaturas además de la salinidad.


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Sarah Jackson, Escuela Diocesana para Niñas, Nueva Zelanda

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Emma Nason, escuelas KAUST, Arabia Saudita


Los parásitos de hongos y protozoos tienen ciclos de vida complejos con múltiples formas

Los hongos patógenos y los parásitos protozoarios son eucariotas. Por lo tanto, es más difícil encontrar medicamentos que los maten sin matar al huésped. En consecuencia, los fármacos antimicóticos y antiparasitarios suelen ser menos eficaces y más tóxicos que los antibióticos. Una segunda característica de las infecciones fúngicas y parasitarias que las hace difíciles de tratar es la tendencia de los organismos infecciosos a cambiar entre varias formas diferentes durante sus ciclos de vida. Un fármaco que es eficaz para matar una forma a menudo es ineficaz para matar otra forma, que por lo tanto sobrevive al tratamiento.

los hongos rama del reino eucariota incluye tanto unicelulares levaduras (tal como Saccharomyces cerevisiae y Schizosaccharomyces pombe) y filamentoso, multicelular moldes (como los que se encuentran en la fruta mohosa o en el pan). La mayoría de los hongos patógenos importantes exhiben dimorfismo& # x02014la capacidad de crecer en forma de levadura o moho. La transición de levadura a moho o de moho a levadura se asocia frecuentemente con infecciones. Histoplasma capsulatum, por ejemplo, crece como un moho a baja temperatura en el suelo, pero cambia a una forma de levadura cuando se inhala en el pulmón, donde puede causar la enfermedad histoplasmosis (figura 25-9).

Figura 25-9.

Dimorfismo en el hongo patógeno. Histoplasma capsulatum. (A) A baja temperatura en el suelo, Histoplasma crece como un hongo filamentoso. (B) Después de ser inhalado en el pulmón de un mamífero, Histoplasma sufre un cambio morfológico provocado por el (más.)

Parásitos protozoarios tienen ciclos de vida más elaborados que los hongos. Estos ciclos requieren con frecuencia los servicios de más de un host. La malaria es la enfermedad protozoaria más común, que infecta a 200 & # x02013300 millones de personas cada año y mata a 1 & # x020133 millones de ellas. Es causada por cuatro especies de Plasmodium, que se transmiten a los humanos por la mordedura de la hembra de cualquiera de las 60 especies de Anofeles mosquito. Plasmodium falciparum& # x02014, el más estudiado de los parásitos causantes de la malaria & # x02014, existe en no menos de ocho formas distintas, y requiere tanto de los huéspedes humanos como de los mosquitos para completar su ciclo sexual (Figura 25-10). Los gametos se forman en el torrente sanguíneo de los humanos infectados, pero solo pueden fusionarse para formar un cigoto en el intestino del mosquito. Tres de los Plasmodium Las formas están altamente especializadas para invadir y replicarse en tejidos específicos: el revestimiento del intestino de los insectos, el hígado humano y los glóbulos rojos humanos.

Figura 25-10.

El complejo ciclo de vida de la malaria. (A) El ciclo sexual de Plasmodium falciparum requiere el paso entre un huésped humano y un huésped insecto. (B) - (D) Frotis de sangre de personas infectadas con malaria, que muestran tres formas diferentes del parásito que aparecen (más.)

Debido a que la malaria está tan extendida y es tan devastadora, ha actuado como una fuerte presión selectiva sobre las poblaciones humanas en áreas del mundo que albergan la Anofeles mosquito. Anemia falciforme, por ejemplo, es un trastorno genético recesivo causado por una mutación puntual en el gen que codifica la cadena de hemoglobina & # x003b2, y es común en áreas de África con una alta incidencia de la forma más grave de malaria (causada por Plasmodium falciparum). Los parásitos de la malaria crecen escasamente en los glóbulos rojos de pacientes homocigotos de células falciformes o portadores heterocigotos sanos y, como resultado, la malaria rara vez se encuentra entre los portadores de esta mutación. Por esta razón, la malaria ha mantenido la mutación de células falciformes con alta frecuencia en estas regiones de África.


Organización de células

La organización biológica existe a todos los niveles en los organismos. Se puede ver al nivel más pequeño, en las moléculas que componen cosas como el ADN y las proteínas, al nivel más grande, en un organismo como una ballena azul, el mamífero más grande de la Tierra. De manera similar, los procariotas y eucariotas unicelulares muestran orden en la forma en que están dispuestas sus células. Los organismos unicelulares, como las amebas, flotan libremente y tienen una vida independiente. Sus "cuerpos" unicelulares son capaces de llevar a cabo todos los procesos de la vida, como el metabolismo y la respiración, sin la ayuda de otras células. Algunos organismos unicelulares, como las bacterias, pueden agruparse y formar una biopelícula. A biopelícula es una gran agrupación de muchas bacterias que se adhiere a una superficie y forma una capa protectora sobre sí misma. Las biopelículas pueden mostrar similitudes con los organismos multicelulares. La división del trabajo es el proceso en el que un grupo de células realiza un trabajo (como hacer el "pegamento" que pega la biopelícula a la superficie), mientras que otro grupo de células realiza otro trabajo (como absorber nutrientes). Los organismos multicelulares llevan a cabo sus procesos de vida mediante la división del trabajo. Tienen células especializadas que realizan trabajos específicos. Sin embargo, las biopelículas no se consideran organismos multicelulares y, en cambio, se denominan organismos coloniales. La diferencia entre un organismo multicelular y un organismo colonial es que los organismos individuales de una colonia o biopelícula pueden, si se separan, sobrevivir por sí mismos, mientras que las células de un organismo multicelular (por ejemplo, células hepáticas) no pueden.

Algas coloniales del género Volvox.

Organismos coloniales

Organismos coloniales fueron probablemente uno de los primeros pasos evolutivos hacia los organismos multicelulares. Algas del género Volvox son un ejemplo de la frontera entre organismos coloniales y organismos multicelulares.

Cada Volvox, se muestra en la Figura arriba, es un organismo colonial. Está formado por entre 1.000 y 3.000 algas fotosintéticas que se agrupan en una esfera hueca. La esfera tiene una parte delantera y trasera distintas. Las células tienen manchas oculares, que están más desarrolladas en las células cercanas al frente. Esto permite a la colonia nadar hacia la luz.

Origen de la multicelularidad

El organismo multicelular más antiguo conocido es un alga roja. Bangiomorpha pubescens, fósiles de los cuales se encontraron en rocas de 1.200 millones de años. Como los primeros organismos eran unicelulares, estos organismos tuvieron que evolucionar a organismos multicelulares.

Los científicos creen que la multicelularidad surgió de la cooperación entre muchos organismos de la misma especie. los Teoría colonial propone que esta cooperación condujo al desarrollo de un organismo multicelular. Se han observado muchos ejemplos de cooperación entre organismos en la naturaleza. Por ejemplo, una cierta especie de ameba (un protista unicelular) se agrupa durante tiempos de escasez de alimentos y forma una colonia que se traslada como una sola a una nueva ubicación. Algunas de estas amebas luego se diferencian ligeramente entre sí. Volvox, se muestra en la Figura arriba, es otro ejemplo de un organismo colonial. La mayoría de los científicos aceptan que la teoría colonial explica cómo evolucionaron los organismos multicelulares.

Organismos multicelulares son organismos que se componen de más de un tipo de célula y tienen células especializadas que se agrupan para llevar a cabo funciones especializadas. La mayor parte de la vida que se puede ver sin un microscopio es multicelular. Como se discutió anteriormente, las células de un organismo multicelular no sobrevivirían como células independientes. El cuerpo de un organismo multicelular, como un árbol o un gato, exhibe organización en varios niveles: tejidos, órganos y sistemas de órganos. Las células similares se agrupan en tejidos, los grupos de tejidos forman órganos y los órganos con una función similar se agrupan en un sistema de órganos.

Niveles de organización en organismos multicelulares

Los organismos multicelulares vivos más simples, las esponjas, están formados por muchos tipos especializados de células que trabajan juntas para un objetivo común. Dichos tipos de células incluyen células digestivas, células de poros tubulares y células epidérmicas. Aunque los diferentes tipos de células crean una gran estructura multicelular organizada y mdash la esponja visible y mdash, no están organizados en verdaderos tejidos interconectados. Si una esponja se rompe pasándola por un colador, la esponja se volverá a formar en el otro lado. Sin embargo, si las células de la esponja y rsquos se separan entre sí, los tipos de células individuales no pueden sobrevivir solos. Organismos coloniales más simples, como miembros del géneroVolvox, como se muestra en Figura arriba, se diferencian en que sus células individuales son de vida libre y pueden sobrevivir por sí mismas si se separan de la colonia.

Esta lombriz intestinal, un organismo multicelular, se tiñó para resaltar los núcleos de todas las células de su cuerpo (puntos rojos).

A tejido es un grupo de células conectadas que tienen una función similar dentro de un organismo. Los organismos más complejos, como las medusas, los corales y las anémonas de mar, tienen un nivel de organización tisular. Por ejemplo, las medusas tienen tejidos que tienen funciones protectoras, digestivas y sensoriales separadas.

Incluso organismos más complejos, como el gusano redondo que se muestra en Figura anteriores, aunque también tienen células y tejidos diferenciados, tienen un nivel de desarrollo de órganos. Un Organo es un grupo de tejidos que tiene una función específica o un grupo de funciones. Los órganos pueden ser tan primitivos como el cerebro de un gusano plano (un grupo de células nerviosas), tan grandes como el tallo de una secuoya (hasta 90 metros o 300 pies de altura) o tan complejos como un hígado humano.

Los organismos más complejos (como mamíferos, árboles y flores) tienen sistemas de órganos. Unsistema de órganos es un grupo de órganos que actúan juntos para llevar a cabo funciones complejas relacionadas, con cada órgano enfocándose en una parte de la tarea. Un ejemplo es el sistema digestivo humano, en el que la boca ingiere los alimentos, el estómago los tritura y los licua, el páncreas y la vesícula biliar producen y liberan enzimas digestivas y los intestinos absorben los nutrientes en la sangre.


¿Cuál es el organismo más tolerante al calor? - biología

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Guía general sobre estas preguntas de revisión aquí

Notas para el Capítulo 14: Origen de la vida

Colección de enlaces relevantes de Biology 404

Introducción

  • Introducción a la cosmología
  • Breve resumen de la teoría del Big Bang
  • Estimación actual: El Big Bang fue hace unos 12 mil millones de años
  • Evidencia reciente de que el Big Bang se está acelerando
  • El sitio web El origen y evolución de la vida de la NASA o aquí
  • Otros sitios educativos seleccionados de la NASA: 1 - 2 - 3 - 4

Formación del sistema solar

Vida en superficies planetarias

  • Dr. Awramik en la Tierra Primitiva
  • Notas de la conferencia sobre los ciclos de la Tierra
  • Notas de la conferencia sobre la vida temprana
  • Actualización del profesor Cowen: ¿Hay o hubo vida en Marte?
  • Estimulante nuevo libro del bioquímico de la Universidad de Cornell, Thomas Gold, La biosfera profunda y caliente.

Reconstruyendo el origen de la vida

  • Entrevista con el pionero de la exobiología, el Dr. Stanley Miller
  • Resumen de la hipótesis de la sopa primordial más reciente del Dr. Miller
  • Dr. Stanley Awramik sobre cómo comenzó la vida
  • Experimento de sopa primordial de Stanley Miller y aparato de reacción de descarga de chispas
  • Enlaces a los orígenes de la vida
  • Pregúntele a un astrobiólogo sobre Life Origins

Hacia la primera célula viviente

  • Artículo de Carl Zimmer, The First Cell
  • Gran libro nuevo de John Maynard Smith & E & oumlrs Szathm & aacutery, Los orígenes de la vida.
    O su libro más técnico sobre este tema, Las principales transiciones en la evolución
  • Un libro de J. William Schopf, Cradle of Life: El descubrimiento de los primeros fósiles de la Tierra.


Visite la fuente de las imágenes del respiradero "Black Smoker" de Deep Sea Hot
y los gusanos despiadados de los respiraderos calientes, Riftia, Huestes de quimiosintéticos simbióticos
Microbios, en el sitio web Living at Extremes de Nova

¿Dónde evolucionó la vida?

  • Buen resumen de la conferencia de Bruce Walsh et al. sobre el origen de la vida que promueve la interacción de moléculas
  • Una buena descripción de la biología microbiana
  • Una buena descripción de la diversidad microbiana y la filogenia
  • Excelentes notas de conferencia de James Brown sobre la diversidad microbiana
  • Artículo de Carl Zimmer sobre el triunfo de las arqueas
  • Introducción a Archaea
  • Guía del manual de laboratorio para tres grupos de arqueas: 1 - 2 - 3
  • Imágenes de Archaea: 1-2
  • Más imágenes de arqueas, primeras arqueas completamente secuenciadas
  • Comunicado de prensa en Finalización de la secuenciación del genoma de Methanococcus Siendo secuenciado
  • Listado actualizado de la página de inicio de genomas secuenciados
  • Artículo sobre extremófilos
  • Introducción a Crenarchaeota: las arqueas más tolerantes al calor o aquí
  • Comparación de la termofilia de microbios tolerantes al calor
  • Ejemplo de Euryarchaea: el otro gran grupo de arqueas
  • Imagen de Yellowstone Hot Spring Archaea
  • Imágenes del hábitat de ventilación de ahumadores calientes para arqueas en aguas profundas
  • Artículo de Nova sobre la vida en los respiraderos negros de los fumadores en el mar profundo
  • Importancia potencial de la vida debajo de la superficie
  • La noción de ascendencia cósmica
  • Programa de exploración de Marte de la NASA

Cosas vivas

  • Mini ensayo del profesor Cowen sobre selección natural
  • Enlaces web del profesor Cowen sobre cómo funciona la evolución
  • Una descripción muy completa de la evolución
  • Video de Quicktime de Stephen Jay Gould aclarando el hecho de la evolución frente a la aceptación del modelo de evolución de Darwin
  • Más comentarios de Gould sobre la falacia de equiparar la evolución con una complejidad creciente
  • Declaración Papal sobre la Evolución
  • Sitio web para cursos de evolución y creación en CSUF de Tom Morris, Fullerton College, o vea su capítulo sobre El origen de la tierra y la vida

Energía y Vida

Enlaces actualizados por última vez el 19/7/02 y copia D.J. Eernisse 1998-2002

RQ UE 14.1: Utilizando los enlaces anteriores y el texto, describa cómo se cree que las condiciones en la Tierra fueron diferentes cuando se originó la vida tal como la conocemos.

II. Síntesis experimental de compuestos orgánicos

RQ UE 14.2: ¿Cuál es la importancia de los experimentos del tipo iniciado por el Dr. Stanley Miller?

RQ UE 14.3: Los tres dominios de la vida utilizan ADN para almacenar los códigos necesarios para su éxito continuo. Entonces, ¿por qué ahora se considera que el ARN fue el primer material genético y qué tiene esto que ver con las moléculas conocidas como ribozimas?

RQ UE 14.4: Una falacia común sobre los orígenes de la vida es que todos los aspectos que vemos en común en los organismos de hoy deben haber evolucionado simultáneamente para que el organismo haya sido capaz de sobrevivir. Sin embargo, el último ancestro común de los organismos vivos hoy en día ya había descendido de un largo linaje de organismos más simples. ¿Cuáles fueron los primeros precursores autorreplicantes de los organismos y dónde es probable que se hayan encontrado? ¿Cuáles son algunos de los pasos que habrían sido necesarios antes de que pudiera existir este organismo más complicado? ¿Por qué la selección natural es de vital importancia para contrarrestar el punto de vista ingenuo * de que se espera que esta transición haya ocurrido solo por casualidad, por lo que la evolución de la vida se considera un escenario altamente improbable?

* Aquí hay un ejemplo de este tipo de argumento, de este sitio web:

Gran parte de la propaganda evolucionista populista se asemeja a la siguiente teoría hipotética sobre el origen de un automóvil:

& # 145 El diseño es una explicación no científica, por lo que debemos encontrar una explicación naturalista en su lugar. Ahora, los experimentos han demostrado que uno de los bloques de construcción importantes del automóvil, el hierro # 151, se puede producir calentando minerales naturales como la hematita a temperaturas que se encuentran en algunos lugares de la tierra. Es más, se puede demostrar que el hierro forma láminas delgadas bajo presiones que se sabe que ocurren en ciertas formaciones geológicas & # 133. & # 146.

Si esto parece descabellado, tenga en cuenta que incluso la célula que se auto-reproduce más simple, que tiene 482 genes, tiene un contenido de información mucho más alto que un automóvil, sin embargo, la auto-reproducción es un requisito previo para la evolución neodarwiniana.

RQ UE 14.5: ¿Cuál es la noción de evolución retrógrada de Norman Horowitz y por qué los autores del texto la consideran "ingeniosa"?

RQ UE 14.6: Quizás la mayor innovación en la historia de la vida fue una adaptación de las cianobacterias. (al que se hace referencia en el texto incorrectamente por su antiguo nombre, algas verdiazules). Las cianobacterias fueron los primeros organismos que lograron utilizar el hidrógeno en agua fácilmente disponible como fuente de hidrógeno para la fotosíntesis. El problema antes de esto era que la eliminación de hidrógeno del oxígeno libera oxígeno libre, que es altamente oxidativo y tendería a desgarrar las células sin protección. Las cianobacterias hacen esto con la ayuda de una enzima, SOD, que entrega oxígeno de manera segura a la superficie celular, donde se descarga. Entonces, ¿por qué es esto tan importante en la historia de la vida, que presenta nuevas oportunidades pero también conduce a una "crisis de contaminación"?

VI. Células procariotas y eucariotas

RQ UE 14.7: Contrasta los eucariotas con otras formas de vida. ¿Qué similitudes primarias derivadas compartidas comparten los eucariotas entre sí que faltan en otras formas de vida, y cuáles fueron las implicaciones de la evolución de estas nuevas características eucariotas? Cuidado, las mitocondrias y los cloroplastos están presentes solo en algunos eucariotas, y probablemente no estaban presentes en el ancestro común de todos los eucariotas; fueron adiciones posteriores, a pesar de lo que está implícito en el texto.

Enlace de PBS: Ejemplo de simbiosis moderna - Antiguos agricultores del Amazonas

VII. Orgánulos y evolución

RQ UE 14.8: Describe la hipótesis endosimbiótica del origen de las mitocondrias y los cloroplastos en eucariotas, y revisa la evidencia principal de esta hipótesis. (Nota: la figura 14.5 muestra una hipótesis similar para el origen del núcleo y ER, que no es una hipótesis muy popular, que yo sepa).

VIII. Clasificación de organismos

RQ UE 14.9: Los no eucariotas solían agruparse con el nombre parafilético, "procariotas", pero Carl Woese y la mayoría de los biólogos de hoy los han dividido en dos dominios de la vida. ¿Por qué y qué implicaciones tiene esto? ¿Qué hay de malo en el antiguo sistema de los 5 reinos de Whittaker, que es tan popular entre los autores de libros de texto? (Los enlaces proporcionados anteriormente y las notas del Capítulo 13 deberían ser útiles).

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