Ekstremofil

En organisme sies å være ekstremofil eller ekstremofil når dens normale levekår er dødelige for de fleste andre organismer: temperaturer nær eller høyere enn 100  ° C ( hypertermofiler ) eller lavere enn 0  ° C ( psykrofiler ), eksepsjonelt trykk ( barofiler av dyp sjøbunn ), miljøer meget lastet med salt ( halofile ), meget surt ( acidofile ) eller hyper- alkalisk ( Alkalophilic ) miljøer, radioaktiv eller ikke-oksyderende (uten dioksygen) eller ubelyste miljøer som endoliths .

Mange ekstremofiler tilhører taksonen av Archaea eller bakterier , selv om det også er encellede og metazoaniske eukaryote ekstremofiler ( insekter , krepsdyr , fisk ...). Imidlertid er begrepet reservert for encellede organismer .

Ekstremofile organismer kan for eksempel isoleres fra varme svovelholdige kilder , hydrotermiske ventilasjoner under vann, sedimenter , i isen på Antarktis eller Arktis , i vann mettet med salt (innsjø eller Dødehavet ), i oljefelt ...

Noen levende vesener, kalt polyextremophiles , kombinerer til og med flere av disse motstandene (eksempel på Deinococcus radiodurans , Kineococcus radiotolerans eller Sulfolobus acidocaldarius ).

Perfekt tilpasset disse helt spesielle forholdene, er ekstremofiler sjeldne under mer vanlige forhold. Faktisk, selv når de er i stand til å motstå disse forholdene (fordi deres spesielle metabolisme i mange tilfeller krever ekstreme forhold), tåler de ikke konkurranse fra vanlige organismer. Det hender at man skiller ekstremofil og ekstrem toleranse , alt etter om organismen trenger eksepsjonelle forhold, eller om den støtter dem, men at man finner den under mer vanlige forhold.

Vi må tydelig skille tilfellet med ekte ekstremofiler (som lever normalt eller utelukkende under ekstreme forhold), relativt banale tilfeller av organismer som midlertidig kan ta en form som er motstandsdyktig mot ugunstige forhold (ved å suspendere deres vitale funksjoner, ved å beskytte seg selv ved å danne en cyste eller spore ). Noen bakterier som Deinococcus radiodurans er i stand til å helbrede seg selv under ekstreme forhold, men krever ikke at de lever.

Ulike typer ekstremofiler

• Acidophilic  : organisme som lever i sure omgivelser ( optimal vekst pH nær 3).
• Alkalofil  : organisme som lever i grunnleggende miljøer (optimal vekst pH nær 9 og over).
• Halofil  : organisme som lever i veldig salte omgivelser (høy konsentrasjon av NaCl ).
• Metalotolerant  : organisme tolerant for høye konsentrasjoner av metall ( kobber , kadmium , arsen , sink ).
• Psychrophilic eller psychrotolerant  : organisme som lever i kalde omgivelser (avgrunner, isbreer, selv kjøleskap der de kan påvirke mat hygiene ved å gjøre den kalde kjeden mindre effektiv).
• Piezofil eller barofil  : organisme som lever i miljøer som er utsatt for høyt trykk (dype havbunn ned til −11.000 meter; Mariana Trench )
• Strålebestandig  : organisme som kan overleve høy ioniserende stråling.
• Termofil  : organisme som lever i varme omgivelser med optimal vekst nær 60  ° C .
• Hypertermofil  : organisme som lever i veldig varme omgivelser med vekstoptima nær 90  ° C til mer enn 100  ° C  ; men de kan ikke leve i et medium med kokende vann (i havbunnen er trykket høyt og vannet forblir flytende opp til 400  ° C )
• Xerofil  : organisme som er i stand til å motstå uttørking (trenger lite vann for å overleve).

Interessen for studiet av ekstremofiler

Ekstremofiler er forbauset og studert på flere måter:

• Deres særegenheter har varierte teknologiske perspektiver ( termostabile proteiner , vaskeenzymer for kaldt vann, for eksempel) og et stort felt av biologiske studier. De proteiner og enzymer ekstremer er et økende marked ( bioteknologi og kjemisk industri). Det mest spektakulære eksemplet er Taq-polymerase fra Thermus aquaticus, som er mye brukt for PCR- reaksjoner .
• Den fremveksten av liv kan ha funnet sted i et ekstremt miljø. Den tidlige primitive atmosfæren, uten oksygen og ozon , tillot UV-stråler fra solen å passere gjennom, noe som kunne føre til dannelse av frie radikaler giftige for celler. Kjemiker Günter Wächtershäuser mener at livet oppsto i et varmt svovel-jernholdig miljø i fravær av oksygen. Dette miljøet er nær det til hydrotermiske ventilasjoner der mange hypertermofile mikroorganismer lever. Imidlertid er fossile bevis for eksistensen av en livsform på fossiliserte hydrotermiske steder ennå ikke bekreftet.
• De illustrerer livets fantastiske tilpasningsevne til de mest varierte og fiendtlige miljøene, noe som gir troverdighet til ideen om at lignende livsformer finnes på tilsynelatende ikke-levedyktige planeter.

Noen eksempler på ekstremofile organismer

Ulike ekstremofili

Archaea

• Pyrolobus fumarii , isolert i hydrotermale dykking, likevel multiplisere til 113  ° C .
• En stamme kalt Strain 121 , nær den Archaea tittel Pyrodictium og Pyrobaculum , ble isolert fra hydrotermale prøver og være i stand til å overleve ved 121  ° C .
• Sulfolobus acidocaldarius isolert fra varme sure kilder, er både acidofil (vekst ved en pH på 2-3) og hypertermofil (optimal vekst rundt 80  ° C ).
• Thermococcus gammatolerans , radiotolerant (organismen, når den utsettes for ioniserende stråling, reparerer seg permanent og effektivt) funnet i stor dybde i visse varme kilder
• Ferroplasma , Ferroplasma acidarmanus kan vokse ved en pH nær 0.
• Methanopyrus , ved optimal veksthastighet ved 98  ° C
• Haloarcula marismortui isolert fra Dødehavet, er veldig halofilt og trives i vann med 300 g / l NaCl (10 ganger saltinnholdet i havet).

Bakterie

• Deinococcus radiodurans , motstandsdyktig mot 1.500-3.000 ganger menneskelig toleranse. Den dype havbunnen, visse radioaktive steder eller visse ørkener (utsatt for UV-stråler, noen ganger over-saltvann er også hjemmet til radioresistente ekstremofiler, inkludert deinokokker
• Bacillus infernus ble isolert 2700  m under jordoverflaten.
• Desulforudis audaxviator ble funnet på -1,500  m og deretter -2,800  m dyp, i jorda til en gullgruve (Witwatersand Basin, Sør-Afrika) hvor den tåler en temperatur på 60  ° C og en pH på 9,3
• GFAJ-1 , arsen-tolerant halofil bacillus.
• De snottites (inkludert Acidithiobacillus ) chemosynthesis henter sin energi fra svovelforbindelser av vulkansk opprinnelse, deres pH-verdi er i nærheten av 0, med egenskaper som ligner på batterisyre.

Virvelløse dyr

• Halicephalobus mephisto funnet i brønnvann fra en gullgruve mellom 0,9 og 3,6  km dyp.
• Alvinella Pompejana , kjent som Pompeii-ormen, lever på visse hydrotermiske ventilasjoner under vann. Eksepsjonell varmemotstandskapasitet for en flercellet eukaryot (tåler en temperatur på 20 til over 80  ° C hos voksne).

Vertebrater

• Den fisken av familien Nototheniidae bor i Sørishavet og utskille proteiner "  frostvæske  " i sitt blod .

Polar ekstremofili

I 2004 ble et betydelig antall mikroorganismer Oppdaget under bergarter i Arktis og det antarktiske kontinentet.

Inntil da ble dette miljøet ansett som spesielt fiendtlig for livets utvikling, på den ene siden på grunn av de ekstreme temperaturene, men også på grunn av ekstremt voldsomme vinder og spesielt ultrafiolett stråling.

Undersøkelser

• 2007. Et team av biologer fra University of Massachusetts ( USA ) oppdaget en mikrobe som reproduserte ved 121  ° C  ; I nærheten av en skorstein som ligger i dypet av Stillehavet , den "strain 121" har overlevd opp til en temperatur på 130  ° C . Det er den kjente organismen som lever på jorden som er motstandsdyktig mot den høyeste temperaturen.

Tidligere visste vi Pyrolobus fumarii som døde etter en times inkubasjon ved 121  ° C .

• På 1980-tallet før de begravde atomvåpen og atomavfall på stor dybde, ønsket USAs energidepartement (DOE) å verifisere om det kunne være mikrober som kunne forstyrre de nedgravde leddene eller materialene. Amerikanske geologer og biologer ble deretter overrasket over å finne bakterier og arkeobakterier som levde opptil 500 meter under overflaten i undersøkende boring som ble gjort under eksisterende atombehandlingsanlegg ( Savannah River , South Carolina ) . Andre studier har bekreftet at livet også er vanlig på store dyp, med Movile Cave i Romania i 1986, da i 1992, da John Parkes oppdaget at til og med 500 meter under havbunnen i Sea of ​​Japan bodde omtrent 11 millioner mikrober. per kubikkcentimeter sediment har mikroberne-Methuselah en veldig langsom metabolisme kan overleve i tusenvis eller til og med millioner av år nesten uten mat. Forskere i 2011 fant levende celler i sedimenter datert 460 000 år gamle samlet 220 meter under gulvet i Stillehavet nær Japan. De så ut som døde celler, men når de ble plassert i nærvær av en matkilde preget av stabile radioisotoper av karbon og nitrogen, viste det seg at 3/4 av disse cellene kunne mate dem.
  

Det er oppdaget et dypt bakterieøkosystem under Stillehavet med aktive bakterier og arkeaer i sedimenter som dateres tilbake for 86 millioner år siden (dannet omtrent 20 millioner år før dinosaurene ble utryddet . I de mest ekstreme miljøene er individene sjeldnere, likevel med ca. 1000 celler per kubikkcentimeter sediment.

I varme og radioaktive mineral bergarter, disse bakteriene bruker den radioaktive nedbrytning av uran som hydrolyserer visse vannmolekyler (i fritt hydrogen og dioksygen ved radiolyse under dannelse av hydrogen som de kombinerer med sulfationer fra deres grunnfjellet for å produsere nok energi til å opprettholde seg selv, samtidig som man gjør den beste bruken av små mengder karbon i omgivelsene.

• Det ble antatt at bare bakterier kunne leve i slike fiendtlige miljøer, men nematoder 0,5 mm lange ble nylig (2011) oppdaget svømming i sprekkervann på veldig stor dybde ( 1,3 km ), i Beatrix gullgruve . De ble kalt Halicephalobus mephisto med referanse til Mephistopheles of Faust fordi lucifuge og bor i jordens dyp. Så, i Tautona- gruven (den dypeste i landet), ble en annen nematode oppdaget 3,6 km under overflaten (det dypeste funnet landdyret i verden. Mange mikrober kan leve uten oksygen, men dette er første gang vi har fant et dyr som kan gjøre det; cellene til disse ormene har et annet genom fra andre arter, de har ikke mitokondrier (organeller som ble antatt å være universelle hos dyr). får energi - som mange ekstremofile bakterier - fra hydrogensulfid takket være spesifikke organeller kalt hydrogenosomer .

Det er derfor feil at menn lenge har trodd at den store havbunnen var steril. Likeledes for dypet av kjelleren som så ut til å være enda dypere. Det er lite kjent om denne biologiske mangfoldet, og dens biomasse anslås å være mellom 1% og 10% av biomassen til alle levende arter. To prosjekter tar sikte på å identifisere disse artene: "Census of Deep Life" og "Center for Dark Energy Biosphere Investigations" .

Disse artene kan hjelpe oss med å finne opprinnelsen til livet. Den dominerende ideen er at hun ville dukket opp i varme kilder, men hun kunne også ha blitt født i kjellerens sprekker, skjermet mot UV og andre kosmiske stråler som ennå ikke er filtrert av ozonlaget og beskyttet mot asteroide bombardement. Dette lar oss forestille oss andre former for liv, evolusjon eller tilpasninger enn de vi kjenner, som kan eksistere på andre planeter, har eksistert eller eksistert i fremtiden eller til og med være de siste som overlever.

Nye bioetiske spørsmål dukker også opp. I likhet med havfiske kan gruvedrift eller dyp oseanografi også påvirke og modifisere eller true en del av det biologiske mangfoldet som fremdeles er ukjent, spesielt ved bruk av teknikker som dyp hydraulisk brudd assosiert med injeksjoner av organisk materiale. Og kjemikalier. Likeledes for CO 2 dyplagringsprosjekter.

Merknader og referanser

1. Edmond Jolivet, Stéphane L'Haridon, Erwan Corre, Patrick Forterre og Daniel Prieur; Thermococcus gammatolerans sp. nov., en hypertermofil arkeon fra en hydrotermisk luftventil som motstår ioniserende stråling ; D. Int J Syst Evol Microbiol 53 (2003), 847-851; DOI 10.1099 / ijs.0.02503-0.
2. (i) Lynn J. Rothschild og L. Rocco Mancinelli , "  Livet i ekstreme miljøer  " , Nature , vol.  409,22. februar 2001, s.  1092-1101 ( ISSN  0028-0836 , DOI  10.1038 / 35059215 , lest online , åpnet 13. november 2015 ).
3. FA rainey, K. Ray, M. Ferreira, BZ Gatz, MF Nobre, D. Bagaley, BA utslett, M.-J. Park, AM Earl, NC Shank, et al. Omfattende mangfold av ioniserende-strålingsresistente bakterier utvunnet fra Sonoran ørkenjord og beskrivelse av ni nye arter av slekten Deinococcus hentet fra en enkelt jordprøve ; Appl. Ca. Microbiol., 1. september 2005; 71 (9): 5225 - 5235. Sammendrag .
4. Environmental Genomics Reveals a Single-Species Ecosystem Deep Within Earth Science 10. oktober 2008: Vol. 322. nr. 5899, s. 275 - 278; DOI: 10.1126 / science.1155495 Sammendrag (åpnet 2008 16 08)).
5. Colin Barras (2013) Deep life: Merkelige skapninger som lever langt under føttene våre , New Scientist magazine n ° 2914, side 36-39, publisert 2013-04-29 konsultert 2013-05-01.
6. Nature, bind 371, s 410.
7. Forskere fra Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology , Japanese Agency for Marine and Terrestrial Science and Technology, basert i Nankoku .
8. PNAS, bind 108, s 18295.
9. Science, bind 336, s 922.
10. Science, vol 314, s 479 .
11. Nature, bind 474, s 79.
12. BMC Biology, bind 8, s 30.

Se også

Relaterte artikler

• Halofil , halotoleranse ( saltmotstand )
• Termofil (varmebestandig)
• Bakterie
• Archaea (arkeobakterier)
• Siste universelle felles forfedre (LUCA)
• Tardigrade
• polyextremophiles
• avgrunn slette
• Oceanic grøft
• svart røyker
• Kjeller (geologi)

Bibliografiske referanser

• Forterre, Patrick (2007), Hell's microbes . Ed. Belin, for vitenskap.
• Fujiwara, S (2002), Ekstremofiler: Utvikling av deres spesielle funksjoner og potensielle ressurser . Journal of Bioscience and Bioengineering 94: 518-525.
• Gross, Michael (2003), The Excentric Life: Journey to Extreme Worlds . Ed. Belin, for vitenskap.
• Gumbel, EJ (1958), Statistikk over ekstremer. Columbia University Press, 375 sider.
• Horikoshi K. & Grant WD (1998), Extremophiles. Mikrobielt liv i ekstreme omgivelser . (Wiley-Liss, New York).
• Rothschild, LJ og RL Mancinelli (2001), Livet i ekstreme miljøer . Natur 409: 1092-101.
• Stetter, KO , (1999), Extremophiles og deres tilpasning til varme omgivelser . FEBS Lett . 452: 22-25.

Filmografi

• Vivre en enfer , en fransk dokumentarserie viet ekstremofiler.

Eksterne linker

• Er det fremmede skapninger blant oss? , program "The Night of the Stars " på Arte