extremophiles adalah organisme yang hidup di lingkungan yang ekstrim, yaitu orang-orang yang menyimpang dari kondisi di mana mereka tinggal organisme yang paling dikenal oleh manusia.
Istilah “ekstrim” dan “ekstrimofil” relatif antroposentris, karena manusia mengevaluasi habitat dan penghuninya, berdasarkan apa yang dianggap ekstrem bagi keberadaan kita sendiri.
Gambar 1. Tardigrades, Filum yang dikenal karena kemampuannya untuk bertahan hidup di lingkungan yang sangat kasar. Sumber: Willow Gabriel, Goldstein Lab [CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], melalui Wikimedia Commons
Karena hal tersebut di atas, yang menjadi ciri lingkungan ekstrim adalah bahwa ia menghadirkan kondisi yang tidak dapat ditoleransi bagi manusia mengenai suhu, kelembaban, salinitas, cahaya, pH, ketersediaan oksigen, tingkat toksisitas, dan lain-lain.
Dari perspektif non-antroposentris, manusia bisa menjadi ekstrofil, tergantung pada organisme yang menilai mereka. Misalnya, dari sudut pandang organisme anaerobik yang ketat, yang oksigennya beracun, makhluk aerobik (seperti manusia) akan menjadi ekstrofil. Bagi manusia, di sisi lain, organisme anaerobik adalah ekstrofil.
Indeks artikel
Asal usul istilah “Extremophiles”
Saat ini kita mendefinisikan sebagai “ekstrim” banyak lingkungan di dalam dan di luar planet Bumi dan kita terus-menerus menemukan organisme yang mampu, tidak hanya bertahan hidup, tetapi juga berkembang pesat di banyak dari mereka.
RD Macelroy
Pada tahun 1974, RD Macelroy mengusulkan istilah “Extremophiles” untuk mendefinisikan organisme ini yang menunjukkan pertumbuhan dan perkembangan yang optimal dalam kondisi ekstrim, yang bertentangan dengan organisme mesofilik, yang tumbuh di lingkungan dengan kondisi menengah.
Menurut Macelroy:
” Ekstrofil adalah deskriptif untuk organisme yang mampu menghuni lingkungan yang tidak bersahabat dengan mesofil, atau organisme yang hanya tumbuh di lingkungan perantara .”
Ada dua tingkat dasar ekstremisme dalam organisme: mereka yang dapat mentolerir kondisi lingkungan yang ekstrem dan menjadi dominan atas yang lain; dan yang tumbuh dan berkembang secara optimal dalam kondisi ekstrim.
Karakteristik lingkungan ekstrim
Denominasi lingkungan sebagai “ekstrim” menanggapi konstruksi antropogenik, berdasarkan pertimbangan ekstrem jauh dari dasar kondisi lingkungan tertentu (suhu, salinitas, radiasi, antara lain), yang memungkinkan kelangsungan hidup manusia.
Namun, penunjukan ini harus didasarkan pada karakteristik tertentu dari suatu lingkungan, dari perspektif organisme yang menghuninya (bukan perspektif manusia).
Karakteristik tersebut meliputi: biomassa, produktivitas, keanekaragaman hayati (jumlah spesies dan representasi taksa yang lebih tinggi), keragaman proses dalam ekosistem dan adaptasi spesifik terhadap lingkungan organisme yang bersangkutan.
Jumlah total dari semua karakteristik ini menunjukkan kondisi ekstrim suatu lingkungan. Misalnya, lingkungan ekstrem adalah lingkungan yang umumnya menyajikan:
- Biomassa dan produktivitas rendah
- Prevalensi bentuk kehidupan kuno
- Tidak adanya bentuk kehidupan yang lebih tinggi
- Tidak adanya fotosintesis dan fiksasi nitrogen tetapi ketergantungan pada jalur metabolisme lain dan adaptasi fisiologis, metabolisme, morfologi dan / atau siklus hidup tertentu.
Jenis Extremophiles pada Skala Zoologi
Organisme bersel tunggal
Istilah Extremophilic sering mengacu pada prokariota, seperti bakteri, dan kadang-kadang digunakan secara bergantian dengan Archaea.
Namun, ada berbagai macam organisme Ekstremofilik dan pengetahuan kita tentang keragaman filogenetik di habitat ekstrem meningkat hampir setiap hari.
Kita tahu misalnya bahwa semua hipertermofil (pecinta panas) adalah anggota Archaea dan Bakteri. Eukariota umum di antara psychrophiles (pencinta dingin), acidophiles (pencinta pH rendah), alkalophiles (pencinta pH tinggi), xerophiles (pencinta lingkungan kering) dan halofil (pencinta garam).
Gambar 2. Pemandian air panas di Taman Nasional Yellowstone di AS, warna-warna cerah yang diperoleh mata air ini terkait dengan perkembangbiakan bakteri termofilik. Sumber: Jim Peaco, Layanan Taman Nasional [Domain publik], melalui Wikimedia Commons
Organisme multiseluler
Organisme multiseluler, seperti hewan invertebrata dan vertebrata , juga bisa menjadi ekstrofil.
Sebagai contoh, beberapa psychrophiles termasuk sejumlah kecil katak, kura-kura dan ular, yang selama musim dingin menghindari pembekuan intraseluler di jaringan mereka, mengumpulkan osmolit dalam sitoplasma sel dan memungkinkan pembekuan hanya air ekstraseluler (di luar sel) .
Contoh lain adalah kasus nematoda Antartika Panagrolaimus davidi , yang dapat bertahan dari pembekuan intraseluler (pembekuan air di dalam selnya), mampu tumbuh dan berkembang biak setelah pencairan.
Juga ikan dari keluarga Channichthyidae, penghuni perairan dingin Antartika dan selatan benua Amerika, menggunakan protein antibeku untuk melindungi sel mereka dari pembekuan total.
Poly-Extremophiles
Poly-Extremophiles adalah organisme yang dapat bertahan hidup lebih dari satu kondisi ekstrim pada saat yang sama, sehingga menjadi umum di semua lingkungan ekstrim.
Misalnya, tanaman gurun yang bertahan hidup dari panas yang ekstrem, ketersediaan air yang terbatas, dan seringkali salinitasnya tinggi.
Contoh lain adalah hewan yang menghuni dasar laut, yang mampu menahan tekanan yang sangat tinggi, seperti kekurangan cahaya dan nutrisi, antara lain.
Jenis lingkungan ekstrem yang paling umum
Ekstrem lingkungan secara tradisional didefinisikan berdasarkan faktor abiotik, seperti:
- Suhu.
- Ketersediaan air.
- Tekanan.
- pH.
- Salinitas.
- Konsentrasi oksigen.
- tingkat radiasi.
Ekstrofil juga dijelaskan berdasarkan kondisi ekstrem yang mereka alami.
Lingkungan ekstrim yang paling penting yang dapat kita kenali sesuai dengan kondisi abiotiknya adalah:
Lingkungan yang sangat dingin
Lingkungan dingin yang ekstrem adalah lingkungan yang sering bertahan atau turun untuk periode (pendek atau lama) suhu di bawah 5 ° C. Ini termasuk kutub bumi, daerah pegunungan, dan beberapa habitat laut dalam. Bahkan beberapa gurun yang sangat panas di siang hari memiliki suhu yang sangat rendah di malam hari.
Ada organisme lain yang hidup di kriosfer (di mana air dalam keadaan padat ). Misalnya, organisme yang hidup dalam matriks es, permafrost, di bawah lapisan salju permanen atau berkala, harus mentolerir beberapa ekstrem, termasuk dingin, pengeringan, dan tingkat radiasi yang tinggi.
Lingkungan panas yang ekstrim
Habitat yang sangat panas adalah yang tetap atau secara berkala mencapai suhu di atas 40 ° C. Misalnya, gurun panas, situs panas bumi, dan lubang hidrotermal laut dalam.
Mereka sering dikaitkan dengan suhu tinggi yang ekstrim, lingkungan di mana air yang tersedia sangat terbatas (terus-menerus atau untuk periode waktu yang teratur), seperti gurun panas dan dingin, dan beberapa habitat endolitik (terletak di dalam batu).
Lingkungan tekanan ekstrim
Lingkungan lain tunduk pada tekanan hidrostatik tinggi, seperti zona bentik lautan dan danau dalam. Pada kedalaman ini, penghuninya harus menahan tekanan lebih besar dari 1000 atmosfer.
Atau, ada hipobarik (tekanan atmosfer rendah) yang ekstrem, di pegunungan dan di daerah tinggi lainnya di dunia.
Gambar 3. Fumarol laut atau ventilasi hidrotermal. Contoh lingkungan ekstrem yang dihuni oleh seluruh komunitas organisme, di mana terdapat tekanan dan suhu tinggi, serta pelepasan belerang. Sumber: NOAA [Domain publik], melalui Wikimedia Commons
Lingkungan asam dan basa yang ekstrim
Secara umum, lingkungan yang sangat asam adalah lingkungan yang mempertahankan atau secara teratur mencapai nilai di bawah pH 5.
PH rendah, khususnya, meningkatkan kondisi “ekstrim” suatu lingkungan, karena meningkatkan kelarutan logam yang ada dan organisme yang hidup di dalamnya harus beradaptasi untuk menghadapi berbagai ekstrem abiotik.
Sebaliknya, lingkungan yang sangat basa adalah lingkungan yang tetap atau secara teratur mencatat nilai pH di atas 9.
Contoh lingkungan pH ekstrim termasuk danau, air tanah, dan tanah yang sangat asam atau basa.
Gambar 4. Lobster kerdil (Munidopsis polymorpha), penghuni gua dan endemik pulau Lanzarote, Kepulauan Canary. Adaptasi khas untuk jenis lingkungan gua yang ekstrim ini meliputi: penurunan ukuran, pucat dan kebutaan. Sumber: flickr.com/photos/ [ dilindungi email ] / 5582888539
Lingkungan hipersalin dan anoksik
Lingkungan hipersalin didefinisikan sebagai lingkungan dengan konsentrasi garam lebih besar daripada air laut, yang memiliki 35 bagian per seribu. Lingkungan ini termasuk danau hypersaline dan saline.
Dengan “saline” kita tidak hanya mengacu pada salinitas karena natrium klorida, karena mungkin ada lingkungan asin di mana garam dominan adalah sesuatu yang lain.
Gambar 5. Warna merah muda pada air di Salina Las Cumaraguas, negara bagian Falcón di Venezuela. Warna merah muda adalah produk dari alga yang disebut Dunaliella salina, yang mampu menahan konsentrasi tinggi natrium klorida yang ada dalam garam. Sumber: HumbRios [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons
Habitat dengan oksigen bebas terbatas (hipoksia) atau tidak ada oksigen (anoksik), baik secara terus-menerus atau secara berkala, juga dianggap ekstrem. Misalnya, lingkungan dengan karakteristik ini akan menjadi cekungan anoksik di lautan dan danau, dan lapisan sedimen yang lebih dalam.
Gambar 6. Artemia monica, krustasea yang hidup di Danau Mono, California (AS), lingkungan asin (natrium bikarbonat) dan pH tinggi. Sumber: photolib.noaa.gov
Lingkungan radiasi tinggi
Radiasi ultraviolet (UV) atau inframerah (IR) juga dapat menyebabkan kondisi ekstrem pada organisme. Lingkungan radiasi ekstrim adalah lingkungan yang terpapar radiasi tinggi yang tidak normal atau radiasi di luar kisaran normal. Misalnya, lingkungan kutub dan dataran tinggi (terestrial dan akuatik).
Phaeocystis pouchetii
Beberapa spesies menunjukkan mekanisme mengelak dari radiasi UV atau IR yang tinggi. Misalnya, rumput laut Antartika Phaeocystis pouchetii menghasilkan “tabir surya” yang larut dalam air yang sangat menyerap panjang gelombang UV-B (280-320nm) dan melindungi sel-selnya dari tingkat UV-B yang sangat tinggi dalam 10 m kolom air atas (setelah es laut). kerusakan).
Deinococcus radiodurans
Organisme lain sangat toleran terhadap radiasi pengion. Misalnya, bakteri Deinococcus radiodurans dapat mempertahankan integritas genetiknya dengan mengkompensasi kerusakan DNA yang luas setelah terpapar radiasi pengion.
Bakteri ini menggunakan mekanisme antar sel untuk membatasi degradasi dan membatasi difusi fragmen DNA. Selain itu, ia memiliki protein perbaikan DNA yang sangat efisien.
astyanax hubbsi
Bahkan di lingkungan radiasi yang tampaknya rendah atau tanpa radiasi, organisme Ekstremofilik beradaptasi untuk merespons perubahan tingkat radiasi.
Misalnya, Astyanax hubbsi , seekor ikan buta yang tinggal di gua Meksiko, tidak memiliki struktur mata yang terlihat secara dangkal namun dapat membedakan perbedaan kecil dalam cahaya sekitar. Mereka menggunakan fotoreseptor ekstraokular untuk mendeteksi dan merespons rangsangan visual yang bergerak.
Gambar 7. Ikan buta dari genus Astyanax, penghuni gua. Sumber: Shizhao [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) atau GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], dari Wikimedia Commons
Ekstrem antropogenik
Saat ini kita hidup di lingkungan di mana kondisi lingkungan yang ekstrim dipaksakan, yang dihasilkan secara artifisial sebagai efek dari aktivitas manusia.
Apa yang disebut lingkungan dampak antropogenik sangat beragam, dalam lingkup global, dan tidak dapat lagi diabaikan ketika mendefinisikan lingkungan ekstrem tertentu.
Misalnya lingkungan yang terkena pencemaran (atmosfer, air dan tanah) -seperti perubahan iklim dan hujan asam-, ekstraksi sumber daya alam, gangguan fisik dan eksploitasi berlebihan.
Transisi dan ekoton
Selain lingkungan ekstrem yang disebutkan di atas, ahli ekologi terestrial selalu menyadari sifat khusus zona transisi antara dua atau lebih komunitas atau lingkungan yang beragam, seperti garis pohon di pegunungan atau batas antara hutan dan padang rumput. Ini disebut sabuk penegang atau ekoton.
Ekoton juga ada di lingkungan laut, misalnya transisi antara es dan air yang diwakili oleh tepi es laut. Zona transisi ini biasanya menunjukkan keanekaragaman spesies dan kepadatan biomassa yang lebih besar daripada komunitas yang mengapit, sebagian besar karena organisme yang hidup di dalamnya dapat memanfaatkan sumber daya dari lingkungan yang berdekatan, yang dapat memberi mereka keuntungan.
Namun, ekoton adalah wilayah yang terus berubah dan dinamis, seringkali menunjukkan variasi yang lebih luas dalam kondisi abiotik dan biotik selama periode tahunan daripada lingkungan yang berdekatan.
Hal ini dapat dianggap “ekstrim”, karena memerlukan organisme untuk terus menyesuaikan perilaku, fenologi (cuaca musiman), dan interaksi dengan spesies lain.
Spesies yang hidup di kedua sisi ekoton seringkali lebih toleran terhadap dinamika, sedangkan spesies yang jangkauannya terbatas pada satu sisi mengalami sisi yang lain sebagai ekstrim.
Secara umum, zona transisi ini juga sering menjadi yang pertama terkena dampak perubahan iklim dan/atau gangguan, baik alami maupun antropogenik.
Hewan dan tumbuhan dengan berbagai tahapan atau fase
Tidak hanya lingkungan yang dinamis, dan mungkin atau mungkin tidak ekstrim, tetapi organisme juga dinamis dan memiliki siklus hidup dengan tahapan yang berbeda, disesuaikan dengan kondisi lingkungan tertentu.
Mungkin saja lingkungan yang mendukung salah satu tahapan siklus hidup suatu organisme sangat ekstrem untuk tahapan lainnya.
Tanaman
Sebagai contoh, kelapa ( Cocos nucifera ) memiliki benih yang beradaptasi untuk pengangkutan melalui laut, tetapi pohon dewasa tumbuh di darat.
Pada tumbuhan pembawa spora vaskular, seperti pakis dan berbagai jenis lumut, gametofit mungkin tidak memiliki pigmen fotosintesis, tidak memiliki akar, dan bergantung pada kelembaban lingkungan.
Sedangkan sporofit memiliki rimpang, akar dan pucuk yang tahan terhadap kondisi panas dan kering di bawah sinar matahari penuh. Perbedaan antara sporofit dan gametofit berada dalam urutan yang sama dengan perbedaan antara taksa.
Hewan
Contoh yang sangat dekat adalah tahap remaja dari banyak spesies, yang umumnya tidak toleran terhadap lingkungan yang biasanya mengelilingi orang dewasa, sehingga mereka biasanya memerlukan perlindungan dan perawatan selama periode di mana mereka memperoleh keterampilan dan kekuatan yang memungkinkan mereka. menangani lingkungan ini.
Referensi
- Kohshima, S. (1984). Serangga baru yang tahan dingin ditemukan di gletser Himalaya. Alam 310, 225-227.
- Macelroy, RD (1974). Beberapa komentar tentang evolusi extremephiles. Biosistem, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
- Marchant, HJ, Davidson, AT dan Kelly, GJ (1991) senyawa pelindung UV-B dalam alga laut Phaeocystis pouchetti dari Antartika. Biologi Kelautan 109, 391-395.
- Oren, A. (2005). Seratus tahun penelitian Dunaliella : 1905-2005. Sistem Saline 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
- Rothschild, LJ dan Mancinelli, RL (2001). Hidup di lingkungan yang ekstrim. Alam 409, 1092-1101.
- Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. dan Zillig, W. (1995). Ringan pada pH yang sangat rendah. Alam 375, 741-742.
- Bertingkat, KB dan Bertingkat, JM (1996). Kelangsungan hidup pembekuan alami pada hewan. Tinjauan Tahunan Ekologi dan Sistematika 27, 365-386.
- Teyke, T. dan Schaerer, S. (1994) Ikan gua buta Meksiko ( Astyanax hubbsi ) merespons rangsangan visual yang bergerak. Jurnal Biologi Eksperimental 188, 89-1 () 1.
- Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD dan Somero, GN (1982). Hidup dengan tekanan air: evolusi sistem osmolit. Sains 217, 1214-1222.
