嗜極生物

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生活在黃石國家公園裏的嗜熱生物

嗜極生物（英文extremophile），或者稱作嗜極端菌，是可以（或者需要）在“極端”環境中生長繁殖的生物，通常爲單細胞生物。[1][2]与此相对的，在较为温和的环境中生活的生物，可称为中温生物(Mesophile)和中性生物(Neutrophile)。“極端”環境的定義是人類中心論的，而對這些生物本身而言，這些環境卻是很普通的。也就是說，嚴格來講，這些“極端環境”是一些生物可以生存的地方，不論人類認爲這些地方是普通的還是極端的。舉例來説，人可以被分類爲嗜溫好氧生物。

當我們描述這些從人類看來極端的環境中生存的生物時，多數嗜極生物屬於古菌，儘管有時候這個詞包含一些細菌和真核生物。並非所有的嗜極生物都是單細胞的。比如嗜冷的蛩蠊（昆蟲）和南極磷蝦（甲殼類），以及能在任何環境都能存活的熊蟲（緩步動物門）就屬於嗜極後生動物。

目录

嗜極生物的種類 [编辑]

對於嗜極生物有很多種分類方法，都是根據其選擇與其它生物“正常”環境不同的特性分類的。這些分類並不互相排斥。比如，在地下深處高溫巖石中生活的生物既是嗜熱生物，也是嗜壓生物。

  • 氧氣含量（最终电子受容体）
    • 好氧生物(Aerobic organism)：在有氧存在的环境下生长的生物。
    • 厭氧生物(Anaerobe organism)：不需要氧氣生長的生物。
      • 专性厌氧生物(Obligate anaerobe)：需要完全缺氧環境維持生活。
      • 兼性厌氧生物(Facultative anaerobie)：在有氧的環境中進行有氧呼吸，在缺氧的環境下，部份會進行發酵，部份則進行無氧呼吸。
      • 耐氧厌氧生物(Aerotolerant)：可以在有氧氣的環境下生存，但牠們不會使用氧氣作為最终电子受容体。
  • 營養類型
    • 无机自养生物(lithoautotroph)：使用無機物作爲電子來源利用无机碳源製造生物量。
      • 化能自养生物(Chemolithotrophs)：利用化學能量固定无机碳源而製造生物量
      • 光能自养生物(Photolithotrophs)：使用光作爲能量來源，以無機物（水）作爲電子供体且利用有機物碳源。
    • 无机异养生物(lithoheterotroph)：使用無機物作爲電子來源利用有機物碳源製造生物量。
      • 化能异养生物(Chemoorganotrophs)：利用化學能量，利用有機物碳源。
      • 光能异养生物(Photoorganotrophs)：使用光作爲能量來源，利用有機物碳源。
    • 混合营养生物(Mixotroph)：同时进行無機营养与有機营养的生物。
  • 温度
    • 高温生物(Thermophilc organisms)：可以在60℃以上生活的生物。
      • 超嗜熱生物(Hyperthermophile)：可以在更高的溫度下（約85～130℃）生活的生物，最低55℃以上。
      • 极端嗜热生物(Extremely Thermophile)：可以在比较高的溫度下（約80～85℃）生活的生物，最低40℃以上。
      • 专性嗜熱生物(Obligetely Thermophile)：可以在相對高的溫度下（約60～80℃）生活的生物，最适65～70℃，最低40℃以上。
      • 兼性嗜热生物(Thermotroph)(Facultative Thermophile)：最適生長溫度介於45℃～60℃之間，最高在50～65℃之间，最低30℃以下。
      • 耐热生物(Thermotrophs)(Thermotolerant)：最适生长温度仍在中温范围内，最高在45～55℃,最低30℃以下。
    • 中温生物(Mesophile)：可以在15-60℃生活的生物。
    • 低温生物(Halophilic organisms)：可以在15℃以下生活的生物。
      • 耐冷生物(Psychrotrophs)(Psychrotolerant)：最高生长温度20℃以上，最适15℃以上，在0～5℃可生长繁殖。
      • 兼性嗜冷生物(Psychrotroph)(Facultative Psychrophil)：能在0～7 ℃下生長，最适为20～40℃，最高高於35 ℃。
      • 专性嗜冷生物(Obligetely Psychrophile)：最适生长温度15℃或更低，最高生长温度20℃或更低 ，最低生长温度0℃或以上。
      • 极端嗜冷生物(Extremely Psychrophile)：能在-15～10 ℃下生長，最适生长温度-2℃以上，10℃则不能生长。
      • 嗜冰生物(Cryophiles)：生长温度-10℃以下，有些适应温度低于-20℃～-200℃。
  • pH值
    • 嗜酸生物(Acidophilc organisms)：
      • 嗜硫酸生物(Sulphophiles)：代谢产物是硫酸，具有高度酸性pH值接近0。
      • 极端嗜酸生物(Extreme Acidophiles)：生活在火山地区的酸性热水中，能生活在pH值1以下的环境中。
      • 专性嗜酸生物(Obligate Acidophiles)：生長上限pH值小於等於3，最適宜生长pH值在1.0～2.5的环境中。
      • 嗜酸生物(Acidophiles)：在pH3～5之间最适或生长良好。
      • 兼性嗜碱生物(Facultive Acidophiles)：最适生长pH小於3并且在中性环境中也能生长。
      • 耐酸生物(Acidtolerant)：生长在pH3～5，pH3以下不能生长，但在中性pH下也能生活的生物。
    • 中性生物(Neutrophile)：最適生長pH值5～9。
    • 嗜碱生物(Alkaliphilc organisms)：
      • 耐碱生物(Aalkalotolerant)：在pH7～9生长，pH9.5以上不能生长，而生长的最适pH为中性或接近中性的生物。
      • 兼性嗜碱生物(Facultive Alkaliphiles)：最适生长pH大於等於10并且在中性环境中也能生长。
      • 嗜碱生物(Alkaliphiles)：在pH9～10之间最适或生长良好，在pH6.5左右不能或仅能缓慢生长。
      • 专性嗜鹼生物(Obligate Alkaliphiles)：最適生長pH值大於等於10，在pH低于8～9时不生长。
      • 极端嗜碱生物(Extreme Alkaliphiles)：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中，生活环境pH值可达11.5以上。
  • 盐度
    • 非嗜盐生物(Non Halophile)：最适生长盐度即氯化钠浓度小於2%。
    • 耐盐生物(Halotolerant)：既能在低盐度下正常生活4，又能在2～12%(0.2～2.5mol/L)氯化钠浓度高盐度环境下生活。
    • 极端耐盐生物(Extreme Halotolerant)：既能在低盐度下正常生活，又能耐受12%(2.5mol/L)以上氯化钠浓度。
    • 嗜鹽生物(Halophile)：需要最少0.2M鹽濃度生活的生物。
      • 兼性嗜盐生物(Facultative Halophiles)：既能在0.1mol/L氯化钠浓度低盐度下正常生活，又能在(0.5～2.5mol/L)高盐度环境下生活。
      • 低度嗜盐生物(Slight Halophiles)：耐受2%～3%(0.2～0.5mol/L)氯化钠浓度。
      • 中度嗜盐生物(Moderate Halophiles)(Mesohalophilic)：耐受3%～12%(0.5～2.5mol/L)氯化钠浓度。
      • 边缘极端嗜盐生物(Borderline Extreme Halophiles)：最适合(1.5～4mol/L)氯化钠浓度中生长。
      • 极端嗜盐生物(Extreme Halophiles)：耐受12%～30%(2.5～5.2mol/L)氯化钠浓度。
  • 渗透压（水分活度Aw，也称水活性）
    • 耐高渗生物(Osmotolerant )：在普通环境下生长，也能耐受高渗透压的环境。水活性很低。
    • 嗜高渗生物(Osmophile)：适应高渗透压的环境下，如高糖浓度的环境下生长。水活性很低。
  • 營養物濃度
    • 富营养生物(Copiotroph)：在營養物濃度很高（10gC/L）的環境中生活的生物。
    • 兼性贫营养生物(Facultative Oligotroph)：一些在富营养培养基中经反复培养后也能适应并生长的贫营养生物。
    • 专性贫营养生物(Obligate Oligotroph)：在營養物濃度很低（1~15mgC/L）的環境中生活的生物。
  • 岩内生物(Endolith)：生活在岩石内部的生物。
    • 裂隙岩内生物(Chasmoendolith)：生活在岩石的裂隙和裂缝的生物。
    • 隐藏岩内生物(Cryptoendolith)：生活在多孔岩石腔体空洞结构的生物。
    • 真岩内生物(Euendolith)：凿岩生物，进入到岩石内部，形成符合的身体形状的隧道。
  • 石下生物(Hypolith)：生活在沙漠地區或極地岩石之下的生物。
  • 压力（静水压）
    • 常压生物：最适生长压力为1个大气压的正常压力。
    • 耐壓生物(Piezophilerant)：最适压力为正常大气压，但也能耐受500个大气压以下的高压力。
    • 嗜壓生物(Piezophile)：最適生長於高壓環境的生物。
      • 兼性嗜壓生物(Facultative Piezophiles)：正常大气压下能生活，500个大气压上也能生活。
      • 专性嗜壓生物(Obligate Piezophiles)：最适生长压力为500个大气压以上，最高可达1000个大气压以上，低于40个大气压不能生活。
    • 嗜重生物(Barophile)
  • 重力
    • 耐超重生物(Hypergravity organisms)(Hyperaccelerations)：在超过1.5万倍至40万倍地球重力的超重环境下可以生存。
    • 耐低重力生物(Hypogravity organisms)：在低重力的环境下正常生存。
  • 辐射
  • 真空
  • 脱水
  • 干燥
    • 耐旱生物(Xerophile)：只需要少量水分就能生活的生物。
  • 极端化学环境
    • 耐毒性生物(Toxitolerante)：在有毒物质存在时仍能生长的生物。有毒物质的耐受值(Toxitoleranz)1（非常敏感）到9（高耐受性）。
    • 耐二氧化碳生物(Capnophile)：在纯二氧化碳环境仍能生长的生物。
    • 耐甲烷生物(Methanophile)：适合于高浓度的甲烷环境的生物。
    • 耐金屬生物(Metallotolerant)：可以忍受高濃度重金屬，如銅、鎘、砷、鋅的生物。 例子如： Ferroplasma sp., Cupriavidus metallidurans 和 GFAJ-1.[3][4][5]
    • 耐有机溶剂生物(Organic-solvent-tolerant,OST)：可适应各种亲脂性溶剂如烷烃、烷醇、芳香烃的毒性。
  • 多种极端环境

新确定的嗜（-philes）极端生物类型总是在不断增加。化妆品产品的污染是罕见的，但是在发胶中发现的Microbacterium hatanonis是一种特别的极端生物。[6]在沥青湖彼奇湖(Pitch Lake)中就有微生物生活，研究表明沥青湖中的极端微生物在106 到 107 细胞/克。[7][8]最近一个具有硼耐受性的强嗜硼生物(Borophiles)细菌Bacillus boroniphilus被发现。[9] 研究这些嗜硼生物可能有助于阐明硼中毒和缺硼机制。

参看 [编辑]

参考资料 [编辑]

  1. ^ Rampelotto, P. H. (2010). Resistance of microorganisms to extreme environmental conditions and its contribution to Astrobiology. Sustainability, 2, 1602-1623.
  2. ^ Rothschild, L.J.; Mancinelli, R.L. Life in extreme environments. Nature 2001, 409, 1092-1101
  3. ^ Studies refute arsenic bug claim. BBC News. 9 July 2012 [10 July 2012]. 
  4. ^ GFAJ-1 Is an Arsenate-Resistant, Phosphate-Dependent Organism. Science. 8 July 2012 [10 July 2012]. doi: 10.1126/science.1218455. 
  5. ^ Absence of Detectable Arsenate in DNA from Arsenate-Grown GFAJ-1 Cells. Science. 8 July 2012 [10 July 2012]. doi: 10.1126/science.1219861 . 
  6. ^ Mohammad Abdul Bakir, Takuji Kudo and Yoshimi Benno. Microbacterium hatanonis sp. nov., isolated as a contaminant of hairspray. International Journal of Systemic and Evolutionary Microbiology. 2008, 58 (Pt 3): 654–658. doi:10.1099/ijs.0.65160-0. PMID 18319473. 
  7. ^ Microbial Life Found in Hydrocarbon Lake. the physics arXiv blog 15 April 2010.
  8. ^ Schulze-Makuch, Haque, Antonio, Ali, Hosein, Song, Yang, Zaikova, Beckles, Guinan, Lehto, Hallam. Microbial Life in a Liquid Asphalt Desert.
  9. ^ A novel highly boron tolerant bacterium, Bacillus boroniphilus sp. nov., isolated from soil, that requires boron for its growth. Extremophiles Vol. 11, p. 217-224.

扩展阅读 [编辑]

外部链接 [编辑]

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