嗜极生物

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生活在黄石国家公园里的嗜热生物

嗜极生物(英文:Extremophile),或者称作嗜极端菌,是可以(或者需要)在极端环境英语extreme environment中生长繁殖的生物,通常为单细胞生物[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)中性生物英语Neutrophile(Neutrophile)。“极端”环境的定义是人类中心论的,而对这些生物本身而言,这些环境却是很普通的。也就是说,严格来讲,这些“极端环境”是一些生物可以生存的地方,不论人类认为这些地方是普通的还是极端的。举例来说,可以被分类为嗜温好氧生物

当我们描述这些从人类看来极端的环境中生存的生物时,多数嗜极生物属于古菌,尽管有时候这个词包含一些细菌真核生物。并非所有的嗜极生物都是单细胞的。比如嗜冷的蛩蠊昆虫)和南极磷虾甲壳类),以及能在任何环境都能存活的熊虫缓步动物门)就属于嗜极后生动物

嗜极生物的种类[编辑]

对于嗜极生物有很多种分类方法,都是根据其选择与其它生物“正常”环境不同的特性分类的。这些分类并不互相排斥。比如,在地下深处高温岩石中生活的生物既是嗜热生物,也是嗜压生物

  • 氧气含量(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。
    • 厌氧生物(Anaerobe organism):不需要氧气生长的生物。
      • 专性厌氧生物(Obligate anaerobe):需要完全缺氧环境维持生活。
      • 兼性厌氧生物(Facultative anaerobe):在有氧的环境中进行有氧呼吸,在缺氧的环境下,部分会进行发酵,部分则进行无氧呼吸。
      • 耐氧厌氧生物(Aerotolerant):可以在有氧气的环境下生存,但它们不会使用氧气作为最终电子受容体。
  • 营养类型
    • 无机自养生物(lithoautotroph):使用无机物作为电子来源利用无机碳源制造生物量。
      • 化能自养生物(Chemolithotrophs):利用化学能量固定无机碳源而制造生物量
      • 光能自养生物(Photolithotrophs):使用光作为能量来源,以无机物(水)作为电子供体且利用有机物碳源。
    • 无机异养生物(lithoheterotroph):使用无机物作为电子来源利用有机物碳源制造生物量。
      • 化能异养生物(Chemoorganotrophs):利用化学能量,利用有机物碳源。
      • 光能异养生物(Photoorganotrophs):使用光作为能量来源,利用有机物碳源。
    • 混合营养生物(Mixotroph):同时进行无机营养与有机营养的生物。
  • 温度
    • 高温生物(Thermophilc organisms):可以在60℃以上生活的生物。
      • 超嗜热生物(Hyperthermophile):可以在更高的温度下(约85~130)生活的生物,最低55℃以上。
      • 极端嗜热生物(Extremely Thermophile):可以在比较高的温度下(约80~85℃)生活的生物,最低40℃以上。
      • 专性嗜热生物(Obligetely Thermophile):可以在相对高的温度下(约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):最适生长温度介于45℃~60℃之间,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(Psychrophilic 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℃下生长,最适为20~40℃,最高高于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℃下生长,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):生长上限pH值小于等于3,最适宜生长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。
      • 兼性嗜酸生物(Facultive Acidophiles):最适生长pH小于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):最适生长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大于等于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。
      • 专性嗜碱生物(Obligate Alkaliphiles):最适生长pH值大于等于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于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。
    • 嗜盐生物(Halophile):需要最少0.2M浓度生活的生物。
      • 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。
  • 营养物浓度
    • 富营养生物(Copiotroph):在营养物浓度很高(10gC/L)的环境中生活的生物。
    • 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):在营养物浓度很低(1~15mgC/L)的环境中生活的生物。
  • 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):生活在沙漠地区或极地岩石之下的生物。
  • 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。
    • 耐压生物(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。
    • 嗜压生物(Piezophile):最适生长于高压环境的生物。
      • 兼性嗜压生物(Facultative Piezophiles):正常大气压下能生活,500个大气压上也能生活。
      • 专性嗜压生物(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。
    • 耐金属生物(Metallotolerant):可以忍受高浓度重金属,如的生物。例子如:Ferroplasma sp., Cupriavidus metalliduransGFAJ-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]最近一个具有耐受性的强嗜硼生物(Borophiles)细菌Bacillus boroniphilus英语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.  Authors list列表中的|first1=缺少|last1= (帮助); 使用|coauthors=需要含有|author= (帮助)
  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 .  Authors list列表中的|first1=缺少|last1= (帮助); 使用|coauthors=需要含有|author= (帮助)
  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. PMID 18319473. doi:10.1099/ijs.0.65160-0. 
  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]