פסיכופרופילים: מאפיינים, סוגים ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

הפסיכו - פרופילים הם סוג של קיצוניות המאופיינת בטמפרטורות עמידות נמוכות, בדרך כלל בין -20 מעלות צלזיוס ל- 10 מעלות צלזיוס, ותופסות באופן קבוע בתי גידול קרים. אורגניזמים אלה הם בדרך כלל חיידקים או ארכאאה, אולם ישנם מטאזואנים כמו חזזיות, אצות, פטריות, נמטודות ואפילו חרקים ובעלי חוליות.

סביבות קרות חולשות על הביוספרה של כדור הארץ ומתושבות על ידי מיקרואורגניזמים שופעים ומגוונים הממלאים תפקידים קריטיים פוטנציאליים במחזורים ביוגוכימיים עולמיים.

Lichen Xanthoria elegans הוא פסיכו-פרופיל ידוע שיכול פוטוסינתזה בטמפרטורות נמוכות -24 מעלות צלזיוס. התצלום צולם באלברטה, קנדה. מקור: ג'ייסון הולינגר דרך https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

בנוסף לעמידה בטמפרטורות נמוכות, יש להתאים אורגניזמים פסיכו-פרופיליים לתנאים קיצוניים אחרים, כמו לחצים גבוהים, ריכוזי מלחים גבוהים וקרינה אולטרה סגולה גבוהה.

מאפייני אורגניזמים פסיכו-פרופיליים

בתי גידול

בתי הגידול העיקריים של אורגניזמים פסיכו-פרופיליים הם:

-סביבות ימיות קוטביות.

-קרח בנק או ים.

-סביבות יבשתיות קוטביות.

אגמים בגובה ובקו רוחב.

- אגמים מיותרים.

-קווי אזורים אלפיים.

משטחי קרחונים.

-מדבריות קוטביות.

-אוקיינוס ​​עמוק.

עיבודים

פסיכופרופילים מוגנים מפני הקפאה על ידי עיבודים שונים. אחד מהם הוא הגמישות של קרומי התא שלהם, שהם משיגים בכך שהם כוללים תכולה גבוהה של חומצות שומן קצרות ולא רוויות במבני ממברנות השומנים שלהם.

השפעת שילובן של חומצות שומן אלה היא ירידת נקודת ההיתוך, וגוברת בו זמנית נזילותה ועמידותה.

התאמה חשובה נוספת של פסיכופילים היא סינתזה של חלבונים נגד נוזלים לרדיאטור. חלבונים אלה שומרים על מים בגוף במצב נוזלי ומגנים על ה- DNA כאשר הטמפרטורות יורדות מתחת לנקודת הקפאה של המים. הם גם מונעים היווצרות קרח או התגבשות מחדש.

סוגי פסיכופילים ודוגמאות

אורגניזמים חד תאיים

המגוון של הפסיכופילים החד-תאיים הוא גדול מאוד, מבין אלה אנו יכולים להזכיר חברים ברוב שושלות החיידקים: חומצה-חיידקים, אקטינובקטריות, בקטריואטטות, כלורופלקסי, קיאנובקטריה, פירמוטות, Gemmatimonadetes, OP10 ו- Planctomycetes.

יתר על כן, Proteobacteria ו- Verrucomicrobia התגלו באזור הארקטי, באנטארקטיקה ובקריוקונים אלפיים. הם התגלו גם בגרינלנד, קנדה, טיבט והרי ההימלאיה.

בין הציאנובקטריה הפסיפרופילית אנו מוצאים את Leptolvngbva, Phormidium ו- Nostoc. ז'אנרים נפוצים אחרים הם אפרתוטה חד-תאית, חרוקוקוקוס וחרנאשפון, והתנין החוטים, מיקרוקולאוס, סכיזוטריקס, אנאבנה, קלותריקס, קרינליום ופלקטונרנה.

אורגניזמים רב תאיים

בין החרקים הפסיכו-פרופיליים אנו יכולים למנות את הסוג דיאמסה מההימלאיה (נפאל) שנשאר פעיל עד שהוא מגיע לטמפרטורה של -16 מעלות צלזיוס.

כמו כן נמצא היתוש נטול הכנפיים, בלגיקה אנטארקטיקה, באורך 2–6 מ"מ, אנדמי לאנטארקטיקה. זהו החרק היחיד ביבשת וגם החיה היבשתית היחידה הבלעדית.

איור 2. איור 2. יתוש האפטרי בלגיקה אנטארקטיקה, חרק אנדמי של אנטארקטיקה. מקור: Tasteofcrayons, מתוך Wikimedia Commons

בעלי חיים בעלי חוליות יכולים להיות גם פסיכופילים. כמה דוגמאות כוללות מספר קטן של צפרדעים, צבים ונחש המשתמשים בהקפאת מים חוץ תאית (מים מחוץ לתאים) כאסטרטגיית הישרדות כדי להגן על התאים שלהם במהלך החורף.

הנמורן האנטארקטי Panagrolaimus davidi יכול לשרוד בהקפאת מים תוך תאיים ובהמשך לצמוח ולהתרבות מחדש.

גם הדגים ממשפחת Channichthyidae - החיים במים הקרים של אנטארקטיקה ודרום אמריקה הדרומית - משתמשים בחלבוני נוזל לרדיאטור כדי להגן על התאים שלהם מפני הקפאה מוחלטת.

טמפרטורות צמיחה ואורגניזמים פסיכו-פרופיליים

טמפרטורת הצמיחה המרבית (T _max ) של אורגניזם היא הגבוהה ביותר שהוא יכול לסבול. בעוד שהטמפרטורה האופטימלית (T _opt ) לצמיחה היא זו בה האורגניזם גדל מהר יותר.

כל האורגניזמים ששורדים ומשגשגים בסביבות טמפרטורה נמוכה נחשבים לרוב כפסיכופילים. עם זאת, כפי שאנו מכירים, המונח psychrophile צריך להיות מיושם רק למי אורגניזמים אשר T _מקס הוא 20 ° C (כלומר, הם לא יכולים לשרוד בטמפרטורות גבוהות).

מיקרואורגניזמים מבודדים מאזורים קרים מאוד, שיכולים לצמוח בתנאי מעבדה בטמפרטורות מעל 20 מעלות צלזיוס, מה שמעיד שלמרות שהם מותאמים לטמפרטורות נמוכות, אין לראות בהם פסיכופילים. מיקרו-אורגניזמים אלה נקראים "מזוטולרנטים", כלומר הם סובלים טמפרטורות בינוניות.

Methanococcoides burtonii

Sphingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensis הוא חיידק מבודד מהמים הימיים של חצי הכדור הצפוני, בו טמפרטורות של 4 - 10 מעלות צלזיוס. לעומת זאת, ההלוארצ'ות, שהן ארכאאה המאכלסות מים רוויים מאוד במלח, גדלות בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס.

למרות שיש אוכלוסיות גבוהות בסביבתם הטבעית, לא ניתן היה לעבד אף אחד ממיקרואורגניזמים אלה במעבדה בפחות מ- 4 מעלות צלזיוס.

בתורו, ל- S. alaskensis יש _{מקסימום} T של 45 מעלות צלזיוס וההלארצ'אה יכולה לגדול בטמפרטורות שמעל 30 מעלות צלזיוס, ולכן לא ניתן היה להחשיבן פסיכו-פרופיליות. עם זאת, אוכלוסיותיהם מותאמות היטב ושופעות מאוד באזורים קרים במיוחד.

מהאמור לעיל אנו יכולים להניח שישנם גורמים סביבתיים מגבילים אחרים המשפיעים על הישרדותם של אורגניזמים אלה בסביבתם הטבעית, והטמפרטורה אינה הגורם בעל המשקל הגדול ביותר.

יישומים ביוטכנולוגיים

האנזימים של אורגניזמים פסיכופיליים מאופיינים בפעילות גבוהה בטמפרטורות נמוכות ומתונות. בנוסף, לאנזימים אלה יש יציבות תרמית ירודה.

בשל מאפיינים אלה, האנזימים של אורגניזמים פסיכופיליים אטרקטיביים מאוד ליישום בתהליכים שונים בתעשיית המזון, ברפואה, בביולוגיה מולקולרית, בתעשיית התרופות, בין היתר.

הפניות

1. Cavicchioli, R. (2015). על הרעיון של פסיכופיל. כתב העת ISME, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. and Deming, JW (2008). תפקידם של האקסופולימרים בהתאמה מיקרוביאלית לקרח הים. בתוך: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. ו- Gerday, C. reds) פסיכו-פרופילים: ממגוון ביולוגי לביוטכנולוגיה. שפרינגר-ורלאג, ברלין, גרמניה, עמ '. 247-264.
3. קושימה, ש '(1984). חרק רומן סובלני קר שנמצא בקרחון ההימלאיה. טבע, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. מרגזין, ר (עורך). (2017). פסיכופרופילים: ממגוון ביולוגי לביוטכנולוגיה. מהדורה שנייה. שפרינגר ורלאג, היידלברג, גרמניה. עמ. 685.
5. מיטבה, ו '(2008). חיידקים בשלג וקרח. בתוך: Margesin, R. and Schirmer, F. (eds) פסיכו-פרופילים: ממגוון ביולוגי לביוטכנולוגיה. שפרינגר ורלאג, היידלברג, גרמניה, עמ '. 31-50.
6. מחיר, PB (2000). בית גידול לפסיכופילים בקרח עמוק באנטארקטיקה. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית של אמריקה 97, 1247-1251.