Extremófilos: características, tipos e exemplos

Os extremófilos são organismos que vivem em ambientes extremos, ou seja, aqueles que se afastem das condições em que vivem organismos mais conhecidos por seres humanos.

Os termos “extremo” e “extremófilo” são relativamente antropocêntricos, porque os humanos avaliam habitats e seus habitantes, com base no que seria considerado extremo para nossa própria existência.

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Figura 1. Os tardígrados, um filo conhecido por sua capacidade de sobreviver em ambientes muito agressivos. Fonte: Willow Gabriel, Goldstein Lab [CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

Pelo exposto, o que caracteriza um ambiente extremo é o fato de apresentar condições intoleráveis ​​ao ser humano em relação à temperatura, umidade, salinidade, luz, pH, disponibilidade de oxigênio, níveis de toxicidade, entre outros.

De uma perspectiva não antropocêntrica, os seres humanos podem ser seres extremofílicos, dependendo do organismo que os avaliou. Por exemplo, do ponto de vista de um organismo anaeróbico estrito, para o qual o oxigênio é tóxico, seres aeróbicos (como seres humanos) seriam extremófilos. Para o ser humano, pelo contrário, os organismos anaeróbicos são extremófilos.

Origem do termo “extremófilos”

Atualmente, definimos como “extremos” numerosos ambientes dentro e fora do planeta Terra e constantemente descobrimos organismos capazes, não apenas de sobreviver, mas também de prosperar amplamente em muitos deles.

RD Macelroy

Em 1974, RD Macelroy propôs o termo “extremófilos” para definir esses organismos que têm ótimo crescimento e desenvolvimento sob condições extremas, em oposição aos organismos mesofílicos, que crescem em condições intermediárias.

De acordo com Macelroy:

Extremófilo é um descritivo para organismos capazes de preencher ambientes hostis a mesófilos, ou organismos que crescem apenas em ambientes intermediários “.

Existem dois graus básicos de extremismo nos organismos: aqueles que podem tolerar uma condição ambiental extrema e se tornar dominante sobre os outros; e aqueles que crescem e se desenvolvem de maneira ideal sob condições extremas.

Características de ambientes extremos

A denominação de um ambiente como “extremo” responde a uma construção antropogênica, com base na consideração dos extremos distantes da linha de base de uma determinada condição ambiental (temperatura, salinidade, radiação, entre outras), que permite a sobrevivência humana.

No entanto, essa denominação deve basear-se em certas características de um ambiente, da perspectiva do organismo que o habita (em vez da perspectiva humana).

Essas características incluem: biomassa, produtividade, biodiversidade (número de espécies e representação de taxa mais alta), diversidade de processos nos ecossistemas e adaptações específicas ao ambiente do organismo em questão.

A soma total de todas essas características denota a condição extrema de um ambiente. Por exemplo, um ambiente extremo é aquele que geralmente apresenta:

  • Baixa biomassa e produtividade
  • Prevalência de formas de vida arcaicas
  • Ausência de formas de vida superiores
  • Ausência de fotossíntese e fixação de nitrogênio, mas dependência de outras vias metabólicas e adaptações fisiológicas, metabólicas, morfológicas e / ou específicas do ciclo de vida.

Tipos de extremófilos na escala zoológica

Organismos unicelulares

O termo extremófilo freqüentemente se refere a procariontes, como bactérias, e às vezes é usado de forma intercambiável com Archaea.

No entanto, existe uma grande variedade de organismos extremofílicos e nosso conhecimento da diversidade filogenética em habitats extremos aumenta quase que diariamente.

Sabemos, por exemplo, que todos os hipertermófilos (amantes do calor) são membros de Archaea e Bactérias. Os eucariotos são comuns entre psicrófilos (amantes do frio), acidófilos (amantes de pH baixo), alcalófilos (amantes de pH alto), xerófilos (amantes de ambientes secos) e halófilos (amantes de sal).

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Figura 2. Fonte termal no Parque Nacional de Yellowstone, nos EUA, as cores vivas adquiridas por essas fontes estão relacionadas à proliferação de bactérias termofílicas. Fonte: Jim Peaco, Serviço Nacional de Parques [Domínio público], via Wikimedia Commons
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Organismos multicelulares

Organismos multicelulares, como animais invertebrados e vertebrados, também podem ser extremófilos.

Por exemplo, alguns psicrófilos incluem um pequeno número de sapos, tartarugas e uma cobra, que durante o inverno evitam o congelamento intracelular em seus tecidos, acumulando osmólitos no citoplasma celular e permitindo o congelamento apenas de água extracelular (externa às células) .

Outro exemplo é o caso do nematóide antártico Panagrolaimus davidi , que pode sobreviver ao congelamento intracelular (congelamento de água dentro de suas células) e pode crescer e se reproduzir após o descongelamento.

Além disso, os peixes da família Channichthyidae, habitantes das águas frias da Antártica e do sul do continente americano, usam proteínas anticongelantes para proteger suas células contra o congelamento total.

Poli-Extremófilos

Poli-extremófilos são organismos que podem sobreviver a mais de uma condição extrema ao mesmo tempo, sendo comuns em todos os ambientes extremos.

Por exemplo, plantas do deserto que sobrevivem ao calor extremo, disponibilidade limitada de água e frequentemente alta salinidade.

Outro exemplo seriam os animais que habitam o fundo do mar, capazes de suportar altas pressões, como falta de luz e falta de nutrientes, entre outros.

Tipos mais comuns de ambientes extremos

Tradicionalmente, os extremos ambientais são definidos com base em fatores abióticos, como:

  • Temperatura
  • Disponibilidade de água
  • Pressão
  • pH
  • Salinidade
  • Concentração de oxigênio
  • Níveis de radiação.

Da mesma forma, os extremófilos são descritos com base nas condições extremas que enfrentam.

Os ambientes extremos mais importantes que podemos reconhecer de acordo com suas condições abióticas são:

Ambientes extremos frios

Ambientes extremos frios são aqueles que são mantidos ou caem com frequência por períodos (curtos ou longos) de temperaturas abaixo de 5 ° C. Estes incluem pólos terrestres, regiões montanhosas e alguns habitats oceânicos profundos. Mesmo alguns desertos muito quentes durante o dia têm temperaturas muito baixas durante a noite.

Existem outros organismos que vivem na criosfera (onde a água está em estado sólido). Por exemplo, organismos que vivem em matrizes de gelo, permafrost, sob cobertas de neve permanentes ou periódicas, devem tolerar múltiplos extremos, incluindo frio, secagem e altos níveis de radiação.

Ambientes extremos de calor

Os habitats extremamente quentes são aqueles que permanecem ou atingem periodicamente temperaturas acima de 40 ° C. Por exemplo, desertos quentes, locais geotérmicos e fontes hidrotermais de profundidade.

Eles são frequentemente associados a temperaturas extremamente altas, ambientes onde a água disponível é muito limitada (persistentemente ou por períodos regulares de tempo), como desertos quentes e frios, e alguns habitats endolíticos (localizados dentro de rochas).

Ambientes com extrema pressão

Outros ambientes estão sujeitos a alta pressão hidrostática, como áreas bentônicas dos oceanos e lagos profundos. Nessas profundezas, seus habitantes devem suportar pressões superiores a 1000 atmosferas.

Alternativamente, existem extremos hipobáricos (de baixa pressão atmosférica), nas montanhas e em outras regiões altas do mundo.

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Figura 3. Fumarolas marinhas ou fontes hidrotermais. Exemplo de ambiente extremo habitado por toda uma comunidade de organismos, em que há alta pressão e temperatura, além de descargas sulfurosas. Fonte: NOAA [domínio público], via Wikimedia Commons

Ambientes alcalinos ácidos e extremos

Em geral, ambientes extremamente ácidos são aqueles que mantêm ou atingem regularmente valores abaixo de pH 5.

O pH baixo, em particular, aumenta a condição “extrema” de um ambiente, uma vez que aumenta a solubilidade dos metais presentes e os organismos que vivem neles devem ser adaptados para enfrentar múltiplos extremos abióticos.

Por outro lado, ambientes extremamente alcalinos são aqueles que permanecem ou registram regularmente valores de pH acima de 9.

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Exemplos de ambientes de pH extremo incluem lagos, águas subterrâneas e solos, altamente ácidos ou alcalinos.

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Figura 4. A lagosta anã (Munidopsis polymorpha) que habita cavernas e é endêmica da ilha de Lanzarote, Ilhas Canárias. Entre as adaptações típicas a esse tipo de ambiente extremo das cavernas, estão: a diminuição do tamanho, a palidez e a cegueira. Fonte: flickr.com/photos/ 42244964 @ N03 / 5582888539

Ambientes hipersalinos e anóxicos

Os ambientes hipersalinos são definidos como aqueles com concentrações de sal superiores às da água do mar, que possui 35 partes por mil. Esses ambientes incluem lagos hipersalinos e salgados.

Com “solução salina”, não queremos dizer apenas salinidade por cloreto de sódio, pois pode haver ambientes salinos nos quais o sal predominante é diferente.

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Figura 5. Cor da água-de-rosa em Salina Las Cumaraguas, estado de Falcón, na Venezuela. A coloração rosa é o produto de uma alga chamada Dunaliella salina, capaz de suportar altas concentrações de cloreto de sódio presente na solução salina. Fonte: HumbRios [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Habitats com oxigênio livre limitado (hipóxico) ou sem oxigênio presente (anóxico), persistentemente ou em intervalos regulares, também são considerados extremos. Por exemplo, ambientes com essas características seriam as bacias anóxicas nos oceanos e lagos e os estratos mais profundos de sedimentos.

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Figura 6. Artemia monica, um crustáceo que habita o lago Mono, na Califórnia (EUA), ambiente salino (bicarbonato de sódio) e pH alto. Fonte: photolib.noaa.gov

Ambientes de alta radiação

A radiação ultravioleta (UV) ou infravermelha (IR) também pode impor condições extremas aos organismos. Ambientes de radiação extrema são aqueles expostos a radiação anormalmente alta ou radiação fora da faixa normal. Por exemplo, ambientes polares e de alta altitude (terrestres como aquáticos).

Phaeocystis pouchetii

Algumas espécies têm mecanismos evasivos de alta radiação UV ou IR. Por exemplo, as algas marinhas antárticas de Phaeocystis pouchetii produzem “filtros solares” solúveis em água que absorvem fortemente os comprimentos de onda UV-B (280-320nm) e protegem suas células de níveis extremamente altos de UV-B a 10 m superiores da coluna d’água (após a quebra do gelo marinho).

Deinococcus radiodurans

Outros organismos são muito tolerantes à radiação ionizante. Por exemplo, a bactéria Deinococcus radiodurans pode preservar sua integridade genética, compensando extensos danos ao DNA após a exposição à radiação ionizante.

Esta bactéria utiliza mecanismos intercelulares para limitar a degradação e restringir a difusão de fragmentos de DNA. Além disso, possui proteínas de reparo de DNA altamente eficientes.

Astyanax hubbsi

Mesmo em ambientes com pouca radiação aparente ou sem radiação, os organismos extremofílicos são adaptados para responder às mudanças nos níveis de radiação.

Por exemplo, Astyanax hubbsi , um peixe mexicano cego que habita em cavernas, não possui estruturas oculares superficialmente perceptíveis e, no entanto, pode distinguir pequenas diferenças na luz ambiente. Eles usam fotorreceptores extra-oculares para detectar e responder a estímulos visuais em movimento.

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Figura 7. Peixes cegos do gênero Astyanax, morador de cavernas. Fonte: Shizhao [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], do Wikimedia Commons

Extremos antropogênicos

Atualmente, vivemos em um ambiente onde condições ambientais extremas são impostas, geradas artificialmente como efeito das atividades humanas.

Os chamados ambientes de impacto antropogênico são extremamente variados, têm alcance global e não podem mais ser ignorados ao definir determinados ambientes extremos.

Por exemplo, os ambientes afetados pela poluição (atmosférica, água e solo) – como mudanças climáticas e chuvas ácidas -, extração de recursos naturais, distúrbios físicos e superexploração.

Transições e ecótonos

Além dos ambientes extremos mencionados acima, os ecologistas terrestres sempre estiveram cientes da natureza especial das zonas de transição entre duas ou mais comunidades ou ambientes diversos, como a linha de árvores nas montanhas ou a fronteira entre florestas e pastagens . Estes são chamados cintos de tensão ou ecótonos.

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Os ecótonos também existem no ambiente marinho, por exemplo, a transição entre gelo e água representada pela borda do gelo do mar. Essas zonas de transição normalmente exibem maior diversidade de espécies e densidade de biomassa do que as comunidades de flanco, em grande parte porque os organismos que vivem nelas podem tirar proveito dos recursos de ambientes adjacentes, o que pode lhes dar uma vantagem.

No entanto, os ecótonos mudam continuamente e são regiões dinâmicas, que geralmente mostram uma variação maior nas condições abióticas e bióticas ao longo de um período anual do que em ambientes adjacentes.

Isso poderia ser razoavelmente considerado “extremo”, porque requer que os organismos adaptem continuamente seu comportamento, fenologia (período sazonal) e interações com outras espécies.

As espécies que vivem em ambos os lados do ecótono geralmente são mais tolerantes com a dinâmica, enquanto as espécies cujo alcance é limitado a um lado, experimentam o outro lado como extremo.

Em geral, essas zonas de transição também costumam ser as primeiras afetadas por mudanças climáticas e / ou alterações, naturais e antropogênicas.

Animais e plantas com várias etapas ou fases

Os ambientes não são apenas dinâmicos, eles podem ser extremos ou não, mas os organismos também são dinâmicos e têm ciclos de vida com estágios diferentes, adaptados às condições ambientais específicas.

Pode acontecer que o ambiente que suporta um dos estágios do ciclo de vida de um organismo seja extremo para outro dos estágios.

Plantas

Por exemplo, o coco ( Cocos nucifera ), possui uma semente adaptada para o transporte marítimo, mas a árvore madura cresce em terra.

Em plantas vasculares contendo esporos, como samambaias e diferentes tipos de musgo, o gametófito pode ser desprovido de pigmentos fotossintéticos, não ter raízes e depender da umidade do ambiente.

Enquanto os esporófitos têm rizomas, raízes e brotos que resistem ao calor e a condições secas em pleno sol. A diferença entre esporófitos e gametófitos está na mesma ordem de diferenças entre os táxons.

Animais

Um exemplo muito próximo são os estágios juvenis de muitas espécies, que geralmente são intolerantes com o ambiente que geralmente cerca o adulto, de modo que geralmente requerem proteção e cuidados durante o período em que adquirem as habilidades e os pontos fortes que adquirem. permitir lidar com esses ambientes.

Referências

  1. Kohshima, S. (1984). Um novo inseto tolerante ao frio encontrado em uma geleira do Himalaia. Nature 310, 225-227.
  2. Macelroy, RD (1974). Alguns comentários sobre a evolução dos extrephiles. Biosystems, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
  3. Marchant, HJ, Davidson, AT e Kelly, GJ (1991) UV-B protegendo compostos nas algas marinhas Phaeocystis pouchetti da Antártica. Marine Biology 109, 391-395.
  4. Oren, A. (2005). Cem anos de pesquisa em Dunaliella : 1905-2005. Saline Systems 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
  5. Rothschild, LJ e Mancinelli, RL (2001). Vida em ambientes extremos. Nature 409, 1092-1101.
  6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. e Zillig, W. (1995). Lite em pH extremamente baixo. Nature 375, 741-742.
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  8. Teyke, T. e Schaerer, S. (1994) Os peixes cegos mexicanos das cavernas ( Astyanax hubbsi ) responderam ao movimento de estímulos visuais. Journal of Experimental Biology 188, 89-1 () 1.
  9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD e Somero, GN (1982). Vivendo com o estresse hídrico: evolução dos sistemas osmólitos. Science 217, 1214-1222.

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