Os termófilos são organismos que possuem a capacidade de crescer e se reproduzir em ambientes de altas temperaturas, geralmente acima dos 45°C. Esses micro-organismos são encontrados em diversos ambientes extremos, como fontes termais, vulcões, fundo do oceano e até mesmo em compostagens e usinas de energia geotérmica.
Os termófilos apresentam adaptações bioquímicas e fisiológicas que lhes permitem sobreviver em condições de calor intenso, como proteínas mais estáveis e membranas resistentes ao calor. Além disso, esses organismos desempenham um papel importante na reciclagem de nutrientes em ecossistemas extremos e na produção de enzimas termoestáveis com aplicações industriais, como na indústria alimentícia e de biotecnologia.
A classificação dos termófilos pode ser feita de acordo com a temperatura ótima de crescimento, sendo os extremófilos termófilos aqueles que crescem em temperaturas acima dos 80°C, os hipertermófilos aqueles que crescem acima dos 100°C e os termófilos moderados aqueles que crescem entre os 45°C e 80°C.
Habitat das bactérias termófilas: onde esses microrganismos se desenvolvem e prosperam.
As bactérias termófilas são microrganismos que se desenvolvem e prosperam em ambientes com altas temperaturas. Esses organismos são capazes de sobreviver em locais extremamente quentes, que variam de 45°C a 80°C, e até mesmo acima disso.
O habitat das bactérias termófilas pode ser encontrado em fontes termais, vulcões, fumarolas submarinas e outras áreas geotérmicas. Esses ambientes oferecem as condições ideais para o crescimento desses microrganismos, que possuem enzimas e proteínas adaptadas para funcionar em altas temperaturas.
Além disso, as bactérias termófilas também podem ser encontradas em locais artificiais, como reatores biológicos e indústrias que utilizam altas temperaturas em seus processos. Esses microrganismos desempenham um papel importante na biotecnologia, sendo utilizados em diversas aplicações industriais.
Portanto, o habitat das bactérias termófilas é caracterizado por temperaturas elevadas, onde esses microrganismos encontram as condições ideais para se desenvolver e prosperar.
Ambientes propícios para o crescimento das bactérias mesófilas: onde elas se desenvolvem melhor?
As bactérias mesófilas são microrganismos que se desenvolvem melhor em ambientes com temperatura moderada, geralmente entre 20°C e 45°C. Elas são encontradas em diversos locais, como no solo, na água, nos alimentos e até mesmo no corpo humano. Essas bactérias são consideradas oportunistas e podem causar infecções em indivíduos com o sistema imunológico comprometido.
Os ambientes propícios para o crescimento das bactérias mesófilas incluem locais com presença de matéria orgânica, umidade e temperatura adequada. Elas se proliferam rapidamente em condições favoráveis, podendo causar problemas de saúde se não forem controladas adequadamente.
Já as bactérias termófilas, por outro lado, são microrganismos que se desenvolvem em ambientes com altas temperaturas, geralmente acima de 45°C. Elas são encontradas em fontes termais, vulcões, ambientes geotermais e até mesmo em processos industriais que envolvem altas temperaturas.
As bactérias termófilas possuem características adaptativas que lhes permitem sobreviver e se reproduzir em ambientes extremos de temperatura. Elas são classificadas de acordo com a temperatura ideal de crescimento, podendo ser classificadas como termófilas moderadas, termófilas extremas e hipertermófilas.
Ambas as bactérias têm suas características próprias e se adaptam aos ambientes em que vivem para garantir sua sobrevivência e reprodução.
Onde podemos encontrar organismos extremófilos na Terra?
Os organismos extremófilos, como os termófilos, são capazes de sobreviver em ambientes extremos que seriam letais para a maioria dos seres vivos. Os termófilos são um tipo de extremófilo que prospera em altas temperaturas, geralmente acima de 45 graus Celsius.
Esses organismos podem ser encontrados em diversas partes da Terra, principalmente em ambientes como fontes termais, vulcões ativos, fumarolas submarinas e geleiras vulcânicas. Nas fontes termais, por exemplo, os termófilos se desenvolvem em condições de alta temperatura e pressão, utilizando fontes de energia alternativas para sobreviver.
Além disso, os termófilos também podem ser encontrados em locais como ambientes subterrâneos, como cavernas e minas abandonadas, onde as condições extremas de temperatura e falta de luz não impedem seu desenvolvimento. Eles também foram encontrados em ambientes extremamente ácidos, como lagos vulcânicos ou solos ricos em enxofre.
Bactérias Termófilas: Entenda o que são esses microorganismos e suas características únicas.
As Bactérias Termófilas são microorganismos que possuem a capacidade de sobreviver e se reproduzir em ambientes com altas temperaturas, geralmente acima de 45°C. Esses seres vivos possuem características únicas que os tornam adaptados a essas condições extremas.
Uma das principais características das Bactérias Termófilas é a presença de enzimas termoestáveis, ou seja, enzimas que conseguem manter sua atividade mesmo em altas temperaturas. Isso permite que esses microorganismos realizem suas funções metabólicas mesmo em ambientes hostis.
Além disso, as Bactérias Termófilas são classificadas de acordo com a temperatura ótima de crescimento. Existem as Termófilas Estritas, que crescem melhor em temperaturas acima de 50°C, e as Mesófilas, que conseguem se desenvolver em temperaturas mais moderadas.
Esses microorganismos podem ser encontrados em diversos ambientes, como fontes termais, vulcões, solos geotérmicos e até mesmo em locais artificiais, como reatores nucleares. Sua capacidade de se adaptar a temperaturas extremas faz com que as Bactérias Termófilas sejam alvo de estudos e pesquisas em diversas áreas da biologia e da biotecnologia.
Termófilos: características, classificação e ambientes
O termofílicas são um subtipo de extremophiles caracterizada por tolerar temperaturas elevadas, entre 50 ° C e 75 ° C, quer porque esses valores de temperatura são mantidas nestas condições extremas, ou porque muitas vezes atingindo.
Organismos termofílicos são geralmente bactérias ou arquéias, no entanto, existem metazoários (organismos eucarióticos heterotróficos e teciduais), que também se desenvolvem em locais quentes.
Também são conhecidos os organismos marinhos que, associados à simbiose com bactérias termofílicas, podem se adaptar a essas altas temperaturas e também desenvolveram mecanismos bioquímicos como hemoglobina modificada, alto volume sanguíneo, entre outros, que permitem tolerar a toxicidade de sulfetos e compostos Enxofre
Acredita-se que os procariontes termofílicos foram as primeiras células simples na evolução da vida e que eles habitavam lugares com atividade vulcânica e gêiseres nos oceanos.
Exemplos desse tipo de organismo termofílico são aqueles que vivem perto de chaminés hidrotermais ou fumarolas no fundo dos oceanos, como bactérias metanogênicas (produtoras de metano) e Riftia pachyptila annelid .
Os principais habitats onde os termófilos podem ser encontrados são:
- Ambientes hidrotermais da terra.
- Ambientes hidrotérmicos marinhos.
- Desertos quentes
Características dos organismos termofílicos
Temperatura: fator abiótico crítico para o desenvolvimento de microrganismos
A temperatura é um dos principais fatores ambientais que condicionam o crescimento e a sobrevivência dos seres vivos. Cada espécie possui uma faixa de temperaturas entre as quais pode sobreviver, no entanto, possui ótimo crescimento e desenvolvimento a temperaturas específicas.
A taxa de crescimento de cada organismo pode ser expressa graficamente em relação à temperatura, obtendo-se os valores correspondentes às importantes temperaturas críticas (mínima, ótima e máxima).
Temperaturas mínimas
Nas temperaturas mínimas de crescimento de um organismo, ocorre uma diminuição na fluidez da membrana celular e os processos de transporte e troca de materiais, como entrada e saída de nutrientes e substâncias tóxicas, podem ser interrompidos.
Entre a temperatura mínima e a temperatura ideal, a taxa de crescimento dos microrganismos aumenta.
Temperatura ideal
Na temperatura ideal, as reações metabólicas ocorrem com a máxima eficiência possível.
Temperatura máxima
Acima da temperatura ideal, ocorre uma diminuição na taxa de crescimento até a temperatura máxima que cada organismo pode tolerar.
Nessas altas temperaturas, proteínas estruturais e funcionais, como enzimas, são desnaturadas e inativadas, pois perdem sua configuração geométrica e espacial, a membrana citoplasmática se quebra e a lise ou ruptura térmica ocorre devido ao calor.
Cada microorganismo tem suas temperaturas mínimas, ótimas e máximas de operação e desenvolvimento. Os termófilos têm valores altos excepcionais nessas três temperaturas.
Características distintivas de organismos termofílicos
- Organismos termofílicos têm altas taxas de crescimento, mas vida útil curta.
- Eles têm uma grande quantidade de lipídios ou gorduras saturadas de cadeia longa em sua membrana celular; Esse tipo de gordura saturada é capaz de absorver o calor e entrar em estado líquido a altas temperaturas (fusão), sem destruí-lo.
- Suas proteínas estruturais e funcionais são muito estáveis contra o calor (termoestável), através de ligações covalentes e forças intermoleculares especiais chamadas forças de dispersão de Londres.
- Eles também têm enzimas especiais para manter o funcionamento metabólico a altas temperaturas.
- Sabe-se que esses microrganismos termofílicos podem usar sulfetos e compostos de enxofre abundantes em áreas vulcânicas, como fontes de nutrientes para convertê-los em matéria orgânica.
Classificação de organismos termofílicos
Os organismos termofílicos podem ser divididos em três grandes categorias:
- Termófilos moderados (ideal entre 50-60 ° C).
- Termófilos extremos (ideal perto de 70 ° C).
- Hipertermófilos (ideal perto de 80 ° C).
Organismos termofílicos e seus ambientes
Ambientes hidrotermais da terra
Locais hidrotérmicos são surpreendentemente comuns e amplamente distribuídos. Eles podem ser amplamente divididos entre aqueles que estão associados a áreas vulcânicas e aqueles que não são.
Ambientes hidrotérmicos com temperaturas mais altas geralmente estão associados a características vulcânicas (caldeiras, falhas, limites de placas tectônicas, bacias do arco posterior), que permitem que o magma suba a uma profundidade em que possa interagir diretamente com as águas subterrâneas profundo.
Os hot sites também são frequentemente acompanhados de outras características que dificultam o desenvolvimento da vida, como valores de pH, matéria orgânica, composição química e salinidade extrema.
Os habitantes de ambientes hidrotérmicos terrestres, portanto, sobrevivem na presença de várias condições extremas. Esses organismos são conhecidos como polextremófilos.
Exemplos de organismos que habitam ambientes hidrotérmicos terrestres
Organismos pertencentes aos três domínios (eucariotos, bacteriano e archaea) foram identificados em ambientes hidrotérmicos terrestres. A diversidade desses organismos é determinada principalmente pela temperatura.
Enquanto uma variedade diversificada de espécies bacterianas habita ambientes moderadamente termofílicos, os fotoautotróficos podem dominar a comunidade microbiana e formar estruturas macroscópicas de “esteira” ou “carpete”.
Esses “tapetes fotossintéticos” estão presentes na superfície da maioria das fontes termais neutras e alcalinas (pH maior que 7,0) a temperaturas entre 40-71 ° C, com as cianobactérias estabelecidas como os principais produtores dominantes.
Acima de 55 ° C, os tapetes fotossintéticos são predominantemente habitados por cianobactérias unicelulares, como Synechococcus sp.
Bactérias
Os tapetes microbianos fotossintéticos também podem ser predominantemente habitados por bactérias dos gêneros Chloroflexus e Roseiflexus , ambos membros da ordem Chloroflexales.
Quando associadas a cianobactérias, as espécies de Chloreflexus e Roseiflexus crescem de maneira ideal em condições foto-heterotróficas.
Se o pH for ácido, os gêneros Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium e Thermodesulfator são comuns.
Em fontes hipertermofílicas (entre 72-98 ° C), sabe-se que a fotossíntese não ocorre, o que permite a predominância de bactérias quimiolíticas autotróficas.
Esses organismos pertencem ao filo Aquificae e são cosmopolitas; eles podem oxidar hidrogênio ou enxofre molecular com oxigênio como aceitador de elétrons e fixar carbono pela via do ácido tricarboxílico redutor (rTCA).
Arcos
A maioria dos arcos cultivados e não cultivados identificados em ambientes térmicos neutros e alcalinos pertence ao filo Crenarchaeota.
Espécies como Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans ou Stetteria hydrophophila Nitrosocaldus yellowstonii proliferam abaixo de 77 ° C e Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens , Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Ignisphaera 80 ° C , a temperaturas com agregados C.
Nos ambientes ácidos, são encontradas as arquéias dos gêneros: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metalosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium e Galdivirga.
Eucariotos
Nos eucariontes de fontes neutras e alcalinas , podem ser mencionados Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia e Oramoeba funiarolia.
Em fontes ácidas, você pode encontrar os gêneros: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium ou Galdieria .
Ambientes hidrotérmicos marinhos
Com temperaturas variando de 2 ° C a mais de 400 ° C, pressões superiores a vários milhares de libras por polegada quadrada (psi) e altas concentrações de sulfeto de hidrogênio tóxico (pH 2,8), as fontes hidrotermais de águas profundas são possivelmente os ambientes mais extremos do nosso planeta.
Nesse ecossistema, os micróbios servem como elo de baixo da cadeia alimentar, derivando sua energia do calor geotérmico e dos produtos químicos encontrados no fundo da Terra.
Exemplos de fauna associada a ambientes hidrotérmicos marinhos
A fauna associada a essas fontes ou aberturas é muito variada e as relações existentes entre os diferentes táxons ainda não são totalmente compreendidas.
Entre as espécies que foram isoladas estão bactérias e archaea. Por exemplo, foram isoladas arquéias do gênero Methanococcus, Methanopyus e bactérias termofílicas anaeróbicas do gênero Caminibacter .
As bactérias se desenvolvem em biofilmes que se alimentam de múltiplos organismos, como anfípodes, copépodes, caracóis, caranguejos de camarão, vermes tubulares, peixes e polvos.
Um panorama comum são as acumulações de mexilhão, Bathymodiolus thermophilus , com mais de 10 cm de comprimento, embaladas em fendas de lava basáltica. Estes são geralmente acompanhados por numerosos lagostins ( Munidopsis subsquamosa ).
Um dos organismos mais incomuns encontrados é o verme tubular Riftia pachyptila , que pode ser agrupado em grandes quantidades e atingir tamanhos próximos a 2 metros.
Esses vermes tubulares não têm boca, estômago ou ânus (ou seja, eles não têm sistema digestivo); Eles são uma bolsa completamente fechada, sem qualquer abertura para o ambiente externo.
Programa NOAA Okeanos Explorer, Galapagos Rift Expedition 2011
A cor vermelha brilhante da caneta na ponta é devida à presença de hemoglobina extracelular. O sulfeto de hidrogênio é transportado através da membrana celular associada aos filamentos dessa caneta e, por meio da hemoglobina extracelular, atinge um “tecido” especializado chamado trofoossoma, composto inteiramente por bactérias quimiossintéticas simbióticas.
Pode-se dizer que esses vermes têm um “jardim” interno de bactérias que se alimentam de sulfeto de hidrogênio e fornecem o “alimento” para o verme, uma adaptação extraordinária.
Desertos quentes
Desertos quentes cobrem entre 14 e 20% da superfície da Terra, aproximadamente 19-25 milhões de km.
Os desertos mais quentes, como o Saara do Norte da África e os do sudoeste dos Estados Unidos, México e Austrália, são encontrados nos trópicos do hemisfério norte e do hemisfério sul (entre aproximadamente 10 ° e 30 ° C). 40 ° de latitude).
Tipos de desertos
Uma característica que define um deserto quente é a aridez. De acordo com a classificação climática de Koppen-Geiger, os desertos são regiões com precipitação anual inferior a 250 mm.
No entanto, a precipitação anual pode ser um índice enganoso, uma vez que a perda de água é um fator decisivo no orçamento da água.
Assim, a definição de deserto do Programa Ambiental das Nações Unidas é um déficit anual de umidade em condições climáticas normais, onde a evapotranspiração potencial (PET) é cinco vezes maior que a precipitação real (P).
O PET alto prevalece nos desertos quentes porque, devido à falta de cobertura de nuvens, a radiação solar está chegando ao máximo nas regiões áridas.
Os desertos podem ser divididos em dois tipos, de acordo com o nível de aridez:
- Hiperaridas: com um índice de aridez (P / PET) inferior a 0,05.
- Agregados: com um índice entre 0,05 e 0,2.
Os desertos diferem das terras áridas semi-áridas (P / PET 0,2-0,5) e das terras secas sub-úmidas secas (0,5-0,65).
Os desertos têm outras características importantes, como suas fortes variações de temperatura e a alta salinidade de seus solos.
Por outro lado, um deserto é geralmente associado a dunas e areia, no entanto, essa imagem corresponde apenas a 15 a 20% de todos eles; Paisagens rochosas e montanhosas são os ambientes de deserto mais frequentes.
Exemplos de organismos termofílicos do deserto
Os habitantes dos desertos, termófilos, têm uma série de adaptações para enfrentar as adversidades que surgem da falta de chuva, altas temperaturas, ventos, salinidade, entre outras.
As plantas de Xerófitas desenvolveram estratégias para evitar a transpiração e armazenar o máximo de água possível. A suculência ou espessamento de caules e folhas é uma das estratégias mais utilizadas.
É evidente na família Cactaceae, onde as folhas também foram modificadas na forma de espinhos, tanto para evitar a evapotranspiração quanto para repelir os herbívoros.
O gênero Lithops ou plantas de pedra, nativo do deserto da Namíbia, também desenvolve suculência, mas neste caso a planta cresce ao nível do solo, camuflando-se com as pedras circundantes.
Por outro lado, os animais que vivem nesses habitats extremos desenvolvem todos os tipos de adaptações, de fisiológicas a etológicas. Por exemplo, os chamados ratos canguru têm baixo volume e baixo volume de micção, sendo assim muito eficientes em seu ambiente aquático deficiente.
Outro mecanismo para reduzir a perda de água é o aumento da temperatura corporal; por exemplo, a temperatura corporal dos camelos em repouso pode aumentar no verão de aproximadamente 34 ° C a mais de 40 ° C.
As variações de temperatura são de grande importância na conservação da água, pelo seguinte:
- O aumento da temperatura corporal significa que o calor é armazenado no corpo em vez de dissipado pela evaporação da água. Mais tarde, à noite, o excesso de calor pode ser expelido sem gastar água.
- O ganho de calor do ambiente quente diminui, porque o gradiente de temperatura é reduzido.
Outro exemplo é o rato da areia ( Psammomys obesus ), que desenvolveu um mecanismo digestivo que permite alimentar-se apenas de plantas desérticas da família Chenopodiaceae, que contêm grandes quantidades de sais de folhas.
As adaptações etológicas (comportamentais) dos animais do deserto são numerosas, mas talvez a mais óbvia implique que o ciclo de atividade e descanso seja revertido.
Dessa maneira, esses animais tornam-se ativos ao pôr do sol (atividade noturna) e deixam de nascer ao amanhecer (descanso diurno), não coincidindo com sua vida ativa nas horas mais quentes.
Referências
- Baker-Austin, C. e Dopson, M. (2007). Vida em ácido: homeostase do pH em acidófilos. Trends in Microbiology 15, 165-171.
- Berry, JA e Bjorkman, 0. (1980). Resposta fotossintética e adaptação à temperatura em plantas superiores. Revisão Anual da Fisiologia Vegetal 31, 491-534.
- Brock, TD (1978). Microrganismos termofílicos e vida em altas temperaturas. Springer-Verlag, Nova York, 378 pp.
- Campos, VL, Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, CA e Mondaca, AM (2009), isolamento de bactérias oxidantes de arsenita de um biofilme natural associado a rochas vulcânicas do deserto de Atacama, Chile. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
- Cary, CS, Shank, T. e Stein, J. (1998). Worms aquecer em temperaturas extremas. Nature 391, 545-546.
- Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. e Childress, JJ (1992). Alguns gostam de quente … e alguns gostam ainda mais quente. Nature 359, 593-594.
- Evenari, M., Lange, 01, Schulze, ED, Buschbom, U. e Kappen, L. (1975). Mecanismos adaptativos em plantas do deserto. In: Vemberg, FJ (ed.) Adaptação fisiológica ao meio ambiente. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
- Gibson, AC (1996). Relações estrutura-função de plantas quentes do deserto. Springer, Heidelberg, Alemanha, 216 pp.
- Gutterman, Y. (2002). Estratégias de sobrevivência de plantas anuais do deserto. Springer, Berlim, Alemanha, 368 pp.
- Lutz, RA (1988). Dispersão de organismos em fontes hidrotermais de profundidade: uma revisão. Oceanologica Acta 8, 23-29.
- Lutz, RA, Shank, TM, Fornari, DJ, Haymon, RM, Lilley, MD, Von Damm, KL e Desbruyeres, D. (1994). Rápido crescimento em respiradouros de profundidade. Nature 371, 663-664.
- Rhoads, DC, Lutz, RA, Revelas, EC e Cerrato, RM (1981). Crescimento de bivalves em fontes hidrotermais de profundidade ao longo da fenda de Galápagos. Science 214, 911-913.
- Noy-Meir I. (1973). Ecossistemas do deserto: meio ambiente e produtores. Revisão Anual dos Sistemas Ecológicos 4, 25-51.
- Wiegel, J. e Adams, MWW (1998). Termófilos: as chaves da evolução molecular e a origem da vida. Taylor e Francis, Londres, 346 pp.