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.

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Figura 1. Deserto de Atacama, no Chile, um dos lugares mais secos do mundo. Fonte: pixabay.com

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.

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Figura 2. Gêiseres de Tatio, Atacama, Chile. Fonte: Diego Delso [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

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.

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Figura 4. Ventilação hidrotérmica e vermes tubulares. Fonte: photolib.noaa.gov

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.

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Figura 5. Camarões do gênero Rimicaris, habitantes de fumarolas. Fonte: Programa NOAA Okeanos Explorer, Expedição de Ascensão Mid-Cayman 2011

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.

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Figura 6. O verme tubular Riftia pachyptila com anêmonas e mexilhões. Fonte:
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.

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Figura 7. Cacto no Jardim Botânico de Cingapura. Fonte: Img de Calvin Teo [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ ) ou CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], do Wikimedia Commons

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.

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Figura 8. Lithops herrei uma planta suculenta do deserto que se parece com pedras. Fonte: Stan Shebs, no Jardim Botânico da Universidade da Califórnia.

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.

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Figura 9. Rato de areia (Psammomys obesus). Fonte: Gary L. Clark [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

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.

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