NGƯỜI CỰC THÍCH: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Các cực trị là những sinh vật sống trong môi trường khắc nghiệt, tức là những người đi chệch khỏi các điều kiện trong đó họ sống vật nổi tiếng nhất của con người.

Các thuật ngữ "cực đoan" và "cực đoan" tương đối mang tính nhân học, bởi vì con người chúng ta đánh giá môi trường sống và cư dân của họ, dựa trên những gì được coi là cực đoan đối với sự tồn tại của chúng ta.

Hình 1. Tardigrades, một loài Phylum được biết đến với khả năng sống sót trong môi trường rất khắc nghiệt. Nguồn: Willow Gabriel, Goldstein Lab, qua Wikimedia Commons

Do những điều đã nói ở trên, điều đặc trưng của một môi trường khắc nghiệt là nó có những điều kiện không thể chịu đựng được đối với con người về nhiệt độ, độ ẩm, độ mặn, ánh sáng, độ pH, lượng oxy sẵn có, mức độ độc hại, v.v.

Từ quan điểm phi nhân học, con người có thể là những kẻ cực đoan, tùy thuộc vào sinh vật đánh giá chúng. Ví dụ, theo quan điểm của một sinh vật kỵ khí nghiêm ngặt, mà oxy là chất độc, thì những sinh vật hiếu khí (như con người) sẽ là những sinh vật ưa khí cực đoan. Đối với con người, ngược lại, các sinh vật kỵ khí, là những sinh vật cực đoan.

Nguồn gốc của thuật ngữ "Kẻ cực đoan"

Chúng tôi hiện đang xác định là rất nhiều môi trường "cực đoan" bên trong và bên ngoài hành tinh Trái đất và chúng tôi liên tục phát hiện ra các sinh vật có khả năng, không chỉ sống sót mà còn phát triển rộng rãi ở nhiều trong số chúng.

RD Macelroy

Năm 1974, RD Macelroy đề xuất thuật ngữ "Cực kỳ ưa thích" để định nghĩa những sinh vật này thể hiện sự tăng trưởng và phát triển tối ưu trong điều kiện khắc nghiệt, trái ngược với sinh vật ưa nhiệt, phát triển trong môi trường có điều kiện trung gian.

Theo Macelroy:

"Extremophile là một mô tả cho các sinh vật có khả năng sinh sống trong môi trường thù địch với mesophile, hoặc các sinh vật chỉ phát triển trong môi trường trung gian."

Có hai mức độ cơ bản của chủ nghĩa cực đoan ở các sinh vật: những sinh vật có thể chịu đựng một điều kiện môi trường khắc nghiệt và trở nên thống trị hơn những sinh vật khác; và những loài sinh trưởng và phát triển tối ưu trong điều kiện khắc nghiệt.

Đặc điểm của môi trường khắc nghiệt

Việc gọi một môi trường là "cực" phản ứng với cấu trúc do con người tạo ra, dựa trên việc xem xét các điểm cực xa của đường cơ sở của một điều kiện môi trường nhất định (nhiệt độ, độ mặn, bức xạ, trong số những điều kiện khác), cho phép con người tồn tại.

Tuy nhiên, tên gọi này phải dựa trên những đặc điểm nhất định của môi trường, từ quan điểm của sinh vật sống ở đó (chứ không phải từ quan điểm của con người).

Những đặc điểm này bao gồm: sinh khối, năng suất, đa dạng sinh học (số lượng loài và đại diện của các đơn vị phân loại cao hơn), sự đa dạng của các quá trình trong hệ sinh thái và sự thích nghi cụ thể với môi trường của sinh vật được đề cập.

Tổng của tất cả các đặc điểm này biểu thị điều kiện khắc nghiệt của một môi trường. Ví dụ, một môi trường khắc nghiệt là một trong những thường trình bày:

• Năng suất và sinh khối thấp
• Tiền đề của các dạng sống cổ xưa
• Sự vắng mặt của các dạng sống cao hơn
• Không có quá trình quang hợp và cố định nitơ mà phụ thuộc vào các con đường trao đổi chất khác và sự thích nghi cụ thể về sinh lý, trao đổi chất, hình thái và / hoặc vòng đời.

Các loại người cực đoan trên quy mô động vật học

Sinh vật đơn bào

Thuật ngữ Cực thích thường dùng để chỉ các sinh vật nhân sơ, chẳng hạn như vi khuẩn, và đôi khi được sử dụng thay thế cho Archaea.

Tuy nhiên, có rất nhiều loài sinh vật Cực ưa và kiến ​​thức của chúng ta về sự đa dạng phát sinh loài trong các môi trường sống khắc nghiệt đang tăng lên gần như hàng ngày.

Ví dụ, chúng ta biết rằng tất cả các hyperthermophile (ưa nhiệt) đều là thành viên của Archaea và Bacteria. Sinh vật nhân chuẩn thường gặp ở các loài psychrophiles (ưa lạnh), ưa axit (ưa pH thấp), ưa kiềm (ưa pH cao), xerophiles (ưa môi trường khô) và halophile (ưa muối).

Hình 2. Suối nước nóng ở Công viên Quốc gia Yellowstone ở Mỹ, màu sắc tươi sáng mà những suối này có được có liên quan đến sự sinh sôi của vi khuẩn ưa nhiệt. Nguồn: Jim Peaco, National Park Service, qua Wikimedia Commons

Sinh vật đa bào

Các sinh vật đa bào, chẳng hạn như động vật không xương sống và động vật có xương sống, cũng có thể là những sinh vật sống cực đoan.

Ví dụ, một số loài psychrophiles bao gồm một số lượng nhỏ ếch, rùa và rắn, trong suốt mùa đông, chúng tránh đóng băng nội bào trong mô của chúng, tích tụ các chất thẩm thấu trong tế bào chất và chỉ cho phép nước ngoại bào đóng băng (bên ngoài tế bào) .

Một ví dụ khác là trường hợp của loài giun tròn Nam Cực Panagrolaimus davidi, có thể sống sót trong quá trình đóng băng nội bào (đóng băng nước trong tế bào của nó), có thể phát triển và sinh sản sau khi tan băng.

Ngoài ra, loài cá thuộc họ Channichthyidae, cư dân của vùng nước lạnh giá Nam Cực và phía nam lục địa Châu Mỹ, sử dụng protein chống đông để bảo vệ tế bào chống lại sự đóng băng hoàn toàn.

Poly-Extremophiles

Poly-Extremophiles là những sinh vật có thể tồn tại nhiều hơn một điều kiện khắc nghiệt cùng một lúc, do đó chúng phổ biến trong mọi môi trường khắc nghiệt.

Ví dụ, các loài thực vật sống ở sa mạc sống được ở nhiệt độ khắc nghiệt cũng như nguồn nước hạn chế, và thường có độ mặn cao.

Một ví dụ khác là các loài động vật sống dưới đáy biển, có khả năng chịu áp lực cực cao, chẳng hạn như thiếu ánh sáng và thiếu chất dinh dưỡng, trong số những loài khác.

Hầu hết các loại môi trường khắc nghiệt phổ biến

Các cực đoan môi trường được xác định theo truyền thống dựa trên các yếu tố phi sinh học, chẳng hạn như:

• Nhiệt độ.
• Nước có sẵn.
• Sức ép.
• độ pH.
• Độ mặn.
• Nồng độ oxy.
• Mức độ bức xạ.

Những kẻ cực đoan cũng được mô tả tương tự trên cơ sở những điều kiện khắc nghiệt mà chúng phải chịu đựng.

Các môi trường khắc nghiệt quan trọng nhất mà chúng ta có thể nhận ra theo điều kiện phi sinh học của chúng là:

Môi trường cực lạnh

Môi trường quá lạnh là những môi trường tồn tại hoặc giảm thường xuyên trong thời gian (ngắn hoặc dài) nhiệt độ dưới 5 ° C. Chúng bao gồm các cực của Trái đất, các vùng núi và một số môi trường sống ở đại dương sâu. Ngay cả một số sa mạc rất nóng vào ban ngày cũng có nhiệt độ rất thấp vào ban đêm.

Có những sinh vật khác sống trong tầng lạnh (nơi nước ở trạng thái rắn). Ví dụ, các sinh vật sống trong ma trận băng, lớp băng vĩnh cửu, dưới lớp tuyết phủ vĩnh viễn hoặc định kỳ, phải chịu đựng nhiều thái cực, bao gồm lạnh, hút ẩm và mức độ bức xạ cao.

Môi trường quá nóng

Môi trường sống quá nóng là những nơi duy trì hoặc định kỳ đạt nhiệt độ trên 40 ° C. Ví dụ, sa mạc nóng, địa nhiệt và miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển sâu.

Chúng thường liên quan đến nhiệt độ cực cao, những môi trường mà nguồn nước có sẵn rất hạn chế (liên tục hoặc trong thời gian thường xuyên), chẳng hạn như sa mạc nóng và lạnh, và một số môi trường sống thời kỳ đồ đá cũ (nằm trong đá).

Môi trường cực áp

Các môi trường khác phải chịu áp suất thủy tĩnh cao, chẳng hạn như vùng sinh vật đáy của đại dương và hồ sâu. Ở những độ sâu này, cư dân của nó phải chịu được áp suất lớn hơn 1000 atm.

Ngoài ra, có những cực đoan hạ nhiệt (áp suất khí quyển thấp), trên núi và ở các vùng cao khác trên thế giới.

Hình 3. Các lỗ phun hơi nước biển hoặc các lỗ thông hơi thủy nhiệt. Ví dụ về một môi trường khắc nghiệt nơi sinh sống của cả một cộng đồng sinh vật, trong đó có áp suất và nhiệt độ cao, cũng như phóng điện lưu huỳnh. Nguồn: NOAA, qua Wikimedia Commons

Môi trường axit và kiềm cực mạnh

Nói chung, môi trường cực kỳ axit là những môi trường duy trì hoặc thường xuyên đạt đến giá trị dưới pH 5.

Đặc biệt, pH thấp làm tăng điều kiện “khắc nghiệt” của môi trường, vì nó làm tăng khả năng hòa tan của các kim loại có mặt và các sinh vật sống trong đó phải thích nghi để đối mặt với nhiều thái cực phi sinh học.

Ngược lại, môi trường cực kỳ kiềm là những môi trường duy trì hoặc thường xuyên đăng ký giá trị pH trên 9.

Ví dụ về môi trường có độ pH cao bao gồm hồ, nước ngầm và đất có tính axit hoặc kiềm cao.

Hình 4. Tôm hùm lùn (Munidopsis polymorpha), một sinh vật sống trong hang động và là loài đặc hữu của đảo Lanzarote, quần đảo Canary. Trong số những cách thích nghi điển hình với kiểu môi trường hang động khắc nghiệt này là: giảm kích thước, nhợt nhạt và mù lòa. Nguồn: flickr.com/photos//5582888539

Môi trường siêu kiềm và thiếu khí

Môi trường siêu kiềm được định nghĩa là môi trường có nồng độ muối lớn hơn nồng độ muối của nước biển, có 35 phần nghìn. Những môi trường này bao gồm các hồ nước mặn và mặn.

Với "nước muối", chúng tôi không chỉ đề cập đến độ mặn do natri clorua, vì có thể có những môi trường muối mà muối chủ yếu là một thứ khác.

Hình 5. Màu hồng của nước ở Salina Las Cumaraguas, bang Falcón ở Venezuela. Màu hồng là sản phẩm của một loài tảo có tên là Dunaliella salina, có khả năng chống lại nồng độ cao của natri clorua có trong nước muối. Nguồn: HumbRios, từ Wikimedia Commons

Môi trường sống có lượng ôxy tự do hạn chế (thiếu ôxy) hoặc không có ôxy (thiếu ôxy), liên tục hoặc đều đặn, cũng được coi là cực đoan. Ví dụ, các môi trường có những đặc điểm này sẽ là các lưu vực thiếu khí trong đại dương và hồ, và các tầng trầm tích sâu hơn.

Hình 6. Artemia monica, một loài giáp xác sống ở hồ Mono, ở California (Mỹ), môi trường mặn (natri bicacbonat) và pH cao. Nguồn: photolib.noaa.gov

Môi trường bức xạ cao

Bức xạ tia cực tím (UV) hoặc tia hồng ngoại (IR) cũng có thể áp đặt các điều kiện khắc nghiệt lên sinh vật. Môi trường bức xạ cực cao là môi trường tiếp xúc với bức xạ cao bất thường hoặc bức xạ ngoài phạm vi bình thường. Ví dụ, môi trường cực và độ cao (trên cạn và dưới nước).

Phaeocystis pouchetii

Một số loài thể hiện cơ chế né tránh bức xạ tia cực tím hoặc tia hồng ngoại cao. Ví dụ, tảo biển Nam Cực Phaeocystis pouchetii tạo ra "chất chống nắng" tan trong nước, hấp thụ mạnh mẽ các bước sóng UV-B (280-320nm) và bảo vệ tế bào của nó khỏi mức UV-B cực cao trong vòng 10 m. cột nước trên (sau khi biển băng vỡ).

Deinococcus radiodurans

Các sinh vật khác rất chịu được bức xạ ion hóa. Ví dụ, vi khuẩn Deinococcus radiodurans có thể bảo tồn tính toàn vẹn di truyền của nó bằng cách bù đắp tổn thương DNA trên diện rộng sau khi tiếp xúc với bức xạ ion hóa.

Vi khuẩn này sử dụng cơ chế gian bào để hạn chế sự suy thoái và hạn chế sự khuếch tán của các đoạn DNA. Ngoài ra, nó có các protein sửa chữa DNA hiệu quả cao.

Astyanax hubbsi

Ngay cả trong những môi trường có vẻ như thấp hoặc không có bức xạ, các sinh vật Cực ưa thích ứng với những thay đổi về mức độ bức xạ.

Ví dụ, Astyanax hubbsi, một loài cá mù sống trong hang động Mexico, không có cấu trúc mắt bề ngoài có thể cảm nhận được, nhưng có thể phân biệt những khác biệt nhỏ trong ánh sáng xung quanh. Chúng sử dụng các cơ quan thụ cảm quang ngoại bào để phát hiện và phản ứng với các kích thích thị giác chuyển động.

Hình 7. Cá mù thuộc chi Astyanax, sống trong hang động. Nguồn: Shizhao, từ Wikimedia Commons

Cực đoan do con người gây ra

Chúng ta hiện đang sống trong một môi trường mà các điều kiện môi trường khắc nghiệt được áp đặt, được tạo ra một cách nhân tạo do tác động của các hoạt động của con người.

Cái gọi là môi trường tác động do con người gây ra rất đa dạng, có phạm vi toàn cầu và không thể bỏ qua khi xác định một số môi trường khắc nghiệt nhất định.

Ví dụ, các môi trường bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm (khí quyển, nước và đất) - chẳng hạn như biến đổi khí hậu và mưa axit -, khai thác tài nguyên thiên nhiên, xáo trộn vật lý và khai thác quá mức.

Chuyển đổi và sinh thái

Ngoài các môi trường khắc nghiệt nêu trên, các nhà sinh thái học trên cạn luôn nhận thức được tính chất đặc biệt của các vùng chuyển tiếp giữa hai hoặc nhiều cộng đồng hoặc môi trường đa dạng, chẳng hạn như hàng cây trên núi hoặc ranh giới giữa rừng và đồng cỏ. . Chúng được gọi là đai căng hoặc vùng sinh thái.

Các hệ sinh thái cũng tồn tại trong môi trường biển, ví dụ, sự chuyển đổi giữa băng và nước được thể hiện bằng rìa của băng biển. Các vùng chuyển tiếp này thường biểu hiện sự đa dạng về loài và mật độ sinh khối lớn hơn so với các quần xã bên sườn, phần lớn là do các sinh vật sống trong chúng có thể tận dụng các nguồn tài nguyên của môi trường lân cận, điều này có thể mang lại lợi thế cho chúng.

Tuy nhiên, các vùng sinh thái liên tục thay đổi và các vùng năng động, thường cho thấy một phạm vi biến động rộng hơn trong các điều kiện phi sinh vật và sinh vật trong một khoảng thời gian hàng năm so với các môi trường lân cận.

Điều này có thể được coi là "cực đoan" một cách hợp lý bởi vì nó đòi hỏi các sinh vật phải liên tục thích nghi với hành vi, hiện tượng học (thời tiết theo mùa) và tương tác với các loài khác.

Các loài sống ở cả hai phía của vùng sinh thái thường chịu được các động lực tốt hơn, trong khi các loài có phạm vi giới hạn ở một bên thì phía bên kia là cực đoan.

Nói chung, những vùng chuyển tiếp này cũng thường là vùng chịu ảnh hưởng đầu tiên bởi những thay đổi của khí hậu và / hoặc những xáo trộn, cả tự nhiên và con người.

Động vật và thực vật với các giai đoạn hoặc giai đoạn khác nhau

Không chỉ môi trường năng động, và có thể cực đoan hoặc không, mà các sinh vật cũng năng động và có vòng đời với các giai đoạn khác nhau, thích nghi với các điều kiện môi trường cụ thể.

Có thể xảy ra trường hợp môi trường hỗ trợ một trong các giai đoạn của chu kỳ sống của một sinh vật là cực đoan đối với các giai đoạn khác.

Cây

Ví dụ, dừa (Cocos nucifera) có hạt giống thích nghi để vận chuyển bằng đường biển, nhưng cây trưởng thành lại phát triển trên cạn.

Ở thực vật có mạch mang bào tử, chẳng hạn như dương xỉ và các loại rêu khác nhau, thể giao tử có thể không có sắc tố quang hợp, không có rễ và phụ thuộc vào độ ẩm môi trường.

Trong khi các thể bào tử có thân rễ, rễ và chồi cây chịu được điều kiện khô nóng dưới ánh sáng mặt trời đầy đủ. Sự khác biệt giữa thể bào và thể giao tử theo thứ tự như sự khác biệt giữa các đơn vị phân loại.

Động vật

Một ví dụ rất gần được tạo thành bởi giai đoạn con non của nhiều loài, chúng thường không dung nạp với môi trường thường bao quanh con trưởng thành, vì vậy chúng thường cần được bảo vệ và chăm sóc trong suốt thời gian chúng có được các kỹ năng và sức mạnh cho phép. cho phép đối phó với những môi trường này.

Người giới thiệu

1. Kohshima, S. (1984). Một loài côn trùng chịu lạnh mới lạ được tìm thấy ở sông băng ở Himalaya. Bản chất 310, 225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Một số nhận xét về sự tiến hóa của Extremephile. Hệ thống sinh học, 6 (1), 74–75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT và Kelly, GJ (1991) Các hợp chất bảo vệ UV-B trong tảo biển Phaeocystis pouchetti từ Nam Cực. Sinh học biển 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Một trăm năm nghiên cứu Dunaliella: 1905-2005. Hệ thống muối 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ và Mancinelli, RL (2001). Cuộc sống trong môi trường khắc nghiệt. Bản chất 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. và Zillig, W. (1995). Lite ở độ pH cực thấp. Bản chất 375, 741-742.
7. Storey, KB và Storey, JM (1996). Sự tồn tại đông lạnh tự nhiên ở động vật. Đánh giá hàng năm về Hệ sinh thái và Tin học 27, 365-386.
8. Teyke, T. và Schaerer, S. (1994) Cá hang Mexico mù (Astyanax hubbsi) phản ứng với các kích thích thị giác chuyển động. Tạp chí Sinh học Thực nghiệm 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD và Somero, GN (1982). Sống chung với căng thẳng nước: sự tiến hóa của hệ thống osmolyte. Khoa học 217, 1214-1222.