PSYCHROPHILES: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Các ưa lạnh là một subtype của cực trị đặc trưng bởi thấp chịu được nhiệt độ, thường là giữa -20 ° C và 10 ° C, và vĩnh viễn chiếm môi trường sống lạnh. Những sinh vật này thường là vi khuẩn hoặc vi khuẩn cổ, tuy nhiên có những loài metazoans như địa y, tảo, nấm, giun tròn và thậm chí cả côn trùng và động vật có xương sống.

Môi trường lạnh chiếm ưu thế trong sinh quyển của Trái đất và là nơi cư trú của các vi sinh vật phong phú và đa dạng đóng vai trò quan trọng tiềm tàng trong các chu trình sinh địa hóa toàn cầu.

Địa y Xanthoria elegans là loài psychrophile nổi tiếng có thể quang hợp ở nhiệt độ thấp tới -24 ° C. Bức ảnh được chụp ở Alberta, Canada. Nguồn: Jason Hollinger qua https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

Ngoài việc chịu được nhiệt độ thấp, các sinh vật psychrophilic cũng phải thích nghi với các điều kiện khắc nghiệt khác, chẳng hạn như áp suất cao, nồng độ muối cao và bức xạ tia cực tím cao.

Đặc điểm của sinh vật psychrophilic

Môi trường sống

Môi trường sống chính của các sinh vật psychrophilic là:

-Môi trường biển cực.

-Ngân hàng hoặc biển băng.

-Môi trường trên cạn cực.

-Những hồ có độ cao và vĩ độ cao.

- Hồ băng.

-Khu vực núi cao lạnh giá.

-Các bề mặt của sông băng.

- Các sa mạc cực.

-Đại dương sâu lắng.

Thích nghi

Psychrophiles được bảo vệ khỏi đóng băng bằng nhiều cách thích nghi khác nhau. Một trong số đó là tính linh hoạt của màng tế bào, chúng đạt được bằng cách bao gồm một hàm lượng cao các axit béo ngắn và không bão hòa trong cấu trúc của màng lipid của chúng.

Ảnh hưởng của việc kết hợp các axit béo này là làm giảm điểm nóng chảy, đồng thời tăng tính lưu động và khả năng chống chịu của nó.

Một sự thích nghi quan trọng khác của psychrophiles là tổng hợp các protein chống đông. Các protein này giữ nước trong cơ thể ở trạng thái lỏng và bảo vệ DNA khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đóng băng của nước. Chúng cũng ngăn cản sự hình thành băng hoặc tái kết tinh.

Các loại psychrophiles và ví dụ

Sinh vật đơn bào

Sự đa dạng của psychrophiles đơn bào là rất lớn, trong số này có thể kể đến các thành viên của hầu hết các dòng vi khuẩn: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 và Planctomycetes.

Hơn nữa, vi khuẩn Proteobacteria và Verrucomicrobia đã được phát hiện ở Bắc Cực, Nam Cực và trong dãy núi lạnh Alpine. Chúng cũng đã được phát hiện ở Greenland, Canada, Tây Tạng và Himalayas.

Trong số các vi khuẩn lam psychrophilic, chúng tôi tìm thấy Leptolvngbva, Phormidium và Nostoc. Các chi phổ biến khác là Aphanothece đơn bào, Chroococcus và Charnaesiphon, và Oscillatoria dạng sợi, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium và Plectonerna.

Sinh vật đa bào

Trong số các loài côn trùng psychrophilic, chúng ta có thể kể tên chi Diamesa từ Himalayas (Nepal), chúng vẫn hoạt động cho đến khi đạt đến nhiệt độ -16 ° C.

Cũng được tìm thấy là loài muỗi không cánh, Belgica Antarctica, dài 2–6 mm, loài đặc hữu của Nam Cực. Đây là loài côn trùng duy nhất trên lục địa và cũng là loài động vật sống trên cạn duy nhất.

Hình 2. Muỗi đốt Belgica Antarctica, loài côn trùng đặc hữu của Nam Cực. Nguồn: Tasteofcrayons, từ Wikimedia Commons

Động vật có xương sống cũng có thể là psychrophiles. Một số ví dụ bao gồm một số lượng nhỏ ếch, rùa và rắn sử dụng sự đóng băng của nước ngoại bào (nước bên ngoài tế bào) như một chiến lược sinh tồn để bảo vệ tế bào của chúng trong mùa đông.

Tuyến trùng Nam Cực Panagrolaimus davidi có thể sống sót khi nước trong tế bào bị đóng băng và sau đó tái sinh và sinh sản.

Ngoài ra, các loài cá thuộc họ Channichthyidae - sống ở vùng nước lạnh Nam Cực và Nam Nam Mỹ - sử dụng protein chống đông để bảo vệ tế bào của chúng khỏi bị đóng băng hoàn toàn.

Nhiệt độ tăng trưởng và sinh vật psychrophilic

Nhiệt độ sinh trưởng tối đa (T _max ) của sinh vật là cao nhất mà sinh vật có thể chịu đựng được. Trong khi nhiệt độ tối ưu (T _opt ) cho sự phát triển là nhiệt độ mà sinh vật phát triển nhanh hơn.

Tất cả các sinh vật tồn tại và phát triển trong môi trường nhiệt độ thấp thường được coi là psychrophiles. Tuy nhiên, như chúng ta đã biết, thuật ngữ psychrophile chỉ nên được áp dụng cho những sinh vật có T _max là 20 ° C (nghĩa là chúng không thể tồn tại ở nhiệt độ cao hơn).

Các vi sinh vật đã được phân lập từ các khu vực rất lạnh, có thể phát triển trong điều kiện phòng thí nghiệm ở nhiệt độ trên 20 ° C, điều này cho thấy rằng mặc dù chúng thích nghi với nhiệt độ thấp, chúng không nên được coi là psychrophiles. Những vi sinh vật này được gọi là "mesotolerant", tức là chúng chịu được nhiệt độ trung bình.

Methanococcoides burtonii

Sphingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensis là một loại vi khuẩn được phân lập từ các vùng biển ở bắc bán cầu, nơi nhiệt độ từ 4 - 10 ° C chiếm ưu thế. Mặt khác, haloarchaeas, là loài cổ vật sống ở vùng nước bão hòa nhiều muối, phát triển ở nhiệt độ -20 ° C.

Mặc dù có quần thể cao trong môi trường sống tự nhiên của chúng, không có vi sinh vật nào trong số này có thể được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ thấp hơn 4 ° C.

Đổi lại, S. alaskensis có T _{tối đa} là 45 ° C và haloarchaea có thể phát triển ở nhiệt độ trên 30 ° C, vì vậy chúng không thể được coi là psychrophilic. Tuy nhiên, quần thể của chúng thích nghi tốt và có rất nhiều ở những vùng cực lạnh.

Từ những điều trên, chúng ta có thể giả định rằng có những yếu tố môi trường hạn chế khác ảnh hưởng đến sự tồn tại của những sinh vật này trong môi trường sống tự nhiên của chúng, và nhiệt độ không phải là yếu tố có trọng lượng lớn nhất.

Ứng dụng công nghệ sinh học

Các enzym của sinh vật psychrophilic được đặc trưng bởi hoạt động cao ở nhiệt độ thấp và trung bình. Ngoài ra, các enzym này có độ bền nhiệt kém.

Do những đặc điểm này, các enzym của sinh vật psychrophilic rất hấp dẫn được ứng dụng trong các quy trình khác nhau trong công nghiệp thực phẩm, y học, sinh học phân tử, trong công nghiệp dược phẩm, v.v.

Người giới thiệu

1. Cavicchioli, R. (2015). Về khái niệm psychrophile. Tạp chí ISME, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. và Deming, JW (2008). Vai trò của exopolyme trong sự thích nghi của vi sinh vật với băng biển. Trong: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. và Gerday, C. reds) Psychrophiles: từ Đa dạng sinh học đến Công nghệ sinh học. Springer-Verlag, Berlin, Đức, pp. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Một loài côn trùng chịu lạnh mới lạ được tìm thấy ở sông băng ở Himalaya. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (chủ biên). (2017). Psychrophiles: từ Đa dạng sinh học đến Công nghệ sinh học. Phiên bản thứ hai. Springer Verlag, Heidelberg, Đức. pp. 685.
5. Miteva, V. (2008). Vi khuẩn trong băng tuyết. Trong: Margesin, R. và Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: từ Đa dạng sinh học đến Công nghệ sinh học. Springer Verlag, Heidelberg, Đức, pp. 31-50.
6. Giá, PB (2000). Môi trường sống của psychrophiles trong băng sâu ở Nam Cực. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ 97, 1247-1251.