Termófilos: características, classificação e ambientes - Ciência - 2023

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o termófilos Eles são um subtipo de organismos Extremofílicos que se caracterizam por tolerar altas temperaturas, entre 50 ° C e 75 ° C, seja porque esses valores de temperatura são mantidos nesses ambientes extremos, seja porque são atingidos com frequência.

Os organismos termofílicos são geralmente bactérias ou arquéias, no entanto, existem metazoários (organismos eucarióticos que são heterotróficos e de tecido), que também se desenvolvem em locais quentes.

Sabe-se também que organismos marinhos, associados em simbiose com bactérias termofílicas, podem se adaptar a essas altas temperaturas e que também desenvolveram mecanismos bioquímicos como hemoglobina modificada, volumetria elevada, entre outros, que lhes permitem tolerar a toxicidade de sulfetos e compostos. enxofre.

Acredita-se que os procariotos termofílicos tenham sido as primeiras células simples na evolução da vida e habitariam locais com atividade vulcânica e gêiseres nos oceanos.

Exemplos deste tipo de organismos termofílicos são aqueles que vivem nas proximidades de fontes hidrotermais ou de fontes no fundo dos oceanos, como bactérias metanogênicas (produtoras de metano) e anelídeo Riftia pachyptila.

Os principais habitats onde os termófilos podem ser encontrados são:

Ambientes hidrotermais terrestres.
Ambientes hidrotermais marinhos.
Desertos quentes.

Características de organismos termofílicos

Temperatura: fator abiótico crítico para o desenvolvimento de microrganismos

A temperatura é um dos principais fatores ambientais que determinam o crescimento e a sobrevivência dos seres vivos. Cada espécie tem uma faixa de temperaturas dentro das quais pode sobreviver; no entanto, tem crescimento e desenvolvimento ideais em temperaturas específicas.

A taxa de crescimento de cada organismo versus a temperatura pode ser expressa graficamente, obtendo-se os valores correspondentes às temperaturas críticas importantes (mínima, ótima e máxima).

Temperaturas mínimas

Nas temperaturas mínimas de crescimento de um organismo, ocorre uma diminuição da fluidez da membrana celular e os processos de transporte e troca de materiais, como a entrada de nutrientes e a saída de substâncias tóxicas, podem ser interrompidos.

Entre a temperatura mínima e a temperatura ótima, a taxa de crescimento dos microrganismos aumenta.

Temperatura ótima

Na temperatura ideal, as reações metabólicas ocorrem com a maior 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 as enzimas são desnaturadas e inativadas, pois perdem sua configuração geométrica e configuração espacial particular, a membrana citoplasmática se rompe e ocorre lise ou ruptura térmica por efeito do calor.

Cada microrganismo tem suas temperaturas mínima, ótima e máxima para operação e desenvolvimento. Os termófilos têm valores excepcionalmente altos em todas essas três temperaturas.

Características distintivas de organismos termofílicos

Os organismos termofílicos têm altas taxas de crescimento, mas vidas curtas.
Eles têm uma grande quantidade de gordura saturada de cadeia longa ou lipídios em sua membrana celular; Esse tipo de gordura saturada é capaz de absorver calor e se tornar líquido em altas temperaturas (derretimento), sem ser destruída.
Suas proteínas estruturais e funcionais são muito estáveis ao calor (termoestáveis), por meio de ligações covalentes e forças intermoleculares especiais chamadas forças de espalhamento de London.
Eles também têm enzimas especiais para manter o funcionamento metabólico em altas temperaturas.
Sabe-se que esses microrganismos termofílicos podem utilizar os 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 (ótimo próximo a 70 ° C).
Hipertermófilos (ótimo próximo a 80 ° C).

Organismos termofílicos e seus ambientes

Ambientes hidrotermais terrestres

Os locais hidrotermais são surpreendentemente comuns e amplamente distribuídos. Eles podem ser amplamente divididos entre aqueles que estão associados a áreas vulcânicas e aqueles que não estão.

Ambientes hidrotérmicos com as temperaturas mais altas são geralmente associados a características vulcânicas (caldeiras, falhas, limites de placas tectônicas, bacias de arco posterior), que permitem que o magma suba a uma profundidade onde pode interagir diretamente com as águas subterrâneas profundamente.

Os pontos quentes também são frequentemente acompanhados por outras características que dificultam o desenvolvimento da vida, como valores extremos de pH, matéria orgânica, composição química e salinidade.

Os habitantes de ambientes hidrotermais terrestres, portanto, sobrevivem na presença de várias condições extremas. Esses organismos são conhecidos como poliextremófilos.

Exemplos de organismos que habitam ambientes hidrotermais terrestres

Organismos pertencentes a todos os três domínios (eucariótico, bacteriano e arquea) foram identificados em ambientes hidrotérmicos terrestres. A diversidade desses organismos é determinada principalmente pela temperatura.

Embora uma gama diversificada de espécies bacterianas habite ambientes moderadamente termofílicos, os fotoautótrofos podem vir a dominar a comunidade microbiana e formar estruturas macroscópicas em forma de "tapete" ou "tapete".

Essas “esteiras fotossintéticas” estão presentes na superfície da maioria das fontes termais neutras e alcalinas (pH superior a 7,0) em temperaturas entre 40-71 ° C, com as cianobactérias estabelecidas como os principais produtores dominantes.

Acima de 55 ° C, as esteiras fotossintéticas são predominantemente habitadas por cianobactérias unicelulares, como Synechococcus sp.

Bactérias

Esteiras microbianas fotossintéticas também podem ser predominantemente habitadas por bactérias dos gêneros Cloroflexo Y Roseiflexus, ambos membros da ordem Chloroflexales.

Quando associada a cianobactérias, as espécies de Cloreflexo Y Roseiflexus eles crescem otimamente em condições foto-heterotróficas.

Se o pH for ácido, os gêneros são comuns Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium Y Thermodesulfator.

Em fontes hipertermofílicas (entre 72-98 ° C) sabe-se que não ocorre fotossíntese, o que permite o predomínio de bactérias quimiolitoautotróficas.

Esses organismos pertencem ao filo Aquificae e são cosmopolitas; eles podem oxidar hidrogênio ou enxofre molecular com oxigênio como um aceitador de elétrons e fixar carbono por meio da via do ácido tricarboxílico redutor (rTCA).

Arcos

A maioria das arquéias cultivadas e não cultivadas identificadas em ambientes térmicos neutros e alcalinos pertencem ao filo Crenarchaeota.

Espécies como Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans ou Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, proliferam abaixo de 77 ° C e Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Ignisphaera aggregans, em fontes com temperatura superior a 80 ° C.

Em ambientes ácidos, archaea dos gêneros: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium Y Galdivirga.

Eucariotos

Entre os eucariotos de fontes neutras e alcalinas, podemos citarThermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia Y Oramoeba funiarolia.

Em fontes ácidas você pode encontrar os gêneros: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium ou Galdieria.

Ambientes hidrotermais 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 de 2,8), as fontes hidrotermais de alto mar são possivelmente os ambientes mais extremos em nosso planeta.

Nesse ecossistema, os micróbios atuam como o elo inferior da cadeia alimentar, derivando sua energia do calor geotérmico e de produtos químicos encontrados nas profundezas do interior da Terra.

Exemplos da fauna associada a ambientes hidrotermais marinhos

A fauna associada a essas fontes ou respiradouros é muito variada e as relações entre os diferentes taxa ainda não são totalmente compreendidas.

Entre as espécies que foram isoladas estão bactérias e arqueas. Por exemplo, archaea do gênero foram isoladas Methanococcus, Methanopyus e bactérias anaeróbicas termofílicas do gênero Caminibacter.

As bactérias prosperam em biofilmes nos quais se alimentam vários organismos, como anfípodes, copépodes, caracóis, camarão caranguejo, vermes tubulares, peixes e polvos.

Um cenário comum é constituído por acúmulos de mexilhões, Bathymodiolus thermophilus, com mais de 10 cm de comprimento, agrupados em fendas na lava basáltica. Estes são geralmente acompanhados por numerosos caranguejos galateídeos (Munidopsis subsquamosa).

Um dos organismos mais incomuns encontrados é o verme tubular Riftia pachyptila, que podem ser agrupados em grandes quantidades e atingir tamanhos próximos a 2 metros.

Esses vermes tubulares não têm boca, estômago ou ânus (ou seja, não têm sistema digestivo); são um saco totalmente fechado, sem qualquer abertura para o meio externo.

A cor vermelha brilhante da caneta na ponta deve-se à presença de hemoglobina extracelular. O sulfeto de hidrogênio é transportado através da membrana celular associada aos filamentos dessa pluma e, por meio da hemoglobina extracelular, atinge um "tecido" especializado denominado trofossomo, composto inteiramente de bactérias quimiossintéticas simbióticas.

Pode-se dizer que esses vermes possuem um “jardim” interno de bactérias que se alimentam de sulfeto de hidrogênio e fornecem o “alimento” para o verme, uma adaptação extraordinária.

Desertos quentes

Os 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 desertos do sudoeste dos Estados Unidos, México e Austrália, são encontrados nos trópicos nos hemisférios norte e sul (entre aproximadamente 10 ° e 30- 40 ° de latitude).

Tipos de desertos

Uma característica definidora de um deserto quente é a aridez. De acordo com a classificação climática Koppen-Geiger, desertos são regiões com uma precipitação anual de menos de 250 mm.

No entanto, a precipitação anual pode ser um índice enganoso, já que a perda de água é uma decisão do orçamento de água.

Assim, a definição de deserto do Programa Ambiental das Nações Unidas é um déficit anual de umidade sob condições climáticas normais, onde a evapotranspiração potencial (PET) é cinco vezes maior do que a precipitação real (P).

O PET alto é prevalente em desertos quentes porque, devido à falta de cobertura de nuvens, a radiação solar se aproxima de seu máximo em regiões áridas.

Os desertos podem ser divididos em dois tipos de acordo com seu nível de aridez:

Hiperárido: com índice de aridez (P / PET) menor que 0,05.
Agregados: com índice entre 0,05 e 0,2.

Os desertos são distintos das terras áridas semi-áridas (P / PET 0,2-0,5) e das terras áridas subúmidas (0,5-0,65).

Os desertos possuem outras características importantes, como as fortes variações de temperatura e a alta salinidade de seus solos.

Por outro lado, um deserto costuma estar associado a dunas e areia, no entanto, esta imagem corresponde apenas a 15-20% de todas elas; paisagens rochosas e montanhosas são os ambientes desérticos mais frequentes.

Exemplos de organismos termofílicos do deserto

Os habitantes dos desertos, que são termófilos, passam por uma série de adaptações para enfrentar as adversidades que surgem com a falta de chuvas, altas temperaturas, ventos, salinidade, entre outros.

As plantas 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 em espinhos, tanto para prevenir a evapotranspiração quanto para repelir herbívoros.

O genero Lithops ou as plantas de pedra, nativas do deserto da Namíbia, também desenvolvem suculência, mas neste caso a planta cresce ao longo do solo, camuflando-se com as pedras ao redor.

Por outro lado, os animais que vivem nesses habitats extremos desenvolvem todos os tipos de adaptações, desde fisiológicas até etológicas. Por exemplo, os chamados ratos-canguru apresentam baixo volume urinário em pequeno número, tornando esses animais muito eficientes em seu ambiente de escassez de água.

Outro mecanismo para reduzir a perda de água é o aumento da temperatura corporal; por exemplo, a temperatura corporal de camelos em repouso pode aumentar no verão de cerca de 34 ° C para mais de 40 ° C.

As variações de temperatura são de grande importância na conservação da água, para o seguinte:

O aumento da temperatura corporal significa que o calor é armazenado no corpo em vez de ser dissipado pela evaporação da água. Mais tarde, à noite, o excesso de calor pode ser expelido sem desperdício de 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 lhes permite alimentar-se apenas de plantas desérticas da família Chenopodiaceae, que contêm grandes quantidades de sais nas folhas.

As adaptações etológicas (comportamentais) dos animais do deserto são numerosas, mas talvez a mais óbvia implique que o ciclo atividade-repouso seja revertido.

Desta forma, esses animais tornam-se ativos ao pôr do sol (atividade noturna) e deixam de ser ativos ao amanhecer (descanso diurno), portanto sua vida ativa não coincide com os horários 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, J.A. e Bjorkman, 0. (1980). Resposta fotossintética e adaptação à temperatura em plantas superiores. Annual Review of Plant Physiology 31, 491-534.
Brock, T.D. (1978). Microorganismos termofílicos e vida em altas temperaturas. Springer-Verlag, New York, 378 pp.
Campos, V.L., Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, CA. e Mondaca, A.M. (2009), Isolamento de bactérias oxidantes de arsenito de um biofilme natural associado a rochas vulcânicas do Deserto de Atacama, Chile. Journal of Basic Microbiology 49, 93-97.
Cary, C.S., Shank, T. e Stein, J. (1998). Os vermes se aquecem em temperaturas extremas. Nature 391, 545-546.
Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. e Childress, J.J. (1992). Alguns gostam disso quente ... e alguns gostam ainda mais quente. Nature 359, 593-594.
Evenari, M., Lange, 01., Schulze, E.D., Buschbom, U. e Kappen, L. (1975). Mecanismos adaptativos em plantas desérticas. In: Vemberg, F.J. (ed.) Adaptação Fisiológica ao Meio Ambiente. Intext Press, Platteville, LISA, pp. 111-129.
Gibson, A.C. (mil novecentos e noventa e seis). Relações Estrutura-Função de Plantas Desertas Quentes. Springer, Heidelberg, Germany, 216 pp.
Gutterman, Y. (2002). Estratégias de sobrevivência de plantas anuais do deserto. Springer, Berlin, Germany, 368 pp.
Lutz, R.A. (1988). Dispersão de organismos em fontes hidrotermais profundas: uma revisão. Oceanologica Acta 8, 23-29.
Lutz, R.A., Shank, T.M., Fornari, D.J., Haymon, R.M., Lilley, M.D., Von Damm, K.L. e Desbruyeres, D. (1994). Crescimento rápido em aberturas de águas profundas. Nature 371, 663-664.
Rhoads, D.C., Lutz, R.A., Revelas, E.C. e Cerrato, R.M. (1981). Crescimento de bivalves em fontes hidrotermais de alto mar ao longo do Rift Galápagos. Science 214, 911-913.
Noy-Meir I. (1973). Ecossistemas do deserto: meio ambiente e produtores. Annual Review of Ecological Systems 4, 25-51.
Wiegel, J. e Adams, M.W.W. (1998). Termófilos: as chaves da evolução molecular e da origem da vida. Taylor e Francis, Londres, 346 pp.