Extremófilo

Um organismo é considerado extremófilo , ou extremófilo , quando suas condições normais de vida são fatais para a maioria dos outros organismos: temperaturas próximas ou acima de 100  ° C ( hipertermófilos ) ou abaixo de 0  ° C ( psicrófilos ), pressões excepcionais ( barófilos do fundo do mar ), ambientes muito carregados com sal ( halofílica ), muito ácida ( acidófilas ) ou hiper- alcalina ( alcalofílicas ambientes), radioactivo ou anóxica (sem dioxigénio) ou ambientes sem iluminação, tais como endoliths .

Muitos extremófilos pertencem ao taxon de Archaea ou bactérias , embora também haja unicelulares e metazoários eucarióticas extremófilos ( insetos , crustáceos , peixes ...). No entanto, o termo é reservado para organismos unicelulares .

Os organismos extremofílicos podem, por exemplo, ser isolados de fontes sulfurosas quentes , fontes hidrotermais subaquáticas, sedimentos , no gelo da Antártica ou do Ártico , em água saturada de sal (lago ou Mar Morto ), em campos de petróleo ...

Alguns seres vivos, chamados poliextremófilos , até combinam várias dessas resistências (exemplo de Deinococcus radiodurans , Kineococcus radiotolerans ou Sulfolobus acidocaldarius ).

Perfeitamente adaptado a essas condições muito especiais, os extremófilos são raros em condições mais comuns. Na verdade, mesmo quando são capazes de resistir a essas condições (porque em muitos casos seu metabolismo especial requer condições extremas), eles não resistem à competição de organismos comuns. Acontece que se distingue extremófilo e extremotolerância , conforme o organismo precisa de condições excepcionais, ou se as suporta, mas isso se encontra em condições mais comuns.

Devemos distinguir claramente o caso de verdadeiros extremófilos (que vivem normal ou exclusivamente em condições extremas), casos relativamente banais de organismos capazes de assumir temporariamente uma forma resistente a condições desfavoráveis ​​(suspendendo suas funções vitais, protegendo-se pela formação de um cisto ou esporo ). Algumas bactérias como Deinococcus radiodurans são capazes de se curar em condições extremas, mas não exigem que vivam.

Diferentes tipos de extremófilos

• Acidofílico  : organismo que vive em ambientes ácidos ( pH ótimo de crescimento próximo a 3).
• Alcalofílico  : organismo que vive em ambientes básicos (pH ótimo de crescimento próximo a 9 e acima).
• Halófilo  : organismo que vive em ambientes muito salgados (alta concentração de NaCl ).
• Metalotolerante  : organismo tolerante a altas concentrações de metal ( cobre , cádmio , arsênio , zinco ).
• Psicrofílico ou psicrotolerante  : organismo que vive em ambientes frios (abismos, geleiras e até geladeiras onde podem afetar a higiene alimentar, tornando a cadeia de frio menos eficiente).
• Piezófilo ou barófilo  : organismo que vive em ambientes sujeitos a alta pressão (leito oceânico profundo até -11.000 metros; Fossa das Marianas )
• Resistente à radiação  : organismo que pode sobreviver a altas radiações ionizantes.
• Thermophilic  : organismo vivo em ambientes quentes, com crescimento óptimo próximo de 60  ° C .
• Hipertermofílico  : organismo que vive em ambientes muito quentes com ótimos de crescimento próximos de 90  ° C a mais de 100  ° C  ; mas eles não podem viver em um ambiente de água fervente (no fundo do mar a pressão é alta e a água permanece líquida até 400  ° C )
• Xerofílico  : organismo capaz de resistir à dessecação (necessitando de pouca água para sobreviver).

Interesse no estudo de extremófilos

Os extremófilos são objeto de espanto e estudo de várias maneiras:

• Suas peculiaridades oferecem perspectivas tecnológicas variadas (proteínas termoestáveis , enzimas para lavagem com água fria, por exemplo) e um vasto campo de estudos biológicos. Os extremos de proteínas e enzimas são um mercado em crescimento ( biotecnologia e indústria química). O exemplo mais espetacular é a Taq polimerase de Thermus aquaticus, amplamente utilizada para reações de PCR .
• O surgimento da vida pode ter ocorrido em um ambiente extremo. A atmosfera primitiva da época, sem oxigênio e ozônio , permitia a passagem dos raios ultravioleta do sol, o que poderia levar à formação de radicais livres tóxicos para as células. O químico Günter Wächtershäuser acredita que a vida surgiu em um ambiente quente sulfuroso-ferroso na ausência de oxigênio. Este ambiente é semelhante ao das fontes hidrotermais, onde vivem muitos microrganismos hipertermofílicos. No entanto, a evidência fóssil da existência de uma forma de vida em locais hidrotermais fossilizados ainda não foi confirmada.
• Eles ilustram a incrível adaptabilidade da vida aos ambientes mais diversos e hostis, o que dá credibilidade à ideia de que formas de vida semelhantes são encontradas em planetas aparentemente inviáveis.

Alguns exemplos de organismos extremófilos

Vários extremofilia

Archaea

• Pyrolobus fumarii , isolado em aberturas hidrotérmica mergulho, ainda multiplica a 113  ° C .
• Uma estirpe denominada estirpe 121 , perto da Archaea Género Pyrodictium e Pyrobaculum , foi isolado a partir de amostras hidrotermais e ser capaz de sobreviver em 121  ° C .
• Sulfolobus acidocaldarius isolado de fontes ácidas quentes, é acidofílico (crescimento a um pH de 2-3) e hipertermofílico (crescimento ótimo em torno de 80  ° C ).
• Thermococcus gammatolerans , radiotolerans (seu organismo, quando exposto à radiação ionizante, repara-se de forma permanente e eficaz) encontrado em grandes profundidades em certas fontes termais
• Ferroplasma , Ferroplasma acidarmanus pode crescer a um pH próximo a 0.
• Methanopyrus , em sua taxa de crescimento ideal a 98  ° C
• Haloarcula marismortui isolada do Mar Morto, é muito halofílica e se desenvolve em água com 300 g / l de NaCl (10 vezes a salinidade do oceano).

Bactérias

• Deinococcus radiodurans , radiorresistente a 1.500-3.000 vezes a tolerância humana. O fundo do mar, certos lugares radioativos ou certos desertos (expostos a raios ultravioleta, às vezes excessivamente salinos também são o lar de radiorresistentes, incluindo deinococos
• Bacillus infernus foi isolado 2.700  m abaixo da superfície do solo.
• Desulforudis audaxviator foi encontrado a −1.500  m e depois −2.800  m de profundidade, no solo de uma mina de ouro (Witwatersand Basin, África do Sul), onde resiste a uma temperatura de 60  ° C e um pH de 9,3
• GFAJ-1 , bacilo halofílico tolerante ao arsênio.
• Os snottites (incluindo Acidithiobacillus ) quimiossíntese derivam sua energia de compostos de enxofre de origem vulcânica, seu pH é próximo a 0, com propriedades semelhantes ao ácido de bateria.

Animais invertebrados

• Halicephalobus mephisto encontrado em água de poço de uma mina de ouro entre 0,9 e 3,6  km de profundidade.
• Alvinella Pompejana , conhecida como verme de Pompeia, vive em certas fontes hidrotermais subaquáticas. Capacidades de termoresistência excepcionais para um eucarioto multicelular (tolera uma temperatura de 20 a mais de 80  ° C em adultos).

Vertebrados

• Os peixes da família Nototheniidae vivem no Oceano Antártico e secretam proteínas "  anticongelantes  " em seu sangue .

Extremofilia polar

Em 2004, um número significativo de microorganismos descobertos sob as rochas no Ártico e no continente Antártico.

Até então, este ambiente era considerado particularmente hostil ao desenvolvimento da vida, por um lado por causa das temperaturas extremas, mas também por causa dos ventos extremamente violentos e principalmente da radiação ultravioleta.

Pesquisa

• 2007. Uma equipe de biólogos da Universidade de Massachusetts ( Estados Unidos ) descobriu um micróbio que se reproduz a 121  ° C  ; Encontrado perto de uma chaminé situada nas profundezas do oceano Pacífico , a "estirpe 121" sobreviveu até a temperatura de 130  ° C . É o conhecido organismo que vive na terra, resistente às temperaturas mais altas.

Anteriormente se sabia Pyrolobus fumarii que morreram após 1 hora de incubação a 121  ° C .

• Na década de 1980, antes de enterrar as armas nucleares e o lixo nuclear em grande profundidade, o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) queria verificar se poderia haver micróbios que poderiam interferir nas juntas ou materiais enterrados. Geólogos e biólogos americanos ficaram surpresos ao descobrir em perfurações exploratórias feitas em instalações de tratamento nuclear existentes ( Savannah River , Carolina do Sul ) bactérias e arqueobactérias vivendo até 500 metros abaixo da superfície. Outros estudos confirmaram que a vida também é comum em grandes profundidades, com a Caverna Movile na Romênia em 1986, depois em 1992, quando John Parkes descobriu que mesmo 500 metros abaixo do fundo do mar do Mar do Japão viviam aproximadamente 11 milhões de micróbios por centímetro cúbico de sedimento,
  os micróbios-Matusalém têm um metabolismo muito lento, podendo sobreviver por milhares ou até milhões de anos quase sem comida. Pesquisadores em 2011 encontraram células vivas em sedimentos datados de 460.000 anos coletados a 220 metros abaixo do solo do Oceano Pacífico, perto do Japão. Pareciam células mortas, mas quando colocadas na presença de uma fonte de alimento marcada por radioisótopos estáveis ​​de carbono e nitrogênio, 3/4 dessas células mostraram ser capazes de se alimentar delas.

Um profundo ecossistema bacteriano foi descoberto sob o Pacífico com bactérias ativas e archaea em sedimentos que datam de 86 milhões de anos atrás (formados cerca de 20 milhões de anos antes da extinção dos dinossauros . Nos ambientes mais extremos, os indivíduos são mais raros, no entanto, com cerca de 1000 células por centímetro cúbico de sedimento.

Em rochas minerais quentes e radioativas, essas bactérias usam a decomposição radioativa do urânio, que hidrolisa certas moléculas de água (em hidrogênio e dioxigênio livres por radiólise para obter hidrogênio, que se combinam com íons sulfato de sua base para produzir energia suficiente para se sustentar, enquanto fazem o melhor uso das pequenas quantidades de carbono em seu ambiente.

• Acreditava-se que apenas bactérias poderiam viver em ambientes tão hostis, mas nematóides de 0,5 mm de comprimento foram recentemente (2011) descobertos nadando na água de fendas a grande profundidade ( 1,3 km ), na mina de ouro Beatrix . Eles foram chamados de Halicephalobus mephisto em referência ao Mefistófeles de Fausto porque lucífugo e vivendo nas profundezas da terra. Então, na mina Tautona (a mais profunda do país), outro nematóide foi descoberto 3,6 km abaixo da superfície (o animal terrestre mais profundamente encontrado no mundo. Muitos micróbios podem viver sem oxigênio, mas esta é a primeira vez que temos encontraram um animal que pode fazer isso; as células desses vermes têm um genoma diferente de outras espécies, eles não têm mitocôndrias (organelas que se pensava serem universais em animais). obtêm sua energia - como muitas bactérias extremofílicas - do sulfeto de hidrogênio graças a organelas específicas chamadas hidrogenossomas .

Portanto, é errado que os homens tenham acreditado por muito tempo que o fundo do mar era estéril. O mesmo para as profundezas do porão, que pareciam ser ainda mais profundas. Pouco se sabe sobre esta biodiversidade e sua biomassa é estimada entre 1% e 10% da biomassa de todas as espécies vivas. Dois projetos visam identificar essas espécies: “Censo de Vida Profunda” e “Centro de Investigações da Biosfera de Energia Escura” .

Essas espécies podem nos ajudar a identificar a origem da vida. A ideia dominante é que ela teria surgido em fontes termais, mas também poderia ter nascido nas fendas do porão, protegida dos raios ultravioleta e de outros raios cósmicos ainda não filtrados pela camada de ozônio e protegida do bombardeio de asteróides. Isso nos permite imaginar outras formas de vida, evolução ou adaptações além daquelas que conhecemos, que poderiam existir em outros planetas, ter existido ou existido no futuro ou mesmo ser as últimas a sobreviver.

Novas questões bioéticas também surgem. Como a pesca em alto mar, a mineração ou oceanografia profunda também podem afetar e modificar ou ameaçar uma parte da biodiversidade ainda desconhecida, em particular com o uso de técnicas como fraturamento hidráulico profundo associado a injeções de matéria orgânica e produtos químicos. Da mesma forma para projetos de armazenamento profundo de CO 2.

Notas e referências

1. Edmond Jolivet, Stéphane L'Haridon, Erwan Corre, Patrick Forterre e Daniel Prieur; Thermococcus gammatolerans sp. nov., um archaeon hipertermofílico de uma fonte hidrotermal de alto mar que resiste à radiação ionizante ; D. Int J Syst Evol Microbiol 53 (2003), 847-851; DOI 10.1099 / ijs.0.02503-0.
2. (em) Lynn J. Rothschild e L. Rocco Mancinelli , "  Life in Extreme Environment  " , Nature , vol.  409,22 de fevereiro de 2001, p.  1092-1101 ( ISSN  0028-0836 , DOI  10.1038 / 35059215 , ler online , acessado em 13 de novembro de 2015 ).
3. FA Rainey, K. Ray, M. Ferreira, BZ Gatz, MF Nobre, D. Bagaley, BA Rash, M.-J. Park, AM Earl, NC Shank, et al. Extensa diversidade de bactérias resistentes à radiação ionizante recuperadas do solo do deserto de Sonora e descrição de nove novas espécies do gênero Deinococcus obtidas de uma única amostra de solo ; Aproximadamente. Microbiol., 1 de setembro de 2005; 71 (9): 5225 - 5235. Resumo .
4. A genômica ambiental revela um ecossistema de uma única espécie nas profundezas das ciências da terra 10 de outubro de 2008: Vol. 322. não. 5899, pp. 275 - 278; DOI: 10.1126 / science.1155495 Abstract (acessado em 2008 16 08)).
5. Colin Barras (2013) vida Deep: Estranhas criaturas que vivem muito abaixo dos nossos pés , a revista New Scientist n ° 2914, página 36-39, publicado 2013/04/29 consultados 2013/05/01.
6. Nature, vol 371, p 410.
7. Pesquisadores da Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Marinha e Terrestre, a Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Marinha e Terrestre, com sede em Nankoku .
8. PNAS, vol 108, p 18295.
9. Science, vol 336, p 922.
10. Science, vol 314, p 479 .
11. Nature, vol 474, p 79.
12. BMC Biology, vol 8, p 30.

Veja também

Artigos relacionados

• Halófilo , halotolerância (resistência ao sal)
• Termofílico (resistente ao calor)
• Bactéria
• Archaea (arqueobactérias)
• Último ancestral comum universal (LUCA)
• Tardígrado
• poliextremófilos
• planície abissal
• Trincheira oceânica
• fumante negro
• Porão (geologia)

Referências bibliográficas

• Forterre, Patrick (2007), Hell's microbes . Ed. Belin, pela ciência.
• Fujiwara, S (2002), Extremophiles: Desenvolvimentos de suas funções especiais e recursos potenciais . Journal of Bioscience and Bioengineering 94: 518-525.
• Gross, Michael (2003), The Eccentric Life: Journey to Extreme Worlds . Ed. Belin, pela ciência.
• Gumbel, EJ (1958), Statistics of extremes. Columbia University Press, 375 páginas.
• Horikoshi K. e Grant WD (1998), Extremophiles. Microbial Life in Extreme Environments . (Wiley-Liss, Nova York).
• Rothschild, LJ e RL Mancinelli (2001), Vida em ambientes extremos . Nature 409: 1092-101.
• Stetter, KO , (1999), Extremophiles e sua adaptação a ambientes quentes . FEBS Lett . 452: 22-25.

Filmografia

• Vivre en enfer , série documental francesa dedicada aos extremófilos.

links externos

• Existem criaturas alienígenas entre nós? , programa "A noite das estrelas " na Arte