EKSTREMOFIL: KARAKTERISTIK, TIPE DAN CONTOH - BIOLOGI - 2025

The extremophiles adalah organisme yang hidup di lingkungan yang ekstrim, yaitu orang-orang yang menyimpang dari kondisi di mana mereka tinggal organisme yang paling dikenal oleh manusia.

Istilah "ekstrem" dan "ekstremofil" relatif antroposentris, karena kita manusia mengevaluasi habitat dan penghuninya, berdasarkan apa yang dianggap ekstrem bagi keberadaan kita sendiri.

Gambar 1. Tardigrades, Filum yang dikenal karena kemampuannya untuk bertahan hidup di lingkungan yang sangat keras. Sumber: Willow Gabriel, Goldstein Lab, melalui Wikimedia Commons

Karena hal tersebut di atas, yang menjadi ciri lingkungan yang ekstrim adalah adanya kondisi yang tidak dapat ditolerir bagi manusia antara lain suhu, kelembaban, salinitas, cahaya, pH, ketersediaan oksigen, tingkat toksisitas, dan lain-lain.

Dari perspektif non-antroposentris, manusia dapat menjadi ekstremofil, bergantung pada organisme yang mengevaluasinya. Misalnya, dari sudut pandang organisme anaerobik yang ketat, yang oksigennya beracun, makhluk aerobik (seperti manusia) akan menjadi ekstremofil. Sebaliknya, bagi manusia, organisme anaerobik adalah ekstremofil.

Asal istilah "Ekstremofil"

Saat ini kami mendefinisikan berbagai lingkungan "ekstrim" di dalam dan di luar planet Bumi dan terus-menerus menemukan organisme yang tidak hanya mampu bertahan hidup, tetapi juga berkembang biak secara luas di banyak dari mereka.

RD Macelroy

Pada tahun 1974, RD Macelroy mengusulkan istilah "Ekstremofil" untuk mendefinisikan organisme ini yang menunjukkan pertumbuhan dan perkembangan optimal dalam kondisi ekstrim, berlawanan dengan organisme mesofilik, yang tumbuh di lingkungan dengan kondisi peralihan.

Menurut Macelroy:

"Ekstremofil adalah gambaran organisme yang mampu menempati lingkungan yang bermusuhan dengan mesofil, atau organisme yang hanya tumbuh di lingkungan perantara."

Ada dua tingkat dasar ekstremisme dalam organisme: mereka yang dapat mentolerir kondisi lingkungan yang ekstrim dan menjadi dominan atas yang lain; dan mereka yang tumbuh dan berkembang secara optimal dalam kondisi ekstrim.

Karakteristik lingkungan yang ekstrim

Penyebutan lingkungan sebagai "ekstrem" menanggapi konstruksi antropogenik, berdasarkan pertimbangan titik-titik ekstrem yang jauh dari dasar kondisi lingkungan tertentu (suhu, salinitas, radiasi, dan lain-lain), yang memungkinkan kelangsungan hidup manusia.

Namun, nama ini harus didasarkan pada karakteristik tertentu dari suatu lingkungan, dari perspektif organisme yang menghuninya (bukan dari perspektif manusia).

Karakteristik tersebut meliputi: biomassa, produktivitas, keanekaragaman hayati (jumlah spesies dan representasi taksa yang lebih tinggi), keanekaragaman proses dalam ekosistem dan adaptasi spesifik terhadap lingkungan organisme yang bersangkutan.

Jumlah total dari semua karakteristik ini menunjukkan kondisi ekstrim suatu lingkungan. Misalnya, lingkungan ekstrem adalah lingkungan yang umumnya menghadirkan:

• Biomassa dan produktivitas rendah
• Dominasi bentuk kehidupan kuno
• Tidak adanya bentuk kehidupan yang lebih tinggi
• Tidak adanya fotosintesis dan fiksasi nitrogen tetapi ketergantungan pada jalur metabolisme lain dan adaptasi fisiologis, metabolik, morfologi dan / atau siklus hidup spesifik.

Jenis Ekstremofil pada Skala Zoologi

Organisme uniseluler

Istilah Extremophilic sering mengacu pada prokariota, seperti bakteri, dan kadang-kadang digunakan secara bergantian dengan Archaea.

Namun, terdapat berbagai macam organisme Ekstremofilik dan pengetahuan kita tentang keragaman filogenetik di habitat yang ekstrim meningkat hampir setiap hari.

Kita tahu, misalnya, bahwa semua hyperthermophiles (pecinta panas) adalah anggota Archaea dan Bacteria. Eukariota umum ditemukan di antara psikrofil (pecinta dingin), acidophiles (pecinta pH rendah), alkalofil (pecinta pH tinggi), xerofil (pecinta lingkungan kering) dan halofil (pecinta garam).

Gambar 2. Mata air panas di Taman Nasional Yellowstone di AS, warna-warna cerah yang diperoleh mata air ini terkait dengan perkembangbiakan bakteri termofilik. Sumber: Jim Peaco, National Park Service, melalui Wikimedia Commons

Organisme multisel

Organisme multisel, seperti hewan invertebrata dan vertebrata, juga dapat menjadi ekstremofil.

Misalnya, beberapa psikrofil termasuk sejumlah kecil katak, kura-kura, dan ular, yang selama musim dingin menghindari pembekuan intraseluler di jaringan mereka, mengakumulasi osmolit di sitoplasma sel dan hanya memungkinkan pembekuan air ekstraseluler (di luar sel) .

Contoh lain adalah kasus nematoda Antartika Panagrolaimus davidi, yang dapat bertahan dari pembekuan intraseluler (pembekuan air di dalam selnya), dapat tumbuh dan bereproduksi setelah pencairan.

Juga ikan dari keluarga Channichthyidae, penghuni perairan dingin Antartika dan bagian selatan benua Amerika, menggunakan protein antibeku untuk melindungi sel mereka dari pembekuan total.

Poli-Ekstremofil

Poli-Ekstremofil adalah organisme yang dapat bertahan hidup lebih dari satu kondisi ekstrim pada saat yang bersamaan, sehingga menjadi umum di semua lingkungan ekstrim.

Misalnya, tumbuhan gurun yang bertahan dari panas yang ekstrim serta ketersediaan air yang terbatas, dan seringkali salinitas tinggi.

Contoh lainnya adalah hewan yang mendiami dasar laut, yang mampu bertahan dari tekanan yang sangat tinggi, seperti kekurangan cahaya dan nutrisi, antara lain.

Jenis lingkungan ekstrim yang paling umum

Ekstrem lingkungan secara tradisional didefinisikan berdasarkan faktor abiotik, seperti:

• Suhu.
• Ketersediaan air.
• Tekanan.
• pH.
• Salinitas.
• Konsentrasi oksigen.
• Tingkat radiasi.

Ekstremofil juga dijelaskan dengan cara yang sama berdasarkan kondisi ekstrim yang mereka alami.

Lingkungan ekstrem terpenting yang dapat kita kenali menurut kondisi abiotiknya adalah:

Lingkungan yang sangat dingin

Lingkungan yang sangat dingin adalah lingkungan yang bertahan atau sering jatuh untuk periode (pendek atau panjang) suhu di bawah 5 ° C. Ini termasuk kutub bumi, daerah pegunungan, dan beberapa habitat laut dalam. Bahkan beberapa gurun yang sangat panas di siang hari memiliki suhu yang sangat rendah di malam hari.

Ada organisme lain yang hidup di kriosfer (di mana air dalam keadaan padat). Misalnya, organisme yang hidup di matriks es, permafrost, di bawah lapisan salju permanen atau periodik, harus mentolerir berbagai kondisi ekstrem, termasuk dingin, pengeringan, dan radiasi tingkat tinggi.

Lingkungan yang sangat panas

Habitat yang sangat panas adalah yang tetap atau secara berkala mencapai suhu di atas 40 ° C. Misalnya gurun panas, situs panas bumi, dan ventilasi hidrotermal laut dalam.

Mereka sering dikaitkan dengan suhu yang sangat tinggi, lingkungan di mana ketersediaan air sangat terbatas (terus-menerus atau untuk periode waktu yang teratur), seperti gurun yang panas dan dingin, dan beberapa habitat endolitik (yang terletak di dalam bebatuan).

Lingkungan bertekanan ekstrim

Lingkungan lain tunduk pada tekanan hidrostatik tinggi, seperti zona bentik lautan dan danau dalam. Pada kedalaman ini, penghuninya harus tahan terhadap tekanan lebih dari 1000 atmosfer.

Sebagai alternatif, ada ekstrim hipobarik (tekanan atmosfer rendah), di pegunungan dan di daerah tinggi lainnya di dunia.

Gambar 3. Fumarol laut atau ventilasi hidrotermal. Contoh lingkungan ekstrem yang dihuni oleh seluruh komunitas organisme, di mana terdapat tekanan dan suhu tinggi, serta pelepasan sulfur. Sumber: NOAA, melalui Wikimedia Commons

Lingkungan asam dan basa yang ekstrim

Secara umum, lingkungan yang sangat asam adalah lingkungan yang mempertahankan atau secara teratur mencapai nilai di bawah pH 5.

PH rendah, khususnya, meningkatkan kondisi “ekstrim” dari suatu lingkungan, karena hal itu meningkatkan kelarutan logam yang ada dan organisme yang hidup di dalamnya harus beradaptasi untuk menghadapi beberapa abiotik yang ekstrim.

Sebaliknya, lingkungan yang sangat basa adalah lingkungan yang tetap atau secara teratur mencatat nilai pH di atas 9.

Contoh lingkungan dengan pH ekstrim termasuk danau, air tanah, dan tanah yang sangat asam atau basa.

Gambar 4. Lobster kerdil (Munidopsis polymorpha), penghuni gua dan endemik Pulau Lanzarote, Kepulauan Canary. Di antara adaptasi tipikal untuk jenis lingkungan gua yang ekstrim ini adalah: pengurangan ukuran, pucat dan kebutaan. Sumber: flickr.com/photos//5582888539

Lingkungan hipersalin dan anoksik

Lingkungan hipersalin didefinisikan sebagai lingkungan dengan konsentrasi garam lebih besar daripada lingkungan air laut, yang memiliki 35 bagian per seribu. Lingkungan ini termasuk danau hypersaline dan saline.

Dengan "saline" kami tidak hanya mengacu pada salinitas karena natrium klorida, karena mungkin ada lingkungan garam di mana garam utama adalah sesuatu yang lain.

Gambar 5. Warna merah muda air di Salina Las Cumaraguas, negara bagian Falcón di Venezuela. Pewarnaan merah muda adalah produk alga yang disebut Dunaliella salina, yang mampu menahan konsentrasi tinggi natrium klorida yang ada dalam garam. Sumber: HumbRios, dari Wikimedia Commons

Habitat dengan oksigen bebas terbatas (hipoksia) atau tidak ada oksigen (anoksik), baik secara terus-menerus atau secara berkala, juga dianggap ekstrim. Misalnya, lingkungan dengan karakteristik ini akan menjadi cekungan anoksik di lautan dan danau, dan lapisan sedimen yang lebih dalam.

Gambar 6. Artemia monica, krustasea yang hidup di Danau Mono, California (AS), lingkungan garam (natrium bikarbonat) dan pH tinggi. Sumber: photolib.noaa.gov

Lingkungan radiasi tinggi

Radiasi ultraviolet (UV) atau inframerah (IR) juga dapat menyebabkan kondisi ekstrem pada organisme. Lingkungan radiasi ekstrem adalah lingkungan yang terpapar radiasi tinggi yang tidak normal atau radiasi di luar kisaran normal. Misalnya, lingkungan kutub dan dataran tinggi (darat dan perairan).

Phaeocystis pouchetii

Beberapa spesies menunjukkan mekanisme mengelak dari radiasi UV atau IR yang tinggi. Misalnya, rumput laut Antartika Phaeocystis pouchetii menghasilkan "tabir surya" yang larut dalam air yang sangat menyerap panjang gelombang UV-B (280-320nm) dan melindungi selnya dari tingkat UV-B yang sangat tinggi dalam jarak 10 m. kolom air atas (setelah es laut pecah).

Deinococcus radiodurans

Organisme lain sangat toleran terhadap radiasi pengion. Misalnya, bakteri Deinococcus radiodurans dapat mempertahankan integritas genetiknya dengan mengkompensasi kerusakan DNA yang luas setelah terpapar radiasi pengion.

Bakteri ini menggunakan mekanisme antar sel untuk membatasi degradasi dan membatasi difusi fragmen DNA. Selain itu, ia memiliki protein perbaikan DNA yang sangat efisien.

Astyanax hubbsi

Bahkan dalam lingkungan radiasi yang tampaknya rendah atau tidak ada, organisme ekstremofilik beradaptasi untuk merespons perubahan tingkat radiasi.

Misalnya, Astyanax hubbsi, ikan buta penghuni gua Meksiko, tidak memiliki struktur mata yang terlihat dangkal, namun dapat membedakan perbedaan kecil dalam cahaya sekitar. Mereka menggunakan fotoreseptor ekstraokuler untuk mendeteksi dan merespons rangsangan visual yang bergerak.

Gambar 7. Ikan buta dari genus Astyanax, penghuni gua. Sumber: Shizhao, dari Wikimedia Commons

Antropogenik ekstrem

Saat ini kita hidup di lingkungan di mana kondisi lingkungan yang ekstrim diberlakukan, yang dihasilkan secara artifisial sebagai akibat dari aktivitas manusia.

Apa yang disebut lingkungan dampak antropogenik sangat bervariasi, dalam cakupan global, dan tidak dapat lagi diabaikan saat menentukan lingkungan ekstrem tertentu.

Misalnya, lingkungan yang terkena polusi (atmosfer, air dan tanah) -seperti perubahan iklim dan hujan asam-, ekstraksi sumber daya alam, gangguan fisik dan eksploitasi berlebihan.

Transisi dan ekoton

Selain lingkungan ekstrim yang disebutkan di atas, ahli ekologi darat selalu menyadari sifat khusus zona transisi antara dua atau lebih komunitas atau lingkungan yang beragam, seperti garis pohon di pegunungan atau batas antara hutan dan padang rumput. . Ini disebut sabuk penegang atau ecotones.

Ekoton juga ada di lingkungan laut, misalnya transisi antara es dan air yang diwakili oleh tepi es laut. Zona transisi ini biasanya menunjukkan keanekaragaman spesies dan kepadatan biomassa yang lebih besar daripada komunitas mengapitnya, sebagian besar karena organisme yang hidup di dalamnya dapat memanfaatkan sumber daya dari lingkungan yang berdekatan, yang dapat memberi mereka keuntungan.

Namun, ekoton terus berubah dan kawasan dinamis, seringkali menunjukkan variasi yang lebih luas dalam kondisi abiotik dan biotik selama periode tahunan dibandingkan lingkungan yang berdekatan.

Ini secara masuk akal dapat dianggap "ekstrim" karena memerlukan organisme untuk terus menyesuaikan perilaku, fenologi (cuaca musiman), dan interaksi dengan spesies lain.

Spesies yang hidup di kedua sisi ekoton seringkali lebih toleran terhadap dinamika, sementara spesies yang jangkauannya terbatas pada satu sisi mengalami sisi lain sebagai ekstrim.

Secara umum, zona transisi ini juga sering menjadi yang pertama dipengaruhi oleh perubahan iklim dan / atau gangguan, baik alami maupun antropogenik.

Hewan dan tumbuhan dengan berbagai tahapan atau fase

Tidak hanya lingkungan yang dinamis, dan mungkin atau mungkin tidak ekstrim, tetapi organisme juga dinamis dan memiliki siklus hidup dengan tahapan yang berbeda, disesuaikan dengan kondisi lingkungan tertentu.

Mungkin terjadi bahwa lingkungan yang mendukung salah satu tahapan siklus hidup suatu organisme adalah ekstrim untuk tahapan lainnya.

Tanaman

Misalnya, kelapa (Cocos nucifera) memiliki benih yang disesuaikan untuk diangkut melalui laut, tetapi pohon dewasa tumbuh di darat.

Pada tumbuhan vaskular yang mengandung spora, seperti pakis dan berbagai jenis lumut, gametofit mungkin tidak memiliki pigmen fotosintesis, tidak memiliki akar, dan bergantung pada kelembaban lingkungan.

Sedangkan sporofit memiliki rimpang, akar dan pucuk yang tahan terhadap kondisi panas dan kering di bawah sinar matahari penuh. Perbedaan antara sporofit dan gametofit berada dalam urutan yang sama dengan perbedaan antara taksa.

Hewan

Sebuah contoh yang sangat dekat ditunjukkan oleh tahapan remaja dari banyak spesies, yang umumnya tidak toleran terhadap lingkungan yang biasanya mengelilingi orang dewasa, jadi mereka biasanya membutuhkan perlindungan dan perawatan selama periode di mana mereka memperoleh keterampilan dan kekuatan yang memungkinkan mereka. memungkinkan untuk menangani lingkungan ini.

Referensi

1. Kohshima, S. (1984). Serangga toleran dingin baru yang ditemukan di gletser Himalaya. Alam 310, 225-227.
2. Macelroy, RD (1974). Beberapa komentar tentang evolusi ekstilus. Biosystems, 6 (1), 74-75. doi: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant, HJ, Davidson, AT dan Kelly, GJ (1991) Senyawa pelindung UV-B di alga laut Phaeocystis pouchetti dari Antartika. Biologi Kelautan 109, 391-395.
4. Oren, A. (2005). Seratus tahun penelitian Dunaliella: 1905-2005. Sistem Saline 1, doi: 10.1186 / 1746-1448 -1 -2.
5. Rothschild, LJ dan Mancinelli, RL (2001). Hidup di lingkungan yang ekstrim. Alam 409, 1092-1101.
6. Schleper, C., Piihler, G., Kuhlmorgen, B. dan Zillig, W. (1995). Ringan pada pH yang sangat rendah. Alam 375, 741-742.
7. Storey, KB dan Storey, JM (1996). Kelangsungan hidup pembekuan alami pada hewan. Review Tahunan Ekologi dan Sistematika 27, 365-386.
8. Teyke, T. dan Schaerer, S. (1994) Ikan gua Meksiko buta (Astyanax hubbsi) merespons rangsangan visual yang bergerak. Jurnal Biologi Eksperimental 188, 89-1 () 1.
9. Yancey, PI I., Clark, ML, Eland, SC, Bowlus RD dan Somero, GN (1982). Hidup dengan tekanan air: evolusi sistem osmolit. Sains 217, 1214-1222.