THERMOPHILES: KARAKTERISTIK, KLASIFIKASI DAN LINGKUNGAN - BIOLOGI - 2025

The termofilik adalah subtipe dari extremophiles ditandai dengan tinggi toleransi terhadap suhu antara 50 ° C dan 75 ° C, baik karena nilai-nilai ini dipertahankan suhu di lingkungan yang ekstrim ini, atau karena sering mencapai.

Organisme termofilik umumnya adalah bakteri atau archaea, namun terdapat metazoa (organisme eukariotik yang bersifat heterotrofik dan jaringan), yang juga berkembang di tempat-tempat panas.

Gambar 1. Gurun Atacama, di Chili, salah satu tempat terkering di dunia. Sumber: pixabay.com

Organisme laut juga diketahui, yang terkait dalam simbiosis dengan bakteri termofilik, dapat beradaptasi dengan suhu tinggi ini dan yang juga telah mengembangkan mekanisme biokimia seperti hemoglobin yang dimodifikasi, volume darah tinggi, antara lain, yang memungkinkan mereka untuk mentolerir toksisitas sulfida dan senyawa. sulfur.

Prokariota termofilik diyakini sebagai sel sederhana pertama dalam evolusi kehidupan dan menghuni tempat dengan aktivitas vulkanik dan geyser di lautan.

Contoh organisme termofilik jenis ini adalah organisme yang hidup di sekitar ventilasi atau ventilasi hidrotermal di dasar lautan, seperti bakteri metanogenik (penghasil metana) dan annelida Riftia pachyptila.

Habitat utama di mana termofil dapat ditemukan adalah:

• Lingkungan hidrotermal terestrial.
• Lingkungan hidrotermal laut.
• Gurun panas.

Karakteristik organisme termofilik

Suhu: faktor abiotik kritis untuk perkembangan mikroorganisme

Suhu adalah salah satu faktor lingkungan utama yang menentukan pertumbuhan dan kelangsungan hidup makhluk hidup. Setiap spesies memiliki kisaran suhu di mana ia dapat bertahan hidup, namun pertumbuhan dan perkembangan optimal pada suhu tertentu.

Laju pertumbuhan setiap organisme versus suhu dapat dinyatakan secara grafis, memperoleh nilai yang sesuai dengan suhu kritis penting (minimum, optimal dan maksimum).

Temperatur minimum

Pada suhu pertumbuhan minimum suatu organisme, terjadi penurunan fluiditas membran sel dan proses pengangkutan dan pertukaran bahan, seperti masuknya nutrisi dan keluarnya zat beracun, dapat dihentikan.

Antara suhu minimum dan suhu optimum, laju pertumbuhan mikroorganisme meningkat.

Temperatur optimal

Pada suhu optimal, reaksi metabolisme terjadi dengan efisiensi setinggi mungkin.

Temperatur maksimum

Di atas suhu optimal, terjadi penurunan laju pertumbuhan hingga suhu maksimum yang dapat ditoleransi oleh setiap organisme.

Pada suhu tinggi ini, protein struktural dan fungsional seperti enzim didenaturasi dan dinonaktifkan, karena mereka kehilangan konfigurasi geometris dan konfigurasi spasial tertentu, membran sitoplasma pecah dan lisis atau pecahnya termal terjadi karena efek panas.

Setiap mikroorganisme memiliki suhu minimum, optimal dan maksimum untuk pengoperasian dan pengembangan. Termofil memiliki nilai yang sangat tinggi pada ketiga suhu ini.

Ciri-ciri yang membedakan organisme termofilik

• Organisme termofilik memiliki tingkat pertumbuhan yang tinggi, tetapi umurnya pendek.
• Mereka memiliki lemak jenuh rantai panjang atau lipid dalam jumlah besar di membran selnya; Jenis lemak jenuh ini mampu menyerap panas dan berubah menjadi cairan pada suhu tinggi (meleleh), tanpa hancur.
• Protein struktural dan fungsionalnya sangat stabil terhadap panas (termostabil), melalui ikatan kovalen dan gaya antarmolekul khusus yang disebut gaya hamburan London.
• Mereka juga memiliki enzim khusus untuk menjaga fungsi metabolisme pada suhu tinggi.
• Diketahui bahwa mikroorganisme termofilik ini dapat menggunakan senyawa sulfida dan sulfur yang melimpah di daerah vulkanik, sebagai sumber nutrisi untuk mengubahnya menjadi bahan organik.

Klasifikasi organisme termofilik

Organisme termofilik dapat dibagi menjadi tiga kategori besar:

• Termofil sedang, (optimal antara 50-60 ° C).
• Termofil ekstrem (optimal mendekati 70 ° C).
• Hyperthermophiles (optimal mendekati 80 ° C).

Organisme termofilik dan lingkungannya

Lingkungan hidrotermal terestrial

Situs hidrotermal ternyata umum dan tersebar luas. Mereka dapat secara luas dibagi menjadi yang terkait dengan daerah vulkanik dan yang tidak.

Lingkungan hidrotermal dengan suhu tertinggi umumnya dikaitkan dengan fitur vulkanik (kaldera, patahan, batas lempeng tektonik, cekungan busur belakang), yang memungkinkan magma naik ke kedalaman yang dapat berinteraksi langsung dengan air tanah. dalam.

Gambar 2. Tatio Geyser, Atacama, Chili. Sumber: Diego Delso

Titik panas juga sering disertai dengan karakteristik lain yang membuat kehidupan sulit berkembang, seperti nilai pH yang ekstrim, bahan organik, komposisi kimia dan salinitas.

Penghuni lingkungan hidrotermal darat, oleh karena itu, bertahan hidup di hadapan berbagai kondisi ekstrim. Organisme ini dikenal sebagai polekstremofil.

Contoh organisme yang menghuni lingkungan hidrotermal terestrial

Organisme yang termasuk dalam ketiga domain (eukariotik, bakteri, dan archaea) telah diidentifikasi di lingkungan hidrotermal terestrial. Keragaman organisme ini ditentukan terutama oleh suhu.

Sementara beragam spesies bakteri mendiami lingkungan termofilik sedang, fotoautotrof dapat mendominasi komunitas mikroba dan membentuk struktur mirip “tikar” atau “karpet” makroskopis.

"Lapisan fotosintesis" ini ada di permukaan mata air panas yang paling netral dan basa (pH lebih besar dari 7,0) pada suhu antara 40-71 ° C, dengan cyanobacteria sebagai produsen dominan utama.

Di atas 55 ° C, tikar fotosintesis sebagian besar dihuni oleh cyanobacteria uniseluler seperti Synechococcus sp.

Bakteri

Tikar mikroba fotosintetik juga dapat dihuni oleh bakteri dari genera Chloroflexus dan Roseiflexus, keduanya anggota ordo Chloroflexales.

Ketika dikaitkan dengan cyanobacteria, spesies Chloreflexus dan Roseiflexus tumbuh secara optimal di bawah kondisi photoheterotrophic.

Jika pH asam, genera Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium dan Thermodesulfator adalah umum.

Pada sumber hipertermofilik (antara 72-98 ° C) diketahui tidak terjadi fotosintesis yang memungkinkan dominasi bakteri kemolitoautotrofik.

Organisme ini termasuk dalam filum Aquificae dan bersifat kosmopolitan; mereka dapat mengoksidasi hidrogen atau sulfur molekuler dengan oksigen sebagai akseptor elektron dan memfiksasi karbon melalui jalur reduksi asam trikarboksilat (rTCA).

Arches

Sebagian besar archaea yang dibudidayakan dan tidak dibudidayakan yang diidentifikasi di lingkungan termal netral dan basa termasuk dalam filum Crenarchaeota.

Spesies seperti Thermofilum pendens, Thermosphaera aggregans atau Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, berkembang biak di bawah 77 ° C dan Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis dan Ignisphaera aggregans, dalam sumber dengan suhu lebih tinggi dari 80 °.

Di lingkungan asam, archaea dari marga: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium dan Galdivirga ditemukan.

Eukariota

Di antara eukariota dari sumber netral dan basa, Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia dan Oramoeba funiarolia dapat disebutkan.

Dalam sumber asam genera: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium atau Galdieria dapat ditemukan.

Lingkungan hidrotermal laut

Dengan suhu mulai dari 2 ° C hingga lebih dari 400 ° C, tekanan lebih dari beberapa ribu pon per inci persegi (psi), dan konsentrasi tinggi hidrogen sulfida beracun (pH 2,8), ventilasi hidrotermal laut dalam mungkin lingkungan paling ekstrim di planet kita.

Dalam ekosistem ini, mikroba berfungsi sebagai mata rantai paling bawah dalam rantai makanan, memperoleh energinya dari panas bumi dan bahan kimia yang ditemukan jauh di dalam interior bumi.

Gambar 4. Lubang hidrotermal dan cacing tabung. Sumber: photolib.noaa.gov

Contoh fauna yang terkait dengan lingkungan hidrotermal laut

Fauna yang terkait dengan sumber atau ventilasi ini sangat bervariasi, dan hubungan antara taksa yang berbeda belum sepenuhnya dipahami.

Di antara spesies yang telah diisolasi adalah bakteri dan archaea. Misalnya, archaea dari genus Methanococcus, Methanopyus, dan bakteri anaerob termofilik dari genus Caminibacter telah diisolasi.

Bakteri berkembang biak dalam biofilm di mana banyak organisme seperti amphipoda, copepoda, siput, udang kepiting, cacing tabung, ikan, dan gurita memberi makan.

Gambar 5. Udang dari genus Rimicaris, penghuni fumarol. Sumber: NOAA Okeanos Explorer Program, Mid-Cayman Rise Expedition 2011

Skenario umum adalah akumulasi kerang, Bathymodiolus thermophilus, panjangnya lebih dari 10 cm, mengelompok di retakan di lava basaltik. Ini biasanya disertai dengan banyak kepiting galateid (Munidopsis subsquamosa).

Salah satu organisme paling tidak biasa yang ditemukan adalah cacing tabung Riftia pachyptila, yang dapat berkelompok dalam jumlah besar dan mencapai ukuran mendekati 2 meter.

Cacing tabung ini tidak memiliki mulut, perut, atau anus (artinya, mereka tidak memiliki sistem pencernaan); mereka adalah kantung yang benar-benar tertutup, tanpa pembukaan apa pun ke lingkungan luar.

Gambar 6. Tubeworm Riftia pachyptila dengan anemon dan remis. Sumber:
NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift Expedition 2011

Warna merah cerah pada ujung pena disebabkan adanya hemoglobin ekstraseluler. Hidrogen sulfida diangkut melintasi membran sel yang terkait dengan filamen bulu ini, dan melalui hemoglobin ekstraseluler mencapai "jaringan" khusus yang disebut trofosom, seluruhnya terdiri dari bakteri kemosintetik simbiosis.

Cacing ini dapat dikatakan memiliki "taman" internal bakteri yang memakan hidrogen sulfida dan menyediakan "makanan" bagi cacing, suatu adaptasi yang luar biasa.

Gurun panas

Gurun panas menutupi antara 14 dan 20% permukaan bumi, sekitar 19-25 juta km.

Gurun terpanas, seperti Sahara Afrika Utara dan gurun di barat daya AS, Meksiko, dan Australia, ditemukan di seluruh daerah tropis di belahan utara dan selatan (antara sekitar 10 ° dan 30- 40 ° lintang).

Jenis gurun

Ciri khas gurun yang panas adalah kegersangan. Menurut klasifikasi iklim Koppen-Geiger, gurun adalah daerah dengan curah hujan tahunan kurang dari 250 mm.

Namun, curah hujan tahunan bisa menjadi indeks yang menyesatkan, karena kehilangan air adalah penentu anggaran air.

Dengan demikian, definisi Program Lingkungan Hidup PBB tentang gurun adalah defisit kelembaban tahunan di bawah kondisi iklim normal, di mana evapotranspirasi potensial (PET) lima kali lebih besar dari curah hujan aktual (P).

PET tinggi lazim di gurun panas karena, karena kurangnya tutupan awan, radiasi matahari mendekati maksimum di daerah kering.

Gurun pasir dapat dibagi menjadi dua jenis menurut tingkat kekeringannya:

• Hyper-arid: dengan indeks kekeringan (P / PET) kurang dari 0,05.
• Agregat: dengan indeks antara 0,05 dan 0,2.

Gurun pasir dibedakan dari tanah kering semi-kering (P / PET 0,2-0,5) dan dari tanah kering sub-lembab (0,5-0,65).

Gurun pasir memiliki karakteristik penting lainnya, seperti variasi suhu yang kuat dan salinitas tanah yang tinggi.

Di sisi lain, gurun biasanya dikaitkan dengan bukit pasir dan pasir, namun, gambar ini hanya sesuai dengan 15-20% dari semuanya; lanskap berbatu dan pegunungan adalah lingkungan gurun yang paling sering ditemukan.

Contoh organisme termofilik gurun

Penghuni gurun, yang merupakan thermophiles, memiliki serangkaian adaptasi untuk menghadapi kesulitan yang timbul dari kurangnya hujan, suhu tinggi, angin, salinitas, dan lainnya.

Tanaman Xerophytic telah mengembangkan strategi untuk menghindari keringat dan menyimpan air sebanyak mungkin. Succulence atau penebalan batang dan daun adalah salah satu strategi yang paling banyak digunakan.

Hal ini terbukti pada famili Cactaceae, dimana daunnya juga telah dimodifikasi menjadi duri, baik untuk mencegah evapotranspirasi maupun untuk mengusir herbivora.

Gambar 7. Kaktus di Kebun Raya Singapura. Sumber: Img oleh Calvin Teo, dari Wikimedia Commons

Genus Lithops atau tumbuhan batu, yang berasal dari gurun Namibia, juga mengembangkan kesegaran, tetapi dalam hal ini tumbuhan tumbuh rata dengan tanah, menyamarkan dirinya dengan batu di sekitarnya.

Gambar 8. Lithops herrei, tanaman sukulen gurun pasir seperti batu. Sumber: Stan Shebs, di Kebun Raya Universitas California

Di sisi lain, hewan yang hidup di habitat ekstrim ini mengembangkan segala jenis adaptasi, dari fisiologis hingga etologis. Misalnya, tikus kanguru yang buang air kecil dalam jumlah kecil dalam jumlah kecil, membuat hewan ini sangat efisien di lingkungan mereka yang jarang air.

Mekanisme lain untuk mengurangi kehilangan air adalah peningkatan suhu tubuh; Misalnya, suhu tubuh unta yang sedang beristirahat dapat meningkat di musim panas dari sekitar 34 ° C menjadi lebih dari 40 ° C.

Variasi suhu sangat penting dalam konservasi air, sebagai berikut:

• Suhu tubuh yang meningkat berarti panas disimpan di dalam tubuh alih-alih dibuang melalui penguapan air. Nanti, di malam hari, panas berlebih bisa dikeluarkan tanpa membuang air.
• Perolehan panas dari lingkungan panas berkurang, karena gradien suhu berkurang.

Contoh lain adalah tikus pasir (Psammomys obesus), yang telah mengembangkan mekanisme pencernaan yang memungkinkan mereka untuk memakan hanya tanaman gurun dari keluarga Chenopodiaceae, yang mengandung banyak garam di daunnya.

Gambar 9. Tikus pasir (Psammomys obesus). Sumber: Gary L. Clark, dari Wikimedia Commons

Adaptasi etologis (perilaku) hewan gurun sangat banyak, tetapi mungkin yang paling jelas menyiratkan bahwa siklus aktivitas-istirahat terbalik.

Dengan cara ini, hewan ini menjadi aktif saat matahari terbenam (aktivitas malam hari) dan berhenti aktif saat fajar (istirahat siang hari), sehingga kehidupan aktif mereka tidak bertepatan dengan jam terpanas.

Referensi

1. Baker-Austin, C. dan Dopson, M. (2007). Kehidupan dalam asam: homeostasis pH di asidofil. Tren Mikrobiologi 15, 165-171.
2. Berry, JA dan Bjorkman, 0. (1980). Respon fotosintesis dan adaptasi terhadap suhu pada tumbuhan tingkat tinggi. Review Tahunan Fisiologi Tumbuhan 31, 491-534.
3. Brock, TD (1978). Mikroorganisme Termofilik dan Kehidupan pada Suhu Tinggi. Springer-Verlag, New York, 378 hal.
4. Campos, VL, Escalante, G., Jafiez, J., Zaror, CA dan Mondaca, AM (2009), Isolasi bakteri pengoksidasi arsenit dari biofilm alami yang terkait dengan batuan vulkanik Gurun Atacama, Chili. Jurnal Mikrobiologi Dasar 49, 93-97.
5. Cary, CS, Shank, T. dan Stein, J. (1998). Cacing berjemur di suhu ekstrim. Alam 391, 545-546.
6. Chevaldonne, P, Desbruyeres, D. dan Childress, JJ (1992). Beberapa suka panas… dan beberapa menyukainya bahkan lebih panas. Alam 359, 593-594.
7. Evenari, M., Lange, 01., Schulze, ED, Buschbom, U. dan Kappen, L. (1975). Mekanisme adaptif pada tumbuhan gurun. Dalam: Vemberg, FJ (ed.) Adaptasi Fisiologis terhadap Lingkungan. Intext Press, Platteville, LISA, hal. 111-129.
8. Gibson, AC (1996). Hubungan Struktur-Fungsi Tanaman Gurun Hangat. Springer, Heidelberg, Jerman, 216 hal.
9. Gutterman, Y. (2002). Strategi Bertahan Hidup Tanaman Gurun Tahunan. Springer, Berlin, Jerman, 368 hal.
10. Lutz, RA (1988). Penyebaran organisme di ventilasi hidrotermal laut dalam: tinjauan. Oceanologica Acta 8, 23-29.
11. Lutz, RA, Shank, TM, Fornari, DJ, Haymon, RM, Lilley, MD, Von Damm, KL dan Desbruyeres, D. (1994). Pertumbuhan cepat di ventilasi laut dalam. Alam 371, 663-664.
12. Rhoads, DC, Lutz, RA, Revelas, EC dan Cerrato, RM (1981). Pertumbuhan bivalvia di lubang hidrotermal laut dalam di sepanjang Galapagos Rift. Sains 214, 911-913.
13. Noy-Meir I. (1973). Ekosistem gurun: lingkungan dan produsen. Review Tahunan Sistem Ekologi 4, 25-51.
14. Wiegel, J. dan Adams, MWW (1998). Termofil: kunci evolusi molekuler dan asal mula kehidupan. Taylor dan Francis, London, 346 hal.