Жизнь в кипятке. Термофильные организмы Организмы существующие в горячих источниках
Высокие температуры вредны почти для всего живого. Повышения температуры среды до +50 °С оказывается вполне достаточно, чтобы вызвать угнетение и гибель самых разнообразных организмов. Не приходится говорить о более высоких температурах.
Пределом распространения жизни считается температурная отметка +100 °С, при которой происходит денатурация белка, то есть разрушение структуры белковых молекул. В течение длительного периода считалось, что в природе нет таких существ, которые бы спокойно переносили температуры в интервале от 50 до 100 °С. Однако последние открытия ученых говорят об обратном.
Сначала были открыты бактерии, приспособленные к жизни в горячих источниках с температурой воды до +90 ºС. В 1983 году произошло другое крупное научное открытие. Группа американских биологов проводила изучение находящихся на дне Тихого океана источников термальных вод, насыщенных металлами.
Похожие на усеченные конусы черные курильщики находятся на глубине 2000 м. Их высота равна 70 м, а диаметр основания равен 200 м. Впервые курильщики были открыты у Галапагосских островов.
Расположенные на большой глубине, эти «черные курильщики», как их называют геологи, активно вбирают в себя воду. Здесь она разогревается за счет тепла, идущего от глубинного раскаленного вещества Земли, и принимает температуру более +200 °С.
Вода в источниках не кипит только потому, что находится под большим давлением и обогащается металлами из недр планеты. Над «черными курильщиками » возвышается столб воды. Создаваемое здесь, на глубине порядка 2000 м (и даже много большей) давление равно 265 атм. При столь высоком давлении не закипают даже минерализованные воды некоторых источников, имеющие температуру до +350 °С.
В результате смешения с океанской водой термальные воды сравнительно быстро остывают, но обнаруженные американцами на этих глубинах бактерии стараются держаться от остывшей воды подальше. Удивительные микроорганизмы приспособились питаться минеральными веществами в тех водах, которые нагреты до +250 °С. Более низкие температуры действуют на микробов угнетающе. Уже в воде с температурой порядка +80 °С бактерии, хотя и сохраняют жизнеспособность, но перестают размножаться.
Ученые не знают точно, в чем секрет фантастической выносливости этих крохотных живых существ, которые легко переносят нагрев до температуры плавления олова.
Форма тела бактерий, населяющих черных курильщиков, неправильная. Часто организмы снабжены длинными выростами. Бактерии поглощают серу, превращая ее в органику. Погонофоры и вестиментиферы образовали симбиоз с ними, чтобы поедать эту органику.
Тщательные биохимические исследования позволили выявить наличие защитного механизма в бактериальных клетках. Молекула вещества наследственности ДНК, на которой хранится генетическая информация, у ряда видов обволакивается слоем белка, поглощающего избыточную теплоту.
Сама ДНК включает в себя аномально высокое содержание пар гуанин-цитозин. У всех прочих живых существ на нашей планете число этих объединений внутри ДНК гораздо меньше. Оказывается, связь между гуанином и цитозином очень сложно разрушить путем нагревания.
Поэтому большинство таких соединений просто служит цели упрочнения молекулы и только потом цели кодирования генетической информации.
Аминокислоты служат составными частями молекул белка, в которых удерживаются благодаря особым химическим связям. Если сравнить белки глубоководных бактерий с аналогичными по перечисленным выше параметрам белками других живых организмов, то выяснится, что за счет дополнительных аминокислот в белках высокотемпературных микробов имеются дополнительные связи.
Но специалисты уверены, что секрет бактерий вовсе не в этом. Нагрева клеток в пределах +100 - 120º С вполне достаточно, чтобы повредить ДНК, защищенную перечисленными химическими приспособлениями. Это означает, что внутри бактерий должны иметься и другие способы избежать разрушения их клеток. Белок, из которого состоят микроскопические жители термальных источников, включает в себя особые частицы - аминокислоты такого вида, которые не встречаются больше ни у одного другого существа, обитающего на Земле.
Особую защиту имеют молекулы белков бактериальных клеток, обладающие специальными защитными (укрепляющими) компонентами. Необычно устроены липиды, то есть жиры и жироподобные вещества. Их молекулы представляют собой объединенные цепочки атомов. Химический анализ липидов высокотемпературных бактерий показал, что в этих организмах липидные цепочки переплетаются между собой, что служит дополнительному укреплению молекул.
Впрочем, данные анализов можно понимать и по-другому, поэтому гипотеза о переплетенных цепочках пока остается недоказанной. Но и даже в том случае, если принять ее за аксиому, этим невозможно полностью объяснить механизмы адаптации к температурам порядка +200 °С.
Более высокоразвитые живые существа не смогли достичь успехов микроорганизмов, однако зоологам известно немало беспозвоночных и даже рыб, адаптировавшихся к жизни в термальных водах.
Среди беспозвоночных необходимо назвать в первую очередь разнообразных пещерных жителей, населяющих водоемы, подпитываемые грунтовыми водами, которые нагреваются подземным теплом. Это в большинстве случаев мельчайшие одноклеточные водоросли и всевозможные ракообразные.
Представитель равноногих ракообразных термосферома термальная относится к семейству сфероматид. Он обитает в одном горячем источнике в Соккоро (штат Нью-Мексико, США). Длина рачка составляет всего лишь 0,5-1 см. Передвигается он по дну источника и имеет одну пару антенн, предназначенных для ориентации в пространстве.
Пещерные рыбы, приспособленные к жизни в термальных источниках, переносят температуру до +40 °С. Среди этих существ наиболее примечательны некоторые карпозубообразные, населяющие подземные воды Северной Америки. Среди видов этой обширной группы выделяется кипринодон макулярис.
Это один из редчайших животных Земли. Небольшая популяция этих крохотных рыбок живет в горячем источнике, имеющем глубину всего 50 см. Данный источник находится внутри Дьявольской пещеры в Долине смерти (Калифорния), одном из наиболее засушливых и знойных мест на планете.
Близкая родственница кипринодонов слепоглазка не приспособилась к жизни в термальных источниках, хотя и населяет подземные воды карстовых пещер в том же географическом районе в пределах Соединенных Штатов. Слепоглазка и родственные ей виды выделены в семейство слепоглазковых, тогда как кипринодоны причислены к обособленному семейству карпозубых.
В отличие от прочих полупрозрачных или молочно-кремовых по расцветке пещерных обитателей, в том числе и прочих карпозубообразных, кипринодоны окрашены в ярко-синий цвет. В прежние времена эти рыбки водились в нескольких источниках и могли свободно перемещаться по грунтовым водам из одного водоема в другой.
Местные жители в XIX веке не раз наблюдали, как в лужах, возникавших в результате заполнения подземными водами колеи от колеса повозки, поселялись кипринодоны. Кстати, и по сей день остается неясным, как и зачем эти красивые рыбки пробирались вместе с подземной влагой сквозь слой рыхлой почвы.
Однако эта загадка не главная. Непонятно, как рыбы могут выдерживать температуру воды до +50 °С. Как бы то ни было, именно странное и необъяснимое приспособление помогло кипринодонам выжить. Эти существа появились в Северной Америке более 1 млн лет назад. С началом оледенения вымерли все карпозубообразные, кроме тех, кто освоил подземные воды, включая и термальные.
Почти все виды семейства стеназеллид, представленного мелкими (не более 2 см) равноногими ракообразными, живут в термальных водах с температурой не ниже +20 С.
Когда ледник ушел, а климат в Калифорнии стал более засушливым, в пещерных источниках на протяжении 50 тыс. лет сохранялись почти неизменными температура, соленость и даже количество корма - водорослей. Поэтому рыбки, не меняясь, спокойно пережили здесь доисторические катаклизмы. Сегодня все виды пещерных кипринодонов охраняются законом в интересах науки.
На первый взгляд, может показаться, что бактерии в горячих источниках
не живут. Однако, природа убедительно доказывает, что это не так.
Всем известно, что при температуре 100 градусов по Цельсию кипит вода . Еще совсем недавно люди считали, что при этой температуре не выживает абсолютно ничего. Ученые так думали до тех пор, как на дне Тихого океана, в горячих источниках, не нашли неизведанных наукой бактерий. Они чувствуют себя великолепно при температуре 250 градусов!
На большой глубине вода не превращается в пар, а остается просто водой, потому, что там большая глубина и большое давление. В воде такой температуры находится много химических веществ, которыми и питаются упомянутые выше бактерии. Непонятно, как живые существа прижились при такой температуре, но они там привыкли жить так, что если их вывести на температуру, которая ниже 80 градусов по Цельсию, для них она будет холодной.
Как оказалось – не предел для жизни бактерий - температура 250 градусов. В том же Тихом океане обнаружили очень горячий источник, вода в котором достигает 400 градусов. Даже в таких условиях проживают не только множество бактерий, но и некоторые черви, а также несколько видов моллюсков.
Всем известно, что когда появилась Земля (это было очень много миллионов лет назад), то она была обычным раскаленным шаром. На протяжении веков люди считали, что на нашей планете жизнь появилась, когда Земля остыла. И также считалось, что на иных планетах, на которых большая температура, не может существовать жизнь. Наверное, ученым теперь придется пересмотреть свои взгляды по отношению к этому факту.
Некоторые организмы обладают особым преимуществом, которое позволяет им выдерживать самые экстремальные условия, где другие просто не справятся. Среди таких способностей можно отметить устойчивость к огромному давлению, экстремальным температурам и другие. Эти десять существ из нашего списка дадут фору любому, кто осмелится претендовать на звание самого выносливого организма.
10. Гималайский прыгающий паук
Азиатский дикий гусь славится полетами на высоте более 6,5 километров, в то время как самое высокое поселение, населенное людьми, находится на высоте в 5100 метров, в перуанских Андах. Тем не менее, высокогорный рекорд принадлежит вовсе не гусям, а гималайскому прыгающему пауку (Euophrys omnisuperstes). Обитая на высоте свыше 6700 метров, этот паук питается преимущественно мелкими насекомыми, занесенными туда порывами ветра. Ключевой особенностью этого насекомого является способность выжить в условиях почти полного отсутствия кислорода.
9. Гигантский кенгуровый прыгун
Обычно, когда мы размышляем о животных, которые способны дольше всех прожить без воды, на ум сразу приходит верблюд. Но верблюды способны продержаться без воды в пустыне всего лишь 15 дней. Между тем, вы удивитесь, когда узнаете, что в мире существует животное, способное прожить всю жизнь, так и не выпив ни капли воды. Гигантский кенгуровый прыгун - близкий родственник бобров. Средняя продолжительность их жизни обычно составляет от 3 до 5 лет. Влагу они обычно получают из пищи, поедая различные семена. Кроме того, эти грызуны не потеют, тем самым избегая дополнительных потерь воды. Обычно эти зверьки обитают в Долине Смерти, и в данный момент находятся под угрозой исчезновения.
Поскольку тепло в воде более эффективно передается организмам, то температура воды в 50 градусов по Цельсию будет куда опаснее, чем такая же температура воздуха. По этой причине в горячих подводных источниках процветают преимущественно бактерии, чего не скажешь о многоклеточных формах жизни. Тем не менее, существует особый вид червей, называемый paralvinella sulfincola, который с радостью обустраивается в местах, где вода достигает температур в 45-55 градусов. Учеными был проведен эксперимент, где подогревалась одна из стенок аквариума, в результате выяснилось, что черви предпочли оставаться именно в этом месте, игнорируя более прохладные места. Считается, что такая особенность выработалась у червей для того, чтобы те могли лакомиться бактериями, в изобилии водящимися в горячих источниках. Поскольку у них до этого не было естественных врагов, бактерии были сравнительно легкой добычей.
7. Гренландская полярная акула
Гренландская полярная акула - одна из самых крупных и наименее изученных акул планеты. Несмотря на то, что плавают они достаточно медленно (их может обогнать любой пловец-любитель), встречают их крайне редко. Это связано с тем, что этот вид акул, как правило, обитает на глубине в 1200 метров. Кроме того, эта акула одна из самых устойчивых к холоду. Обычно она предпочитает оставаться в воде, температура которой колеблется в промежутке между 1 и 12 градусами Цельсия. Поскольку эти акулы обитают в холодных водах, им приходится передвигаться крайне медленно, чтобы по минимуму тратить свою энергию. В пище они неразборчивы и едят все, что попадается на пути. Ходят слухи, что их срок жизни составляет порядка 200 лет, но никто до сих пор не смог подтвердить или опровергнуть его.
6. Дьявольский червь
На протяжении многих десятилетий ученые считали, что только одноклеточные организмы способны выживать на больших глубинах. По их мнению, высокое давление, недостаток кислорода и экстремальные температуры стояли на пути у многоклеточных существ. Но затем были обнаружены микроскопические черви на глубине в несколько километров. Названные halicephalobus mephisto, в честь демона из немецкого фольклора, она были обнаружены в пробах воды, на глубине в 2,2 километра от поверхности земле, залегавших в одной из пещер в Южной Африке. Им удалось пережить экстремальные условия окружающей среды, что дало возможность предположить, что на Марсе и на других планетах в нашей галактике возможна жизнь.
5. Лягушки
Некоторые виды лягушек широко известны благодаря своей способности буквально замораживаться на весь зимний период и оживать с приходом весны. В Северной Америке было найдено пять видов таких лягушек, самым распространенным среди которых является обычная древесная лягушка. Поскольку древесные лягушки не очень сильны в закапывании, то прячутся просто под опавшей листвой. В их жилах находится вещество наподобие антифриза, и хотя их сердца в конце концов останавливаются, это временное явление. Основой их техники выживания является огромная концентрация глюкозы, поступающая в кровь из печени лягушки. Что еще более удивительно, так это тот факт, что лягушки способны демонстрировать свое умение замораживаться не только в природной среде, но и в лабораторных условиях, позволяя ученым раскрыть свои секреты.
{banner_ads_inline}
4. Глубоководные микробы
Все мы знаем, что самая глубокая точка в мире - это Марианская впадина. Ее глубина достигает почти 11 километров, а давление там превышает атмосферное в 1100 раз. Несколько лет назад ученым удалось обнаружить там гигантских амеб, которых удалось заснять при помощи камеры с высоким разрешением и защищенной стеклянной сферой от того огромного давления, что царит на дне. Более того, недавняя экспедиция, отправленная самим Джеймсом Кэмероном, показала, что в глубинах Марианской впадины могут существовать и другие формы жизни. Были добыты образцы донных отложений, которые доказали, что впадина буквально кишит микробами. Этот факт поразил ученых, ведь экстремальные условия царящие там, а также огромное давление - далеко не райский уголок.
3. Bdelloidea
Коловратки вида Bdelloidea - невероятно крохотные беспозвоночные женского пола, обычно они встречаются в пресной воде. С момента их открытия, не было найдено ни одного самца этого вида, а сами коловратки размножаются бесполым путем, что, в свою очередь, разрушает их собственный ДНК. Восстанавливают они свой родной ДНК поедая другие виды микроорганизмов. Благодаря этой способности, коловратки могут выдерживать экстремальное обезвоживание, более того, они способны выдержать такие уровни радиации, которые убили бы большинство живых организмов нашей планеты. Ученые считают, что их способность восстанавливать свое ДНК появилась в результате необходимости выживания в крайне засушливой среде.
2. Таракан
Существует миф, что тараканы будут единственными живыми организмами, которые переживут ядерную войну. В самом деле, эти насекомые способны прожить без воды и пищи несколько недель, и более того, они могут неделями жить без головы. Тараканы существуют вот уже 300 миллионов лет, пережив даже динозавров. Каналом Discovery был проведен ряд экспериментов, которые должны были показать, выживут или нет тараканы при мощном ядерном излучении. В результате оказалось, что почти половина всех насекомых смогла пережить излучение в 1000 рад (такое излучение способно убить взрослого здорового человека всего за 10 минут воздействия), более того, 10% тараканов выжило при воздействии излучения в 10000 рад, что равно излучению при ядерном взрыве в Хиросиме. К сожалению, ни одно из этих маленьких насекомых не выжило после дозы излучения в 100000 рад.
1. Тихоходки
Крошечные водные организмы, называемые тихоходками, оказались самыми выносливыми организмами нашей планеты. Эти, на первый взгляд, милые животные способны пережить практически любые экстремальные условия, будь то жара или холод, огромное давление или высокая радиация. Они способны выжить некоторое время даже в космосе. В экстремальных условиях и в состоянии крайнего обезвоживания эти существа способны оставаться живыми на протяжении нескольких десятилетий. Они оживают, стоит их только поместить в водоем.
.(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-е изд., исправл. - М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)
Смотреть что такое "ТЕРМОФИЛЬНЫЕ ОРГАНИЗМЫ" в других словарях:
- (термо... гр. phileo люблю) термофилы организмы (преимущ. микроскопические), могущие жить при относительно высоких температурах (до 70); естественным местообитанием их являются различные горячие источники и термальные воды ср. криофильные… … Словарь иностранных слов русского языка
- (от термо (См. Термо...)... и греч. philéo люблю) термофилы, организмы, обитающие при температуре, превышающей 45 °С (гибельной для большинства живых существ). Таковы некоторые рыбы, представители различных беспозвоночных (червей,… … Большая советская энциклопедия
- … Википедия
Организмы Научная классификация Классификация: Организмы Надцарства Ядерные Безъядерные Организм (позднелат. organismus от позднелатинского organizo … Википедия
Низшие организмы, как и все живые существа вообще, могут жить лишь при точно определенных внешних условиях их существования, т. е. условий среды, в которой они живут, причем для каждого внешнего фактора, для температуры, давления, влажности и пр …
Так называются бактерии, обладающие способностью развиваться при температурах выше 55 60° С. Микель (Miquel) первый нашел и выделил из воды Сены неподвижного бацилла, способного жить и размножаться при температуре в 70° С. Ван Тигем (Van Tieghem) … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Организмы Научная классификация Классификация: Организмы Надцарства Ядерные Безъядерные Организм (позднелат. organismus от позднелатинского organizo … Википедия - См. также: Крупнейшие организмы Мельчайшие организмы это все представители бактерий, животных, растений и других организмов, встречающиеся на Земле, которые обладают минимальными значениями в своих классах (отрядах) по таким параметрам, как … Википедия
В кипящей воде, при температуре 100°C погибают все формы живых организмов, включая бактерии и микробы, которые известны своей стойкостью и живучестью - это факт широко известный и общепризнанный. Но как оказывается ошибочный!
В конце 1970-х с появлением первых глубоководных аппаратов на дне океана были обнаружены гидротермальные источники , из которых непрерывно били потоки сверх горячей высокоминерализованной воды. Температура таких потоков достигает невероятные 200-400°C. Сперва никто и предположить не мог, что на глубине нескольких тысяч метров от поверхности, в вечном мраке, да еще и при такой температуре может существовать жизнь. Но она там существовала. Причем не примитивная одноклеточная жизнь, а целые независимые экосистемы, состоящие из ранее неизвестных науке видов.
Гидротермальный источник, найденный на дне Каймановой впадины на глубине около 5000 метров. Подобные источники называют черными курильщиками из-за извержения черной похожей на дым воды.
Основу экосистем, живущих у гидротермальных источников составляют хемосинтезирующие бактерии, - микроорганизмы, которые получают необходимые питательные элементы путем окисления различных химических элементов; в конкретном случае путем окисления диоксида углерода. Все остальные представители термальных экосистем, среди которых крабы-фильтраторы, креветки, различные моллюски и даже огромные морские черви зависят от этих бактерий.
Данный черный курильщик полностью окутали белые актинии . Условия, означающие смерть для других морских организмов, являются нормой для этих существ. Питание белые анемоны получают поглощая хемосинтезирующие бактерии.
Организмы, живущие у "черных курильщиков " полностью зависят от здешних условий и не способны выжить в среде обитания, привычной для подавляющего большинства морских обитателей. По этой причине долгое время не удавалось поднять на поверхность ни одно существо живым, все они погибали при понижении температуры воды.
Помпейский червь (лат. Alvinella pompejana) - довольно символическое название получил этот обитатель подводных гидротермальных экосистем.
Поднять первое живое существо удалось подводному беспилотному аппарату ISIS под управлением британских океанологов. Ученым удалось выяснить, что температуры ниже 70°C являются смертельно опасными для этих удивительных существ. Это довольно примечательно, поскольку температура в 70°C является смертельной для 99% организмов живущих на Земле.
Открытие подводных термальных экосистем было чрезвычайно важным для науки. Во-первых, были расширены пределы в которых может существовать жизнь. Во-вторых, открытие наткнуло ученых на новую версию о зарождении жизни на Земле, по которой жизнь зародилась в гидротермальных источниках. И в-третьих, это открытие в очередной раз дало нам понять, что мы знаем ничтожно мало об окружающем нас мире.
