Разнообразие прокариот по отношению к гидростатическому давлению. Адаптации экстремофилов.

Большинство микроорганизмов, живущих на поверхности земли или воды, не подвергается существенным изменениям давления и растет при давлении около 1 атм. Но есть места, где давление значительно отличается от атмосферного. Показано, что клетки

микроорганизмов могут выдерживать глубокий вакуум (10^-10 — 10^-12 атм), правда, это не активно жизнеспособные клетки, а споры.

Для Bacillus cereus и Е. coli обнаружено, что они лучше растут при давлении ниже атмосферного. Повышенное давление в природе наблюдается в глубоких нефтяных скважинах и в глубинных зонах океанов, которые обычно также характеризуются низкими температурами и малым содержанием питательных веществ.

В океанах фотическая зона, куда еще проникает свет, расположена на глубине до 300 м. На глубине до 1000 м сосредоточена основная биологическая активность (99%), а в остальных 75% водной толщи наблюдается всего 1 % биологической активности.

По отношению к высокому давлению микроорганизмы подразделяются

на:

1) пьезочувствительные (барочувствительные) — организмы (обычно с газовыми вакуолями), которые при повышении давления перестают расти;

2) пьезотолерантные (баротолерантные ), выдерживающие до 400 атм. но способные расти и при обычном давлении;

3) пьезофильные (барофильные), нуждающиеся для роста в повышенном давлении. Умеренные барофилы выдерживают давление до 850 атм, а экстремальные — свыше 1000 атм. Работа с такими микроорганизмами требует осторожности при взятии и

доставке проб в лабораторию и очень дорогостоящего оборудования, При возникает две проблемы — сохранить облигатно барофильных представителей при подъеме с глубины при соответствующем изменении давления и не заразить глубинные пробы микроорганизмами из вышележащих слоев воды.

При повышении гидростатического давления происходит ряд изменений в протекании биологических процессов. Замедляются реакции, приводящие к увеличению объема (например, брожения с образованием газообразных продуктов). Наоборот, усиливаются реакции поглощения газов. Химическое равновесие сдвигается в сторону субстратов реакции. При повышенном давлении происходят денатурация биологических полимеров и диссоциация сложных агрегатов клеток. Клетки после деления не расходятся (образуются филаменты). При давлении выше 1 атм спадаются газовые вакуоли, определяющие плавучесть водных микроорганизмов.

Микроорганизмы обнаружены в самом глубоком месте Мирового океана — Марианской впадине при давлении - 1 016 атм. Самое высокое искусственно созданное давление, при котором еще сохраняются микроорганизмы, — 1400 атм. Дальнейшее его повышение

ведет к деструкции органических молекул.

Ярким примером сочетания экстремальных значений нескольких факторов является уникальное сообщество, основанное на хемолитоавтотрофии, так называемые «черные курильщики». Это разломы на дне океанов, из которых выходят очень горячие вулканические газы и вода. Там большое количество сероводорода, градиент температур от 360 до 6℃, давление до 265 атм и нет света. «Черные курильщики» получили свое название из-за клубящегося черного осадка. В таких местообитаниях представлено несколько физиологических групп микроорганизмов.

В этом сообществе довольно высокая первичная продукция органического вещества, на основе которого существуют вторичные консументы: амфиподы, голотурии, креветки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: