Vad är en extremofil? – definition och exempel
Definition och exempel på extremofiler: vad de är, hur de överlever i heta, kalla, salta eller sura miljöer och mikrober som utmanar gränserna för liv.
En extremofil är en organism (ett levande väsen) som trivs bäst i extrema förhållanden som är skadliga för det mesta livet på jorden. De skiljer sig från organismer som lever på normala platser, som kallas mesofila eller neutrofiler.
På 1980- och 1990-talen upptäckte biologer att mikrober kan överleva i extrema miljöer. Dessa nischer är extrema på något sätt. De kan vara extremt varma eller kalla eller torra, eller under enormt tryck, eller mycket salta eller sura. Komplexa organismer, som djur eller växter, kan inte leva i dessa miljöer.
Vissa forskare menar att livet kan ha börjat på jorden i hydrotermiska skorstenar långt under havsytan. Miljöer som varma hav, varma källor och hydrotermiska skorstenar i djupa hav skulle ha varit vanliga under den arkaiska eon, för cirka 3,9 miljarder år sedan. Tidiga livsformer levde under dessa förhållanden.
Typer av extremofiler och exempel
- Termofiler – trivs i mycket höga temperaturer (t.ex. i varma källor). Exempel: bakterien Thermus aquaticus, källa till det värmetåliga DNA-polymeraset som används i PCR.
- Hypertermofiler – växer vid ännu högre temperaturer (över 80–100 °C). Många är archaea, t.ex. Pyrococcus-arter.
- Psykrofiler – trivs i mycket kalla miljöer, som polarisen eller djuphav, med aktiva proteiner vid låga temperaturer.
- Halofiler – lever i mycket salta miljöer, t.ex. Halobacterium i salta sjöar eller saltgruvor.
- Acidofiler och alkalifiler – klarar mycket låga respektive mycket höga pH-värden, t.ex. Sulfolobus (acidofil och termofil).
- Barofiler (piezofiler) – anpassade till högt tryck, ofta i djuphavsmiljöer nära hydrotermiska skorstenar.
- Dehydrations-/xerofiler – tål extrem torka; vissa bakterier, svampar och mikroalger kan överleva långa perioder utan vatten.
- Radiotoleranta organismer – klarar hög joniserande strålning, t.ex. Deinococcus radiodurans.
Hur överlever extremofiler extrema förhållanden?
Extremofiler använder flera biologiska anpassningar för att fungera där andra organismer går under. Exempel på sådana anpassningar är:
- Proteiner och enzymer (så kallade extremozymen) som är stabila och aktiva vid extrema temperaturer eller saltnivåer.
- Särskilda membranlipider som bibehåller cellmembranets funktion vid extrema temperaturer och tryck.
- Effektiva DNA-reparationssystem och skydd mot oxidativ stress (viktigt för radiotoleranta organismer).
- Osmoprotektanter och kompatibla lösta ämnen (t.ex. vissa aminosyror eller sockeralkoholer) som skyddar cellens struktur i höga salthalter eller vid uttorkning.
- Unika metaboliska vägar som utnyttjar oorganiska ämnen (t.ex. svavel, järn eller väte) som energikällor i miljöer utan solljus.
Betydelse och tillämpningar
Studier av extremofiler har praktiska och teoretiska tillämpningar:
- Bioteknik: extremozymen används inom industriella processer som kräver stabila enzymer (t.ex. DNA-polymeras från Thermus aquaticus för PCR, enzym för tvättmedel i kallt vatten från psykrofiler).
- Miljöteknik: vissa extremofiler kan användas för bioremediering i svåra förorenade miljöer, till exempel metallupptagning eller nedbrytning i extrema pH- eller saltnivåer.
- Astrobiologi: extremofiler utvidgar våra idéer om var liv kan existera, på jorden och i rymden (t.ex. på Mars eller på ismånar som Europa).
- Grundforskning: förståelsen för hur liv fungerar under extrema förhållanden ger ledtrådar om livets ursprung och evolutionära mekanismer.
Extremofiler och livets ursprung
Många forskare anser att studiet av extremofiler kan belysa hur livet uppstod på jorden. Miljöer som varma hav, varma källor och hydrotermiska skorstenar i djupa hav erbjuder stabil energi och kemiska ämnen som kan driva tidiga metaboliska processer. Sådana miljöer var sannolikt vanliga under den arkaiska eon, för cirka 3,9 miljarder år sedan, vilket gör hypotesen om ett termiskt ursprung för livet intressant för forskare.
Vem är extremofilerna?
Även om många extremofiler är mikrober (bakterier och archaeal), finns det också eukaryota extremofiler — till exempel vissa svampar, alger och protister. Större flercelliga organismer klarar i regel inte de mest extrema miljöerna, men några djur, som vissa nematoder och tardigrader, kan gå in i särskilda vilotillstånd (kryptobios) för att överleva extrema perioder.
Genom att studera extremofiler ökar vi vår förståelse för livets mångfald, dess gränser och hur biologiska system kan anpassa sig till utmanande förhållanden. Forskningen fortsätter att upptäcka nya arter och nya tillämpningar, vilket gör extremofiler till ett aktivt och spännande forskningsområde.
Termofiler, en typ av extremofil, producerar några av de starka färgerna i Grand Prismatic Spring, Yellowstone National Park.
Typer av extremofiler
De mest kända extremofila organismerna är mikrober. Domänen Archaea har välkända exempel på extremofiler, men vissa bakterier är också extremofila. Det är ett misstag att använda termen extremofil för alla arkeaner, eftersom en del av dem är mesofila. Alla extremofiler är inte encelliga: i vissa extrema miljöer finns djur som är flercelliga.
Vissa extremofiler kan delas in i flera kategorier. Organismer som lever i heta stenar djupt under jordens yta är till exempel både termofila och barofila.
Acidofiler
En organism som växer bäst vid pH-värden på 3 eller lägre.
Alkalifiler
En organism som växer bäst vid pH-nivåer på 9 eller högre.
Endoliter
En organism som lever i mikroskopiska utrymmen i stenar, sprickor, akviferer och sprickor fyllda med grundvatten djupt under marken.
En organism som behöver en hög koncentration av salt för att växa.
Hypertermofil
En organism som kan leva bra vid temperaturer mellan 80-122 °C, som i hydrotermiska skorstenar i djuphavet.
Hypoliter
En organism som lever inuti stenar i kalla öknar.
Lithoautotrofer
En organism (vanligen bakterier) som endast får kol från koldioxid och oorganisk oxidation. De är kemolithotrofa organismer, t.ex. Nitrosomonas europaea. Dessa organismer får energi från mineralföreningar som järnpyriter. De deltar i den geokemiska cykeln och i slitningen av berggrunden för att bilda jord.
Metalltolerant
Dessa organismer skadas inte av höga halter av upplösta tungmetaller i lösning, t.ex. koppar, kadmium, arsenik och zink.
Oligotrof
En organism som kan växa i miljöer med mycket få näringsämnen.
Osmofil
En organism som kan växa i miljöer med mycket socker.
Piezophile
En organism som trivs bäst under högt tryck, t.ex. djupt inne på jordens yta och i djupa havsgravar.
Polyextremofil
En organism som tillhör mer än en kategori av extremofila organismer.
Psykofil/Kryofil
En organism som växer bättre vid temperaturer på 15 °C eller lägre. De är vanliga i kalla jordar, permafrost, polaris, kallt havsvatten och under snö i höga berg.
Organismer som kan leva med höga nivåer av joniserande strålning. Vanligtvis avser detta ultraviolett strålning, men det finns också organismer som kan reparera skador som orsakats av gammastrålning.
En organism som klarar sig bra vid temperaturer mellan 60-80 °C.
Termoacidofil
En organism som är både termofil och acidofil. Den trivs bäst vid temperaturer på 70-80 °C och pH-värden mellan 2 och 3.
Xerofil
En organism som kan växa på extremt torra platser, till exempel i Atacamaöknen.
Frågor och svar
F: Vad är en extremofil?
S: En extremofil är en levande organism som trivs i extrema miljöer som är skadliga för de flesta andra liv på jorden.
F: Hur skiljer sig extremofila organismer från andra organismer?
S: Extremofiler skiljer sig från andra organismer som lever på normala platser, som kallas mesofiler eller neutrofiler.
Fråga: När upptäckte biologer att mikrober kan överleva i extrema miljöer?
S: Biologer upptäckte att mikrober kan överleva i extrema miljöer på 1980- och 1990-talen.
F: Vilka är några exempel på extrema miljöer där mikrober kan överleva?
S: Extrema miljöer där mikrober kan överleva kan vara extremt varma, kalla, torra, under enormt tryck, eller mycket salta eller sura.
F: Varför kan inte komplexa organismer, som djur eller växter, leva i extrema miljöer?
S: Komplexa organismer, t.ex. djur och växter, kan inte leva i extrema miljöer eftersom de inte är anpassade för att överleva under dessa förhållanden.
F: Var tror vissa forskare att livet kan ha börjat på jorden?
S: Vissa forskare menar att livet kan ha börjat på jorden i hydrotermiska skorstenar långt under havsytan.
Fråga: När var miljöer som varma hav, varma källor och hydrotermiska skorstenar i djupa hav vanliga?
Svar: Miljöer som varma hav, varma källor och hydrotermiska skorstenar i djupa hav skulle ha varit vanliga under den arkaiska eon, för cirka 3,9 miljarder år sedan.
Sök