嗜極生物

嗜極生物

嗜極生物(英文extremophile),或者稱作嗜極端菌,是可以(或者需要)在極端環境中生長繁殖的生物,通常為單細胞生物。極端環境的定義是人類中心論的,而對這些生物本身而言,這些環境卻是很普通的。也就是說,嚴格來講,這些“極端環境”是一些生物可以生存的地方,不論人類認為這些地方是普通的還是極端的。舉例來說,人可以被分類為嗜溫好氧生物。

基本信息

概述

當我們描述這些從人類看來極端的環境中生存的生物時,多數嗜極生物屬於古菌,儘管有時候這個詞包含一些細菌真核生物。並非所有的嗜極生物都是單細胞的。比如嗜冷的蛩蠊昆蟲)和南極磷蝦甲殼類),以及能在任何環境都能存活的熊蟲緩步動物門)就屬於嗜極後生動物

種類

對於嗜極生物有很多種分類方法,都是根據其選擇與其它生物“正常”環境不同的特性分類的。這些分類並不互相排斥。比如,在地下深處高溫岩石中生活的生物既是嗜熱生物,也是嗜壓生物。

氧氣含量

格陵蘭冰川下沉睡12萬年細菌格陵蘭冰川下沉睡12萬年細菌
好氧生物(Aerobicorganism):在有氧存在的環境下生長的生物。
專性需氧生物(Obligateaerobe):在10~20%有氧環境下生長的生物。
兼性需氧生物(Facultativeaerobe):在無氧到20%有氧環境下生長的生物。
•微需氧微生物(Microaerophile):需要在2~10%有氧環境下生長的生物。
•納需氧微生物(Nanaerobe):需要在2%以下有氧環境下生長的生物。

厭氧生物(Anaerobeorganism):不需要氧氣生長的生物。
專性厭氧生物(Obligateanaerobe):需要完全缺氧環境維持生活。
兼性厭氧生物Facultativeanaerobie):在有氧的環境中進行有氧呼吸,在缺氧的環境下,部份會進行發酵,部份則進行無氧呼吸。
•耐氧厭氧生物(Aerotolerant):可以在有氧氣的環境下生存,但它們不會使用氧氣作為最終電子受容體。

營養類型

無機自養生物(lithoautotroph):使用無機物作為電子來源利用無機碳源製造生物量。
化能自養生物(Chemolithotrophs):利用化學能量固定無機碳源而製造生物量
光能自養生物(Photolithotrophs):使用光作為能量來源,以無機物(水)作為電子供體且利用有機物碳源。
無機異養生物(lithoheterotroph):使用無機物作為電子來源利用有機物碳源製造生物量。
•化能異養生物(Chemoorganotrophs):利用化學能量,利用有機物碳源。
光能異養生物(Photoorganotrophs):使用光作為能量來源,利用有機物碳源。
混合營養生物(Mixotroph):同時進行無機營養與有機營養的生物。

溫度

•高溫生物(Thermophilcorganisms):可以在60℃以上生活的生物。
超嗜熱生物(Hyperthermophile):可以在更高的溫度下(約85~130℃)生活的生物,最低55℃以上。
極端嗜熱生物(ExtremelyThermophile):可以在比較高的溫度下(約80~85℃)生活的生物,最低40℃以上。
專性嗜熱生物(ObligetelyThermophile):可以在相對高的溫度下(約60~80℃)生活的生物,最適65~70℃,最低40℃以上。
兼性嗜熱生物(Thermotroph)(FacultativeThermophile):最適生長溫度介於45℃~60℃之間,最高在50~65℃之間,最低30℃以下。
耐熱生物(Thermotrophs)(Thermotolerant):最適生長溫度仍在中溫範圍內,最高在45~55℃,最低30℃以下。
中溫生物(Mesophile):可以在15-60℃生活的生物。
•低溫生物(Halophilicorganisms):可以在15℃以下生活的生物。
耐冷生物(Psychrotrophs)(Psychrotolerant):最高生長溫度20℃以上,最適15℃以上,在0~5℃可生長繁殖。
兼性嗜冷生物Psychrotroph)(FacultativePsychrophil):能在0~7℃下生長,最適為20~40℃,最高高於35℃。
專性嗜冷生物(ObligetelyPsychrophile):最適生長溫度15℃或更低,最高生長溫度20℃或更低,最低生長溫度0℃或以上。
極端嗜冷生物(ExtremelyPsychrophile):能在-15~10℃下生長,最適生長溫度-2℃以上,10℃則不能生長。
嗜冰生物(Cryophiles):生長溫度-10℃以下,有些適應溫度低於-20℃~-200℃。

pH值

嗜酸生物(Acidophilcorganisms):
嗜硫酸生物(Sulphophiles):代謝產物是硫酸,具有高度酸性pH值接近0。
極端嗜酸生物(ExtremeAcidophiles):生活在火山地區的酸性熱水中,能生活在pH值1以下的環境中。
專性嗜酸生物(ObligateAcidophiles):生長上限pH值小於等於3,最適宜生長pH值在1.0~2.5的環境中。
嗜酸生物(Acidophiles):在pH3~5之間最適或生長良好。
兼性嗜鹼生物(FacultiveAcidophiles):最適生長pH小於3並且在中性環境中也能生長。
耐酸生物(Acidtolerant):生長在pH3~5,pH3以下不能生長,但在中性pH下也能生活的生物。
中性生物(Neutrophile):最適生長pH值5~9。
•嗜鹼生物(Alkaliphilcorganisms):
耐鹼生物(Aalkalotolerant):在pH7~9生長,pH9.5以上不能生長,而生長的最適pH為中性或接近中性的生物。
兼性嗜鹼生物(FacultiveAlkaliphiles):最適生長pH大於等於10並且在中性環境中也能生長。
嗜鹼生物(Alkaliphiles):在pH9~10之間最適或生長良好,在pH6.5左右不能或僅能緩慢生長。
專性嗜鹼生物(ObligateAlkaliphiles):最適生長pH值大於等於10,在pH低於8~9時不生長。
極端嗜鹼生物(ExtremeAlkaliphiles):多數生活在鹽鹼湖或鹼湖、鹼池中,生活環境pH值可達11.5以上。

鹽度

非嗜鹽生物(NonHalophile):最適生長鹽度即氯化鈉濃度小於2%。
•耐鹽生物(Halotolerant):既能在低鹽度下正常生活4,又能在2~12%(0.2~2.5mol/L)氯化鈉濃度高鹽度環境下生活。
極端耐鹽生物(ExtremeHalotolerant):既能在低度下正常生活,又能耐受12%(2.5mol/L)以上氯化鈉濃度。
嗜鹽生物(Halophile):需要最少0.2M鹽濃度生活的生物。
兼性嗜鹽生物(FacultativeHalophiles):既能在0.1mol/L氯化鈉濃度低鹽度下正常生活,又能在(0.5~2.5mol/L)高鹽度環境下生活。
低度嗜鹽生物(SlightHalophiles):耐受2%~3%(0.2~0.5mol/L)氯化鈉濃度。
中度嗜鹽生物(ModerateHalophiles)(Mesohalophilic):耐受3%~12%(0.5~2.5mol/L)氯化鈉濃度。
邊緣極端嗜鹽生物(BorderlineExtremeHalophiles):最適合(1.5~4mol/L)氯化鈉濃度中生長。
極端嗜鹽生物(ExtremeHalophiles):耐受12%~30%(2.5~5.2mol/L)氯化鈉濃度。

滲透壓

耐高滲生物(Osmotolerant):在普通環境下生長,也能耐受高滲透壓的環境。水活性很低。
嗜高滲生物(Osmophile):適應高滲透壓的環境下,如高糖濃度的環境下生長。水活性很低。

營養物濃度

富營養生物(Copiotroph):在營養物濃度很高(10gC/L)的環境中生活的生物。
兼性貧營養生物(FacultativeOligotroph):一些在富營養培養基中經反覆培養後也能適應並生長的貧營養生物。
•專性貧營養生物(ObligateOligotroph):在營養物濃度很低(1~15mgC/L)的環境中生活的生物。• 岩內生物(Endolith):生活在岩石內部的生物。

裂隙岩內生物(Chasmoendolith):生活在岩石的裂隙和裂縫的生物。
隱藏岩內生物(Cryptoendolith):生活在多孔岩石腔體空洞結構的生物。
•真岩內生物(Euendolith):鑿岩生物,進入到岩石內部,形成符合的身體形狀的隧道。

石下生物(Hypolith):生活在沙漠地區或極地岩石之下的生物。

壓力(靜水壓)

常壓生物:最適生長壓力為1個大氣壓的正常壓力。
耐壓生物(Piezophilerant):最適壓力為正常大氣壓,但也能耐受500個大氣壓以下的高壓力。
嗜壓生物(Piezophile):最適生長於高壓環境的生物。
兼性嗜壓生物(FacultativePiezophiles):正常大氣壓下能生活,500個大氣壓上也能生活。
專性嗜壓生物(ObligatePiezophiles):最適生長壓力為500個大氣壓以上,最高可達1000個大氣壓以上,低於40個大氣壓不能生活。
嗜重生物(Barophile)

重力

•耐超重生物(Hypergravityorganisms)(Hyperaccelerations):在超過1.5萬倍至40萬倍地球重力的超重環境下可以生存。
耐低重力生物(Hypogravityorganisms):在低重力的環境下正常生存。

輻射

耐輻射生物(Radioresistant):可以忍受5000戈瑞以上高強度輻射的生物,對紫外線電離輻射等都具有極強抗性的。

真空

耐真空生物

脫水

耐脫水生物

乾燥

耐旱生物(Xerophile):只需要少量水分就能生活的生物。

極端化學環境

耐毒性生物(Toxitolerante):在有毒物質存在時仍能生長的生物。有毒物質的耐受值(Toxitoleranz)1(非常敏感)到9(高耐受性)。
耐二氧化碳生物(Capnophile):在純二氧化碳環境仍能生長的生物。
耐甲烷生物(Methanophile):適合於高濃度的甲烷環境的生物。
耐金屬生物(Metallotolerant):可以忍受高濃度重金屬,如的生物。例子如:Ferroplasmasp.,Cupriavidusmetallidurans和GFAJ-1
耐有機溶劑生物(Organic-solvent-tolerant,OST):可適應各種親脂性溶劑如烷烴、烷醇、芳香烴的毒性。

多種極端環境

兼性嗜極生物(Facultatireextremophilie):生命體能在兩種或兩種以上的極端環境條件下生存。
嗜熱嗜酸生物(Thermoacidophile)
嗜熱嗜鹼生物(Thermoalkaliphile)
嗜冷嗜鹼生物(Psychroalkaliphile)
嗜鹽嗜鹼生物(Haloalkaliphile)
聚-嗜極生物(Polyextremophile):生命體能在多種的極端環境條件下生存。

新確定的嗜(-philes)極端生物類型總是在不斷增加。化妝品產品的污染是罕見的,但是在髮膠中發現的Microbacteriumhatanonis是一種特別的極端生物。在瀝青湖彼奇湖(PitchLake)中就有微生物生活,研究表明瀝青湖中的極端微生物在106到107細胞/克。 最近一個具有硼耐受性的強嗜硼生物(Borophiles)細菌Bacillusboroniphilus被發現 。研究這些嗜硼生物可能有助於闡明硼中毒和缺硼機制。

南極冰下湖發現了距今10萬年的生命跡象

英國科學家近日(2013年9月)於南極冰下湖的泥漿里發現了距今10萬年的生命跡象。英國南極調查局、諾桑比亞大學等機構的科學家們鑿開了冰蓋,從位於93米深的霍奇遜湖(LakeHodgson)湖底挖掘到了一些乾淨的沉積物樣本,檢測發現有微生物DNA反應,細菌主要是放線菌變形菌,但只有大約77%的DNA序列能夠與人類已知的物種相匹配。

這些證據表明在某種極端惡劣條件下,生命仍有存活的可能。而南極冰下湖封閉、營養貧乏的環境,亦幫助科學家們深入了解在地球及其他行星上最嚴酷的地方,生命形式是如何生存的。

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