اکستریموفیل یا شدت دوست به ارگانیزمی گفته میشود که این توانایی را دارند در محیط‌های خشن از نظر فیزیکی زنده بمانند. محیط خشن و شدید به محیطی گفته میشود که از نظر یک ویژگی فیزیکی نظیر دما، پی‌اچ، فشار، شوری، جاذبه و … در حد آستانه قرار داشته باشند.
اکستریموفیل‌ها به ارگانیزم‌هایی گفته میشود که برای زنده ماندن در محیط‌های شدیدی (از نظر فیزیکی) که زیست‌پذیر بودن آنها غیرممکن تصور می‌شده است، تکامل یافته‌اند. محیط‌های اکستریم از نظر گرما، اسیدیته، سرما و فشار چنان شدید هستند که برای بیشتر فرم‌های حیاتی که می‌شناسیم مرگبار به شمار می‌آیند. از آنجایی که اکستریموفیل ها در شدیدترین مناطق شناخته شده زندگی می‌کنند، عمدتا ب عنوان نمایانگر ِ آستانه شرایط زیست‌پذیر بودن از آنها یاد میشود.
نکته‌ای که باید یادآور شد این است که اکستریموفیل ها تنها از زاویه دید حیات انسانی ارگانیزم‌هایی شدت دوست به شمار می‌آیند. به عنوان مثال درحالی که اکسیژن برای حیات ما و بسیاری از موجودات زندگی روی زمین ضروری است، برخی ارگانیزم‌ها هستند که در شرایط بدون اکسیژن زندگی می‌کنند. (بی‌هوازی) حال آنکه برخی دیگر از ارگانیزم‌ها حتی در حضور اکسیژن نمی‌توانند زنده بمانند. (بی‌هوازی اجباری)
اکستریموفیل ها را میتوان به دو فهرست وسیع کلی دسته بندی کرد : ارگانیزم‌ها شدت دوست (extrimophilic) و ارگانیزم‌هایی که شرایط شدید و خشن را تحمل می‌کنند (extremotolerant). از آنجایی که پسوند Philic به معنای “دوست داشتن” است، ارگانیزم‌های شدت‌دوست در راستای بقا به یک یا چند محیط شدید و خشن نیاز دارند. در سمت دیگر extremotolerantها به طور بهینه در محیط‌های معمولی زندگی می‌کنند، اما این قابلیت را نیز دارند که در محیط‌هایی زنده بمانند که از نظر یک یا چند کمیت فیزیکی یا شیمیایی شدید یا خشن به شمار می‌آیند.
اکستریموفیل چیست؟ ارگانیزم‌هایی که برای زنده ماندن تکامل یافتند!
بیشتر اکستریموفیل ها ارگانیزم‌های میکروسکوپی (میکروارگانیزم) هستند و به سلسله باکتری‌ها (آرکئاباکتری‌ها) تعلق دارند. با این وجود محدود کردن این موجودات تنها به انواع باکتریایی درست نیست. بعضی شدیددوست باکتری هستند و بعضی دیگر نیز یوکاریوت‌های چندسلولی به شمار می‌آیند.
اهمیت مطالعه اکسریموفیل‌ها چیست؟
آنزیم‌هایی که توسط اکستریموفیل ها ترشح می‌شوند به “اکستریموآنزیم” موسوم هستند. این دسته از آنزیم‌ها که به شدت‌دوست‌ها امکان فعالیت و متابولیسم در محیط‌های شدید را می‌دهد، مورد علاقه بسیاری از محققان پزشکی و بیوتکنولوژی قرار دارد. آنها با استفاده از این آنزیم‌ها تلاش می‌کنند تا داروهای ژنتیک مبنا تولید کنند و یا به تکنولوژی زنده ماندن تحت شرایط خشن فیزیکی دست پیدا کنند.
زیست‌اخترشاسان نیز یکی دیگر از مشتاقان اکستریموفیل ها هستند. انعطاف‌پذیری بالای این موجودات برای زنده ماندن در محیط های یخی توجه آنها را به خود جلب کرده است. سرمادوست‌ها (psychrophiles) نامی است که برای این دسته از اکستریموفیل ها انتخاب شده است. مطالعه بر روی آنها احتمال کشف حیات بر روی سیارات یخی را افزایش می‌دهد. بسیاری از اجرام منظومه شمسی را کرات یخی شامل می‌شوند.
به علاوه ویژگی‌های بیو‌شیمیایی ساکروفیل‌ها مانند توانایی آنها در استفاده از آرسنیک به‌جای فسفر در تولید انرژی، احتمال وجود حیات فرازمینی را قوت می‌بخشد. و از آنجایی که، اشاره کردیم، اکستریموفیل ها نمایانگر حدود آستانه زیست‌پذیری هستند، می‌توانند این سرنخ را به ما بدهند که در چه اجرامی در منظومه شمسی و چگونه به دنبال حیات بگردیم.
انواع شدت‌دوست‌ها کدام‌اند؟
اولین نکته‌ای که باید به آن بپردازیم این است که شرایط محیطی مختلف لزوم سازگاری‌های مختلفی را برای ارگانیزم‌هایی که می‌خواهند در آن محیط‌ها زندگی کنند به دنبال می‌آورد. شدید‌دوست‌ها بر اساس محیط‌هایی که در آنها رشد می‌کنند طبقه‌بندی می‌شوند. معمولا محیط‌های مخلوطی از شرایط فیزیوشیمیایی مختلفی هستند و در نتیجه لزوم سازگاری به چندین پارامتر فیزیوشیمیایی را برای این ارگانیزم‌ها به ارمغان می‌آورند. ارگانیزم‌هایی که در چنین شرایطی زندگی می‌کند را پلی‌اکستریموفیل می‌نامیم.
اسیدوفیل (اسیددوست‌ها)
اسیدوفیل‌ها ارگانیزم‌هایی هستند که در محیط‌های اسیدی زندگی می‌کنند. منظور از محیط اسیدی محیطی است که pH آن بین 1 تا 5 است. در این گروه میتوان باکتری‌ها، آرکئاها و برخی یوکاریوتها را مشاهده کرد که در مناطقی مانند استخر‌های گوگردی و نواحی آلوده به زهاب‌های معدنی اسیدی و یا حتی درون معده ما انسان‌ها یافت می‌شوند.
بیشتر بخوانید : سرنخ‌هایی از حیات میکروبی در گذشته مریخ ؛ کشف یک گونه اسیدیفیلیوم در کاستاریکا
اسیددوست‌ها سطح pH خود را بوسیله مکانیزم‌های تمایزیافته متنوعی تنظیم می‌کنند. برخی از این مکانیزم‌ها غیرفعال هستند (یعنی به انرژی نیاز ندارند.)، حال آنکه برخی دیگر فعال هستند و به صرف انرژی نیاز دارند.مسیرهای غیرفعال عمدتا شامل تقویت غشای سلولی در مقابل محیط بیرون هستند. همچنین ممکن است ترشح بیوفیلم‌ها برای جلوگیری از پراکنده شدن ملکول‌ها در سلول و یا تغییر کلی غشای سلولی آنها برای ترکیب کردن مواد محافظت و اسیدهای چرب نیز از این جمله باشند.
برخی اسیدوفیل‌ها می‌توانند برای کمک به افزایش سطح pH درونی خود ملکول‌های بافری ترشح کنند.مکانیزم‌های تنظیم pH فعال یک پمپ یون هیدروژن را شامل می‌شوند با سرعت ثابت و زیادی هیدروژن را به حارج از سلول می‌فرستند.
آلکالیفیل (بازدوست‌ها)
آلکالیفیل‌ها برای زنده ماندن در محیط‌هایی که pH آنها 9 و یا بالاتر است تکامل پیدا کرده‌‌اند. هومئوستازی سلول‌های آنها هم توسط مکانیزم‌های فعال و هم توسط مکانیزم‌های غبرفعال حفظ میشود. جمع‌آوری پلی‌آمین‌های سیتوپلاسمی در درون سلول از جمله مکانیزم‌های غیرفعال حفظ هومئوستازی آنهاست. گروه‌های آمینی دارای بار مثبت که سیتوپلاسم را در محیط‌های قلیایی بافر می‌کنند به وفور در پلی‌آمین‌ها یافت می‌شوند. یکی دیگر از مکانیزم‌های غیرفعال نفوذپذیری اندک غشای سلولی آنهاست که از ورود و خروج پروتون به سلول ممانعت می‌کند. کانال سون سدیم که پروتون‌ها را به درون سلول هدایت می‌کند روش فعال و با صرف انرژی تنظیم هومئوستازی آنهاست.
ترموفیل (گرمادوست‌ها)
ارگانیزم‌هایی که می‌توانند در شرایط دمایی بالا از 45 تا 122 درجه سانتی‌گراد زنده بمانند را ترموفیل می‌نامند. در مناطقی مانند دهانه‌های هیدروترمال، رسوبات آتشفشانی و چشمه‌های آب داغ میتوان گرمادوست‌ها را یافت. زنده ماندن آنها در چنین محیط‌هایی به طور مستقیم به اکستریموآنزیم‌ها بازمی‌گردد. آمینواسیدهای اینگونه از آنزیم‌ها در گرمای شدید شکل خود را از دست نمی‌دهند و اشتباهی فولد نمی‌شوند. با چنین ویژگی آنزیم‌ها به فعالیت خود در این محیط‌ها ادامه می‌دهند.
سایکروفیل (سرمادوست‌ها)
سرمادوست‌ها که با نام سایکروفیل یا کریوفیل نیز شناخته می‌شوند این توانایی را دارند که در محیط‌های بسیار سرد که دمای آنها از منفی 15 درجه به پایین است، زنده بمانند. در هر سه دامنه باکتری‌ها، آرکئاها و یوکاریوتها میتوان این گروه از شدت‌دوست‌ها را مشاهده کرد. سایکروفیل‌ها را میتوان در مناطقی مانند خاک‌های سرد، لایه‌های منجمد اعماق زمین، یخ‌های قطبی، آب‌های سرد اقیانوسی و مناطقی برفی کوه‌های آلپ مشاهده کرد.
یکی از راه‌هایی که آنها می‌توانند در شرایط بسیار سرد زنده بمانند به اکستریموآنزیم‌ها نسبت داده شده است. این آنزیم‌ها ادامه فعالیت آنها را در دماهای پایین ممکن می‌کنند. البته در دماهای بسیار پایین متابولیسم آنها بسیار کند است. سرمادوست‌ها همچنین می‌توانند پروئتین‌هایی تولید کنند که در دماهای سرد کارایی داشته باشند. همچنین آنها بوسیله مقدار عظیمی از اسیدهای چرب غیراشباع در غشای سلولی خود مانند سپری در برابر سرما از خود محافظت می‌کنند. نکته جالب توجه دیگر این است که سایکروفیل‌ها قادرند آب درون بدن خود را با قند ترهالوز (Trehalose) جایگزین کنند و بدین طریق از شکل‌گیری کریستال‌های یخی خطرناک درون سلول‌های خود جلوگیری کنند.
زروفیل (خشکی‌دوست‌ها)
زروفیل‌ها گروهی از شدت‌دوست‌ها هستند که در محیط‌های خشک خیلی داغ و خیلی سرد زنده می‌مانند. این موجودات در مناطقی مانند بیابان آتاکاما شیلی، منطقه گریت بیسین (Great Basin) و قطب شمال یافت می‌شوند. مانند دوستان سرمادوست خود، برخی از زروفیل‌ها نیز توانایی جایگزین کردن ملکول‌های آب را قند ترهالوز را دارند. با چنین تدبیری آنها از غشا و سایر ساختارهای خود در دوره‌های کم‌آبی محافظت می‌کنند.
باروفیل (فشاردوست‌ها)
باروفیل‌ها، پیزوفیل‌ها یا همان فشاردوست‌ها گروهی از ارگانیزم‌ها هستند که در فشار 400 اتمسفر و یا بیشتر از آن به زندگی خود ادامه می‌دهند. آنها با تنظیم سیالیت فسفولیپیدهای غشا خود را با محیط‌های پرفشار سازگار می‌کنند. تنظیم سیالیت فسفولیپید‌ها اختلاف فشار درون سلول و محیط خارج را جبران می‌کند. شدیدترین نوع باروفیل‌ها به طور بهینه در فشار 700 اتمسفر یا بالاتر از آن زنده هستند و در فشارهای پایین‌تر می‌میرند.
هالوفیل (نمک‌دوست‌ها)
هالوفیل‌ها ارگانیزم‌هایی هستند که برای رشد کردن به غلظت‌های بالایی از نمک احتیاج دارند. در شوری‌های بیشتر از 1.5 مولار این نوع از باکتری‌های پروکاریوتی غالب هستند. هرچند این گروه از اکستریموفیل ها به هرسه گروه موجودات زنده (بعضا در تعداد اندک) تعلق دارند.
غلبه بر چالش‌های محیط‌های پرنمک یا هایپرسالین با به حداقل رساندن میزان آب خروجی از سلول آغاز میشود. هالوفیل‌ها برای اینکار مواد حل‌شونده را با مکانیزم‌های متنوعی درون سیتوپلاسم انباشت می‌کنند. آرکئا‌های نمک دوست با استفاده از پمپ سدیم پتاسیم سدیم را بیرون و پتاسیم را وارد می‌کنند. باکتری‌های تحمل‌کننده نمک فشار اسمزی را با استفاده از گلیسرول به عنوان حل شونده سازگار متعادل می‌کنند.
مثال‌هایی از اکستریموفیل ها
اسنوتی (Snottite)
اسنوتی‌ها که تحت عنوان اسنوتیکل (snoticle) نیز شناخته می‌شوند از کلنی‌های باکتری‌های تک‌سلولی شدت دوست غارزی ساخته شده‌اند. این کلنی شباهت زیادی به استالاکتیت یا چکنده‌سنگ دارند اما دارای استحکام بیشتری هستند. این کلنی‌های باکتریایی در محیط‌های خشنی با سمیت و اسیدی و نیز سایر شرایط فیزیوشیمیایی زنده می‌مانند. این باکتری‌ها با استفاده از سنتز شیمیایی ترکیبات گوگردی آتشفشانی را به انرژی و مواد زائد سولفوریک اسیدی تبدیل می‌کنند.
کرم‌های لوله‌ای غول‌پیکر
کرم لوله‌ای غول‌پیکر جانوری شدت دوست در اعماق دریا است که در نزدیکی منافذ هیدروترمال و در شرایطی که فشار و گرما بالاست و نور خورشیدی وجود ندارد، زندگی می‌کنند. آب در نزدیکی منافذ هیدروترمال به دمای 215.5 درجه سانتی گراد (600 درجه فارنهایت) می‌تواند برسد. جایی فشار در حدود 62 میلیون پاسکال (9000psi) است.
کرم لوله‌ای غول‌پیکر فاقد لوله‌های گوارش است و در چنین محیطی با کمک شریک‌های همزیست خود زنده می‌ماند. همزیست آنها باکتری‌های شدت دوستی هستند که دربخش میانی روده کوچک آنها وجود دارند. این باکتری‌ها ممکن است بیش از نیمی از وزن کرم را به خود اختصاص دهند، با استفاده از سنتز شیمیایی اکسیژن، سولفید هیدروژن و کربن دی اکسید را به ملکول‌ها آلی تبدیل می‌کند که مورد تغذیه کرم قرار می‌گیرند.
خرس آبی یا تاردیگرید (Tardigrada)
به لحاظ عملی بیشتر از آنکه اکستریموفیل باشند، تحمل‌کننده شرایط سخت هستند. این مخلوقات میکروسکوپی 8 پا، یکی از ارتجاعی‌ترین ارگانیزم‌هایی است که بشریت تاکنون شناخته است. خرس آبی برای زنده ماندن دو استراتژی دارد : یکی در مورد سیل و دیگری در مورد یخ‌بندان یا خشکسالی.
در صورت وقوع سیل، تاردیگرید خودش را مانند بالون باد می‌کند و با اینکار در زمانی که نیاز به اکسیژن دارند امکان آمدن به سطح آب را فراهم می‌کنند. در موارد یخ‌بندان یا خشکسالی، خرس آبی این توانایی را دارد که بیش از 97 درصد آب موجود در بدن‌اش را با قندی به نام ترهالوز جایگزین کند. با این کار نیاز آنها به آب کاهش می‌یابد و از تشکیل کریستال‌ها یخ از ملکول‌های آب و آسیب رسیدن به اندامک‌هایشان جلوگیری میشود.
با استفاده از این تکنیک‌های بقا، این مخلوقات می‌توانند بازه‌ای دمایی از منفی 273 (صفر مطلق) تا 149 درجه سانتی‌گراد، و فشاری 6 برابر فشار موجود در عمیق‌ترین نقاط اقیانوس، دوز مرگبار تشعشعات و حتی شرایط خلاء موجود در فضا را تاب بیاورند. با این وجود نیز حتی، هرچه تاردیگرید در محیط‌های غیربهینه بیشتر بمایند، شانس زنده ماندن‌اش کاهش می‌یابد.
لوریسیفر (Loricifera)
این ارگانیزم‌های میکروسکوپی برای نخستین بار از اعماق حوضه دریای مدیترانه جمع‌آوری شدند. جایی که شورآب‌های موجود که لوریسیفر در آنجا زندگی می‌کند با آبی نواحی بالاتر مخلوط نمی‌شود. آنها در میان رسوبات دریایی به سر می‌برند و در محیطی با فشار بالا، بسیار سرد، گوگردی و بسیار شور بدون حضور اکسیژن و نور غالب هستند. شاید چنین محیطی برای ما انسان‌ها بسیار غیرعادی باشد، اما برخلاف ما، لوزیسیفرها دارای اندامک‌هایی به نام هیدروژنوزوم هستند. این اندامک‌ها مانند میتوکندری هستند با این تفاوت که برای تولید انرژی نیازی به اکسیژن ندارند.
گریلوبلاتید (Grylloblattidae)
گریلوبلاتید یک خانواده از حشرات سرمادوست (سایکرفیل) است که در مناطق سردی مانند نوک کوه‌ها، یخچال‌ها و ورقه‌های یخی یافت می‌شوند. آنها دمایی در بازه 1 تا 4 درجه سانتی‌گراد را (بدون یخ‌زدن) ترجیح می‌دهند. وقتی دما از این حد مطلوب پایین تر روند، این حشرات از درون یخ‌ها نقب می‌زنند و خود را به نزدیکی خاک می‌رسانند. در غیر این صورت آنها باید خطر مرگ بوسیله تشکیل کریستال‌ها یخ در درون بدن‌شان را به جان بخرند.
منبع : BiologyDictionary
