stringtranslate.com

Олиготроф

Олиготроф — это организм , который может жить в среде, которая предлагает очень низкий уровень питательных веществ . Их можно противопоставить копиотрофам , которые предпочитают богатую питательными веществами среду. Олиготрофы характеризуются медленным ростом, низкими скоростями метаболизма и, как правило, низкой плотностью популяции. Олиготрофные среды — это те, которые предлагают мало для поддержания жизни. К таким средам относятся глубокие океанические отложения, пещеры, ледниковые и полярные льды, глубокие подповерхностные почвы, водоносные горизонты, океанские воды и выщелоченные почвы.

Примерами олиготрофных организмов являются обитающий в пещерах олем ; бактерия « Candidatus Pelagibacter communis », которая является наиболее распространенным организмом в океане (по оценкам, общая численность составляет 2 × 1028 особей); и лишайники с их чрезвычайно низкой скоростью метаболизма .

Этимология

Этимологически слово «олиготроф» представляет собой сочетание греческого прилагательного олигос (ὀλίγος) [1], означающего «немного», и прилагательного трофикос (τροφικός) [2], означающего «кормящий».

Адаптации растений

Адаптация растений к олиготрофным почвам обеспечивает большее и более эффективное усвоение питательных веществ, сниженное потребление питательных веществ и эффективное хранение питательных веществ. Улучшения в усвоении питательных веществ облегчаются адаптациями корней, такими как азотфиксирующие корневые клубеньки , микориза и пучковые корни . Потребление снижается за счет очень медленных темпов роста и эффективного использования малодоступных питательных веществ; например, использование высокодоступных ионов для поддержания давления тургора , при этом малодоступные питательные вещества резервируются для построения тканей. Несмотря на эти адаптации, потребность в питательных веществах обычно превышает усвоение в течение вегетационного периода, поэтому многие олиготрофные растения обладают способностью хранить питательные вещества, например, в тканях ствола, когда потребность низкая, и повторно мобилизовать их, когда потребность возрастает.

Олиготрофные среды

Олиготрофы занимают среды, где доступные питательные вещества предлагают мало для поддержания жизни. Термин « олиготрофный » обычно используется для описания наземных и водных сред с очень низкими концентрациями нитратов, железа, фосфатов и источников углерода. [3] [4]

Олиготрофы приобрели механизмы выживания, которые включают экспрессию генов в периоды условий с низким содержанием питательных веществ, что позволило им добиться успеха в различных средах. Несмотря на способность жить в условиях с низким содержанием питательных веществ, олиготрофам может быть трудно выживать в средах с высоким содержанием питательных веществ. [3] Наличие избыточных питательных веществ подавляет метаболические системы олиготрофов, что заставляет их бороться за регулирование поглощения питательных веществ. Например, ферменты олиготрофов хорошо функционируют в средах с низким содержанием питательных веществ, но испытывают трудности в средах с высоким содержанием питательных веществ. [5]

Антарктида

Антарктическая среда предлагает очень мало для поддержания жизни, поскольку большинство организмов не очень хорошо приспособлены к жизни в условиях ограничения питательных веществ и низких температурах (ниже 5 °C). Таким образом, эти среды демонстрируют большое изобилие психрофилов , которые хорошо приспособлены к жизни в антарктическом биоме. Большинство олиготрофов живут в озерах, где вода помогает поддерживать биохимические процессы для роста и выживания. [6] Ниже приведены некоторые задокументированные примеры олиготрофных сред в Антарктиде:

Озеро Восток , пресноводное озеро, изолированное от мира под 4 км (2,5 мили) антарктического льда, часто считается основным примером олиготрофной среды. [7] Анализ образцов льда показал экологически разделенные микросреды. Изоляция микроорганизмов из каждой микросреды привела к открытию широкого спектра различных микроорганизмов, присутствующих в ледяном щите. [8] Также были обнаружены следы грибов, что предполагает потенциал для уникальных симбиотических взаимодействий. [9] [8] Обширная олиготрофность озера заставила некоторых полагать, что части озера полностью стерильны. [9] Это озеро является полезным инструментом для моделирования исследований, касающихся внеземной жизни на замерзших планетах и ​​других небесных телах. [10]

Крукед-Лейк — ультраолиготрофное ледниковое озеро [11] с тонким распределением гетеротрофных и автотрофных микроорганизмов. [12] Микробная петля играет большую роль в круговороте питательных веществ и энергии в этом озере, несмотря на особенно низкую численность бактерий и продуктивность в этих средах. [11] Небольшое экологическое разнообразие можно объяснить низкими годовыми температурами озера. [13] Виды, обнаруженные в этом озере, включают Ochromonas , Chlamydomonas , Scourfeldia , Cryptomonas , Akistrodesmus falcatus и Daphniopsis studeri (микроракообразное). Предполагается, что низкий конкурентный отбор противDaphniopsis studeri позволил виду выживать достаточно долго, чтобы размножаться в средах с ограничением питательных веществ. [12]

Австралия

Песчаные равнины и латеритные почвы юга Западной Австралии , где чрезвычайно толстый кратон препятствовал любой геологической активности со времен кембрия , и не было оледенения, которое могло бы обновить почвы со времен карбона . Таким образом, почвы чрезвычайно бедны питательными веществами, и большинство растений должны использовать такие стратегии, как пучковые корни, чтобы получить даже самые незначительные количества таких питательных веществ, как фосфор и сера .

Однако растительность в этих регионах примечательна своим биоразнообразием , которое местами столь же велико, как и в тропических лесах , и производит некоторые из самых впечатляющих полевых цветов в мире. Однако, она находится под серьезной угрозой из-за изменения климата , которое сместило зимний дождевой пояс на юг, а также из-за расчистки земель для сельского хозяйства и использования удобрений , что в первую очередь обусловлено низкой стоимостью земли, что делает сельское хозяйство экономически выгодным даже при урожайности, составляющей лишь малую часть от той, что есть в Европе или Северной Америке.

Южная Америка

Примером олиготрофных почв являются почвы на белых песках с pH почвы ниже 5,0 в бассейне Рио-Негро на севере Амазонии, где произрастают очень бедные разнообразием, чрезвычайно хрупкие леса и саванны, осушенные черными реками ; темный цвет воды обусловлен высокой концентрацией танинов , гуминовых кислот и других органических соединений, образующихся в результате очень медленного разложения растительного материала. [14] [15] [16] Похожие леса встречаются в олиготрофных водах дельты реки Патия на тихоокеанской стороне Анд. [17]

Океан

В океане субтропические круговороты к северу и югу от экватора являются регионами, в которых питательные вещества, необходимые для роста фитопланктона (например, нитрат , фосфат и кремниевая кислота ), сильно истощены в течение всего года. Эти области описываются как олиготрофные и демонстрируют низкий уровень поверхностного хлорофилла . Иногда их называют «океаническими пустынями». [18]

Олиготрофные почвенные среды

Олиготрофные почвенные среды включают сельскохозяйственные почвы, мерзлые почвы и т . д . [19] [20] Различные факторы, такие как разложение , структура почвы, удобрение и температура , могут влиять на доступность питательных веществ в почвенных средах. [19] [20]

Как правило, питательные вещества становятся менее доступными по мере углубления почвенной среды, поскольку на поверхности органические соединения, разложившиеся из остатков растений и животных , быстро потребляются другими микробами, что приводит к недостатку питательных веществ в более глубоких слоях почвы. [19] Кроме того, метаболические отходы, производимые микроорганизмами на поверхности, также вызывают накопление токсичных химических веществ в более глубокой области. [19] Кроме того, кислород и вода важны для некоторых метаболических путей, но воде и кислороду трудно диффундировать по мере увеличения глубины. [19] Некоторые факторы, такие как почвенные агрегаты, поры и внеклеточные ферменты, могут способствовать диффузии воды, кислорода и других питательных веществ в почву. [21] Более того, наличие минералов под почвой обеспечивает альтернативные источники для видов, обитающих в олиготрофной почве. [21] Что касается сельскохозяйственных земель, внесение удобрений оказывает сложное воздействие на источник углерода, либо увеличивая, либо уменьшая органический углерод в почве. [21]

Collimonas — один из родов, способных жить в олиготрофной почве. [22] Одной из общих черт среды, в которой обитает Collimonas , является присутствие грибов, поскольку Collimonas обладают способностью не только гидролизовать хитин, вырабатываемый грибами для получения питательных веществ, но и производить материалы (например, P. fluorescens 2-79) для защиты себя от грибковой инфекции. [22] Взаимосвязь обычна в олиготрофной среде. Кроме того, Collimonas также может получать источники электронов из горных пород и минералов путем выветривания . [22]

В полярных областях, таких как Антарктика и Арктика, почвенная среда считается олиготрофной, поскольку почва замерзает с низкой биологической активностью. [20] Наиболее распространенными видами в замерзшей почве являются Actinomycetota , Pseudomonadota , Acidobacteriota и Cyanobacteria , а также небольшое количество архей и грибов. [20] Actinomycetota могут поддерживать активность своих метаболических ферментов и продолжать свои биохимические реакции в широком диапазоне низких температур. [20] Кроме того, механизм восстановления ДНК у Actinomycetota защищает их от летальной мутации ДНК при низкой температуре. [20]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ὀλίγος. Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский лексикон в проекте «Персей»
  2. ^ τροφικός. Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский лексикон в проекте «Персей»
  3. ^ ab Koch, Arthur L. (июль 2001 г.). «Олиготрофы против копиотрофов». BioEssays . 23 (7): 657–61. doi :10.1002/bies.1091. PMID  11462219. S2CID  39126203.
  4. ^ Хорикоши, Коки (2016). Экстремофилы, где все началось . Токио, Япония: Springer Japan. doi :10.1007/978-4-431-55408-0. ISBN 978-4-431-55407-3. S2CID  199493176.
  5. ^ 10.1007/s00792-006-0059-5
  6. ^ Анесио, Александр М.; Лейборн-Парри, Джоанна (апрель 2012 г.). «Ледники и ледяные щиты как биом». Тенденции в экологии и эволюции . 27 (4): 219–225. Bibcode : 2012TEcoE..27..219A. doi : 10.1016/j.tree.2011.09.012. PMID  22000675.
  7. ^ Schiermeier, Q. (2011). «Гонка со временем для рейдеров затерянного озера». Nature . 469 (7330): 275. Bibcode :2011Natur.469..275S. doi : 10.1038/469275a . PMID  21248808.
  8. ^ ab D'Elia, T.; Veerapaneni, R.; Rogers, SO (13 июня 2008 г.). «Изоляция микробов из аккреционного льда озера Восток». Applied and Environmental Microbiology . 74 (15): 4962–4965. Bibcode : 2008ApEnM..74.4962D. doi : 10.1128/AEM.02501-07. PMC 2519340. PMID  18552196 . 
  9. ^ ab Булат, Сергей А.; Алехина, Ирина А.; Блот, Мишель; Пети, Жан-Робер; де Анжелис, Мартин; Вагенбах, Дитмар; Липенков, Владимир Я.; Васильева, Лада П.; Влох, Доминика М.; Рейно, Доминик; Лукин, Валерий В. (январь 2004 г.). «ДНК-сигнатура термофильных бактерий из старого аккреционного льда озера Восток, Антарктида: значение для поиска жизни в экстремальных ледяных условиях». Международный журнал астробиологии . 3 (1): 1–12. Bibcode : 2004IJAsB...3....1B. doi : 10.1017/S1473550404001879 .
  10. ^ Булат, СА; Алехина, ИА; Липенков, В. Я.; Лукин, ВВ; Мари, Д.; Пети, Дж. Р. (6 декабря 2009 г.). «Концентрация клеток микроорганизмов в ледниковом и озерном льду ледяного керна Восток, Восточная Антарктида». Микробиология . 78 (6): 808–810. doi :10.1134/S0026261709060216. S2CID  8906848.
  11. ^ ab Säwström, Christin; Anesio, M. Alexandre; Granéli, Wilhelm; Laybourn-Parry, Johanna (31 октября 2006 г.). «Сезонная динамика вирусных циклов в двух крупных ультраолиготрофных антарктических пресноводных озерах». Microbial Ecology . 53 (1): 1–11. doi :10.1007/s00248-006-9146-5. PMID  17075732. S2CID  1833362.
  12. ^ ab Layboum-Parry, Johanna; Marchant, HJ; Brown, P. (1991). «Планктон большого олиготрофного пресноводного озера Антарктиды». Journal of Plankton Research . 13 (6): 1137–1149. doi :10.1093/plankt/13.6.1137. ISSN  0142-7873.
  13. ^ Хеншоу, Трейси; Лейборн-Парри, Дж. (октябрь 2002 г.). «Годовые закономерности фотосинтеза в двух крупных пресноводных ультраолиготрофных антарктических озерах». Polar Biology . 25 (10): 744. Bibcode : 2002PoBio..25..744H. doi : 10.1007/s00300-002-0402-y. ISSN  0722-4060. S2CID  42895583.
  14. ^ Janzen, DH (1974). «Тропические реки с черной водой, животные и плодоношение мачтовых растений семейства Dipterocarpaceae». Biotropica . 6 (2): 69–103. Bibcode : 1974Biotr...6...69J. doi : 10.2307/2989823. JSTOR  2989823.
  15. ^ Сиоли, Харальд (1975). «Тропические реки как выражение их наземной среды» . В Голли, Ф. Б.; Медина, Э. (ред.). Тропические экологические системы/тенденции в наземных и водных исследованиях. Нью-Йорк: Springer. стр. 275–288. ISBN 978-0-387-06706-3.
  16. ^ Герман, Лаура А. (2004). «Экологическая практика и экосистемы черной воды: исследование случая из бразильской Амазонии». Экология человека . 32 (6): 653–683. doi :10.1007/s10745-004-6831-1. S2CID  153566259.
  17. ^ Дель Валле-Аранго, Хорхе Игнасио (2003). «Cantidad, Calidad y Nutritiones Reciclados por la hojarasca fina en bosques pantanosos del Pacífico sur colombiano». Интерсиенсия . 28 (8): 443–452. (на испанском)
  18. ^ «Исследование показывает, что океанские «пустыни» расширяются». NOAA . 2008-03-05 . Получено 2009-07-17 .
  19. ^ abcde Морита, Ричард Юкио (1997). Бактерии в олиготрофных средах: образ жизни, основанный на выживании в условиях голодания . Нью-Йорк: Chapman & Hall. С. 50–89. ISBN 9780412106613.
  20. ^ abcdef Махаланьяне, Тулани Питер; Гётем, Марк Уорвик Ван; Коуэн, Дон Артур (2016). «Микробное разнообразие и функциональная способность полярных почв». Current Opinion in Biotechnology . 38 : 159–166. doi : 10.1016/j.copbio.2016.01.011. hdl : 2263/52220 . PMID  26921734. S2CID  241167.
  21. ^ abc Finn, Damien; Kopittke, Peter M.; Dennis, Paul G.; Dalal, Ram C. (2017). «Микробная энергия и трансформация вещества в сельскохозяйственных почвах» (PDF) . Soil Biology and Biochemistry . 111 : 176–192. Bibcode :2017SBiBi.111..176F. doi :10.1016/j.soilbio.2017.04.010.
  22. ^ abc Leveau, Johan HJ; Uroz, Stéphane; De Boer, Wietse (2010-02-01). «Бактериальный род Collimonas: микофагия, выветривание и другие адаптивные решения для жизни в олиготрофных почвенных средах». Environmental Microbiology . 12 (2): 281–292. Bibcode : 2010EnvMi..12..281L. doi : 10.1111/j.1462-2920.2009.02010.x. ISSN  1462-2920. PMID  19638176.

Внешние ссылки