थर्मोफाइल: विशेषताएं, वर्गीकरण और वातावरण - जीवविज्ञान - 2025

Thermophilic उच्च की विशेषता extremophiles की एक उप-प्रकार हैं 50 डिग्री सेल्सियस और 75 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान को सहन, क्योंकि या तो इन मूल्यों को इन चरम वातावरण में तापमान बनाए रखा जाता है, या क्योंकि अक्सर तक पहुंच गया।

थर्मोफिलिक जीव आमतौर पर बैक्टीरिया या आर्किया होते हैं, हालांकि, मेटाज़ोअन (यूकेरियोटिक जीव हैं जो हेटरोट्रॉफ़िक और ऊतक) हैं, जो गर्म स्थानों में भी विकसित होते हैं।

चित्र 1. अटाकामा रेगिस्तान, चिली में, दुनिया के सबसे शुष्क स्थानों में से एक। स्रोत: pixabay.com

समुद्री जीवों को यह भी ज्ञात है कि, थर्मोफिलिक बैक्टीरिया के साथ सहजीवन में जुड़े, इन उच्च तापमान के अनुकूल हो सकते हैं और उन्होंने जैव रासायनिक तंत्र जैसे कि संशोधित हीमोग्लोबिन, उच्च रक्त की मात्रा, दूसरों के बीच भी विकसित किया है, जो उन्हें सल्फाइड और यौगिकों की विषाक्तता को सहन करने की अनुमति देता है। सल्फर।

माना जाता है कि थर्मोफिलिक प्रोकैरियोट्स जीवन के विकास में और महासागरों में ज्वालामुखी गतिविधि और गीजर के साथ स्थानों में रहने वाले पहले सरल कोशिकाएं हैं।

इस प्रकार के थर्मोफिलिक जीवों के उदाहरण हैं, जो महासागरों के तल पर हाइड्रोथर्मल वेंट्स या वेन्ट्स के आसपास के क्षेत्र में रहते हैं, जैसे कि मीथेनोजेनिक (मीथेन-उत्पादक) बैक्टीरिया और एनेलिड रेशिया पचीप्टिला।

मुख्य आवास जहां थर्मोफाइल पाए जा सकते हैं:

• स्थलीय हाइड्रोथर्मल वातावरण।
• समुद्री हाइड्रोथर्मल वातावरण।
• गर्म रेगिस्तान।

थर्मोफिलिक जीवों के लक्षण

तापमान: सूक्ष्मजीवों के विकास के लिए महत्वपूर्ण अजैविक कारक

तापमान प्रमुख पर्यावरणीय कारकों में से एक है जो जीवित चीजों की वृद्धि और अस्तित्व को निर्धारित करता है। प्रत्येक प्रजाति में तापमान की एक सीमा होती है जिसके भीतर वह जीवित रह सकता है, हालांकि, विशिष्ट तापमान पर इसका इष्टतम विकास और विकास होता है।

प्रत्येक जीव बनाम तापमान की वृद्धि दर को ग्राफिकल रूप से व्यक्त किया जा सकता है, जो महत्वपूर्ण महत्वपूर्ण तापमान (न्यूनतम, इष्टतम और अधिकतम) के अनुरूप मूल्यों को प्राप्त करता है।

न्यूनतम तापमान

किसी जीव के न्यूनतम विकास तापमान पर, कोशिका झिल्ली की तरलता में कमी होती है और पोषक तत्वों के प्रवेश और विषाक्त पदार्थों के बाहर निकलने जैसे पदार्थों के परिवहन और विनिमय की प्रक्रिया को रोका जा सकता है।

न्यूनतम तापमान और इष्टतम तापमान के बीच, सूक्ष्मजीवों की वृद्धि दर बढ़ जाती है।

इष्टतम तापमान

इष्टतम तापमान पर, चयापचय प्रतिक्रियाएं उच्चतम संभव दक्षता के साथ होती हैं।

अधिकतम तापमान

इष्टतम तापमान से ऊपर, विकास दर में कमी अधिकतम तापमान पर होती है जो प्रत्येक जीव सहन कर सकता है।

इन उच्च तापमानों पर, संरचनात्मक और कार्यात्मक प्रोटीन जैसे एंजाइमों को विकृत और निष्क्रिय कर दिया जाता है, क्योंकि वे अपने ज्यामितीय विन्यास और विशेष स्थानिक विन्यास को खो देते हैं, साइटोप्लाज्मिक झिल्ली टूट जाती है और ऊष्मा के प्रभाव के कारण थर्मल लसीका या टूटना होता है।

प्रत्येक सूक्ष्मजीव का संचालन और विकास के लिए न्यूनतम, इष्टतम और अधिकतम तापमान होता है। इन तीनों तापमानों पर थर्मोफिल्स के असाधारण उच्च मूल्य हैं।

थर्मोफिलिक जीवों की विशिष्ट विशेषताएं

• थर्मोफिलिक जीवों में उच्च विकास दर होती है, लेकिन कम जीवनकाल।
• उनके सेल झिल्ली में लंबी श्रृंखला वाले संतृप्त वसा या लिपिड की एक बड़ी मात्रा होती है; इस प्रकार का संतृप्त वसा ऊष्मा को अवशोषित करने और नष्ट किए बिना उच्च तापमान (पिघलने) पर तरल अवस्था में बदलने में सक्षम है।
• इसके संरचनात्मक और कार्यात्मक प्रोटीन बहुत गर्मी स्थिर (थर्मास्टेबल) होते हैं, सहसंयोजक बंधों और विशेष अंतर-आणविक बलों के माध्यम से जिन्हें लंदन प्रकीर्णन बल कहा जाता है।
• उच्च तापमान पर चयापचय कार्य को बनाए रखने के लिए उनके पास विशेष एंजाइम भी होते हैं।
• यह ज्ञात है कि ये थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीव ज्वालामुखीय क्षेत्रों में सल्फाइड और सल्फर यौगिकों का प्रचुर मात्रा में उपयोग कर सकते हैं, पोषक तत्वों के स्रोतों के रूप में उन्हें कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित कर सकते हैं।

थर्मोफिलिक जीवों का वर्गीकरण

थर्मोफिलिक जीवों को तीन व्यापक श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

• मध्यम थर्मोफाइल, (50-60 डिग्री सेल्सियस के बीच इष्टतम)।
• अत्यधिक थर्मोफाइल (70 डिग्री सेल्सियस के करीब इष्टतम)।
• हाइपरथेरोफाइल (80 डिग्री सेल्सियस के करीब इष्टतम)।

थर्मोफिलिक जीव और उनके वातावरण

स्थलीय हाइड्रोथर्मल वातावरण

हाइड्रोथर्मल साइट आश्चर्यजनक रूप से सामान्य और व्यापक रूप से वितरित हैं। उन्हें मोटे तौर पर उन लोगों में विभाजित किया जा सकता है जो ज्वालामुखी क्षेत्रों से जुड़े हैं और जो नहीं हैं।

उच्चतम तापमान वाले हाइड्रोथर्मल वातावरण आम तौर पर ज्वालामुखीय विशेषताओं (कैलडरस, दोषों, प्लेट टेक्टोनिक सीमाओं, बैक आर्क बेसिन) से जुड़े होते हैं, जो मैग्मा को एक गहराई तक बढ़ने की अनुमति देते हैं जहां यह सीधे भूजल के साथ बातचीत कर सकता है गहरे।

चित्रा 2. अनुपात गीजर, अटाकामा, चिली। स्रोत: डिएगो डेल्सो

हॉट स्पॉट अक्सर अन्य विशेषताओं के साथ होते हैं जो जीवन को विकसित करने में मुश्किल बनाते हैं, जैसे कि चरम पीएच मान, कार्बनिक पदार्थ, रासायनिक संरचना और लवणता।

इसलिए, स्थलीय हाइड्रोथर्मल वातावरण के अभेद्य विभिन्न चरम स्थितियों की उपस्थिति में जीवित रहते हैं। इन जीवों को पॉलीएक्स्ट्रीमोफिल्स के रूप में जाना जाता है।

जीवों के उदाहरण जो स्थलीय हाइड्रोथर्मल वातावरण में रहते हैं

स्थलीय हाइड्रोथर्मल वातावरण में सभी तीन डोमेन (यूकेरियोटिक, बैक्टीरियल, और आर्किया) से संबंधित जीवों की पहचान की गई है। इन जीवों की विविधता मुख्य रूप से तापमान द्वारा निर्धारित की जाती है।

जबकि बैक्टीरिया की प्रजातियों की एक विविध श्रेणी मध्यम रूप से थर्मोफिलिक वातावरण में रहती है, माइक्रोबियल समुदाय पर हावी होने के लिए फोटोओटोट्रॉफ़ आ सकते हैं और मैक्रोस्कोपिक "मैट" या "कालीन" जैसी संरचनाओं का निर्माण कर सकते हैं।

ये "प्रकाश संश्लेषक मैट" 40-71 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान पर सबसे तटस्थ और क्षारीय गर्म स्प्रिंग्स (7.0 से अधिक पीएच) की सतह पर मौजूद होते हैं, जिनमें प्रमुख प्रमुख उत्पादक के रूप में साइनोबैक्टीरिया स्थापित होता है।

55 ° C से ऊपर, प्रकाश संश्लेषक मैट में मुख्य रूप से एककोशिकीय साइनोबैक्टीरिया जैसे कि Synechococcus sp का निवास होता है।

जीवाणु

प्रकाश संश्लेषक माइक्रोबियल मैट भी मुख्य रूप से जेन क्लोरोफ्लेक्सस और रोजिफ़्लेक्सस के बैक्टीरिया द्वारा आदेशित क्लोरोफ्लेक्सल के दोनों सदस्यों में निवास कर सकते हैं।

जब सायनोबैक्टीरिया के साथ जुड़ा हुआ है, क्लोरेफ्लेक्सस और रोजिफ़्लेक्सस प्रजाति फोटोथेरोटोफिक स्थितियों के तहत बेहतर रूप से विकसित होती है।

यदि पीएच अम्लीय है, तो जेनेरा एसिडियोस्पेरा, एसिडिफिलियम, डेसल्फोटोमाकुलम, हाइड्रोजेनोबाकुलम, मिथाइलोकोरस, सल्फ़ोबैसिलस थर्मोअनैरोबैक्टीर, थर्मोफ्लोबोबियम और थर्मोडेसल्फेटर आम हैं।

हाइपरथेरोफिलिक स्रोतों में (72-98 डिग्री सेल्सियस के बीच) यह ज्ञात है कि प्रकाश संश्लेषण नहीं होता है, जो कि कीमोलाइटोओटोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया की प्रबलता की अनुमति देता है।

ये जीव फेलुम एक्विफेइ के हैं और कॉस्मोपॉलिटन हैं; वे ऑक्सीजन या इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन या आणविक सल्फर का ऑक्सीकरण कर सकते हैं और ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड (आरटीसीए) मार्ग के माध्यम से कार्बन को ठीक कर सकते हैं।

Arches

उदासीन और क्षारीय तापीय वातावरण में पहचाने जाने वाले अधिकांश कल्टीवेटेड और अनसैचुरेटेड आर्किया फाइलम सिनारियाकोटा के हैं।

थर्मोफिलम पेंडेंस, थर्मोस्पेरा एग्रीजन या स्टेट्टेरिया हाइड्रॉफिला नाइट्रोसोल्डस येलोस्टोनि, 77 डिग्री सेल्सियस से नीचे के प्रोलिफर्ट और थर्मोप्रोटस न्यूट्रोफिलस, वुल्कनिटेटा डिस्टेना, थर्मोफिलम पेंडेंस, एरोफिरुनी पेर्निक्स, डेस्फुरोकोकाइकसुस मोबिस्कुसिस्कस मोबिलिसिस जैसे प्रजाति।

अम्लीय वातावरण में, जननांग का आर्किया: सल्फ़ोलोबस, सल्फुक्रोकस, मेटालोस्पेरा, एसिडियनस, सल्फ्यूरिसहेरा, पायरोफिलस, थर्मोप्लाज्मा, थेनोक्लाडियम और गाल्डीविर्गा पाए जाते हैं।

यूकैर्योसाइटों

तटस्थ और क्षारीय स्रोतों से यूकेरियोट्स के बीच, थर्मोमीकस लैनुगिनोसस, स्किथेलिडियम थर्मोफिलम, इचिनाम्बोआ थर्मारम, मैरिनोमेबा थर्मोफिलिया और ओरोमेबा फेनिया का उल्लेख किया जा सकता है।

अम्लीय स्रोतों में जेनेरा: पिन्नरुलिया, सायनिडिओसिज़ोन, साइनिडियम या गाल्डेरिया पाया जा सकता है।

समुद्री हाइड्रोथर्मल वातावरण

2 ° C से 400 ° C तक के तापमान के साथ, कई हजार पाउंड प्रति वर्ग इंच (साई) से अधिक दबाव, और जहरीले हाइड्रोजन सल्फाइड (पीएच 2.8) की उच्च सांद्रता, गहरे समुद्र में हाइड्रोथर्मल वेंट दबाव संभवतः हमारे ग्रह पर सबसे चरम वातावरण।

इस पारिस्थितिक तंत्र में, रोगाणु खाद्य श्रृंखला में नीचे की कड़ी के रूप में काम करते हैं, जो भूगर्भीय ऊष्मा से उनकी ऊर्जा प्राप्त करते हैं और रसायन पृथ्वी के आंतरिक भाग में गहरे पाए जाते हैं।

चित्रा 4. हाइड्रोथर्मल वेंट और ट्यूब कीड़े। स्रोत: photolib.noaa.gov

समुद्री हाइड्रोथर्मल वातावरण से जुड़े जीवों के उदाहरण

इन स्रोतों या vents से जुड़े जीव बहुत विविध हैं, और अलग-अलग टैक्सों के बीच संबंधों को अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है।

जिन प्रजातियों को अलग-थलग किया गया है उनमें बैक्टीरिया और आर्किया दोनों हैं। उदाहरण के लिए, जीनस मेथानोकोकस, मेथेनोपस, और जीनस कैमिनिबैक्टेरोन के थर्मोफिलिक एनारोबिक बैक्टीरिया के आर्किया को अलग कर दिया गया है।

बैक्टीरिया बायोफिल्म्स में पनपते हैं, जिस पर कई जीवों जैसे कि एम्फ़िपोड्स, कोपेपोड, घोंघे, केकड़ा झींगा, ट्यूबवॉर्म, मछली और ऑक्टोपस फ़ीड होते हैं।

चित्रा 5. जीनस रिमीकारिस की चिंराट, फ्यूमरोल्स के निवासी। स्रोत: NOAA ओकेनोस एक्सप्लोरर प्रोग्राम, मिड-केमैन राइज एक्सपेडिशन 2011

एक सामान्य परिदृश्य मसल्स, बथाइमोडिओलस थर्मोफिलस का संचय है, जो लंबाई में 10 सेमी से अधिक है, बेसाल्टिक लावा में दरारें में क्लस्टरिंग। ये आमतौर पर कई गैलेटिड केकड़ों (मुनीडोप्सिस सबक्वामोसा) के साथ होते हैं।

पाए जाने वाले सबसे असामान्य जीवों में से एक ट्यूबवॉर्म रिफ्टिया पचीप्टिला है, जो बड़ी संख्या में समूह बना सकता है और 2 मीटर के करीब आकार तक पहुंच सकता है।

इन ट्यूबवॉर्म में मुंह, पेट या गुदा नहीं होता है (यानी, उनके पास पाचन तंत्र नहीं है); वे पूरी तरह से बंद थैली हैं, बिना किसी बाहरी वातावरण के।

चित्र 6. एनीमोन्स और मसल्स के साथ ट्यूबवॉर्म रिफ़ेटिया पचीप्टिला। स्रोत:

NOAA ओकेनोस एक्सप्लोरर प्रोग्राम, गैलापागोस रिफ्ट एक्सपेडिशन 2011

टिप पर कलमों का चमकीला लाल रंग बाह्य हीमोग्लोबिन की उपस्थिति के कारण होता है। हाइड्रोजन सल्फाइड को इस प्लम के फिलामेंट्स से जुड़े सेल मेम्ब्रेन में ले जाया जाता है, और एक्स्ट्रासेल्युलर हीमोग्लोबिन के माध्यम से एक विशेष "टिशू" तक पहुंच जाता है जिसे ट्रॉफोम कहा जाता है, जो पूरी तरह से सहजीवी केमोसाइनेटिक बैक्टीरिया से बना होता है।

इन कृमियों को बैक्टीरिया का आंतरिक "उद्यान" कहा जा सकता है जो हाइड्रोजन सल्फाइड पर फ़ीड करते हैं और कृमि के लिए "भोजन" प्रदान करते हैं, एक असाधारण अनुकूलन।

गर्म रेगिस्तान

गर्म रेगिस्तान पृथ्वी की सतह के 14 से 20% के बीच होते हैं, लगभग 19-25 मिलियन किमी।

सबसे गर्म रेगिस्तान, जैसे कि उत्तरी अफ्रीका के सहारा और दक्षिण-पश्चिमी अमेरिका, मैक्सिको और ऑस्ट्रेलिया के रेगिस्तान उत्तरी और दक्षिणी दोनों गोलार्ध में (लगभग 10 ° और 30- के बीच) कटिबंधों में पाए जाते हैं। 40 ° अक्षांश)।

रेगिस्तान के प्रकार

एक गर्म रेगिस्तान की एक परिभाषित करने वाली विशेषता है। कोपेन-गीगर जलवायु वर्गीकरण के अनुसार, रेगिस्तान 250 मिमी से कम वार्षिक वर्षा वाले क्षेत्र हैं।

हालांकि, वार्षिक वर्षा एक भ्रामक सूचकांक हो सकता है, क्योंकि पानी की कमी एक पानी के बजट की कमी है।

इस प्रकार, रेगिस्तान की संयुक्त राष्ट्र पर्यावरण कार्यक्रम परिभाषा सामान्य जलवायु परिस्थितियों में एक वार्षिक नमी की कमी है, जहां संभावित वाष्पीकरण (पीईटी) वास्तविक वर्षा (पी) से पांच गुना अधिक है।

उच्च रेगिस्तान गर्म रेगिस्तानों में प्रचलित है, क्योंकि क्लाउड कवर की कमी के कारण, सौर विकिरण शुष्क क्षेत्रों में अधिकतम पहुंचता है।

रेगिस्तानों को उनके स्तर के अनुसार दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

• हाइपर-एरिड: 0.05 की तुलना में कम अवधि (पी / पीईटी) के साथ।
• समुच्चय: 0.05 और 0.2 के बीच एक सूचकांक के साथ।

रेगिस्तान शुष्क-शुष्क भूमि (P / PET 0.2-0.5) और शुष्क उप-आर्द्र भूमि (0.5-0.65) से भिन्न होते हैं।

रेगिस्तान में अन्य महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं, जैसे कि उनके मजबूत तापमान में बदलाव और उनकी मिट्टी की उच्च लवणता।

दूसरी ओर, एक रेगिस्तान आमतौर पर टिब्बा और रेत से जुड़ा होता है, हालांकि, यह छवि केवल उन सभी के 15-20% से मेल खाती है; चट्टानी और पहाड़ी परिदृश्य सबसे अधिक रेगिस्तानी वातावरण हैं।

रेगिस्तान थर्मोफिलिक जीवों के उदाहरण

रेगिस्तानों के निवासी, जो थर्मोफाइल हैं, उन प्रतिकूलताओं का सामना करने के लिए अनुकूलन की एक श्रृंखला है जो बारिश, उच्च तापमान, हवाओं, लवणता, दूसरों के बीच की कमी से उत्पन्न होती हैं।

जेरोफाइटिक पौधों ने पसीने से बचने और जितना संभव हो उतना पानी स्टोर करने की रणनीति विकसित की है। उपजी और पत्तियों के रसीलापन या मोटा होना सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली रणनीतियों में से एक है।

यह कैक्टैसी परिवार में स्पष्ट है, जहां पत्तियां भी रीढ़ के रूप में संशोधित की गई हैं, दोनों वाष्पीकरण से बचने और जड़ी-बूटियों को पीछे हटाने के लिए।

चित्रा 7. सिंगापुर वनस्पति उद्यान में कैक्टस। स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स से केल्विन टीओ द्वारा Img

मूल रूप से नामीबियाई रेगिस्तान के जीनस लिथोप्स या पत्थर के पौधे भी रसीलापन विकसित करते हैं, लेकिन इस मामले में संयंत्र जमीन के साथ बहता है, आसपास के पत्थरों के साथ खुद को छलावरण करता है।

चित्र 8. एक चट्टान की तरह रेगिस्तानी रसीला पौधा है। स्रोत: कैलिफोर्निया वनस्पति उद्यान में स्टेन शेब्स

दूसरी ओर, इन चरम निवासों में रहने वाले जानवर शारीरिक से नैतिक तक सभी प्रकार के अनुकूलन विकसित करते हैं। उदाहरण के लिए, तथाकथित कंगारू चूहे कम मात्रा में पेशाब करते हैं और कम संख्या में होते हैं, इस प्रकार ये जानवर अपने जल-दुर्लभ वातावरण में बहुत कुशल होते हैं।

पानी के नुकसान को कम करने के लिए एक और तंत्र शरीर के तापमान में वृद्धि है; उदाहरण के लिए, आराम करने वाले ऊंटों का शरीर का तापमान गर्मियों में लगभग 34 डिग्री सेल्सियस से 40 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ सकता है।

निम्नलिखित के लिए जल संरक्षण में तापमान भिन्नता का बहुत महत्व है:

• शरीर के तापमान में वृद्धि का मतलब है कि पानी के वाष्पीकरण के माध्यम से निकाले जाने के बजाय शरीर में गर्मी जमा हो जाती है। बाद में, रात में, पानी को बर्बाद किए बिना अतिरिक्त गर्मी को निष्कासित किया जा सकता है।
• गर्म वातावरण से गर्मी कम हो जाती है, क्योंकि तापमान ढाल कम हो जाता है।

एक अन्य उदाहरण रेत चूहा (Psammomys obesus) है, जिसने एक पाचन तंत्र विकसित किया है जो उन्हें केवल चेनोपोडियासी परिवार के रेगिस्तान पौधों पर खिलाने की अनुमति देता है, जिसमें पत्तियों में बड़ी मात्रा में लवण होते हैं।

चित्रा 9. रेत चूहा (Psammomys obesus)। स्रोत: गैरी एल। क्लार्क, विकिमीडिया कॉमन्स से

रेगिस्तान के जानवरों के नैतिक (व्यवहारिक) अनुकूलन कई हैं, लेकिन शायद सबसे स्पष्ट तात्पर्य है कि गतिविधि-बाकी चक्र उलट है।

इस तरह, ये जानवर सूर्यास्त (रात की गतिविधि) में सक्रिय हो जाते हैं और भोर (दिन के आराम) में सक्रिय हो जाते हैं, इस प्रकार उनका सक्रिय जीवन सबसे गर्म घंटों के साथ मेल नहीं खाता है।

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