олиготроф
Олиготроф организм – это , который может жить в среде с очень низким уровнем питательных веществ . Их можно противопоставить копиотрофам , которые предпочитают среду, богатую питательными веществами. Олиготрофы характеризуются медленным ростом, низкой скоростью метаболизма и, как правило, низкой плотностью населения. Олиготрофная среда – это среда, которая мало что дает для поддержания жизни. Эти среды включают глубокие океанические отложения, пещеры, ледниковые и полярные льды, глубокие подземные почвы, водоносные горизонты, океанские воды и выщелоченные почвы.
Примерами олиготрофных организмов являются пещерные олмы ; бактерия Candidatus Pelagibacter communis , которая является самым распространенным организмом в океане (по оценкам, 2 × 10 28 человек в целом); и лишайники с их чрезвычайно низкой скоростью обмена веществ .
Этимология
[ редактировать ]Этимологически слово «олиготроф» представляет собой сочетание греческого прилагательного олигос (ὀλίγος). [1] что означает «немногие» и прилагательное трофикос (τροφικός) [2] означает «кормление».
Адаптации растений
[ редактировать ]Адаптация растений к олиготрофным почвам обеспечивает большее и более эффективное поглощение питательных веществ, снижение их потребления и эффективное хранение питательных веществ. Улучшению поглощения питательных веществ способствуют такие адаптации корней, как азотфиксирующие корневые клубеньки , микоризы и кластерные корни . Потребление снижается из-за очень медленных темпов роста и эффективного использования малодоступных питательных веществ; например, использование высокодоступных ионов для поддержания тургорного давления , а питательные вещества с низкой доступностью резервируются для построения тканей. Несмотря на эти адаптации, потребность в питательных веществах обычно превышает их потребление в течение вегетационного периода, поэтому многие олиготрофные растения обладают способностью хранить питательные вещества, например, в тканях ствола, когда потребность в них низкая, и ремобилизовать их, когда потребность увеличивается.
Олиготрофные среды
[ редактировать ]Олиготрофы обитают в среде, где доступные питательные вещества мало что обеспечивают для поддержания жизни. Термин « олиготрофный » обычно используется для описания наземной и водной среды с очень низкими концентрациями нитратов, железа, фосфатов и источников углерода. [3] [4]
Олиготрофы приобрели механизмы выживания, включающие экспрессию генов в периоды недостатка питательных веществ, что позволило им добиться успеха в различных средах. Несмотря на способность жить при низких концентрациях питательных веществ, олиготрофам может быть трудно выжить в среде, богатой питательными веществами. [3]
Антарктида
[ редактировать ]Среда Антарктики очень мало что дает для поддержания жизни, поскольку большинство организмов плохо приспособлены к жизни в условиях ограничения питательных веществ и низких температур (ниже 5 °C). Таким образом, в этой среде присутствует большое количество психрофилов , которые хорошо приспособлены к жизни в антарктическом биоме. Большинство олиготрофов живут в озерах, где вода помогает поддерживать биохимические процессы роста и выживания. [5] Ниже приведены некоторые задокументированные примеры олиготрофной среды Антарктиды:
Озеро Восток , пресноводное озеро, изолированное от мира на глубине 4 км (2,5 мили) антарктического льда, часто считается основным примером олиготрофной среды. [6] Анализ образцов льда показал наличие экологически разделенной микросреды. Изоляция микроорганизмов из каждой микросреды привела к открытию широкого спектра различных микроорганизмов, присутствующих внутри ледникового покрова. [7] Также были обнаружены следы грибов, что предполагает возможность уникальных симбиотических взаимодействий. [8] [7] Обширная олиготрофность озера заставила некоторых поверить в то, что некоторые части озера полностью стерильны. [8] Это озеро является полезным инструментом для моделирования исследований внеземной жизни на замороженных планетах и других небесных телах. [9]
Кривое озеро — ультраолиготрофное ледниковое озеро. [10] с тонким распространением гетеротрофных и автотрофных микроорганизмов. [11] Микробная петля играет большую роль в круговороте питательных веществ и энергии в этом озере, несмотря на особенно низкую численность и продуктивность бактерий в этой среде. [10] Небольшое экологическое разнообразие можно объяснить низкими годовыми температурами озера. [12] В этом озере обнаружены следующие виды: , Chlamydomonas , Scourfeldia , Cryptomonas , Akistrodesmus falcatus и Ochromonas Daphniopsis studeri (микроракообразное). Предполагается, что низкий конкурентный отбор против Daphniopsis studeri позволил этому виду выжить достаточно долго, чтобы размножаться в условиях с ограниченным количеством питательных веществ. [11]
Австралия
[ редактировать ]Песчаные равнины и латеритные почвы юга Западной Австралии , где чрезвычайно толстый кратон исключал любую геологическую деятельность со времен кембрия не было оледенения , способного обновить почвы , а со времен каменноугольного периода . Таким образом, почвы чрезвычайно бедны питательными веществами, и большая часть растительности должна использовать такие стратегии, как кластерные корни , чтобы получить даже самые маленькие количества таких питательных веществ, как фосфор и сера .
Однако растительность в этих регионах отличается своим биоразнообразием , которое местами столь же велико, как и в тропических лесах , и дает одни из самых впечатляющих полевых цветов в мире. Однако ему серьезно угрожает изменение климата , которое сместило пояс зимних дождей на юг, а также расчистка земель для сельского хозяйства и использование удобрений , что в первую очередь обусловлено низкой стоимостью земли, что делает сельское хозяйство экономически выгодным даже при урожайности, лишь незначительной по сравнению с урожайностью в Европа или Северная Америка.
Южная Америка
[ редактировать ]Примером олиготрофных почв являются почвы на белых песках с рН почвы ниже 5,0 в бассейне Рио-Негру на севере Амазонии , где расположены очень малоразнообразные, чрезвычайно хрупкие леса и саванны, осушенные черноводными реками ; Темный цвет воды обусловлен высокой концентрацией дубильных веществ , гуминовых кислот и других органических соединений, образующихся в результате очень медленного разложения растительных веществ. [13] [14] [15] Подобные леса встречаются в олиготрофных водах дельты реки Патия на тихоокеанской стороне Анд. [16]
Океан
[ редактировать ]В океане субтропические круговороты к северу и югу от экватора представляют собой регионы, в которых питательные вещества, необходимые для роста фитопланктона (например, нитраты , фосфаты и кремниевая кислота ), сильно истощаются круглый год. Эти области описываются как олиготрофные и имеют низкую поверхность хлорофилла . Их иногда называют «океанскими пустынями». [17]
Олиготрофные почвенные среды
[ редактировать ]К олиготрофным почвенным средам относятся сельскохозяйственные почвы, мерзлые почвы и т. д . [18] [19] Различные факторы, такие как разложение , структура почвы, внесение удобрений и температура , могут влиять на доступность питательных веществ в почвенной среде. [18] [19]
Как правило, питательные вещества становятся менее доступными по глубине почвенной среды, поскольку на поверхности органические соединения, разложившиеся из растительных и животных остатков , быстро потребляются другими микробами, что приводит к нехватке питательных веществ на более глубоких уровнях почвы. [18] Кроме того, метаболические отходы, производимые микроорганизмами на поверхности, также вызывают накопление токсичных химикатов в более глубоких областях. [18] Кроме того, кислород и вода важны для некоторых метаболических путей, но воде и кислороду трудно диффундировать по мере увеличения глубины. [18] Некоторые факторы, такие как почвенные агрегаты, поры и внеклеточные ферменты, могут способствовать диффузии воды, кислорода и других питательных веществ в почву. [20] Более того, наличие минералов под почвой обеспечивает альтернативные источники для видов, обитающих в олиготрофной почве. [20] Что касается сельскохозяйственных земель, то внесение удобрений оказывает сложное воздействие на источник углерода, увеличивая или уменьшая содержание органического углерода в почве. [20]
Collimonas – один из видов, способных обитать в олиготрофной почве. [21] Одной из общих черт среды обитания коллимонас является присутствие грибов, поскольку коллимонас обладает способностью не только гидролизовать хитин , вырабатываемый грибами, для получения питательных веществ, но и производить материалы (например, P. fluorescens 2-79), защищающие себя от грибковая инфекция. [21] Взаимоотношения распространены в олиготрофных средах. Кроме того, Коллимонас также может получать источники электронов из горных пород и минералов путем выветривания . [21]
Что касается полярных регионов, таких как Антарктика и Арктика, почвенная среда считается олиготрофной, поскольку почва заморожена с низкой биологической активностью. [19] Наиболее многочисленными видами в мерзлой почве являются Actinomycetota , Pseudomonadota , Acidobacteriota и Cyanobacteria , а также небольшое количество архей и грибов. [19] Actinomycetota может поддерживать активность своих метаболических ферментов и продолжать биохимические реакции в широком диапазоне низких температур. [19] Кроме того, механизм восстановления ДНК Actinomycetota защищает их от летальной мутации ДНК при низкой температуре. [19]
См. также
[ редактировать ]- Олиготрофное озеро
- Эвтрофное озеро
- Pelagibacter ubique , самый распространенный вид на Земле и олиготроф обтекаемой формы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ ὀλίγος . Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский лексикон в проекте «Персей»
- ^ τροφικός . Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский лексикон в проекте «Персей»
- ^ Перейти обратно: а б Кох, Артур Л. (июль 2001 г.). «Олиготрофы против копиотрофов». Биоэссе . 23 (7): 657–61. дои : 10.1002/bies.1091 . ПМИД 11462219 . S2CID 39126203 .
- ^ Хорикоши, Коки (2016). Экстремофилы: С чего все началось . Токио, Япония: Springer Japan. дои : 10.1007/978-4-431-55408-0 . ISBN 978-4-431-55407-3 . S2CID 199493176 .
- ^ Анесио, Александр М.; Лейборн-Пэрри, Джоанна (апрель 2012 г.). «Ледники и ледяные щиты как биом». Тенденции в экологии и эволюции . 27 (4): 219–225. Бибкод : 2012TEcoE..27..219A . дои : 10.1016/j.tree.2011.09.012 . ПМИД 22000675 .
- ^ Ширмайер, К. (2011). «Гонка на время для рейдеров затерянного озера» . Природа . 469 (7330): 275. Бибкод : 2011Natur.469..275S . дои : 10.1038/469275a . ПМИД 21248808 .
- ^ Перейти обратно: а б Д'Элия, Т.; Вирапанени, Р.; Роджерс, СО (13 июня 2008 г.). «Выделение микробов из нарастающего льда озера Восток» . Прикладная и экологическая микробиология . 74 (15): 4962–4965. Бибкод : 2008ApEnM..74.4962D . дои : 10.1128/АЕМ.02501-07 . ПМК 2519340 . ПМИД 18552196 .
- ^ Перейти обратно: а б Булат, Сергей А.; Алехина Ирина А.; Блот, Мишель; Пети, Жан-Робер; де Анжелис, Мартина; Вагенбах, Дитмар; Липенков Владимир Я.; Васильева, Лада П.; Влох, Доминика М.; Рейно, Доминик; Лукин, Валерий В. (январь 2004 г.). «ДНК-подпись термофильных бактерий из старого нарастающего льда озера Восток, Антарктида: значение для поиска жизни в экстремальных ледяных средах» . Международный журнал астробиологии . 3 (1): 1–12. Бибкод : 2004IJAsB...3....1B . дои : 10.1017/S1473550404001879 .
- ^ Булат, С.А.; Алехина И.А.; Липенков В. Я.; Лукин В.В.; Мари, Д.; Пети, младший (6 декабря 2009 г.). «Концентрация клеток микроорганизмов в ледниковом и озерном льду ледового керна Восток, Восточная Антарктида». Микробиология . 78 (6): 808–810. дои : 10.1134/S0026261709060216 . S2CID 8906848 .
- ^ Перейти обратно: а б Севстрем, Кристин; Анесио, М. Александр; Гранели, Вильгельм; Лэйборн-Пэрри, Джоанна (31 октября 2006 г.). «Сезонная динамика вирусной петли в двух крупных ультраолиготрофных пресноводных озерах Антарктики». Микробная экология . 53 (1): 1–11. дои : 10.1007/s00248-006-9146-5 . ПМИД 17075732 . S2CID 1833362 .
- ^ Перейти обратно: а б Лейбум-Пэрри, Джоанна; Маршан, HJ; Браун, П. (1991). «Планктон большого олиготрофного пресноводного антарктического озера». Журнал исследований планктона . 13 (6): 1137–1149. дои : 10.1093/планкт/13.6.1137 . ISSN 0142-7873 .
- ^ Хеншоу, Трейси; Лейборн-Пэрри, Дж. (октябрь 2002 г.). «Годовые закономерности фотосинтеза в двух крупных пресноводных ультраолиготрофных антарктических озерах». Полярная биология . 25 (10): 744. Бибкод : 2002PoBio..25..744H . дои : 10.1007/s00300-002-0402-y . ISSN 0722-4060 . S2CID 42895583 .
- ^ Янзен, Д.Х. (1974). «Тропические реки Блэкуотер, животные и плодоношение мачт Dipterocarpaceae». Биотропика . 6 (2): 69–103. Бибкод : 1974Биотр...6...69J . дои : 10.2307/2989823 . JSTOR 2989823 .
- ^ Сиоли, Харальд (1975). «Тропические реки как выражение их земной среды» . В Голлее, ФБ; Медина, Э. (ред.). Тропические экологические системы/Тенденции в исследованиях наземных и водных организмов . Нью-Йорк: Спрингер. стр. 275–288 . ISBN 978-0-387-06706-3 .
- ^ Герман, Лаура А. (2004). «Экологическая практика и экосистемы черной воды: пример бразильской Амазонки». Экология человека . 32 (6): 653–683. дои : 10.1007/s10745-004-6831-1 . S2CID 153566259 .
- ^ Дель Валле-Аранго, Хорхе Игнасио (2003). «Количество, качество и питательные вещества, перерабатываемые мелкой листовой подстилкой в болотистых лесах южной части Тихого океана Колумбии». Межнаучный . 28 (8): 443–452. (на испанском языке)
- ^ «Исследование показывает, что океанские «пустыни» расширяются» . НОАА . 05.03.2008 . Проверено 17 июля 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Морита, Ричард Юкио (1997). Бактерии в олиготрофных средах: образ жизни «голод-выживание» . Нью-Йорк: Чепмен и Холл. стр. 50–89. ISBN 9780412106613 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Махаланьяне, Тулани Питер; Гетем, Марк Уорвик Ван; Коуэн, Дон Артур (2016). «Микробное разнообразие и функциональная способность полярных почв» . Современное мнение в области биотехнологии . 38 : 159–166. дои : 10.1016/j.copbio.2016.01.011 . hdl : 2263/52220 . ПМИД 26921734 . S2CID 241167 .
- ^ Перейти обратно: а б с Финн, Дэмиен; Копиттке, Питер М.; Деннис, Пол Г.; Далал, Рам К. (2017). «Преобразование микробной энергии и вещества в сельскохозяйственных почвах» (PDF) . Биология и биохимия почвы . 111 : 176–192. Бибкод : 2017SBiBi.111..176F . doi : 10.1016/j.soilbio.2017.04.010 .
- ^ Перейти обратно: а б с Лево, Йохан Х.Дж.; Урос, Стефан; Де Бур, Витце (01 февраля 2010 г.). «Бактериальный род Collimonas: микофагия, выветривание и другие адаптивные решения к жизни в олиготрофной почвенной среде». Экологическая микробиология . 12 (2): 281–292. Бибкод : 2010EnvMi..12..281L . дои : 10.1111/j.1462-2920.2009.02010.x . ISSN 1462-2920 . ПМИД 19638176 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Специальный выпуск об олиготрофификации озер опубликован в журнале Freshwater Biology.