БиологияОбщие знания

Как выживает жизнь в экстремальных условиях?


Жизнь умудряется выживать в таких жарких местах, как вулканы, и таких холодных, как полюса нашей планеты. Организмы, процветающие в этих экстремальных условиях, называются экстремофилами, и их тела обладают уникальными приспособлениями для выживания в таких экстремальных условиях.

Земля огромна. От палящих жарких пустынь до ледяных холодных ледников, наряду с широким спектром сред, аккуратно разбросанных по всему земному шару, в каждом месте есть нечто общее - жизнь.

Однако человек не может комфортно жить в Антарктиде или открыть магазин в пустыне Сахара. Но это не значит, что там не может выжить абсолютно никакая жизнь. Вы можете удивиться, обнаружив организмы, живущие полноценной жизнью в самых странных, казалось бы, негостеприимных и враждебных условиях на Земле.

Немногочисленные организмы, которые выживают и процветают там, называются экстремофилами.

Что необходимо для возникновения жизни?

У всего живого есть несколько основных требований, которые необходимы для того, чтобы "жить". К ним относятся вода (или какой-либо растворитель), источник энергии и основные биомолекулы, такие как углеводы, белки, жиры и нуклеиновая кислота (ДНК).

Без этих основных потребностей организмы не имеют ресурсов для роста или выработки энергии для поддержания жизнедеятельности. Таким образом, в каждой из этих суровых сред организмы приспособились обеспечивать себя всем необходимым из окружающей среды.

Но это еще не все! Для того чтобы развиваться, им необходимо адаптироваться дальше. Это эквивалентно необходимости носить свитер, живя в холодной стране. Вы можете получать воду, пищу и кров, чтобы выжить, но в свитере вам, конечно, будет комфортнее, чем без него!

Как организмы живут в холоде?

Микроорганизмы и животные, какими бы умными они ни были, не могут связать себе свитер, чтобы оставаться в тепле. Вместо этого, с помощью эволюции их биология меняется.

Возьмем пингвинов - птиц, живущих на самом холодном континенте в мире. Их тело естественным образом устроено так, чтобы сохранять тепло. Их вены обернуты вокруг артерий, благодаря чему кровь в артериях остается немного теплее.

Кроме того, когда они ныряют в холодное море во время охоты, их сердцебиение замедляется на 15%. Это помогает организму сохранять больше энергии, которая может быть использована для выработки тепла. Даже перья на их теле перекрещиваются, защищая их от резкого холодного ветра и воды.

Другие арктические животные, такие как белые медведи, тюлени и песцы, имеют схожие черты. У них более густой мех, и их тело вырабатывает больше тепла.

Многие микроорганизмы также приспособились выживать в условиях сильного холода и называются психрофилами (что в основном означает "любящие холод"). Такие бактерии производят сахаристые желеобразные вещества, называемые экзополисахаридами, которые действуют как защитный слой одежды.

Некоторые бактерии и грибы даже производят белки-антифризы. Эти белки снижают точку замерзания воды, чтобы внутриклеточная вода внутри них не замерзала, что привело бы к внутренним разрывам.

Как организмы живут при сильной жаре?

А как насчет теплолюбивых организмов, термофилов? В пустынях, возле вулканов и в горячих источниках есть множество живых организмов. Как им удается выжить там, не вспотев и не сварившись?

Самая важная способность, которой обладают организмы, живущие в экстремально жарком климате, — это способность удерживать воду. Самый известный пример - верблюд - может прожить 7 месяцев без единого глотка воды.

Распространено заблуждение, что верблюды хранят воду в своих горбах, но это не так. На самом деле горб состоит из большого количества жировой ткани, которую верблюд использует в качестве альтернативного источника пищи, если не может найти ничего другого.

Верблюды наделены такой функцией, как потребление меньшего количества воды, чем подавляющее большинство организмов. Их клетки крови могут хранить гораздо больше воды, а мех не позволяет верблюду потеть и терять ее.

Кактусы приспособились к пустыне, накапливая воду в своих стеблях и имея колючие листья, чтобы предотвратить потерю воды из-за испарения. У них очень тонкие корни, которые покрывают большой радиус, что позволяет им впитывать все крошечные кусочки воды, которые им посчастливилось находить вокруг себя.

Микроорганизмы выживают в пустыне, оставаясь неактивными в течение всего года, за исключением времени, когда идет дождь.

Помимо пустынь, микробы могут выжить даже возле гидротермальных источников. Эти выходы представляют собой небольшие трещины, расположенные глубоко в море, откуда из-под земли откачивается чрезвычайно горячая вода с температурой около 122 ° C. Микроорганизмы, которые могут жить в таких местах, как гидротермальные источники или вулканы, называются гипертермофилами.

Клеточные мембраны гипертермофилов гораздо более гибкие, что позволяет им обладать большей текучестью, поэтому горячая вода может быстрее входить и выходить из них. Примерами гипертермофильных бактерий являются Hyperthermus butylicus и Methanopyrus kandleri.

Как вы можете себе представить, было бы трудно получить богатые энергией питательные вещества так глубоко в море, или вблизи вулканов, если на то пошло. Вместо этого такие микроорганизмы проходят химические реакции для получения энергии, используя окружающие их элементы. Например, некоторые микробы могут использовать серу, железо, метан или водород для получения энергии. В широком смысле их называют хемосинтезирующими микроорганизмами.

Где еще может выжить жизнь?

Помимо жарких и холодных регионов, на Земле есть множество других мест, где условия столь же суровы, но в них по-прежнему кипит жизнь. К ним относятся среды с экстремальным уровнем pH или чрезвычайно высоким содержанием соли, например, Мертвое море.

Иногда возле шахт мы находим чрезвычайно кислые водоемы, которые называются шахтными дренажами. Кислотные элементы в горных породах, такие как сульфид железа, реагируют с кислородом и водой, делая воду кислой. Эта вода может быть настолько кислой, что может растворять тяжелые металлы. Такая токсичная среда не может поддерживать жизнь крупных животных, но микроорганизмы каким-то образом могут там жить.

Такие кислотолюбивые бактерии (ацидофилы), такие, как Acetobacter aceti, поддерживают свой pH, производя немного больше щелочных белков в своем теле и выкачивая протоны (ионы H +). Это помогает нейтрализовать кислотные свойства окружающей среды. Вдобавок ко всему, белки, из которых состоит их тело, немного более щелочные, что помогает нейтрализовать кислую среду вокруг них.

И наоборот, для микроорганизмов, любящих щелочь. Они закачивают ионы H + в свои тела, чтобы нейтрализовать щелочную природу окружающей среды, а их клеточные белки больше склоняются к кислой стороне.

Даже в самых глубоких и темных уголках моря может обитать жизнь. Даже на глубине 10 км под земной корой могут существовать микроорганизмы, которые приспособились жить без солнечного света и достаточного количества воздуха. Жизненные формы были обнаружены даже на камнях, которые были извлечены из африканских золотых шахт на глубине 3 км под поверхностью Земли!

Заключение

Прочитав эту статью, вы наверняка подумали: "Ничего себе, жизнь действительно может выжить где угодно!". Именно эта мысль заставляет ученых ломать голову над вопросом о внеземной жизни. Возможно, на Луне, Марсе или в любой другой солнечной системе существуют какие-то формы жизни. Конечно, мы не можем быть единственными формами жизни во Вселенной, верно?

Конечно, в основном микроорганизмы могут выжить в таких суровых условиях. Сложным формам жизни, таким как животные, гораздо сложнее выжить при экстремальных температурах и давлениях.

Технически, любая другая планета, на которой есть вода (или ее эквивалент), а также источники энергии, должна быть способна поддерживать жизнь. Множество исследований было посвящено изучению экстремофилов и их механизмов выживания. Если ученые смогут разгадать их код, это может объяснить, как другие формы жизни могут выживать в других уголках Вселенной.

Следите за New-Science.ru на нашем канале Telegram, и на странице Вконтакте. Не пропустите ни одной нашей статьи и обновления, касающиеся аэрокосмической отрасли, науки и освоения космоса.
Подписывайтесь на нас
Back to top button