TERMÓFILOS: CARACTERÍSTICAS, CLASSIFICAÇÃO E AMBIENTES - BIOLOGIA - 2024

Os termofílicos são um subtipo de extremófilos caracterizado por altas temperaturas toleradas entre 50 ° C e 75 ° C, seja porque esses valores são mantidos de temperatura nesses ambientes extremos, seja porque frequentemente atingem.

Os organismos termofílicos são geralmente bactérias ou arquéias, no entanto, existem metazoários (organismos eucarióticos que são heterotróficos e de tecido), que também se desenvolvem em locais quentes.

Figura 1. Deserto do Atacama, no Chile, um dos lugares mais secos do mundo. Fonte: pixabay.com

Sabe-se também que organismos marinhos, associados em simbiose com bactérias termofílicas, podem se adaptar a essas altas temperaturas e que também desenvolveram mecanismos bioquímicos como hemoglobina modificada, volumetria, entre outros, que lhes permitem tolerar a toxicidade de sulfetos e compostos. enxofre.

Acredita-se que os procariontes termofílicos tenham sido as primeiras células simples na evolução da vida e habitariam locais com atividade vulcânica e gêiseres nos oceanos.

Exemplos desse tipo de organismos termofílicos são aqueles que vivem nas proximidades de fontes hidrotermais ou de fontes no fundo dos oceanos, como bactérias metanogênicas (produtoras de metano) e o anelídeo Riftia pachyptila.

Os principais habitats onde os termófilos podem ser encontrados são:

• Ambientes hidrotermais terrestres.
• Ambientes hidrotermais marinhos.
• Desertos quentes.

Características de organismos termofílicos

Temperatura: fator abiótico crítico para o desenvolvimento de microrganismos

A temperatura é um dos principais fatores ambientais que determinam o crescimento e a sobrevivência dos seres vivos. Cada espécie tem uma faixa de temperaturas dentro das quais pode sobreviver; no entanto, tem crescimento e desenvolvimento ideais em temperaturas específicas.

A taxa de crescimento de cada organismo versus a temperatura pode ser expressa graficamente, obtendo-se os valores correspondentes às temperaturas críticas importantes (mínima, ótima e máxima).

Temperaturas mínimas

Nas temperaturas mínimas de crescimento de um organismo, ocorre uma diminuição da fluidez da membrana celular e os processos de transporte e troca de materiais, como entrada de nutrientes e saída de substâncias tóxicas, podem ser interrompidos.

Entre a temperatura mínima e a temperatura ótima, a taxa de crescimento dos microrganismos aumenta.

Temperatura ótima

Na temperatura ideal, as reações metabólicas ocorrem com a maior eficiência possível.

Temperatura máxima

Acima da temperatura ideal, ocorre uma diminuição na taxa de crescimento até a temperatura máxima que cada organismo pode tolerar.

Nessas altas temperaturas, proteínas estruturais e funcionais como enzimas são desnaturadas e inativadas, pois perdem sua configuração geométrica e configuração espacial particular, a membrana citoplasmática se rompe e ocorre lise ou ruptura térmica por efeito do calor.

Cada microrganismo tem suas temperaturas mínima, ótima e máxima para operação e desenvolvimento. Os termófilos apresentam valores excepcionalmente altos nessas três temperaturas.

Características distintivas de organismos termofílicos

• Os organismos termofílicos têm altas taxas de crescimento, mas vidas curtas.
• Eles têm uma grande quantidade de gordura saturada de cadeia longa ou lipídios em sua membrana celular; esse tipo de gordura saturada é capaz de absorver calor e se tornar líquido em altas temperaturas (derretimento), sem ser destruída.
• Suas proteínas estruturais e funcionais são muito estáveis ​​ao calor (termoestáveis), por meio de ligações covalentes e forças intermoleculares especiais chamadas forças de dispersão de London.
• Eles também têm enzimas especiais para manter o funcionamento metabólico em altas temperaturas.
• Sabe-se que esses microrganismos termofílicos podem utilizar os sulfetos e compostos de enxofre abundantes em áreas vulcânicas, como fontes de nutrientes para convertê-los em matéria orgânica.

Classificação de organismos termofílicos

Os organismos termofílicos podem ser divididos em três grandes categorias:

• Termófilos moderados, (ideal entre 50-60 ° C).
• Termófilos extremos (ótimo próximo a 70 ° C).
• Hipertermófilos (ótimo próximo a 80 ° C).

Organismos termofílicos e seus ambientes

Ambientes hidrotermais terrestres

Os sítios hidrotermais são surpreendentemente comuns e amplamente distribuídos. Eles podem ser amplamente divididos entre aqueles que estão associados a áreas vulcânicas e aqueles que não estão.

Ambientes hidrotérmicos com as temperaturas mais altas são geralmente associados a características vulcânicas (caldeiras, falhas, limites de placas tectônicas, bacias de arco posterior), que permitem que o magma suba a uma profundidade onde pode interagir diretamente com as águas subterrâneas profundamente.

Figura 2. Gêiseres do Tatio, Atacama, Chile. Fonte: Diego Delso

Os pontos quentes também são frequentemente acompanhados por outras características que dificultam o desenvolvimento da vida, como valores extremos de pH, matéria orgânica, composição química e salinidade.

Habitantes de ambientes hidrotermais terrestres, portanto, sobrevivem na presença de várias condições extremas. Esses organismos são conhecidos como poliextremófilos.

Exemplos de organismos que habitam ambientes hidrotermais terrestres

Organismos pertencentes a todos os três domínios (eucariótico, bacteriano e arquea) foram identificados em ambientes hidrotermais terrestres. A diversidade desses organismos é determinada principalmente pela temperatura.

Embora uma gama diversificada de espécies bacterianas habite ambientes moderadamente termofílicos, os fotoautotróficos podem vir a dominar a comunidade microbiana e formar estruturas macroscópicas em forma de "tapete" ou "tapete".

Essas “esteiras fotossintéticas” estão presentes na superfície da maioria das fontes termais neutras e alcalinas (pH superior a 7,0) em temperaturas entre 40-71 ° C, com as cianobactérias estabelecidas como os principais produtores dominantes.

Acima de 55 ° C, as esteiras fotossintéticas são predominantemente habitadas por cianobactérias unicelulares, como Synechococcus sp.

Bactérias

As esteiras microbianas fotossintéticas também podem ser predominantemente habitadas por bactérias dos gêneros Chloroflexus e Roseiflexus, ambos membros da ordem Chloroflexales.

Quando associadas com cianobactérias, as espécies Chloreflexus e Roseiflexus crescem de maneira ideal em condições foto-heterotróficas.

Se o pH for ácido, os gêneros Acidiosphaera, Acidiphilium, Desulfotomaculum, Hydrogenobaculum, Methylokorus, Sulfobacillus Thermoanaerobacter, Thermodesulfobium e Thermodesulfator são comuns.

Em fontes hipertermofílicas (entre 72-98 ° C) sabe-se que não ocorre fotossíntese, o que permite o predomínio de bactérias quimiolitoautotróficas.

Esses organismos pertencem ao filo Aquificae e são cosmopolitas; eles podem oxidar hidrogênio ou enxofre molecular com oxigênio como um aceitador de elétrons e fixar carbono por meio da via do ácido tricarboxílico redutor (rTCA).

Arcos

A maioria das arquéias cultivadas e não cultivadas identificadas em ambientes térmicos neutros e alcalinos pertencem ao filo Crenarchaeota.

Espécies como Thermofilum pendens, Thermosphaera agregans ou Stetteria hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstonii, proliferam abaixo de 77 ° C e Thermoproteus neutrophilus, Vulcanisaeta distributa, Thermofilum pendens, Aeropyruni pernix, Desulfurococcus mobilis e Ignisphaera aggregans, em fontes com temperaturas superiores a 80 ° C.

Em ambientes ácidos, encontram-se arqueas dos gêneros: Sulfolobus, Sulfurococcus, Metallosphaera, Acidianus, Sulfurisphaera, Picrophilus, Thermoplasma, Thennocladium e Galdivirga.

Eucariotos

Dentre os eucariotos de fontes neutras e alcalinas, podem ser mencionados Thermomyces lanuginosus, Scytalidium thermophilum, Echinamoeba thermarum, Marinamoeba thermophilia e Oramoeba funiarolia.

Em fontes ácidas podem ser encontrados os gêneros: Pinnularia, Cyanidioschyzon, Cyanidium ou Galdieria.

Ambientes hidrotermais marinhos

Com temperaturas variando de 2 ° C a mais de 400 ° C, pressões acima de vários milhares de libras por polegada quadrada (psi) e altas concentrações de sulfeto de hidrogênio tóxico (pH de 2,8), as fontes hidrotermais de alto mar são possivelmente os ambientes mais extremos em nosso planeta.

Nesse ecossistema, os micróbios atuam como o elo inferior da cadeia alimentar, derivando sua energia do calor geotérmico e de produtos químicos encontrados nas profundezas do interior da Terra.

Figura 4. Respiradouro hidrotérmico e vermes tubulares. Fonte: photolib.noaa.gov

Exemplos de fauna associada a ambientes hidrotermais marinhos

A fauna associada a essas fontes ou respiradouros é muito variada e as relações entre os diferentes taxa ainda não são totalmente compreendidas.

Entre as espécies que foram isoladas estão bactérias e arqueas. Por exemplo, archaea do gênero Methanococcus, Methanopyus e bactérias anaeróbias termofílicas do gênero Caminibacter foram isoladas.

As bactérias prosperam em biofilmes nos quais se alimentam vários organismos, como anfípodes, copépodes, caracóis, camarões caranguejos, vermes tubulares, peixes e polvos.

Figura 5. Camarão do gênero Rimicaris, habitantes de fumarolas. Fonte: NOAA Okeanos Explorer Program, Mid-Cayman Rise Expedition 2011

Um cenário comum são as acumulações do mexilhão, Bathymodiolus thermophilus, com mais de 10 cm de comprimento, agrupando-se em fendas na lava basáltica. Geralmente são acompanhados por vários caranguejos galateídeos (Munidopsis subsquamosa).

Um dos organismos mais incomuns encontrados é o verme tubular Riftia pachyptila, que pode se agrupar em grande número e atingir tamanhos próximos a 2 metros.

Esses vermes tubulares não têm boca, estômago e ânus (ou seja, não têm sistema digestivo); são um saco totalmente fechado, sem qualquer abertura para o meio externo.

Figura 6. Verme tubular Riftia pachyptila com anêmonas e mexilhões. Fonte:

Programa NOAA Okeanos Explorer, Galapagos Rift Expedition 2011

A cor vermelha brilhante da caneta na ponta se deve à presença de hemoglobina extracelular. O sulfeto de hidrogênio é transportado através da membrana celular associada aos filamentos dessa pluma e, por meio da hemoglobina extracelular, atinge um "tecido" especializado denominado trofossomo, composto inteiramente por bactérias quimiossintéticas simbióticas.

Pode-se dizer que esses vermes têm um "jardim" interno de bactérias que se alimentam de sulfeto de hidrogênio e fornecem "alimento" para o verme, uma adaptação extraordinária.

Desertos quentes

Os desertos quentes cobrem entre 14 e 20% da superfície da Terra, aproximadamente 19-25 milhões de km.

Os desertos mais quentes, como o Saara do Norte da África e os desertos do sudoeste dos Estados Unidos, México e Austrália, são encontrados nos trópicos nos hemisférios norte e sul (entre aproximadamente 10 ° e 30- Latitude 40 °).

Tipos de desertos

Uma característica definidora de um deserto quente é a aridez. De acordo com a classificação climática Koppen-Geiger, os desertos são regiões com uma precipitação anual inferior a 250 mm.

No entanto, a precipitação anual pode ser um índice enganoso, já que a perda de água é uma decisão do orçamento de água.

Assim, a definição de deserto do Programa Ambiental das Nações Unidas é um déficit anual de umidade sob condições climáticas normais, onde a evapotranspiração potencial (PET) é cinco vezes maior do que a precipitação real (P).

O PET alto é prevalente em desertos quentes porque, devido à falta de cobertura de nuvens, a radiação solar se aproxima do máximo em regiões áridas.

Os desertos podem ser divididos em dois tipos de acordo com seu nível de aridez:

• Hiperárido: com índice de aridez (P / PET) menor que 0,05.
• Agregados: com índice entre 0,05 e 0,2.

Os desertos são distintos das terras áridas semi-áridas (P / PET 0,2-0,5) e das terras secas subúmidas (0,5-0,65).

Os desertos possuem outras características importantes, como as fortes variações de temperatura e a alta salinidade de seus solos.

Por outro lado, um deserto costuma estar associado a dunas e areia, no entanto, esta imagem corresponde apenas a 15-20% de todas elas; paisagens rochosas e montanhosas são os ambientes desérticos mais frequentes.

Exemplos de organismos termofílicos do deserto

Os habitantes dos desertos, que são termófilos, passam por uma série de adaptações para enfrentar as adversidades que surgem com a falta de chuvas, altas temperaturas, ventos, salinidade, entre outros.

As plantas xerófitas desenvolveram estratégias para evitar a transpiração e armazenar o máximo de água possível. A suculência ou espessamento de caules e folhas é uma das estratégias mais utilizadas.

É evidente na família Cactaceae, onde as folhas também foram modificadas em espinhos, tanto para prevenir a evapotranspiração quanto para repelir herbívoros.

Figura 7. Cactus no Jardim Botânico de Singapura. Fonte: Img de Calvin Teo, do Wikimedia Commons

O gênero Lithops ou planta pedra, nativa do deserto da Namíbia, também desenvolve suculência, mas neste caso a planta cresce rente ao solo, camuflando-se com as pedras ao redor.

Figura 8. Lithops herrei, uma planta suculenta do deserto parecida com uma rocha. Fonte: Stan Shebs, do Jardim Botânico da Universidade da Califórnia

Por outro lado, os animais que vivem nesses habitats extremos desenvolvem todos os tipos de adaptações, desde fisiológicas até etológicas. Por exemplo, os chamados ratos-canguru apresentam baixo volume urinário e em pequeno número, sendo, portanto, animais muito eficientes em seu ambiente de escassez de água.

Outro mecanismo para reduzir a perda de água é o aumento da temperatura corporal; Por exemplo, a temperatura corporal de camelos em repouso pode aumentar no verão de cerca de 34 ° C para mais de 40 ° C.

As variações de temperatura são de grande importância na conservação da água, para o seguinte:

• O aumento da temperatura corporal significa que o calor é armazenado no corpo em vez de ser dissipado pela evaporação da água. Mais tarde, à noite, o excesso de calor pode ser expelido sem desperdício de água.
• O ganho de calor do ambiente quente diminui, porque o gradiente de temperatura é reduzido.

Outro exemplo é o rato da areia (Psammomys obesus), que desenvolveu um mecanismo digestivo que permite se alimentar apenas de plantas desérticas da família Chenopodiaceae, que contêm grande quantidade de sais nas folhas.

Figura 9. Rato da areia (Psammomys obesus). Fonte: Gary L. Clark, do Wikimedia Commons

As adaptações etológicas (comportamentais) dos animais do deserto são numerosas, mas talvez a mais óbvia implique que o ciclo atividade-repouso seja revertido.

Desta forma, esses animais tornam-se ativos ao pôr do sol (atividade noturna) e deixam de ser ativos ao amanhecer (descanso diurno), portanto sua vida ativa não coincide com os horários mais quentes.

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