Oligotrof - Oligotroph
Oligotroph jest organizmem , który może żyć w środowisku, które oferuje bardzo niskie poziomy substancji odżywczych . Można im przeciwstawić kopiotrofy , które preferują środowiska bogate w składniki odżywcze. Oligotrofy charakteryzują się powolnym wzrostem, niskim tempem metabolizmu i ogólnie niską gęstością zaludnienia. Środowiska oligotroficzne to takie, które niewiele oferują do podtrzymania życia. Środowiska te obejmują głębokie osady oceaniczne, jaskinie, lód lodowcowy i polarny, głębokie gleby podpowierzchniowe, warstwy wodonośne, wody oceaniczne i gleby ługowane.
Przykładami organizmów oligotroficznych są odmieńcy jaskiniowe ; bakteria Pelagibacter ubique , która jest najliczniejszym organizmem w oceanach , licząc łącznie 2 × 10 28 osobników; oraz porosty z wyjątkowo niskim tempem metabolizmu .
Etymologicznie słowo „oligotrof” jest połączeniem greckiego przymiotnika oligos (ὀλίγος) oznaczającego „niewiele” oraz przymiotnika trophikos (τροφικός) oznaczającego „karmienie”.
Adaptacje roślin
Adaptacje roślin do gleb oligotroficznych zapewniają większe i bardziej wydajne pobieranie składników odżywczych, zmniejszone ich zużycie i wydajne ich przechowywanie. Poprawę wchłaniania składników odżywczych ułatwiają adaptacje korzeni, takie jak guzki korzeni wiążące azot , mikoryzy i korzenie klastra . Zużycie zmniejsza się dzięki bardzo powolnemu wzrostowi i efektywnemu wykorzystaniu trudno dostępnych składników odżywczych; na przykład użycie wysoko przyswajalnych jonów w celu utrzymania ciśnienia turgoru , przy niskiej dostępności składników odżywczych zarezerwowanych do budowy tkanek. Pomimo tych dostosowań, zapotrzebowanie na składniki odżywcze zwykle przekracza pobór w okresie wegetacji, więc wiele roślin oligotroficznych ma zdolność magazynowania składników odżywczych, na przykład w tkankach pnia, gdy zapotrzebowanie jest niskie, i ponownego ich mobilizacji, gdy zapotrzebowanie wzrasta.
Środowiska oligotroficzne
Oligotrofy zamieszkują środowiska, w których dostępne składniki odżywcze niewiele oferują do podtrzymania życia. Termin „ oligotroficzny ” jest powszechnie używany do opisania środowisk lądowych i wodnych o bardzo niskich stężeniach azotanów, żelaza, fosforanów i źródeł węgla.
Oligotrofy nabyły mechanizmy przetrwania, które obejmują ekspresję genów w okresach niskiego poziomu składników odżywczych, co pozwoliło im odnosić sukcesy w różnych środowiskach. Pomimo zdolności do życia w niskich stężeniach składników odżywczych, oligotrofy mogą mieć trudności z przetrwaniem w środowiskach bogatych w składniki odżywcze.
Antarktyda
Środowiska antarktyczne oferują bardzo niewiele do utrzymania życia, ponieważ większość organizmów nie jest dobrze przystosowana do życia w warunkach ograniczających zawartość składników odżywczych i niskich temperaturach (poniżej 5 ° C). W związku z tym środowiska te charakteryzują się dużą liczbą psychrofili , dobrze przystosowanych do życia w biomie antarktycznym. Większość oligotrofów żyje w jeziorach, w których woda wspomaga procesy biochemiczne wzrostu i przetrwania. Poniżej znajduje się kilka udokumentowanych przykładów środowisk oligotroficznych na Antarktydzie:
Jezioro Wostok , słodkowodne jezioro, które zostało odizolowane od świata poniżej 4 km (2,5 mil) lodu antarktycznego, jest często uważane za główny przykład środowiska oligotroficznego. Analiza próbek lodu wykazała oddzielone ekologicznie mikrośrodowiska. Izolacja mikroorganizmów z każdego mikrośrodowiska doprowadziła do odkrycia szerokiej gamy różnych mikroorganizmów obecnych w lądolodzie. Zaobserwowano również ślady grzybów, co sugeruje potencjał wyjątkowych interakcji symbiotycznych. Rozległa oligotrofia jeziora doprowadziła niektórych do przekonania, że części jeziora są całkowicie sterylne. To jezioro jest pomocnym narzędziem do symulacji badań dotyczących życia pozaziemskiego na zamarzniętych planetach i innych ciałach niebieskich.
Crooked Lake to ultra-oligotroficzne jezioro polodowcowe z niewielkim rozmieszczeniem mikroorganizmów heterotroficznych i autotroficznych . Pętla mikrobiologiczna odgrywa dużą rolę w kolarstwie składników odżywczych i energii w tym jeziorze, mimo małej liczebności bakterii szczególnie i produktywności w tych środowiskach. Niewielką różnorodność ekologiczną można przypisać niskim rocznym temperaturom jeziora. Gatunki odkryte w tym jeziorze to Ochromonas , Chlamydomonas , Scourfeldia , Cryptomonas , Akistrodesmus falcatus , i Daphniopsis studeri (a microcrustacean). Sugeruje się, że niska konkurencyjna selekcja przeciwko Daphniopsis studeri pozwoliła gatunkowi przeżyć wystarczająco długo, aby rozmnażać się w środowisku o ograniczonej zawartości składników odżywczych.
Australia
Równiny piaszczyste i gleby laterityczne w południowej Australii Zachodniej , gdzie niezwykle gruby kraton wykluczał jakąkolwiek aktywność geologiczną od kambru, a od czasów karbonu nie było zlodowacenia, które odnawia gleby . W związku z tym gleby są wyjątkowo ubogie w składniki odżywcze, a większość roślinności musi stosować strategie, takie jak korzenie klastrów, aby uzyskać nawet najmniejsze ilości takich składników odżywczych, jak fosfor i siarka .
Roślinność w tych regionach jest jednak niezwykła ze względu na swoją bioróżnorodność , która miejscami jest tak wielka, jak w lasach tropikalnych i wytwarza jedne z najbardziej spektakularnych dzikich kwiatów na świecie. Jest jednak poważnie zagrożona przez zmiany klimatyczne, które przesunęły zimowy pas deszczowy na południe, a także przez wycinki dla rolnictwa i stosowanie nawozów , co jest głównie spowodowane niskimi kosztami ziemi, które sprawiają, że rolnictwo jest ekonomiczne nawet przy plonach ułamka tych w Europa lub Ameryka Północna.
Ameryka Południowa
Przykładem gleb oligotroficznych są te na piaszczystych piaskach, z pH gleby poniżej 5,0, w dorzeczu Rio Negro w północnej Amazonii, w którym znajdują się bardzo mało różnorodne, niezwykle delikatne lasy i sawanny osuszane przez czarne rzeki ; ciemny kolor wody ze względu na wysokie stężenie garbników , kwasów humusowych i innych związków organicznych pochodzących z bardzo powolnego rozkładu materii roślinnej. Podobne lasy znajdują się w oligotroficznych wodach delty rzeki Patia po pacyficznej stronie Andów.
Ocean
W oceanie , to subtropikalnych gyres na północ i na południe od równika, są regiony, w których składniki odżywcze niezbędne dla fitoplanktonu wzrostu (na przykład azotanów , fosforanów i kwasu krzemowego ) są mocno uszczuplone przez cały rok. Obszary te są określane jako oligotroficzne i wykazują niską powierzchnię chlorofilu . Czasami określa się je mianem „pustyń oceanicznych”.
Oligotroficzne środowiska glebowe
Oligotroficzne środowiska glebowe obejmują glebę rolniczą, zamarzniętą i tak dalej . Różne czynniki, takie jak rozkład , struktura gleby, nawożenie i temperatura , mogą wpływać na dostępność składników odżywczych w środowisku glebowym.
Ogólnie rzecz biorąc, składnik pokarmowy staje się mniej dostępny w głębi środowiska glebowego, ponieważ na powierzchni związki organiczne rozkładane z resztek roślinnych i zwierzęcych są szybko konsumowane przez inne drobnoustroje, co skutkuje brakiem składników odżywczych w głębszych warstwach gleby. Ponadto odpady metaboliczne wytwarzane przez mikroorganizmy na powierzchni powodują również gromadzenie się toksycznych chemikaliów w głębszych obszarach. Ponadto tlen i woda są ważne dla niektórych szlaków metabolicznych, ale wraz ze wzrostem głębokości dyfuzja wody i tlenu jest trudna. Niektóre czynniki, takie jak agregaty glebowe, pory i enzymy zewnątrzkomórkowe, mogą wspomagać dyfuzję wody, tlenu i innych składników odżywczych do gleby. Ponadto obecność minerałów pod ziemią stanowi alternatywne źródła dla gatunków żyjących w glebie oligotroficznej. W przypadku użytków rolnych stosowanie nawozów ma skomplikowany wpływ na źródło węgla, zwiększając lub zmniejszając zawartość węgla organicznego w glebie.
Collimonas to jeden z gatunków zdolnych do życia w glebie oligotroficznej. Jedną wspólną cechą środowisk, w których żyją Collimonas, jest obecność grzybów, ponieważ Collimonas mają zdolność nie tylko hydrolizowania chityny wytwarzanej przez grzyby w celu uzyskania składników odżywczych, ale także produkcji materiałów (np. P. fluorescens 2-79), które chronią się przed zakażenie grzybicze. Wzajemna relacja jest powszechna w środowiskach oligotroficznych. Dodatkowo Collimonas może również pozyskiwać źródła elektronów ze skał i minerałów poprzez wietrzenie .
Jeśli chodzi o obszary polarne, takie jak region Antarktyki i Arktyki, środowisko glebowe jest uważane za oligotroficzne, ponieważ gleba jest zamarznięta z niską aktywnością biologiczną. Najliczniej występujące w zamarzniętej glebie gatunki to Actinobacteria , Proteobacteria , Acidobacteria i Cyanobacteria , a także niewielka ilość archeonów i grzybów. Aktynobakterie mogą utrzymywać aktywność swoich enzymów metabolicznych i kontynuować swoje reakcje biochemiczne w szerokim zakresie niskich temperatur. Ponadto mechanizm naprawy DNA w Actinobacteria chroni je przed śmiercionośną mutacją DNA w niskiej temperaturze.
Zobacz też
- Jezioro oligotroficzne
- Jezioro eutroficzne
- Pelagibacter ubique , najbardziej rozpowszechniony gatunek na Ziemi i opływowy oligotrof
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Specjalne wydanie na temat oligotrofizacji jeziora opublikowane w Freshwater Biology