Организмы термальных вод. Экстремалы в мире животных Возрастная и половая структуры популяций

Горячие источники, встречающиеся обычно в вулканических местностях, имеют довольно богатое живое население.

Уже давно, когда о бактериях и других низших существах было самое поверхностное представление, было установлено существование в термах своеобразной флоры и фауны. Так, например, в 1774 г. Зоннерат сообщил о наличии рыб в горячих источниках Исландии, имеющих температуру 69°. Данный вывод не был позднее подтвержден другими исследователями в отношении терм Исландии, но в других местах аналогичные наблюдения все же были сделаны. На острове Ишиа (Ischia) в источниках с температурой выше 55° Эренберг (1858) отметил нахождение рыб. Гоппе-Зейлер (1875) также видел рыб в воде с температурой тоже около 55°. Если даже предположить, что во всех отмеченных случаях было неточно произведено термометрирование, то все же моясно дать заключение о способности некоторых рыб жить при довольно повышенной температуре. Наряду с рыбами, в термах подчас отмечали наличие лягушек, червей и моллюсков. В более позднее время здесь были обнаружены и простейшие животные.

В 1908 г. вышла в свет работа Исселя (Issel), более подробно установившего предельные температуры для животного мира, обитающего в горячих источниках.

Наряду с животным миром, в термах чрезвычайно легко устанавливается наличие водорослей, образующих подчас мощные обрастания. По указаниям Родиной (1945), толща накопившихся в горячих источниках водорослей нередко достигает нескольких метров.

Об ассоциациях термофильных водорослей и факторах, определяющих их состав, мы достаточно говорили в разделе «Водоросли, живущие при высокой температуре». Здесь лишь напомним, что наиболее термоустойчивыми из них являются синезеленые водоросли, могущие развиваться до температуры 80-85°. Зеленые водоросли выносят температуру несколько выше 60°, а диатомовые водоросли кончают развиваться приблизительно около 50°.

Как уже отмечалось, водоросли, развивающиеся в термах, играют существенную роль при образовании разного рода накипей, в состав которых входят минеральные соединения.

Термофильные водоросли оказывают большое влияние на развитие в термах бактериального населения. Они прижизненно путем экзосмоза выделяют в воду некоторое количество органических соединений, а отмирая, подавно создают для бактерий достаточно благоприятный субстрат. Неудивительно поэтому, что бактериальное население термальных вод наиболее богато представлено в местах скопления водорослей.

Переходя к термофильным бактериям горячих источников, мы должны указать, что в нашей стране они изучались весьма многими микробиологами. Здесь следует отметить имена Циклинской (1899), Губина (1924-1929), Афанасьевой-Кестер (1929), Егоровой (1936-1940), Волковой (1939), Родиной (1945) и Исаченко (1948).

Большинство исследователей, имевших дело с горячими источниками, ограничилось лишь фактом установления в них бактериальной флоры. Лишь сравнительно немногие микробиологи останавливались на принципиальных сторонах жизни бактерий в термах.

В нашем обзоре мы задержимся лишь на исследованиях последней группы.

Термофильные бактерии были обнаружены в горячих источниках ряда стран - Советского Союза, Франции, Италии, Германии, Словакии, Японии и др. Так как воды горячих источников бывают нередко бедны органическими веществами, то неудивительно, что в них подчас содержится весьма небольшое количество сапрофитных бактерий.

Размножение автотрофно питающихся бактерий, среди которых в термах довольно широко распространены железо — и серобактерии, определяется в основном химическим составом воды, а также и ее температурой.

Некоторые термофильные бактерии, выделенные из горячих вод, были описаны как новые виды. К подобным формам относятся: Bac. thermophilus filiformis. изученный Циклинской (1899), две спороносные палочки - Bac. ludwigi и Bac. ilidzensis capsulatus, выделенные Карлинским (1895), Spirochaeta daxensis, изолированная Кантакузеном (1910), и Thiospirillum pistiense, выделенная Чурда (1935).

Температура воды горячих источников сильно сказывается на видовом составе бактериального населения. В водах, имеющих более низкую температуру, найдены кокки и спирохэтоподобные бактерии (работы Родиной, Кантакузена). Однако и здесь преобладающей формой являются спороносные палочки.

Недавно влияние температуры на видовой состав бактериального населения терм было весьма красочно показано в работе Родиной (1945), которая изучала горячие источники Ходжи-Оби-Гарм в Таджикистане. Температура отдельных источников данной системы колеблется в пределах 50-86°. Соединяясь, эти термы дают ручей, на дне которого в местах с температурой, не превышающей 68°, наблюдалось бурное разрастание синезеленых водорослей. Местами водоросли образовывали толстые пласты разного цвета. У уреза воды, на боковых стенках ниш имелись отложения серы.

В разных источниках, в стоке, а также в толще синезеленых водорослей ставились на три дня стекла обрастания. Помимо этого, собранный материал высевался на питательные среды. Обнаружилось, что вода с наиболее высокой температурой имеет преимущественно палочковидных бактерий. Клиновидные формы, в частности напоминающие азотобактер, встречаются при температуре, не превышающей 60°. Судя по всем данным, можно сказать, что собственно азотобактер не растет выше 52°, а встречающиеся в обрастаниях крупные круглые клетки принадлежат другим видам микробов.

Наиболее термоустойчивыми являются некоторые формы бактерий, развивающиеся на мясо-пептонном агаре, тио-бактерии типа Tkiobacillus thioparus и десульфикаторы. Между прочим, стоит упомянуть, что Егорова и Соколова (1940) находили Microspira в воде, имевшей температуру 50-60°.

В работе Родиной азотфиксирующие бактерии не обнаруживались в воде при 50°. Однако при изучении грунтов анаэробные фиксаторы азота были обнаружены еще при 77°, а азотобактер - при 52°. Это заставляет полагать, что вода является вообще мало подходящим субстратом для азотфиксаторов.

Исследование бактерий в грунтах горячих источников обнаружило там ту же зависимость группового состава от температуры, что и в воде. Однако микронаселение грунтов было значительно богаче в численном отношении. Песчаные, бедные органическими соединениями грунты имели довольно скудное микронаселение, в то время как содержавшие темно-окрашенные органические вещества были обильно населены бактериями. Таким образом, связь состава субстрата с характером содержащихся в ней микроскопических существ здесь была выявлена чрезвычайно наглядно.

Заслуживает внимания то, что ни в воде, ни в илах Родиной не удалось обнаружить термофильных бактерий, разлагающих клетчатку. Данный момент мы склонны объяснить методическими трудностями, так как термофильные целлюлозуразлагающие бактерии довольно требовательны к питательным средам. Как показал Имшенецкий, для их выделения нужны довольно специфические питательные субстраты.

В горячих источниках, помимо сапрофитов, встречаются автотрофы - серо- и железобактерии.

Наиболее старые наблюдения о возможности роста серобактерий в термах были сделаны, очевидно, Мейером и Аренсом, а также Миоши. Развитие нитевидных серобактерий Миоши наблюдал в источниках, температура воды которых доходила до 70°. Егорова (1936), исследовавшая брагунские серные источники, отмечала наличие серобактерий даже при температуре воды 80°.

В главе «Общая характеристика морфологических и физиологических особенностей термофильных бактерий» мы достаточно подробно описали свойства термофильных железо — и серобактерий. Повторно приводить эти сведения не целесообразно, и мы ограничимся здесь лишь напоминанием, что отдельные роды и даже виды автотрофных бактерий оканчивают развитие при разной температуре.

Максимальная температура, таким образом, для серобактерий зарегистрирована около 80°. Для железобактерий типа Streptothrix ochraceae и Spirillum ferrugineum Миоши установил максимум в 41-45°.

Дюфренуа (Dufrencfy, 1921) нашел на отложениях в горячих водах с температурой в 50-63° железобактерий, весьма похожих на Siderocapsa. По его наблюдениям, рост нитчатых железобактерий происходил лишь в холодных водах.

Волкова (1945) наблюдала в минеральных источниках пятигорской группы развитие бактерий из рода Gallionella в том случае, когда температура воды не превышала 27-32°. В термах с более высокой температурой железобактерии отсутствовали совершенно.

Сопоставляя отмеченные нами материалы, невольно приходится сделать вывод, что в отдельных случаях не температура воды, а ее химический состав определяет развитие тех или иных микроорганизмов.

Бактерии, наряду с водорослями, принимают деятельное участие в образовании некоторых минералов биолитов и каустобиолитов. Более детально изучена роль бактерий в осаждении кальция. Данный вопрос подробно освещен в разделе о физиологических процессах, вызываемых термофильными бактериями.

Заслуживает внимания вывод, сделанный Волковой. Она отмечает, что «барежина», мощным покровом откладывающаяся в ручейках истоков серных источников Пятигорска, содержит очень много элементарной серы и в основе своей имеет мицелий плесневого гриба из рода Penicillium. Мицелий составляет строму, в которую включены палочковидные бактерии, относящиеся, повидимому, к серобактериям.

Брусов (Brussoff) полагает, что бактерии терм принимают также участие в образовании отложений кремнекислоты.

В термах обнаружены бактерии, редуцирующие сульфаты. По указаниям Афанасьевой-Кестер, они напоминают Microspira aestuarii van Delden и Vibrio thermodesulfuricans Elion. Ряд соображений о возможной роли этих бактерий в образовании сероводорода в термах высказал Губин (1924-1929).

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Некоторые организмы, если сравнивать их с другими, обладают рядом неоспоримых преимуществ, например, способностью выдерживать крайне высокие или низкие температуры. Таких выносливых живых существ в мире есть очень много. В статье ниже вы познакомитесь с самыми удивительными из них. Они, без преувеличения, способны выживать даже в экстремальных условиях.

1. Гималайские пауки-скакуны

Горные гуси, как известно, являются одними из самых высоко летающих птиц в мире. Они способны летать на высоте более 6 тысяч метров над землёй.

А знаете ли Вы, где находится высочайший населённый пункт на Земле? В Перу. Это город Ла-Ринконада, расположенный в Андах недалеко от границы с Боливией на высоте около 5100 метров над уровнем моря.

Между тем, рекорд самых высоко живущих существ на планете Земля достался Гималайским паукам-скакунам Эуофрис омнисуперстес (Euophrys omnisuperstes – «стоящие надо всем»), которые обитают в укромных уголках и трещинах на склонах горы Эверест. Альпинисты находили их даже на высоте 6700 метров. Эти крошечные пауки питаются насекомыми, которых заносит на горную вершину сильным ветром. Они являются единственными живыми существами, постоянно обитающими на такой огромной высоте, не считая, конечно, некоторые виды птиц. Известно также, что Гималайские пауки-скакуны способны выжить даже в условиях недостатка кислорода.

2. Гигантский кенгуровый прыгун

Когда нас просят назвать животное, которое способно обходиться без питьевой воды длительные периоды времени, первое, что приходит на ум – это верблюд. Однако в пустыне без воды он может продержаться не более 15 дней. И нет – верблюды не хранят запасы воды в своих горбах, как многие ошибочно полагают. Меж тем, на Земле всё же есть такие животные, которые живут в пустыне и способны прожить без единой капли воды в течение всей жизни!

Гигантские кенгуровые прыгуны являются родственниками бобров. Продолжительность их жизни составляет от трёх до пяти лет. Воду гигантские кенгуровые прыгуны получают вместе с пищей, а питаются они преимущественно семенами.

Гигантские кенгуровые прыгуны, как отмечают учёные, не потеют вовсе, поэтому они не теряют, а, наоборот, накапливают воду в организме. Найти их можно в Долине Смерти (штат Калифорния). Гигантские кенгуровые прыгуны в данный момент находятся под угрозой исчезновения.

3. Черви, устойчивые к высоким температурам

Поскольку вода проводит тепло от тела человека примерно в 25 раз более эффективно, чем воздух, то температура, равная 50 градусам Цельсия, в глубинах моря будет намного опаснее, нежели на суше. Именно поэтому под водой процветают бактерии, а не многоклеточные организмы, которые не выдерживают слишком высоких температур. Но есть и исключения…

Морские глубоководные кольчатые черви Паральвинелла сульфинкола (Paralvinella sulfincola), которые обитают рядом с гидротермальными источниками на дне Тихого океана, возможно, являются самыми теплолюбивыми живыми существами на планете. Результаты проведённого учёными эксперимента с нагреванием аквариума показали, что эти черви предпочитают селиться там, где температура достигает 45-55 градусов Цельсия.

4. Гренландская полярная акула

Гренландские полярные акулы являются одними из крупнейших живых существ на планете Земля, однако учёные практически ничего о них знают. Они плавают очень медленно, наравне с обычным пловцом-любителем. Тем не менее, увидеть гренландских полярных акул в океанских водах почти не представляется возможным, поскольку они, как правило, обитают на глубине, равной 1200 метрам.

Гренландские полярные акулы также считаются самыми холодолюбивыми существами в мире. Они предпочитают обитать в местах, где температура достигает 1-12 градусов Цельсия.

Гренландские полярные акулы живут в холодных водах, следовательно, им приходится экономить энергию; это объясняет тот факт, что плавают они весьма медленно – со скоростью не более двух километров в час. Гренландских полярных акул ещё называют «спящими акулами». В еде они не разборчивы: питаются всем, что удастся поймать.

По мнению некоторых учёных, продолжительность жизни Гренландских полярных акул может достигать 200 лет, однако пока это не было доказано.

5. Дьявольские черви

На протяжении нескольких десятилетий учёные думали, что только одноклеточные организмы способны выживать на очень больших глубинах. Считалось, что многоклеточные формы жизни там не могут обитать из-за недостатка кислорода, давления и высоких температур. Тем не менее, совсем недавно исследователи обнаружили на глубине нескольких тысяч метров от поверхности земли микроскопических червей.

Нематоды Halicephalobus mephisto, названные в честь демона из немецкого фольклора, были обнаружены Гаэтаном Боргони и Таллисом Онстоттом в 2011 году в пробах воды, взятой на глубине 3,5 километра в одной из пещер Южной Африки. Учёные выяснили, что они проявляют высокую стойкость в различных экстремальных условиях, как и те круглые черви, которые пережили катастрофу шаттла «Колумбия», произошедшую 1 февраля 2003 года. Обнаружение дьявольских червей может способствовать расширению области поиска жизни на Марсе и любой другой планете нашей Галактики.

6. Лягушки

Учёные заметили, что некоторые виды лягушек в буквальном смысле замерзают с наступлением зимы и, оттаивая весной, возвращаются к полноценной жизни. В Северной Америке насчитывается пять видов таких лягушек, наиболее распространённым из них является Rana sylvatica, или Лесная лягушка.

Лесные лягушки не умеют зарываться в землю, поэтому с наступлением холодов они просто прячутся под опавшие листья и замерзают, как и всё вокруг. Внутри организма у них срабатывает естественный «антифризовый» защитный механизм, и они, как компьютер, переходят в «спящий режим». Пережить зиму им во многом позволяют запасы глюкозы в печени. Но самым удивительным является то, что Лесные лягушки проявляют свою удивительную способность как в дикой природе, так и в лабораторных условиях.

7. Глубоководные бактерии

Все мы знаем, что глубочайшей точкой Мирового океана является Марианская впадина, которая находится на глубине более 11 тысяч метров. У её дна давление воды достигает 108,6 МПа, что примерно в 1072 раза больше нормального атмосферного давления на уровне Мирового океана. Несколько лет назад учёные при помощи камер высокого разрешения, помещённых в стеклянные сферы, обнаружили в Марианской впадине гигантских амёб. По мнению Джеймса Кэмерона, возглавлявшего экспедицию, в ней также процветают и другие формы жизни.

Изучив пробы воды со дна Марианской впадины, учёные обнаружили в ней огромное количество бактерий, которые, на удивление, активно размножались, несмотря на большую глубину и экстремальное давление.

8. Bdelloidea

Коловратки Bdelloidea – небольшие беспозвоночные животные, которые обычно встречаются в пресной воде.

У представителей коловраток Bdelloidea самцы отсутствуют, популяции представлены лишь партеногенетическими самками. Bdelloidea размножаются бесполым способом, что, по мнению учёных, негативно влияет на их ДНК. А какой самый лучший способ побороть эти вредные последствия? Ответ: съесть ДНК других форм жизни. Благодаря такому подходу, у Bdelloidea развилась удивительная способность выдерживать экстремальное обезвоживание. Более того, они могут выжить даже после получения смертельной для большинства живых организмов дозы радиации.

Учёные считают, что способность Bdelloidea к репарации ДНК была изначально дана им для выживания в условиях высоких температур.

9. Тараканы

Существует популярный миф о том, что после ядерной войны на Земле в живых останутся только тараканы. Эти насекомые способны неделями обходиться без еды и воды, однако ещё больше поражает тот факт, что они могут жить много дней спустя после того, как лишатся своей головы. Тараканы появились на Земле 300 миллионов лет назад, даже раньше, чем динозавры.

Ведущие «Разрушителей легенд» в одной из передач решили проверить тараканов на живучесть в ходе нескольких экспериментов. Сначала они подвергли определённое количество насекомых излучению в 1000 рад – дозе, способной убить здорового человека за считанные минуты. Из них выжить удалось почти половине. После Разрушители легенд увеличили мощность излучения до 10 тысяч рад (как при атомной бомбардировке Хиросимы). На этот раз выжило всего 10 процентов тараканов. Когда мощность излучения достигла 100 тысяч рад, ни одному таракану, к сожалению, остаться в живых не удалось.

Сегодня, 6 октября, отмечается Всемирный день охраны мест обитаний животных. В честь этого праздника предлагаем вам подборку из 5 животных, которые избрали своим домом места с самыми экстремальными условиями.

Живые организмы распространены по всей нашей планете, и многие из них обитают в местах с экстремальными условиями. Таких организмов называют экстремофилами. К ним относятся бактерии, археи и лишь немногие животные. О последних мы рассказываем в этой статье. 1. Помпейские черви . Эти глубоководные многощетинковые черви, не превышающие 13 см в длину, – одни из самых устойчивых к высоким температурам животных. Поэтому не удивительно, что обнаружить их можно исключительно на гидротермальных источниках на дне океанов (), из которых поступает высокоминерализованная горячая вода. Так, впервые колония помпейских червей была обнаружена в начале 1980-х годов на гидротермальных источниках в Тихом океане близ Галапагосских островов, а позднее, в 1997 году, – недалеко от Коста-Рики и снова на гидротермальных источниках.

Обычно помпейский червь размещает свое тело в трубообразных структурах черных курильщиков, где температура достигает 80°C, а свою голову с перьеобразными образованиями он высовывает наружу, где температура более низкая (около 22°C). Ученые давно стремятся понять, как помпейскому червю удается выдерживать такие экстремальные температуры. Исследования показали, что в этом ему помогают особые бактерии, которые образуют на спине червя слой толщиной до 1 см, напоминающий шерстяное покрывало. Находясь в симбиотических отношениях, черви выделяют слизь из крошечных желез на спине, которой кормятся бактерии, а последние в свою очередь изолируют тело животного от высоких температур. Считается, что эти бактерии обладают специальными белками, делающими возможной защиту червей и самих бактерий от высоких температур. 2. Гусеница Gynaephora . В Гренландии и Канаде обитает мотылек Gynaephora groenlandica, известный своей способностью выдерживать крайне низкую температуру. Так, обитая в холодном климате, гусеницы G. groenlandica, находясь в спячке, могут переносить температуру до -70° C! Это становится возможным благодаря соединениям (глицерин и бетаин), которые гусеницы начинают синтезировать в конце лета, когда температура понижается. Эти вещества предотвращают образование кристалликов льда в клетках животного и тем самым позволяют ему не замерзнуть насмерть.

Однако это не единственная особенность вида. Если для превращения из яиц во взрослую особь мотылькам большинства других видов требуется около месяца, развитие G. groenlandica может занять от 7 до 14 лет! Столь медленный рост Gynaephora groenlandica объясняется экстремальными условиями окружающей среды, в которых насекомому приходится развиваться. Интересно, что большую часть своей жизни гусеницы Gynaephora groenlandica проводят именно в спячке, а остальное время (около 5% своей жизни) они посвящают поеданию растительности, например, почек арктической ивы. 3. Нефтяные мухи . Это единственные из известных науке насекомых, которые могут жить в сырой нефти и питаться ей. Этот вид впервые был обнаружен на ранчо Ла-Брея в Калифорнии, где находится несколько битумных озер.

Авторы: Michael S. Caterino & Cristina Sandoval. Как известно, нефть является весьма токсичным веществом для большинства животных. Однако, будучи личинками, нефтяные мухи плавают вблизи нефтяной поверхности и дышат через особые дыхальца, которые выступают над нефтяной пленкой. Мухи поедают большое количество нефти, но главным образом насекомых, которые попадают в неё. Иногда кишечник мух бывает полностью заполнен нефтью. До сих пор учеными не описано брачное поведение этих мух, а также то, где они откладывают яйца. Тем не менее предполагается, что это происходит не внутри нефтяного бассейна.

Битумное озеро на ранчо Ла-Брея в Калифорнии. Интересно, что температура нефти в бассейне может достигать 38°C, однако личинки легко переносят эти изменения. 4. Артемии . Расположенное в северо-западной части американского штата Юта Большое Соленое озеро обладает соленостью, достигающей 270 промилле (для сравнения: самое соленое море Мирового океана - Красное море - имеет соленость только 41 промилле). Крайне высокая соленость водоема делает его непригодным для жизни всех живых существ в нем, кроме личинок мух-береговушек, некоторых водорослей и артемий – крошечных ракообразных.

Последние, к слову, обитают не только в этом озере, но и в других водоемах, соленость которых не ниже 60 промилле. Эта особенность позволяет артемии избежать сожительства с большинством видов хищников, таких как рыбы. Эти ракообразные обладают сегментированным телом с широким листоподобным придатком на конце, и обычно не превышают 12 миллиметров в длину. Их широко используют в качестве корма для аквариумных рыб, а также разводят в аквариумах. 5. Тихоходки . Эти крошечные создания, не превышающие 1 миллиметра в длину, - самые устойчивые к высоким температурам животные. Они обитают в разных местах планеты. Например, их находили в горячих источниках, где температура достигала 100°C, и на вершине Гималаев, под слоем толстого льда, где температура была гораздо ниже нуля. А вскоре удалось выяснить, что эти животные способны не только переносить экстремальные температуры, но и обходиться без пищи и воды более 10 лет!

Ученые выяснили, что в этом им помогает способность приостанавливать свой метаболизм, входя в состояние криптобиоза, когда химические процессы в организме животного приближаются к нулевому уровню. В этом состоянии содержание воды в организме тихоходки может упасть до 1%! А кроме того, способность обходиться без воды во многом зависит от высокого уровня особого вещества в организме этого животного - невосстанавливающегося сахара трегалозы, который защищает мембраны от разрушения. Интересно, что, несмотря на то что тихоходки способны жить в местах с экстремальными условиями, многие виды можно найти в более мягкой среде, например, в озерах, прудах или на лугах. Тихоходки наиболее распространены во влажной среде, во мхах и лишайниках.