Vida en mitjans d'alta temperatura

1990/03/01 Urdanpilleta Iraola, Maxux Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biologia

Si el mitjà és especial, és a dir, massa calent, massa humit o massa salat, sabem que la majoria dels éssers vius desapareixen. No obstant això, la informació disponible sobre aquests entorns és escassa.

No obstant això, en aquests entorns singulars podem trobar uns pocs éssers vius:

• Lagos amb aigua salada
• En caps de cec amb aigües minerals calentes
• En mars profundes
• Alta atmosfera
• En la neu que no desapareixen mai

Sens dubte, les més singulars són les zones d'alta temperatura.

Influència de la temperatura

La temperatura és el paràmetre que més influeix en l'activitat de la cèl·lula.

Encara que la temperatura al llarg del planeta és moderada, sempre trobem zones d'alta temperatura en les proximitats dels volcans. Només sobreviuen els bacteris a més de 60 °C. La majoria de plantes i animals desapareixen per sobre dels 37 °C. A alguns investigadors li semblava interessant saber fins a quina temperatura pot durar cada ser. En aquest sentit, Cohn va realitzar estudis exhaustius i la conclusió més important que va obtenir va ser:

A mesura que augmenta la temperatura, els grups taxonòmics complets desapareixen.

Des del punt de vista filogenètic, els éssers vius poden ser de dos tipus:

• Eucariotes Regla
• Els procariotes El que no tenen nucli, l'únic exemple del qual són els bacteris.

No podem trobar éssers vius multicirculares que sobrepassin els 50 °C.

Els éssers vius que poden sobrepassar els 60 °C es coneixen com termofilos i els procariotes, és a dir, només es desenvolupen bacteris a aquestes temperatures.

Però entre els procariotes només podem trobar alguns en biòtops superiors a 60 °C. A més, alguns bacteris que viuen a altes temperatures no sols són termofilos sinó també acidòfils, és a dir, poden viure a pH baixos.

L'espècie bacteriana més termofílica es va aïllar en 1982, donant-li el nom de Pyrodictium. Aquest bacteri es pot desenvolupar a 11 °C. Fins fa poc es pensava que els éssers vius només podien resistir fins als 100 °C.

A pesar que les recerques dutes a terme en els últims anys han donat lloc a entorns de 350 °C, es considera que la temperatura més alta que poden suportar els éssers vius està entre 110 i 250 °C.

Estudi dels biòtops geotèrmics més coneguts

Els mitjans geotèrmics naturals són un mitjà idoni per a estudiar l'ecologia dels microorganismes.

El pH de les deus temperades en els quals s'ha estudiat l'ecologia microbiana és molt baix. Aquesta acidesa es deu a la formació d'H ₂ SOTA ₄ produïda per oxidació de sulfurs com a _{H 2} S i pirita (Fes 2 ).

Els sulfurs es troben molt abundants en les proximitats dels volcans. Aquests sulfurs s'oxiden ràpidament en presència d'oxigen. Aquesta oxidació pot deure's a bacteris que oxiden espontàniament o S (sofre). Entre els bacteris que oxiden el sofre, el més comú és l'anomenat SULFOBULUS. Aquests sulfobulus els podem trobar en mitjans àcids o calents. En aquestes zones hi ha pocs peixos, però podem trobar alguns animals petits.

Alguns bacteris termofílicas que viuen en mitjans geotèrmics són importants agents bioquímics, ja que participen en el cicle d'elements de la naturalesa com el del sofre.

Termoestabilidad. Problema d'Internet

Perquè un organisme sobrevisqui a altes temperatures, el més important és la termoestabilidad de la membrana cel·lular.

La majoria dels organismes mesòfils presenten membranes que es dissolen ràpidament en augmentar la temperatura. En el cas dels organismes termofílicos, es poden escalfar a altes temperatures sense que la membrana perdi la seva integritat.

Les bases de la termoestabilidad de la membrana s'indiquen a continuació. La membrana de cèl·lules eucariotes i eubacterias està formada per dues capes.

En aquesta capa es troben incorporats els lípids. Aquests lípids tenen dos aspectes: un és hidròfob i l'altre és hidròfil.

La part hidròfila s'orienta cap a fora de la cèl·lula tocant l'aigua. L'hidròfob cap a l'interior, amb un mitjà interior relativament pobre en aigua.

Quan aquesta capa formada per lípids s'escalfa, les parts hidròfobes es tornen mòbils, començant així a separar-se.

A partir d'una temperatura crítica, les molècules se separen per complet dividint la membrana.

No obstant això, els bacteris termofílicas es comporten d'una altra manera en l'augment de la temperatura.

Se sap que la sensibilitat a la temperatura de la membrana està condicionada per la proporció dels lípids en àcids grassos.

Els àcids grassos insaturats en la membrana estan molt més lliures. Per això aquests són molt més sensibles a la temperatura.

A major proporció d'àcids grassos saturats, major temperatura de fusió de la membrana.

Per això, s'observa que en els bacteris termofílicas la proporció d'àcids grassos saturats és molt major.

La cèl·lula no està composta únicament per membranes biològiques, sinó també per altres components macromoleculars. Aquests ingredients són proteïnes i àcids nucleics. La proteïna i l'àcid nucleic tenen una configuració específica que han de mantenir si tenen activitat. L'estructura d'aquestes macromolècules depèn de les interaccions que es produeixen a l'interior de cada molècula.

Aquestes interaccions són relativament febles i es trenquen fàcilment per la temperatura. És el cas dels organismes clàssics (és a dir, proteïnes i àcids nucleics).

Els últims estudis apunten al fet que les interaccions electroestàtiques que es produeixen a l'interior de la molècula dels casos de termofilos fan que l'estabilitat tèrmica de les proteïnes sigui elevada. En el cas dels àcids nucleics, el seu conformat es manté mitjançant interaccions de baixa energia. La seva estabilitat és molt dependent de la temperatura.

La molècula d'ADN està formada per dues cadenes auxiliars, totes dues encadenades. Cada nucleòtid present en cada cadena interacciona amb el nucleòtid de la cadena que li precedeix formant ponts H (hidrogen).

Aquestes unions es trenquen per la calor, separant les cadenes. D'aquesta manera, la molècula d'ADN perd la seva funcionalitat.

En els termofilos, no obstant això, a causa de la formació d'unes unions addicionals, la seva integritat no es trenca a causa de la temperatura.

Futur industrial dels organismes termòfils

Els organismes termofilos interessen a la Biotecnologia per dos motius:

• Perquè poden créixer i sobreviure en condicions especials.
• Perquè l'estabilitat dels seus components moleculars és molt important.

Els organismes termofílicos han creat gran curiositat perquè són capaces de produir enzims que poden treballar a altes temperatures. Aquests enzims termofílicas són més estables que els enzims convencionals a temperatures moderades. Si un procés industrial està format per enzims termofílicas, el seu desenvolupament serà més ràpid com més gran sigui la temperatura ambiental.

Ús de termofilos

Són molt utilitzades en les planxes anaeròbies dels depuradors. S'utilitzen per a la producció dels següents compostos:

• Etanol
• Combustibles alcohòlics
• Àcid acètic
• Antibiòtics

A més dels microorganismes, els enzims que produeixen tenen gran importància en la indústria, ja que redueixen significativament els costos dels processos.