المتطرفون: الخصائص والأنواع والأمثلة - مادة الاحياء - 2026

و القاسية هي الكائنات الحية التي تعيش في البيئات القاسية، أي تلك التي تنحرف عن الظروف التي يعيشون فيها الكائنات الحية الأكثر شهرة من قبل البشر.

المصطلحان "المتطرف" و "المتطرفان" هما نسبيًا مركزية الإنسان ، لأننا نحن البشر نقيّم الموائل وسكانها ، بناءً على ما يمكن اعتباره متطرفًا لوجودنا.

الشكل 1. التارديغرادات ، وهي شعبة معروفة بقدرتها على البقاء في بيئات قاسية للغاية. المصدر: Willow Gabriel، Goldstein Lab، via Wikimedia Commons

نظرًا لما سبق ذكره ، فإن ما يميز البيئة القاسية هو أنها تقدم ظروفًا لا تطاق للبشر فيما يتعلق بدرجة الحرارة والرطوبة والملوحة والضوء ودرجة الحموضة وتوافر الأكسجين ومستويات السمية ، من بين أمور أخرى.

من منظور غير متمركز حول الإنسان ، يمكن أن يكون البشر من عشاق التطرف ، اعتمادًا على الكائن الحي الذي قام بتقييمهم. على سبيل المثال ، من وجهة نظر الكائن اللاهوائي الصارم ، والذي يكون الأكسجين سامًا بالنسبة له ، فإن الكائنات الهوائية (مثل البشر) ستكون من محبي التطرف. بالنسبة للإنسان ، على العكس من ذلك ، فإن الكائنات اللاهوائية هي من عشاق التطرف.

أصل مصطلح "المتطرفون"

نحدد حاليًا العديد من البيئات "المتطرفة" على كوكب الأرض وخارجه ، ونكتشف باستمرار الكائنات الحية القادرة ليس فقط على البقاء على قيد الحياة ، ولكن أيضًا على الازدهار على نطاق واسع في العديد منها.

آر دي ماكلروي

في عام 1974 ، اقترح RD Macelroy مصطلح "Extremophiles" لتحديد هذه الكائنات الحية التي تظهر النمو والتطور الأمثل في ظل الظروف القاسية ، على عكس الكائنات الحية المتوسطة ، التي تنمو في بيئات ذات ظروف وسيطة.

وفقا لماكلروي:

"إكستريموفيل هو وصفي للكائنات الحية القادرة على ملء البيئات المعادية للوسطاء ، أو الكائنات الحية التي تنمو فقط في بيئات وسيطة."

هناك درجتان أساسيتان من التطرف في الكائنات الحية: تلك التي يمكن أن تتسامح مع ظروف بيئية قاسية وتسيطر على الآخرين ؛ وتلك التي تنمو وتتطور على النحو الأمثل في ظل الظروف القاسية.

خصائص البيئات القاسية

إن تصنيف البيئة على أنها "متطرفة" يستجيب للبناء البشري المنشأ ، بناءً على مراعاة الحدود القصوى البعيدة لخط الأساس لظروف بيئية معينة (درجة الحرارة ، الملوحة ، الإشعاع ، من بين أمور أخرى) ، مما يسمح للبشر بالبقاء.

ومع ذلك ، يجب أن يعتمد هذا الاسم على خصائص معينة للبيئة ، من منظور الكائن الحي الذي يسكنها (بدلاً من منظور الإنسان).

تشمل هذه الخصائص: الكتلة الحيوية ، والإنتاجية ، والتنوع البيولوجي (عدد الأنواع وتمثيل الأصناف الأعلى) ، وتنوع العمليات في النظم الإيكولوجية والتكيفات المحددة مع بيئة الكائن المعني.

يشير مجموع كل هذه الخصائص إلى الحالة القصوى للبيئة. على سبيل المثال ، البيئة القاسية هي البيئة التي تقدم بشكل عام:

• انخفاض الكتلة الحيوية والإنتاجية
• غلبة أشكال الحياة القديمة
• غياب أشكال الحياة العليا
• غياب التمثيل الضوئي وتثبيت النيتروجين ولكن الاعتماد على مسارات التمثيل الغذائي الأخرى والتكيفات الفسيولوجية والتمثيل الغذائي والمورفولوجي و / أو دورة الحياة المحددة.

أنواع الكائنات المتطرفة على مقياس علم الحيوان

الكائنات الحية وحيدة الخلية

غالبًا ما يشير مصطلح Extremophilic إلى بدائيات النوى ، مثل البكتيريا ، ويستخدم أحيانًا بالتبادل مع Archaea.

ومع ذلك ، هناك مجموعة واسعة من الكائنات الحية المتطرفة ومعرفتنا بالتنوع التطوري في الموائل المتطرفة تتزايد يوميًا تقريبًا.

نحن نعلم ، على سبيل المثال ، أن جميع عشاق الحرارة (عشاق الحرارة) هم أعضاء في العتائق والبكتيريا. حقيقيات النوى شائعة بين محبي البرد والحمض (عشاق درجة الحموضة المنخفضة) والقلويات (عشاق درجة الحموضة العالية) ومحبو الزيروفيل (عشاق البيئات الجافة) ومحبي الملح (محبي الملح).

الشكل 2. الينابيع الساخنة في حديقة يلوستون الوطنية في الولايات المتحدة ، ترتبط الألوان الزاهية التي تكتسبها هذه الينابيع بانتشار البكتيريا المحبة للحرارة. المصدر: Jim Peaco ، National Park Service ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

الكائنات متعددة الخلايا

الكائنات متعددة الخلايا ، مثل الحيوانات اللافقارية والفقارية ، يمكن أن تكون أيضًا من الكائنات الحية المتطرفة.

على سبيل المثال ، تتضمن بعض الحيوانات النفسية عددًا صغيرًا من الضفادع والسلاحف والثعبان ، والتي تتجنب خلال فصل الشتاء التجمد داخل الخلايا في أنسجتها ، وتراكم الأسمولية في سيتوبلازم الخلية والسماح بتجميد الماء خارج الخلية فقط (خارجي للخلايا).

مثال آخر هو حالة الديدان الخيطية في القطب الجنوبي Panagrolaimus davidi ، والتي يمكن أن تنجو من التجمد داخل الخلايا (تجميد الماء داخل خلاياها) ، وتكون قادرة على النمو والتكاثر بعد الذوبان.

كما أن أسماك عائلة Channichthyidae ، التي تعيش في المياه الباردة في أنتاركتيكا وجنوب القارة الأمريكية ، تستخدم بروتينات مضادة للتجمد لحماية خلاياها من التجمد الكامل.

بولي إكستريموفيليس

Poly-Extremophiles هي كائنات حية يمكنها البقاء على قيد الحياة أكثر من حالة قاسية واحدة في نفس الوقت ، وبالتالي فهي شائعة في جميع البيئات القاسية.

على سبيل المثال ، النباتات الصحراوية التي تتحمل درجات الحرارة الشديدة بالإضافة إلى محدودية توافر المياه ، وغالبًا ما تكون ملوحة عالية.

مثال آخر هو الحيوانات التي تعيش في قاع البحر ، والتي تكون قادرة على تحمل ضغوط عالية للغاية ، مثل نقص الضوء ونقص المغذيات ، من بين أمور أخرى.

أكثر أنواع البيئات القاسية شيوعًا

يتم تعريف الظواهر البيئية المتطرفة بشكل تقليدي بناءً على عوامل غير حيوية ، مثل:

• درجة الحرارة.
• توافر المياه.
• الضغط.
• الرقم الهيدروجيني.
• الملوحة.
• تركيز الأكسجين.
• مستويات الإشعاع.

يتم وصف المتطرفين بالمثل على أساس الظروف القاسية التي يتحملونها.

أهم البيئات المتطرفة التي يمكننا التعرف عليها وفقًا لظروفها اللاأحيائية هي:

البيئات شديدة البرودة

البيئات شديدة البرودة هي تلك التي تستمر أو تسقط بشكل متكرر لفترات (قصيرة أو طويلة) من درجات حرارة أقل من 5 درجات مئوية. وتشمل هذه أقطاب الأرض والمناطق الجبلية وبعض موائل أعماق المحيطات. حتى بعض الصحارى شديدة الحرارة أثناء النهار تكون درجات الحرارة فيها منخفضة جدًا في الليل.

هناك كائنات أخرى تعيش في الغلاف الجليدي (حيث يكون الماء في حالة صلبة). على سبيل المثال ، يجب أن تتحمل الكائنات الحية التي تعيش في مصفوفات جليدية ، أو التربة الصقيعية ، تحت أغطية ثلجية دائمة أو دورية ، العديد من الظواهر المتطرفة ، بما في ذلك البرد والجفاف والمستويات العالية من الإشعاع.

بيئات الحرارة الشديدة

الموائل شديدة الحرارة هي تلك التي تبقى أو تصل بشكل دوري إلى درجات حرارة أعلى من 40 درجة مئوية. على سبيل المثال ، الصحاري الساخنة والمواقع الحرارية الأرضية والمنافذ الحرارية المائية في أعماق البحار.

غالبًا ما ترتبط بدرجات حرارة عالية جدًا ، وبيئات يكون فيها الماء المتاح محدودًا للغاية (باستمرار أو لفترات زمنية منتظمة) ، مثل الصحاري الساخنة والباردة ، وبعض الموائل الحجريّة (التي تقع داخل الصخور).

بيئات الضغط الشديد

تخضع البيئات الأخرى لضغط هيدروستاتيكي مرتفع ، مثل المناطق القاعية للمحيطات والبحيرات العميقة. في هذه الأعماق ، يجب أن يتحمل سكانها ضغوطًا أكبر من 1000 ضغط جوي.

بدلاً من ذلك ، هناك حالات قصوى منخفضة الضغط (للضغط الجوي المنخفض) ، في الجبال وفي مناطق مرتفعة أخرى من العالم.

الشكل 3. فومارول بحري أو فتحات حرارية مائية. مثال على بيئة قاسية يسكنها مجتمع كامل من الكائنات الحية ، حيث يوجد ضغط ودرجة حرارة مرتفعان ، بالإضافة إلى تصريفات الكبريت. المصدر: NOAA ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

البيئات الحمضية والقلوية الشديدة

بشكل عام ، البيئات شديدة الحموضة هي تلك التي تحافظ على قيم أقل من الرقم الهيدروجيني 5 أو تصل إليها بانتظام.

يؤدي انخفاض الرقم الهيدروجيني ، على وجه الخصوص ، إلى زيادة الحالة "الشديدة" للبيئة ، لأنه يزيد من قابلية ذوبان المعادن الموجودة ويجب أن تتكيف الكائنات الحية التي تعيش فيها لمواجهة العديد من التطرف اللاأحيائي.

على العكس من ذلك ، فإن البيئات شديدة القلوية هي تلك التي تظل أو تسجل بانتظام قيم الأس الهيدروجيني أعلى من 9.

تشمل الأمثلة على بيئات الأس الهيدروجيني الشديدة البحيرات والمياه الجوفية والتربة شديدة الحموضة أو القلوية.

الشكل 4. سرطان البحر القزم (Munidopsis polymorpha) ، أحد الكهوف التي تعيش في الكهوف والمتوطنة في جزيرة لانزاروت ، جزر الكناري. من بين التكيفات النموذجية لهذا النوع من بيئات الكهوف القاسية: تقليل الحجم والشحوب والعمى. المصدر: flickr.com/photos//5582888539

البيئات شديدة الملوحة ونقص الأكسجين

تُعرّف البيئات شديدة الملوحة بأنها تلك التي تحتوي على تركيزات ملح أكبر من تلك الموجودة في مياه البحر ، والتي تحتوي على 35 جزءًا في الألف. وتشمل هذه البيئات البحيرات شديدة الملوحة والمالحة.

مع "المحلول الملحي" لا نشير فقط إلى الملوحة بسبب كلوريد الصوديوم ، حيث قد تكون هناك بيئات مالحة حيث يكون الملح السائد هو شيء آخر.

الشكل 5. اللون الوردي للمياه في سالينا لاس كوماراجواس ، ولاية فالكون في فنزويلا. اللون الوردي هو نتاج طحلب يسمى Dunaliella salina ، قادر على مقاومة التركيزات العالية من كلوريد الصوديوم الموجود في المحلول الملحي. المصدر: HumbRios ، من ويكيميديا ​​كومنز

الموائل ذات الأكسجين الحر المحدود (نقص الأكسجين) أو عدم وجود الأكسجين (نقص الأكسجين) ، سواء بشكل مستمر أو على فترات منتظمة ، تعتبر أيضًا شديدة. على سبيل المثال ، قد تكون البيئات ذات هذه الخصائص هي أحواض نقص الأكسجين في المحيطات والبحيرات ، وطبقات الرواسب العميقة.

الشكل 6. الأرتيميا مونيكا ، وهي قشريات تعيش في بحيرة مونو بولاية كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية) ، وهي بيئة مالحة (بيكربونات الصوديوم) ودرجة حموضة عالية. المصدر: photolib.noaa.gov

بيئات إشعاع عالية

يمكن للأشعة فوق البنفسجية (UV) أو الأشعة تحت الحمراء (IR) أن تفرض ظروفًا قاسية على الكائنات الحية. بيئات الإشعاع الشديدة هي تلك التي تتعرض لإشعاع مرتفع بشكل غير طبيعي أو إشعاع خارج النطاق الطبيعي. على سبيل المثال ، البيئات القطبية وعالية الارتفاع (الأرضية والمائية).

Phaeocystis pouchetii

تظهر بعض الأنواع آليات مراوغة من الأشعة فوق البنفسجية العالية أو الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال ، تنتج الأعشاب البحرية في أنتاركتيكا Phaeocystis pouchetii "واقيات الشمس" القابلة للذوبان في الماء والتي تمتص بقوة أطوال موجات UV-B (280-320 نانومتر) وتحمي خلاياها من المستويات العالية للغاية من الأشعة فوق البنفسجية - باء في غضون 10 أمتار. عمود الماء العلوي (بعد كسر الجليد البحري).

Deinococcus radiodurans

الكائنات الحية الأخرى تتحمل بشدة الإشعاع المؤين. على سبيل المثال ، يمكن لبكتيريا Deinococcus radiodurans أن تحافظ على سلامتها الوراثية عن طريق التعويض عن تلف الحمض النووي الواسع بعد التعرض للإشعاع المؤين.

تستخدم هذه البكتيريا آليات بين الخلايا للحد من التدهور وتقييد انتشار شظايا الحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي على بروتينات عالية الكفاءة لإصلاح الحمض النووي.

أستياناكس الحبسي

حتى في البيئات ذات الإشعاع المنخفض أو المنعدم على ما يبدو ، تتكيف الكائنات شديدة الحساسية للاستجابة للتغيرات في مستويات الإشعاع.

على سبيل المثال ، Astyanax hubbsi ، وهي سمكة عمياء تعيش في الكهوف ، ليس لديها هياكل عينية محسوسة ظاهريًا ، ومع ذلك يمكنها التمييز بين الاختلافات الصغيرة في الضوء المحيط. يستخدمون مستقبلات ضوئية خارج العين للكشف عن المحفزات البصرية المتحركة والاستجابة لها.

الشكل 7. سمكة عمياء من جنس Astyanax ، ساكن الكهف. المصدر: Shizhao ، من ويكيميديا ​​كومنز

التطرف البشري المنشأ

نحن نعيش حاليًا في بيئة تُفرض فيها ظروف بيئية قاسية ، يتم إنشاؤها بشكل مصطنع كتأثير للأنشطة البشرية.

إن ما يسمى ببيئات التأثير البشرية متنوعة للغاية وعالمية النطاق ولا يمكن تجاهلها عند تحديد بيئات قاسية معينة.

على سبيل المثال ، البيئات المتأثرة بالتلوث (الغلاف الجوي والماء والتربة) - مثل تغير المناخ والأمطار الحمضية - واستخراج الموارد الطبيعية والاضطراب المادي والاستغلال المفرط.

الانتقالات و ecotones

بالإضافة إلى البيئات القاسية المذكورة أعلاه ، كان علماء البيئة الأرضية على دراية دائمًا بالطبيعة الخاصة للمناطق الانتقالية بين مجتمعين أو بيئات متنوعة أو أكثر ، مثل خط الأشجار في الجبال أو الحدود بين الغابات والأراضي العشبية.. وتسمى هذه الأحزمة أو أحزمة التوتر.

توجد أيضًا النظم البيئية في البيئة البحرية ، على سبيل المثال ، الانتقال بين الجليد والماء الذي يمثله حافة الجليد البحري. تظهر مناطق الانتقال هذه عادةً تنوعًا أكبر في الأنواع وكثافة الكتلة الحيوية مقارنة بالمجتمعات المجاورة ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن الكائنات الحية التي تعيش فيها يمكن أن تستفيد من موارد البيئات المجاورة ، والتي يمكن أن تمنحها ميزة.

ومع ذلك ، تتغير النظم البيئية باستمرار والمناطق الديناميكية ، وغالبًا ما تُظهر نطاقًا أوسع من التباين في الظروف اللاأحيائية والأحيائية على مدار فترة سنوية مقارنة بالبيئات المجاورة.

يمكن اعتبار هذا بشكل معقول "متطرف" لأنه يتطلب من الكائنات الحية أن تكيف باستمرار سلوكها ، وعلم الفينولوجيا (الطقس الموسمي) ، والتفاعلات مع الأنواع الأخرى.

غالبًا ما تكون الأنواع التي تعيش على جانبي البيئة البيئية أكثر تسامحًا مع الديناميكيات ، في حين أن الأنواع التي يقتصر نطاقها على جانب واحد تعاني من الجانب الآخر على أنها متطرفة.

بشكل عام ، غالبًا ما تكون هذه المناطق الانتقالية أيضًا أول من يتأثر بالتغيرات في المناخ و / أو الاضطرابات ، سواء كانت طبيعية أو بشرية المنشأ.

حيوانات ونباتات بمراحل أو مراحل مختلفة

ليست البيئات ديناميكية فحسب ، وقد تكون أو لا تكون شديدة ، ولكن الكائنات الحية أيضًا ديناميكية ولها دورات حياة بمراحل مختلفة ، تتكيف مع ظروف بيئية معينة.

قد يحدث أن تكون البيئة التي تدعم إحدى مراحل دورة حياة الكائن الحي متطرفة بالنسبة لمراحل أخرى.

النباتات

على سبيل المثال ، يحتوي جوز الهند (Cocos nucifera) على بذرة مهيأة للنقل عن طريق البحر ، لكن الشجرة الناضجة تنمو على الأرض.

في النباتات الوعائية الحاملة للأبواغ ، مثل السرخس وأنواع مختلفة من الطحالب ، قد يكون الطور المشيجي خاليًا من أصباغ التمثيل الضوئي ، وليس له جذور ، ويعتمد على الرطوبة البيئية.

بينما تحتوي البوغات على جذور وجذور وبراعم تتحمل الظروف الحارة والجافة في ضوء الشمس الكامل. يكون الفرق بين الطور البوغي والنبات المشيجي بنفس ترتيب الفروق بين الأصناف.

الحيوانات

من الأمثلة القريبة جدًا مراحل الأحداث للعديد من الأنواع ، والتي لا تتسامح عمومًا مع البيئة التي تحيط عادةً بالبالغ ، لذلك فهي تتطلب عادةً الحماية والرعاية خلال الفترة التي يكتسبون خلالها المهارات ونقاط القوة التي تسمح لهم بذلك. تسمح للتعامل مع هذه البيئات.

المراجع

1. كوهشيما ، س. (1984). حشرة جديدة تتحمل البرد وجدت في جبال الهيمالايا الجليدية. طبيعة 310، 225-227.
2. Macelroy ، RD (1974). بعض التعليقات على تطور المتطرفين. النظم الحيوية ، 6 (1) ، 74-75. دوى: 10.1016 / 0303-2647 (74) 90026-4
3. Marchant، HJ، Davidson، AT and Kelly، GJ (1991) UV-B التي تحمي المركبات في الطحالب البحرية Phaeocystis pouchetti من أنتاركتيكا. علم الأحياء البحرية 109 ، 391-395.
4. أورين ، أ. (2005). مائة عام من أبحاث Dunaliella: 1905-2005. النظم الملحية 1 ، دوى: 10.1186 / 1746-1448 -1-2.
5. Rothschild، LJ and Mancinelli، RL (2001). الحياة في بيئات قاسية. طبيعة 409 ، 1092-1101.
6. شليبر ، سي ، بيهلر ، ج. ، كوهلمورجين ، ب. وزيليج ، و. (1995). خفيف للغاية عند درجة حموضة منخفضة للغاية. طبيعة 375 ، 741-742.
7. ستوري ، كي بي وستوري ، جي إم (1996). بقاء التجميد الطبيعي في الحيوانات. المراجعة السنوية للإيكولوجيا والنظاميات 27 ، 365-386.
8. Teyke، T. and Schaerer، S. (1994) تستجيب أسماك الكهوف المكسيكية العمياء (Astyanax hubbsi) للمنبهات البصرية المتحركة. مجلة البيولوجيا التجريبية 188 ، 89-1 () 1.
9. Yancey، PI I.، Clark، ML، Eland، SC، Bowlus RD and Somero، GN (1982). التعايش مع الإجهاد المائي: تطور أنظمة الأسمولية. علم 217، 1214-1222.