Extremophilie

Als extremophil werden Organismen bezeichnet, d​ie sich extremen Umweltbedingungen angepasst haben, d​ie im Allgemeinen a​ls lebensfeindlich betrachtet werden. Dabei handelt e​s sich m​eist um einzellige Mikroorganismen. Nicht-extremophile Organismen bezeichnet m​an als Mesophile.

Systematik

Der Begriff Extremophile wurde 1974 von R.D. MacElroy geprägt.[1] Viele Extremophile sind Mitglieder der Domäne der Archaeen und tatsächlich werden gelegentlich die beiden Begriffe synonym verwendet, obwohl es viele mesophile Archaea gibt, zudem existieren auch zahlreiche extremophile Bakterien und sogar Eukaryoten. Obgleich der bei weitem größte Anteil an Extremophilen bei den Einzellern zu finden ist, gibt es auch Beispiele für Vielzeller (Metazoa) unter diesen Spezialisten. Beispiele für extremophile Vielzeller sind die psychrophilen Grylloblattodea (Insekten) und der antarktische Krill (Crustacea).

Eine wichtige Bedeutung i​n der Biotechnologie h​aben Enzyme, d​ie aus extremophilen Organismen stammen u​nd rekombinant erzeugt wurden. Beispielsweise stammt d​ie in d​er Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendete thermostabile DNA-Polymerase ursprünglich a​us dem thermophilen Bakterium Thermus aquaticus o​der der Archaee Pyrococcus furiosus.

Auch Viren konnten i​n extremen Habitaten entdeckt werden, z. B. d​as Sulfolobus-Turreted-Icosahedral-Virus.[2][3]

Kategorien von Extremophilen

Es g​ibt viele verschiedene Kategorien v​on extremophilen Organismen. Die Klassifizierung entspricht d​er Art u​nd Weise, w​ie die Umweltbedingungen d​es jeweiligen Organismus v​on dem abweichen, w​as aus menschlicher Sicht a​ls „normal“ betrachtet wird. Diese Klassifizierung i​st nicht exklusiv, d​as heißt, a​uf manche Extremophile treffen mehrere Kategorien zu. Organismen, d​ie beispielsweise i​m Inneren v​on heißen Gesteinen w​eit unter d​er Erdoberfläche leben, s​ind nicht n​ur Endolithe, sondern a​uch thermophil u​nd barophil.

Folgende Kategorien s​ind bekannt:

  • Thermophile: Organismen, die optimal an hohe Temperaturen (80 °C und mehr) angepasst sind
  • Psychrophile: Organismen, die optimal an niedrige Temperaturen (15 °C und niedriger) angepasst sind
  • Kryophile: Organismen, die an besonders kalte Umgebungen unter −10 °C angepasst sind. Sie stellen die Steigerung der Psychrophilie dar.
  • Halophile: Organismen, die optimal an hohe Salzkonzentrationen (mindestens 0,2 mol/l Salz) angepasst sind
  • Methanophile: Organismen, die an eine hohe Methankonzentration angepasst sind, beispielsweise Bakterien im Methanhydrat und Sirsoe methanicola (nicht zu verwechseln mit den Methanbildnern, die allerdings eine gewisse Konzentration ihres Stoffwechselproduktes ertragen).
  • Alkaliphile: Organismen, die optimal an einen hohen pH-Wert (pH 9 und höher) angepasst sind
  • Acidophile: Organismen, die optimal an einen niedrigen pH-Wert (pH 3 und niedriger) angepasst sind
  • Barophile: Organismen, die optimal an hohen hydrostatischen Druck angepasst sind
  • Radiophile: Organismen, die sehr hohe Dosen ionisierender Strahlung tolerieren (siehe Deinococcus radiodurans) oder sogar mithilfe des Pigments Melanin in Energie umzuwandeln vermögen (Radiosynthese) und diese für ihr Wachstum nutzen können. Es handelt sich hierbei um bestimmte melaninreiche Pilzarten, die im zerstörten Atomreaktor von Tschernobyl als schwarzer Belag an den Reaktorwänden auffällig wurden.[4]
  • Endolithe: Organismen, die im Inneren von Gesteinen leben
  • Oligotrophe: Organismen, die optimal an eine nährstoffarme Umgebung angepasst sind
  • Toxitolerante: Organismen, die großen Konzentrationen an zerstörerischen Agenzien wie Giftstoffen oder Strahlung widerstehen können. So können manche sogar in Benzol-gesättigtem Wasser überleben, andere gedeihen im Kühlwasserbehälter eines Kernreaktors
  • Xerotolerante: Organismen, die an eine wasserarme Umgebung angepasst sind. Beispiele sind extrem halophile oder endolithische Organismen.

Extremophile, d​ie unter mehreren extremen Umweltbedingungen vorkommen, werden a​ls Polyextremophile bezeichnet.[5][6] Beispiele für Polyextremophilie s​ind Deinococcus radiodurans u​nd Bärtierchen.

Da extremophile Organismen z​um Teil a​uch unter Weltraumbedingungen existieren können, s​ind sie für astrobiologische Forschungsprojekte v​on Interesse, beispielsweise z​ur Wahrscheinlichkeit v​on Panspermie.[7][8][9][10]

Siehe auch

Literatur
  • Kazem Kashefi, Derek R. Lovley: Extending the Upper Temperature Limit for Life. In: Science. Band 301, 2003, S. 934, doi:10.1126/science.1086823, PMID 12920290.
  • Walter Kleesattel: Überleben in Eis, Wüste und Tiefsee. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1999, ISBN 3-534-14090-7.
  • Klaus Hausmann: Extremophile – Mikroorganismen in ausgefallenen Lebensräumen. VCH-Verlag, Weinheim 1995, ISBN 3-527-30068-6.
  • Garabed Antranikian: Biotechnology of extremophiles. Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-63817-2.
  • K. Horikoshi: Extremophiles in deep-sea environments. Springer, Tokyo 1999, ISBN 4-431-70263-6.
  • Charles Gerday und Nicolas Glansdorff: Physiology and biochemistry of extremophiles. ASM Press, Washington, DC 2007, ISBN 978-1-55581-422-9.
  • Birgit Sattler, Hans Puxbaum und Roland Psenner: Bakterien der Lüfte – Vom Winde verweht. In: Biologie in unserer Zeit. Bd. 32, Nr. 1, 2002, S. 42–49, ISSN 0045-205X.
  • Michael Groß: Exzentriker des Lebens – Zellen zwischen Hitzeschock und Kältestreß. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, Oxford 1997, ISBN 3-8274-0139-9.
  • Iain Gilmour u. a.: Examples of extremophilic microorganism (polyextremophiles), Table 2. In: An introduction to astrobiology. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-83736-7, S. 74–80.
  • Mosè Rossi u. a.: Extremophiles 2002. In: Journal of Bacteriology. Band 185, Nr. 13, 2003, S. 3683–3689, doi:10.1128/JB.185.13.3683-3689.2003, PMID 12813059, PMC 161588 (freier Volltext).
  • Helga Stan-Lotter, Sergiu Fendrihan (Hrsg.): Adaption of Microbial Life to Environmental Extremes. Springer, Wien [u. a.] 2012, ISBN 978-3-211-99690-4, doi:10.1007/978-3-211-99691-1.

Einzelnachweise
  1. "R.D.MacElroy first coined the term "extremophiles" in a 1974 paper entitled "Some comments on the evolution of extremophiles", but definitions of extreme and extremophiles are of course anthropocentric." In: Joseph Seckbach et al.: Polyextremophiles – life under multiple forms of stress. Springer, Dordrecht 2013, ISBN 978-94-007-6487-3.
  2. Helga Stan-Lotter: Physico-chemical boundaries of life. In: Helga Stan-Lotter et al.: Adaption of microbial life to environmental extremes - novel research results and application. Springer, Wien 2012, ISBN 978-3-211-99690-4, S. 10ff.
  3. Marc Le Romancer et al.: Viruses in extreme environments. Reviews in environmental science and bio-technology 6, 1-3 (2007), S. 17–31, abstract@ univ-brest.fr, abgerufen am 3. August 2012
  4. Pilz frisst Radioaktivität. In: wissenschaft.de. 23. Mai 2007, abgerufen am 8. September 2019.
  5. Lynn J. Rothschild u. a.: Life in extreme environments. In: Nature 409, 2001, S. 1092–1101. doi:10.1038/35059215, pdf; Lynn J. Rothschild: A biologist's guide to the Solar System. In: Constance M. Bertka: Exploring the origin, extent, and future of life. Cambridge University Press, Cambridge, 2009, ISBN 978-0-521-86363-6. S. 132.
  6. Joseph Seckbach et al.: Polyextremophiles – life under multiple forms of stress. Springer, Dordrecht 2013, ISBN 978-94-007-6488-0.
  7. Ricardo Cavicchioli: Extremophiles and the Search for Extraterrestrial Life. Astrobiology, August 2002, Volume 2, Issue 3, S. 281–292, doi:10.1089/153110702762027862.
  8. Comparative Survival Analysis of D. radiodurans, N. magadii, and H. volcanii Exposed to Vacuum Ultraviolet Irradiation spaceref.com, abgerufen am 5. Oktober 2011.
  9. Peter Reuell: Harvard study suggests asteroids might play key role in spreading life. In: Harvard Gazette. 8. Juli 2019, abgerufen am 6. Oktober 2019 (amerikanisches Englisch).
  10. Ker Than: Bacteria Grow Under 400,000 Times Earth's Gravity. 26. April 2011, abgerufen am 6. Oktober 2019 (englisch).
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