สภาพแวดล้อม การอธิบายและให้ความรู้เกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

สภาพแวดล้อม สภาพแวดล้อมที่มีรุนแรง สภาพแวดล้อมที่เรียกว่าสุดโต่งเมื่อเทียบกับสิ่งปกติสำหรับมนุษย์ แต่สำหรับอิกซ์ตรีโมไฟล์ สภาพแวดล้อมที่พวกเขาชื่นชอบคือปกติ และนอกเหนือจากโลกแล้วเงื่อนไขที่ทำให้ชีวิตเป็นไปได้สำหรับมนุษย์นั้นเป็นไปได้ยาก ในทางกลับกัน สิ่งที่เรียกว่าสภาพแวดล้อมที่มีรุนแรง และพวกสุดโต่งที่พวกมันอาศัยอยู่อาจเป็นเรื่องธรรมดามากกว่า

บนโลกนี้มีปัจจัยหลายอย่างที่อาจได้รับป้ายกำกับว่าสุดขีด รวมถึงสิ่งต่อไปนี้ความดัน ระดับรังสี ความเป็นกรด อุณหภูมิ ความเค็ม ขาดน้ำ ขาดออกซิเจน สารมลพิษหรือสารพิษที่มนุษย์ทิ้งไว้ น้ำมัน กากนิวเคลียร์ โลหะหนัก โปรดจำไว้ว่าบางครั้งปัจจัยเหล่านี้อาจรุนแรงได้ 2 วิธี เช่น ร้อนจัดหรือเย็นจัด มีความเป็นกรดสูงหรือเป็นด่างสูง สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ที่เราเห็นหรือพบอาศัยอยู่ในอุณหภูมิตั้งแต่ 41 องศาฟาเรนไฮต์ประมาณ 5 องศาเซลเซียสถึง 104 องศาฟาเรนไฮต์ประมาณ 40 องศาเซลเซียส

แต่สิ่งมีชีวิตพบได้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ค้างคาวนกเพนกวิน ภูเขาไฟในเขตปลอดออกซิเจนในทางปฏิบัติ บริเวณที่เค็มจัดอย่างเหลือเชื่อ เช่น ทะเลสาบเกรตซอลท์เลคในรัฐยูทาห์ และในระบบย่อยอาหารของสัตว์หลายชนิดรวมถึงแมลง ในกรณีหนึ่ง แบคทีเรียถูกฝังอยู่ในน้ำแข็งอลาสก้า เมื่อน้ำแข็งละลาย แบคทีเรียที่หลับใหลมานานหลายหมื่นปี ก็กลับมาทำกิจกรรมอีกครั้งราวกับว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้น ทะเลสาบ Untersee ของทวีปแอนตาร์กติกาเป็นตัวอย่างที่ดีของสภาพแวดล้อมที่มีรุนแรง

น้ำเต็มไปด้วยมีเทนและมีค่า pH เป็นด่างสูง เทียบได้กับน้ำยาซักผ้า นักวิทยาศาสตร์ของ NASA สนใจทะเลสาบเป็นพิเศษเพราะ สภาพแวดล้อม ที่แตกต่างกัน ซึ่งมีเทนและอุณหภูมิที่เย็นจัดจำนวนมาก อาจคล้ายกับของดาวเคราะห์อื่นๆ เช่น ดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดี มนุษย์ชอบค่า pH ที่ 6.5 ถึง 7.5 แต่พวกชอบกรดจะเติบโตได้ในสถานที่ที่มีระดับค่า pH ตั้งแต่ 0 ถึง 5 กระเพาะของมนุษย์จัดอยู่ในประเภทนี้ และเราก็มีพวกอิกซ์ตรีโมไฟล์บางตัวอาศัยอยู่ในร่างกายของเรา

โดยทั่วไปแล้วแอซิโดไฟล์จะอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อม ที่เป็นกรดโดยทำให้เยื่อหุ้มเซลล์แข็งแรงขึ้น บางชนิดสร้างฟิล์มชีวภาพ อาณานิคมของจุลินทรีย์ที่รวมตัวกันสร้างฟิล์มป้องกันนอกเซลล์ที่ลื่นไหล หรือกรดไขมันที่ปกป้องเยื่อหุ้มเซลล์ของพวกมัน คนอื่นๆสามารถควบคุมค่า pH ภายในของตนเพื่อให้อยู่ในระดับปานกลางมากขึ้นที่ประมาณ 6.5 อิกซ์ตรีโมไฟล์ในสภาพแวดล้อม ที่เป็นด่างสูงยังสามารถควบคุมค่า pH ภายในและมีเอนไซม์ที่สามารถทนต่อผลกระทบของความเป็นด่างสูงได้

หนึ่งในสิ่งมีชีวิตสุดโต่งดังกล่าวคือสไปโรเคตา อเมริกานาซึ่งเป็นแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในตะกอนโคลนของทะเลสาบโมโนของรัฐแคลิฟอร์เนีย และได้รับการประกาศการค้นพบในเดือนพฤษภาคม พ.ศ.2546 สไปโรเคตา อเมริกานาต้องการค่า pH ที่เป็นด่างตั้งแต่ 8.0 ถึง 10.5 และเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งไม่สามารถอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจน อิกซ์ตรีโมไฟล์นี้เป็นหนึ่งใน 14 สไปโรคีทที่รู้จัก

สไปโรเชตชอบสะสมโคลนกำมะถัน และไม่ต้องพึ่งพาออกซิเจน ตัวอย่างเช่น สไปโรเคตา เทอร์โมฟิลาอาศัยอยู่ใกล้ช่องระบายความร้อนใต้ทะเลลึก โคลนของทะเลสาบโมโนมีความเป็นด่างโดยมีค่า pH เท่ากับ 10 มีความเค็มมากและเต็มไปด้วยซัลไฟด์ ทะเลสาบกลายเป็นแบบนี้เพราะเป็นทะเลสาบปลายทางน้ำไหลเข้าแต่ไม่ออกเมื่อน้ำระเหย สารเคมีและแร่ธาตุจะคงอยู่ และมีความเข้มข้นสู

ง สิ่งมีชีวิตรูปแบบอื่นๆทำให้ทะเลสาบโมโนเป็นที่อยู่อาศัย เช่น กุ้งน้ำเค็ม สาหร่ายและแมลงวันที่สามารถสร้างฟองอากาศให้ตัวเองเดินทางใต้น้ำได้ ทะเลสาบยังอุดมไปด้วยไมโครฟอสซิลของสิ่งมีชีวิตเล็กๆ สภาพแวดล้อมสุดขั้วที่โดดเด่นอื่นๆอีกมากมาย ก็เป็นเจ้าภาพให้กับคนสุดโต่งเช่นกัน ไกเซอร์จำนวนมากทั่วโลกรวมทั้งบางแห่งในไซบีเรีย มีพวกคลั่งไคล้อยู่ในแอ่งน้ำและช่องระบายอากาศ

ในสหรัฐอเมริกา อุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนมีกีย์เซอร์ น้ำพุและลักษณะทางความร้อนใต้พิภพอื่นๆหลายพันแห่ง โดยมีระดับอุณหภูมิ ความเป็นกรดและกำมะถันที่แตกต่างกันไป และมีสิ่งมีชีวิตสุดขั้วหลายประเภท แม่น้ำสีเลือดในสเปน เต็มไปด้วยโลหะหนักเนื่องจากภูมิภาคนี้ เป็นเจ้าภาพในการทำเหมืองมานานนับพันปี ในทำนองเดียวกัน Iron Mountain ในแคลิฟอร์เนียตอนเหนือมีน้ำที่เต็มไปด้วยโลหะหนักและกรด ผลพลอยได้จากการทำเหมืองที่สามารถกินผ่านพลั่วโลหะใน 1 วัน

แต่ที่นี่ลึกเข้าไปในเหมืองที่อยู่ในพื้นดิน จุลินทรีย์จากอาร์เคียและโดเมนยูแบคทีเรีย สามารถอยู่รอดได้อย่างกระท่อนกระแท่น ทำให้เทอร์โมสควอติคัสและอิกซ์ตรีโมไฟล์อื่นๆทำงาน ในปี 1960 ดร.โทมัส บร็อค นักชีววิทยากำลังตรวจสอบแบคทีเรียในน้ำพุร้อน ของอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน เมื่อเขาสะดุดกับบางสิ่งที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในบริเวณนั้นเจริญเติบโตได้ ในอุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษ

เทอร์โมสควอติคัสชื่อใหม่อาศัยอยู่ในน้ำที่มีอุณหภูมิเกือบ 212 องศาฟาเรนไฮต์ประมาณ 100 องศาเซลเซียสซึ่งเกือบจะเดือด เทอร์โมสควอติคัสเป็นพื้นฐานสำหรับการค้นพบที่ก้าวล้ำทางชีววิทยา 2 ครั้ง มันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นอาร์เคียแห่งแรก โปรดจำไว้ว่าอาร์เคียเป็นกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายซึ่งมี rRNA ชนิดเฉพาะซึ่งแตกต่างจากแบคทีเรียที่สำคัญพอๆกัน อิกซ์ตรีโมไฟล์นี้ผลิตเอนไซม์ที่เรียกว่า TAQ โพลิเมอเรส

ซึ่งพบการใช้งานในอุตสาหกรรมใน PCRs ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลิเมอเรส PCR ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำซ้ำชิ้นส่วนของ DNA ได้หลายพันล้านครั้งในช่วงเวลาไม่กี่ชั่วโมง และหากไม่มีกระบวนการนี้ งานเกือบทั้งหมดที่ต้องใช้การจำลอง DNA ตั้งแต่นิติวิทยาศาสตร์ไปจนถึงการทดสอบทางพันธุกรรมจะไม่สามารถทำได้ อิกซ์ตรีโมไฟล์อื่นๆได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการประยุกต์ใช้ ในการวิจัยทางอุตสาหกรรมและทางการแพทย์ แม้ว่าจะไม่มีประโยชน์มากเท่าเทอร์โมสควอติคัส

นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบอย่างน้อยหนึ่ง อิกซ์ตรีโมไฟล์ที่ผลิตโปรตีนคล้ายกับที่พบในมนุษย์ โปรตีนนี้ดูเหมือนจะมีบทบาทในโรคภูมิต้านตนเองและอาการต่างๆ เช่น โรคข้ออักเสบ เอนไซม์จากด่างใช้สำหรับทำน้ำยาซักผ้าและน้ำยาล้างจาน นอกจากนี้ ยังใช้สำหรับกำจัดขนจากหนังสัตว์ อัลคาไลน์ฟิลอีกชนิดหนึ่งจากเยลโลว์สโตน ถูกนำมาใช้ในการผลิตกระดาษและบำบัดของเสีย

เนื่องจากอัลคาไลน์ฟิลดังกล่าวผลิตโปรตีน ที่ย่อยสลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ NASA กำลังศึกษาไดโนเสาร์สุดขั้วไดโนคอคคัส เรดิโอดูแรนซึ่งมีความทนทานต่อรังสีอย่างมาก จุลินทรีย์นี้สามารถทนต่อปริมาณรังสีได้สูงกว่าที่มนุษย์จะเป็นอันตรายถึงชีวิตถึง 500 เปอร์เซ็นต์ที่น่าสนใจคือรังสีนั้นทำให้ DNA ของจุลินทรีย์แตกเป็นชิ้นๆ แต่ในหลายกรณี DNA สามารถรวมตัวกันและทำงานได้ตามปกติอีกครั้ง วิธีนี้ทำได้โดยการกำจัดส่วนที่ขาดของ DNA

โดยใช้เอนไซม์พิเศษเพื่อเชื่อม DNA ที่ดีเข้ากับชิ้นส่วน DNA ที่ยังแข็งแรงอื่นๆและสร้างชิ้นส่วนเสริมเพื่อเชื่อมกับ DNA สายยาวที่เพิ่งสร้างใหม่เหล่านี้ ทำความเข้าใจว่าไดโนคอคคัส เรดิโอดูแรนเป็นอย่างไรสิ่งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ สามารถนำเซลล์ที่ตายแล้วกลับมามีชีวิตอีกครั้ง สำหรับ NASA การควบคุมการต่อต้าน DNA นี้สามารถให้เบาะแสในการสร้างชุดอวกาศหรือยานอวกาศที่ดีขึ้น กลุ่มแพนสเปอร์เมียและชีวดาราศาสตร์

กลุ่มแพนสเปอร์เมียเป็นแนวคิดที่ว่าสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์ สามารถเดินทางระหว่างดาวเคราะห์และอยู่รอดได้ สำหรับบางคน แพนสเปอร์เมียเป็นตัวแทนของต้นกำเนิด ที่เป็นไปได้ของชีวิตบนโลกเนื่องจากจุลินทรีย์จากดาวเคราะห์ดวงอื่น อาจมาถึงที่นี่และทำหน้าที่เป็นบรรพบุรุษของสายพันธุ์ ที่กำลังพัฒนาตามมาทั้งหมด แนวคิดนี้มักถูกเยาะเย้ยว่าไม่สมจริงและเป็นการคาดเดา แต่การศึกษาล่าสุดหลายชิ้นได้ให้ความน่าเชื่อถือ แก่กลุ่มแพนสเปอร์เมียมากขึ้น

นานาสาระ: สมอง การทำความเข้าใจผู้ชายและผู้หญิงมีสมองที่แตกต่างกันหรือไม่