極限環境菌：特性、種類、例 - 生物学 - 2025

極限はすなわち、彼らは人間が最も知られている生物を生きている条件からそれらのことずれる過酷な環境に住んでいる生物です。

「極限」および「極限環境下」という用語は、比較的人間中心的なものです。なぜなら、私たち人間は、自分たちの存在にとって極端と考えられることに基づいて生息地とその生息地を評価するからです。

図1.ターディグラード、非常に荒い環境で生き残る能力で知られているPhylum。ソース：ウィローガブリエル、ゴールドスタインラボ、ウィキメディアコモンズ経由

前述のことから、極端な環境を特徴付けるのは、とりわけ、その温度、湿度、塩分、光、pH、酸素の利用可能性、毒性レベルに関して、人間にとって許容できない条件を提示することです。

非人間中心的な観点から、人間はそれらを評価した生物によっては極限環境微生物である可能性があります。例えば、酸素が有毒である、厳密に嫌気性の生物の観点からは、好気性の生物（人間のような）は極限環境微生物です。人間にとっては、逆に嫌気性生物は極限環境微生物です。

「極限環境微生物」という用語の由来

私たちは現在、地球の内外にある多数の環境を「極限」と定義しており、生き残るだけでなく、それらの多くで広く繁殖することのできる生物を常に発見しています。

RDマセルロイ

1974年、RDマセルロイは、中間条件の環境で成長する中温性微生物とは対照的に、極端な条件下で最適な成長と発達を示すこれらの微生物を定義するために「極限微生物」という用語を提案しました。

マセルロイによると：

「極限環境菌は、中温菌に敵対的な環境に住むことができる生物、または中間環境でのみ生育する生物の記述です。」

生物には2つの基本的な程度の過激主義があります。極端な環境条件に耐え、他の人より支配的になるものです。極端な条件下で最適に成長し、成長するもの。

極限環境の特徴

「極度の」としての環境の名称は、人間の生存を可能にする特定の環境条件（特に、温度、塩分、放射線など）のベースラインの遠い極端を考慮した、人為的な構造に対応しています。

ただし、この名前は、（人間の視点ではなく）環境に生息する生物の視点から、環境の特定の特性に基づいている必要があります。

これらの特性には、バイオマス、生産性、生物多様性（種の数と高等分類群の表現）、生態系におけるプロセスの多様性、問題の生物の環境への特定の適応が含まれます。

これらすべての特性の合計は、環境の極端な状態を示します。たとえば、極端な環境とは、一般的に次のようなものです。

• バイオマスと生産性が低い
• 古風な生命体の優勢
• 高等生物の欠如
• 光合成および窒素固定がないが、他の代謝経路および特定の生理学的、代謝的、形態学的および/またはライフサイクル適応への依存。

動物スケールでの極限環境菌の種類

単細胞生物

好極限性という用語は、細菌などの原核生物を頻繁に指し、時には古細菌と交換可能に使用されます。

ただし、極限環境微生物にはさまざまな種類があり、極端な生息地における系統学的多様性に関する私たちの知識は、ほぼ毎日増加しています。

たとえば、私たちはすべての超好熱菌（熱愛好家）が古細菌と細菌のメンバーであることを知っています。真核生物は、好冷菌（冷たい愛好家）、好酸性菌（低pH愛好家）、好アルカリ性菌（高pH愛好家）、好熱菌（乾燥環境愛好家）、好塩菌（塩愛好家）の間でよく見られます。

図2.米国のイエローストーン国立公園内の温泉。これらの温泉が獲得する明るい色は、好熱性細菌の増殖に関連しています。出典：ジムピーコ、国立公園局、ウィキメディアコモンズ経由

多細胞生物

無脊椎動物や脊椎動物などの多細胞生物も極限環境微生物である可能性があります。

たとえば、一部の好冷菌には、少数のカエル、カメ、ヘビが含まれ、冬の間は組織内の細胞内凍結を回避し、細胞質にオスモライトを蓄積し、細胞外水（細胞外）のみの凍結を可能にします。

もう1つの例は、南極の線虫Panagrolaimus davidiの場合です。これは、細胞内の凍結（細胞内の水の凍結）に耐え、解凍後に成長して繁殖することができます。

また、南極の冷たい水とアメリカ大陸の南に住むChannichthyidae科の魚は、不凍タンパク質を使用して細胞を完全な凍結から保護します。

ポリ極限微生物

Poly-Extremophilesは、同時に複数の極限状態に耐えることができる生物であり、すべての極限環境で一般的です。

たとえば、極端な暑さや限られた水の利用可能性、そしてしばしば高い塩分に耐える砂漠の植物。

もう1つの例は、海底に生息する動物であり、特に、光の不足や栄養素の不足などの非常に高い圧力に耐えることができます。

最も一般的なタイプの極限環境

環境の極値は、伝統的に次のような非生物的要因に基づいて定義されます。

• 温度。
• 水の可用性。
• 圧力。
• pH。
• 塩分。
• 酸素濃度。
• 放射線レベル。

極限環境微生物は、彼らが耐える極限状態に基づいて同様に説明されます。

非生物的条件に従って認識できる最も重要な極限環境は次のとおりです。

極寒の環境

極度に寒い環境とは、5°C未満の温度の期間（短期または長期）にわたって頻繁に持続または落下する環境です。これらには、地球の極、山岳地帯、およびいくつかの深海の生息地が含まれます。日中のいくつかの非常に暑い砂漠でさえ、夜は非常に低温です。

雪氷圏（水が固体の状態）に住んでいる他の生物があります。たとえば、恒久的または定期的な積雪下の氷床、永久凍土に生息する生物は、寒さ、乾燥、高レベルの放射線を含む複数の極値に耐えなければなりません。

極端な高温環境

非常に暑い生息地とは、40°Cを超えるか、定期的に40°Cを超える場所です たとえば、高温の砂漠、地熱地帯、深海の熱水噴出孔などです。

それらは、極端な高温、高温お​​よび低温の砂漠などの利用可能な水が（持続的または定期的に）非常に制限されている環境、および一部の岩石内に生息する生息地（岩内にある）に関連していることがよくあります。

極圧環境

海の底生地帯や深い湖など、他の環境は高い静水圧の影響を受けます。これらの深度では、住民は1000気圧を超える圧力に耐えなければなりません。

あるいは、山岳地帯や世界の他の高地に、気圧が極端に低くなる極端な気圧があります。

図3.海洋噴気孔または熱水噴出孔。生物のコミュニティ全体が生息する極端な環境の例。この環境では、圧力と温度が高く、硫黄が放出されます。出典：NOAA、Wikimedia Commons経由

極端な酸およびアルカリ環境

一般的に、極端に酸性の環境とは、pH 5未満の値を維持するか、定期的に到達する環境です。

特に、低pHは、存在する金属の溶解度を高め、そこに住む生物は複数の非生物的な極限に直面するように適応させる必要があるため、環境の「極限」状態を高めます。

逆に、非常にアルカリ性の環境とは、9を超えるpH値が維持されるか、定期的に記録される環境です。

極端なpH環境の例としては、湖、地下水、強酸性またはアルカリ性の土壌などがあります。

図4.ドワーフロブスター（Munidopsis polymorpha）、洞窟の住人であり、カナリア諸島のランサローテ島に固有。このタイプの極端な洞窟環境への典型的な適応には、サイズの縮小、青みおよび失明があります。出典：flickr.com/photos//5582888539

生理食塩水および無酸素環境

高塩分環境は、海水よりも塩濃度が高く、1000分の35の環境と定義されています。これらの環境には、高塩分および塩水湖が含まれます。

「食塩水」では、主な塩が他のものである生理食塩水環境が存在する可能性があるため、塩化ナトリウムによる塩分のみを指すのではありません。

図5.ベネズエラのファルコン州、サリーナラスクマラグアスの水のピンク色。ピンク色は、Dunaliella salinaと呼ばれる藻の産物であり、生理食塩水中に存在する高濃度の塩化ナトリウムに抵抗することができます。出典：Wikimedia CommonsのHumbRios

持続的または定期的な間隔で、遊離酸素が限られている（低酸素）または酸素が存在しない（無酸素）の生息地も、極端と見なされます。たとえば、これらの特性を持つ環境は、海や湖の無酸素盆地や、より深い堆積層です。

図6.アルテミアモニカ、カリフォルニア（米国）のモノ湖に生息する甲殻類、塩水環境（重炭酸ナトリウム）および高pH。出典：photolib.noaa.gov

高放射線環境

紫外線（UV）または赤外線（IR）放射も、生物に極端な条件を課す可能性があります。極端な放射線環境とは、異常に高い放射線または正常範囲外の放射線に曝されている環境です。たとえば、極地および高地環境（陸上および水生）。

ファオシスティス・ポーシェティ

一部の種は、高紫外線または赤外線の回避メカニズムを示します。たとえば、南極海藻Phaeocystis pouchetiiは、UV-B波長（280-320nm）を強力に吸収し、細胞を10 m以内の非常に高いレベルのUV-Bから保護する水溶性「日焼け止め」を生成します。上部の水柱（海氷砕け後）。

デイノコッカスラジオデュランス

他の生物は電離放射線に対して非常に耐性があります。たとえば、細菌Deinococcus radioduransは、電離放射線への曝露後の広範なDNA損傷を補償することにより、その遺伝的完全性を維持できます。

この細菌は、細胞間メカニズムを使用して分解を制限し、DNAフラグメントの拡散を制限します。さらに、それは非常に効率的なDNA修復タンパク質を持っています。

Astyanax Hubbsi

放射線環境が明らかに低いかまったくない場合でも、好極限性生物は放射線レベルの変化に応答するように適応されています。

たとえば、メキシコの洞窟に住むブラインドフィッシュであるAstyanax hubbsiは、表面的な知覚可能な目の構造はありませんが、周囲の光の小さな違いを区別できます。彼らは眼球外光受容器を使用して、動いている視覚刺激を検出し、それに反応します。

図7.洞窟住人であるAstyanax属の盲魚。出典：Shizhao、ウィキメディア・コモンズ

人為的な極端

私たちは現在、人間の活動の影響として人工的に生成された極端な環境条件が課せられている環境に住んでいます。

いわゆる人為的影響環境は非常に多様で、対象範囲はグローバルであり、特定の極端な環境を定義するときに無視することはできません。

たとえば、汚染（大気、水、土壌）の影響を受ける環境（気候変動や酸性雨など）、天然資源の採取、物理的な障害、乱獲など。

トランジションとエコトーン

上記の極端な環境に加えて、陸上生態学者は常に、2つ以上の多様なコミュニティや環境の間の遷移ゾーンの特殊な性質（山の樹木や森林と草原の境界など）を認識しています。 。これらはテンションベルトまたはエコトーンと呼ばれます。

エコトーンは、海洋環境にも存在します。たとえば、海氷の端によって表される氷と水の移行などです。これらの遷移ゾーンは通常、隣接するコミュニティよりも大きな種多様性とバイオマス密度を示します。これは主に、それらに住む生物が隣接する環境のリソースを利用できるためです。

ただし、エコトーンは継続的に変化する動的な領域であり、多くの場合、隣接する環境よりも非生物条件および生物条件の変動の範囲が年間を通じて広がっています。

これは、生物がその行動、生物季節学（季節の天候）、および他の種との相互作用を継続的に適応させる必要があるため、合理的に「極端」と考えることができます。

エコトーンの両側に生息する種は、多くの場合、ダイナミクスに対してより耐性がありますが、範囲が一方に限定されている種は、他方の側を極端に経験します。

一般的に、これらの遷移ゾーンは、多くの場合、自然および人為的な気候変動や障害の影響を受けます。

さまざまな段階または段階の動植物

環境は動的であるだけでなく、極端な場合もそうでない場合もありますが、生物も動的であり、特定の環境条件に適応したさまざまな段階のライフサイクルがあります。

生物のライフサイクルの1つの段階をサポートする環境が、別の段階では極端である場合があります。

植物

たとえば、ココナッツ（Cocos nucifera）には海上輸送に適した種子がありますが、成熟した木は陸上で育ちます。

シダやさまざまな種類のコケなどの維管束胞子を含む植物では、配偶体は光合成色素を欠き、根を持たず、環境湿度に依存します。

胞子体は根茎、根、および新芽を持っていますが、完全な日光の下での高温および乾燥状態に耐えます。胞子体と配偶体の違いは、分類群の違いと同じ順序です。

動物

非常に近い例は、通常は成虫を取り巻​​く環境に不耐性である多くの種の幼若段階で構成されているため、通常は、それらを可能にするスキルと強さを身につける期間中、保護とケアが必要です。これらの環境に対処することができます。

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