好熱菌：特性、分類、環境 - 生物学 - 2025

好熱性の高いによって特徴付け極限のサブタイプであるが、50℃と75℃の間の温度に耐え、いずれかのこれらの値はこれらの極端な環境で温度を維持し、またはので、しばしば到達されるからです。

好熱性生物は一般に細菌または古細菌ですが、高温の場所でも発生する後生動物（従属栄養および組織である真核生物）があります。

図1.世界で最も乾燥した場所の1つであるチリのアタカマ砂漠。出典：pixabay.com

海洋生物は、好熱性細菌との共生に関連して、これらの高温に適応することができ、硫化ヘモグロビンや化合物の毒性に耐えることができるようにする修飾ヘモグロビン、高血液量などの生化学的メカニズムも発達させていることも知られています。硫黄。

好熱性原核生物は、生命の進化における最初の単純な細胞であり、火山活動や海の間欠泉がある場所に生息すると考えられています。

このタイプの好熱性生物の例は、メタン生成（メタン生成）細菌や回虫Riftia pachyptilaなど、熱水噴出孔や海底の噴出口の近くに生息する生物です。

好熱菌が見られる主な生息地は次のとおりです。

• 陸上熱水環境。
• 海洋熱水環境。
• 熱い砂漠。

好熱性生物の特徴

温度：微生物の発生に重要な非生物的要因

温度は、生物の成長と生存を決定する主要な環境要因の1つです。それぞれの種はそれが生き残ることができる温度の範囲を持っています、しかし、それは特定の温度で最適な成長と発達をします。

温度に対する各生物の成長率をグラフで表すことができ、重要な臨界温度（最小、最適、最大）に対応する値を取得できます。

最低気温

生物の最低成長温度では、細胞膜の流動性の低下が起こり、栄養素の侵入や有毒物質の排出など、物質の輸送や交換のプロセスを停止できます。

最低温度と最適温度の間で、微生物の成長率が増加します。

最適な温度

最適な温度で、代謝反応は可能な限り最高の効率で起こります。

最高気温

最適温度を超えると、各生物が許容できる最高温度まで成長率が低下します。

これらの高温では、酵素などの構造的および機能的なタンパク質が変性し、不活性化されます。これらは幾何学的構成および特定の空間構成を失い、細胞質膜が壊れ、熱の影響により熱溶解または破裂が起こります。

各微生物には、操作と開発のための最低、最適、最高温度があります。好熱菌はこれら3つの温度で非常に高い値を持っています。

好熱性生物の特徴

• 好熱性生物は高い成長率を持っていますが、寿命は短いです。
• 彼らは細胞膜に大量の長鎖飽和脂肪または脂質を持っています。このタイプの飽和脂肪は、熱を吸収し、破壊されることなく高温で（溶融）液体状態になることができます。
• その構造的および機能的タンパク質は、共有結合およびロンドン散乱力と呼ばれる特殊な分子間力により、非常に熱安定性があります（熱安定性）。
• 彼らはまた、高温で代謝機能を維持するための特別な酵素を持っています。
• これらの好熱性微生物は、火山地域に豊富に存在する硫化物や硫黄化合物を、それらを有機物に変換するための栄養源として利用できることが知られています。

好熱性生物の分類

好熱性生物は3つの広いカテゴリーに分けることができます：

• 中等度の好熱菌（50〜60℃の間で最適）。
• 極端な好熱菌（最適は70°C近く）。
• 超好熱菌（最適は80°C近く）。

好熱性生物とその環境

陸上熱水環境

熱水サイトは驚くほど一般的で広く分布しています。それらは、火山地域に関連するものとそうでないものに大別できます。

最高温度の熱水環境は、一般に火山の特徴（カルデラ、断層、プレート構造境界、背弧盆地）に関連付けられており、マグマが地下水と直接相互作用できる深さまで上昇することができます深い。

図2. Tatio Geysers、アタカマ、チリ。ソース：ディエゴデルソ

ホットスポットには、極端なpH値、有機物、化学組成、塩分など、生命の発達を困難にする他の特性も伴うことがよくあります。

したがって、地上の熱水環境の住民は、さまざまな極限状態の存在下で生き残ります。これらの生物は、ポリ極限微生物として知られています。

陸上熱水環境に生息する生物の例

3つのドメインすべて（真核生物、細菌、古細菌）に属する生物は、陸上熱水環境で確認されています。これらの生物の多様性は主に温度によって決定されます。

細菌種の多様な範囲が適度に好熱性の環境に生息している間、光合成独立栄養生物は微生物群集を支配し、巨視的な「マット」または「カーペット」のような構造を形成するようになる可能性があります。

これらの「光合成マット」は、40〜71°Cの温度でほとんどの中性およびアルカリ性の温泉（pHが7.0を超える）の表面に存在し、シアノバクテリアが主要な主要生産者として確立されています。

55°C以上では、光合成マットは主にSynechococcus sp。のような単細胞シアノバクテリアが生息しています。

バクテリア

また、光合成微生物マットには、主にクロロフレクサス目のメンバーであるクロロフレクサス属とローゼフレクサス属の細菌が生息している場合があります。

シアノバクテリアと関連付けられている場合、ChloreflexusおよびRoseiflexus種は、光従属栄養条件下で最適に成長します。

pHが酸性の場合、Acidiciosphaera、Acidiphilium、Desulfotomaculum、Hydrogenobaculum、Methylokorus、Sulfobacillus Thermoanaerobacter、ThermodesulfobiumおよびThermodesulfator属が一般的です。

超好熱性の供給源（72-98°Cの間）では、光合成が起こらないことが知られており、化学的独立栄養細菌の優勢を可能にします。

これらの生物はAquificae門に属し、コスモポリタンです。それらは、電子受容体としての酸素で水素または分子硫黄を酸化し、還元性トリカルボン酸（rTCA）経路を介して炭素を固定することができます。

アーチ

中性およびアルカリ性の熱環境で確認された栽培および非培養古細菌のほとんどは、Crenarchaeota門に属しています。

Thermofilum pendens、Thermosphaera aggregans、Stetteria Hydrogenophila Nitrosocaldus yellowstoniiなどの種は77°C未満で増殖し、Thermoproteus neutrophilus、Vulcanisaeta distributa、Thermofilum pendens、Aeropyruni pernix、Desulfurococcus mobilisよりも80℃以上の温度でIgnisphaera aggregans

酸性環境では、属の古細菌：スルフォロブス、スルフロコッカス、メタロスファエラ、アシディアヌス、スルフリスファラ、ピクロフィルス、サーモプラズマ、テノクラディウム、ガルディビルガが見つかります。

真核生物

中性およびアルカリ源からの真核生物の中で、Thermomyces lanuginosus、Scytalidium thermophilum、Echinamoeba thermarum、Marinamoeba thermophiliaおよびOramoeba funiaroliaが挙げられます。

酸性のソースでは、属：Pinnularia、Cyanidioschyzon、CyanidiumまたはGaldieriaが見つかります。

海洋熱水環境

2°Cから400°C以上の範囲の温度、平方インチあたり数千ポンド（psi）を超える圧力、および高濃度の有毒な硫化水素（pH 2.8）を備えた深海熱水噴出孔は、おそらく私たちの惑星で最も極端な環境。

この生態系では、微生物は食物連鎖の最下部にあり、地球の内部の深いところにある地熱や化学物質から微生物のエネルギーを引き出しています。

図4.熱水ベントとチューブワーム。出典：photolib.noaa.gov

海洋熱水環境に関連する動物群の例

これらのソースまたはベントに関連する動物相は非常に多様であり、異なる分類群間の関係はまだ完全には理解されていません。

分離された種の中には、細菌と古細菌の両方があります。たとえば、メタノコッカス属の古細菌、メタノピュウス、およびカミニバクター属の好熱性嫌気性菌が分離されています。

細菌は、端脚類、カイアシ類、カタツムリ、カニエビ、チューブワーム、魚、タコなどの複数の生物が餌となるバイオフィルムで繁殖します。

図5.噴気孔の住人であるRimicaris属のエビ。出典：NOAA Okeanos Explorer Program、ミッドケイマンライズエクスペディション2011

一般的なシナリオは、玄武岩溶岩の亀裂に集まる、長さ10 cm以上のムラサキイガイ、Bathymodiolus thermophilusの蓄積です。これらは通常、多数のガラテヤガニ（Munidopsis subsquamosa）を伴います。

発見された最も珍しい生物の1つは、結核虫Riftia pachyptilaです。これは、多数に分類され、2メートルに近いサイズに達することがあります。

これらのチューブワームには口、胃、または肛門がない（つまり、消化器系がない）。それらは完全に閉じた袋であり、外部環境に開かれていません。

図6.イソギンチャクとムール貝がいるイモムシRiftia pachyptila。出典：
NOAA Okeanos Explorer Program、Galapagos Rift Expedition 2011

ペン先の明るい赤色は、細胞外ヘモグロビンの存在によるものです。硫化水素は、このプルームのフィラメントに関連付けられた細胞膜を横切って輸送され、細胞外ヘモグロビンを介して、共生化学合成細菌のみで構成されるトロフォソームと呼ばれる特殊な「組織」に到達します。

これらのワームは、硫化水素を食べ、ワームに「食物」を提供するバクテリアの内部「庭」を持っていると言えます。

熱い砂漠

高温の砂漠は、地球表面の14〜20％、約1900〜2500万kmをカバーしています。

北アフリカのサハラ砂漠、米国南西部、メキシコ、オーストラリアの砂漠などの最も暑い砂漠は、北半球と南半球の両方の熱帯全体に見られます（約10°から30-緯度40°）。

砂漠の種類

暑い砂漠の特徴は乾燥です。Koppen-Geiger気候分類によれば、砂漠は年間降水量が250 mm未満の地域です。

ただし、水の損失は水収支の決定要因であるため、年間降水量は誤解を招く可能性があります。

したがって、砂漠の国連環境計画の定義は、潜在的な蒸発散量（PET）が実際の降水量（P）の5倍である通常の気候条件下での年間の水分不足です。

雲量が不足しているため、日射量が乾燥地帯で最大に近づくため、高温の砂漠では高PETがよく見られます。

砂漠は乾燥度のレベルに応じて2つのタイプに分類できます。

• 超乾燥：乾燥指数（P / PET）が0.05未満。
• 集計：インデックスが0.05から0.2の間。

砂漠は、乾燥した半乾燥地（P / PET 0.2-0.5）や亜湿地（0.5-0.65）とは区別されます。

砂漠には、その強い温度変化や土壌の高い塩分など、他の重要な特性があります。

一方、砂漠は通常砂丘と砂に関連付けられていますが、この画像はそれらすべての15〜20％にのみ対応しています。岩が多い山岳の風景は、最も頻繁に砂漠の環境です。

砂漠の好熱性生物の例

好熱菌である砂漠の住民は、とりわけ、雨、高温、風、塩分の不足から生じる逆境に立ち向かうために一連の適応を持っています。

乾生植物は、汗を避け、できるだけ多くの水を蓄える戦略を開発しました。茎と葉の多肉または肥厚は、最もよく使用される戦略の1つです。

サボテン科では、蒸発散を防ぎ、草食動物を撃退するために、葉も棘に変更されています。

図7.シンガポール植物園のサボテン。出典：ウィキメディア・コモンズのカルビン・テオによるImg

ナミビアの砂漠に生息するリトープス属または石の植物も多肉植物を育てますが、この場合、植物は地面と同じ高さに成長し、周囲の石で偽装します。

図8. Lithops herreiは岩のような砂漠の多肉植物です。出典：カリフォルニア大学植物園のStan Shebs

一方、これらの極端な生息地に住む動物は、生理学から行動学まで、あらゆる種類の適応を発達させます。たとえば、いわゆるカンガルーラットは排尿量が少なく、数も少ないため、これらの動物は水不足の環境で非常に効率的です。

水分損失を減らすもう1つのメカニズムは、体温の上昇です。たとえば、休んでいるラクダの体温は、夏には約34°Cから40°C以上に上昇する可能性があります。

温度変化は、以下の理由から、水の保全において非常に重要です。

• 体温の上昇とは、熱が水分の蒸発により放散されるのではなく、体内に蓄積されることを意味します。その後、夜間に水を無駄にすることなく、余分な熱を排出することができます。
• 温度勾配が減少するため、高温環境からの熱取得が減少します。

もう1つの例はサンドラット（Psammomys obesus）で、葉に大量の塩分を含むケノポディア科の砂漠の植物だけを食べられるようにする消化機構を発達させました。

図9.サンドラット（Psammomys obesus）。出典：ウィリーメディア・コモンズのゲイリーL.クラーク

砂漠の動物の行動学的（行動）適応は数多くありますが、おそらく最も明白なものは、活動と休息のサイクルが逆であることを意味します。

このように、これらの動物は日没（夜行性活動）でアクティブになり、明け方（昼休み）で活動を停止するため、アクティブな生活は最も暑い時間と一致しません。

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