科学探索|科学家介绍最能忍受极端寒冷的三种生物科学家介绍最能忍受极端寒冷

西班牙《趣味》月刊网站9月17日刊登题为《3种能忍受极端寒冷的生物》的文章，作者是阿尔瓦罗·巴扬。全文摘编如下：通常，生物在其环境变量（例如温度、酸碱度或盐度）保持在相对较小变化范围内的环境中移动。
然而，这种普遍性也有例外：它们是被称为“极端微生物”的有机体，它们适应生活在其中一些变量是极端的环境下。因此，有些生物适应了异常酸性或碱性的环境、非常咸的环境或温度极端的环境。在南极洲，一年四季的气温极低。为了在如此寒冷的环境中维持生命，生物需要一些策略来防止组成细胞的水冻结。
嗜冷微生物就是通过生理机制适应寒冷。这种机制主要基于一组特定的蛋白质，能够产生与嗜温微生物相比显著的代谢差异。这些蛋白质分为四种类型。
一旦温度下降，冷休克蛋白就会立即表达。它们是小蛋白质，参与其他蛋白质的转录和折叠。它们允许在低温条件下保持代谢活动。
【科学探索|科学家介绍最能忍受极端寒冷的三种生物】冷适应蛋白在长时间暴露于低温的生长过程中表达。它们的功能与其他蛋白质的稳定及其表达的维持有关，使它们能够维持生长和新陈代谢。
抗冻蛋白负责防止细胞材料冻结。细胞内部基本上是水，其内部成分很容易充当促进冷冻的细胞核。这些蛋白质通过抑制新的水分子添加到冰晶中来防止冰核形成。抗冻蛋白的合成是抵御零摄氏度以下温度的最重要策略之一；它被细菌、鱼类、昆虫、真菌、植物和大多数居住在这种环境中的生物所共有。
所涉及的第四类蛋白质称为冰结合蛋白，虽然它们的存在和结构是已知的，但科学界对它们的功能仍不太清楚。最可信的推测是该蛋白可以与小的冰晶结合，具有抑制冰结晶和生长的功能。
硅藻南极洲部分地区的冰层下保存着液态水；冰盖起着屏障的作用。即便如此，这些水域的寒冷仍然是极端和持久的，一年中有4个多月光线几乎为零。在这种寒冷、黑暗的环境中，生活着硅藻，如“圆柱拟脆杆藻” 。这些南极硅藻在长期黑暗中生存的能力取决于它们的代谢能力。除了嗜冷有机体的适应之外，负责代谢过程的酶在黑暗中变得更加丰富。在这种黑暗的环境中，碳固定停止——没有光合作用——但它们仍然活着，进行一种替代新陈代谢，使它们能够长期生存。另一方面，通过将新陈代谢过程保持在黑暗阶段，圆柱拟脆杆藻能够保留光合装置的功能，确保在几个月后黎明终于到来和持续数月的极昼期间快速恢复。

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嗜冷菌最极端的嗜冷菌“液泡极地单胞菌”生活在南极洲帕尔默半岛海岸的海冰下。这是第一种成功从海洋环境中分离出来的β-变形菌。它也是我们所知的具有最高嗜冷能力的细菌，能够在零摄氏度到10摄氏度之间生存和维持新陈代谢，在4摄氏度时最适合生长。对这种细菌的基因组分析表明，存在着与适应高盐度和寒冷条件有关的基因。除了通常的蛋白质外，这种细菌还产生小的气态囊泡和细胞粘附蛋白。它有一种光异养的生活方式：它像植物一样使用阳光作为能源，但它的碳源不是大气中的二氧化碳，而是有机物。

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地衣虽然大多数嗜冷生物在零上几度或零下几度时茁壮成长，随着温度变低进入休眠状态或死亡，但一些地衣例外。地衣是非常特殊的有机体。它们是提供支持的真菌、通过光合作用提供营养的藻类或蓝细菌之间共生结合的结果，最近已知酵母也参与其中，从而稳定整个系统。南极洲的原生地衣对冰冻压力具有很高的耐受性，并且在经过一段长时间的严寒后恢复其代谢活动的能力很强。其最适合的生长温度为零摄氏度至15摄氏度之间；然而，它们可以在低至零下17摄氏度的温度下保持新陈代谢活跃，即使在零下20摄氏度的低温下，仍能保留部分代谢活性。