辣妹俱乐部的成员们

鸟类和哺乳动物调节体内温度的能力使它们能够在一些炎热的环境中生存。其他生物可以通过行为或结构机制做到这一点，这些机制允许它们失去或避免获得热量。然而，一些生物缺乏这些机制，它们的生活方式或栖息地意味着它们必须加入“炎热俱乐部”，在体内的高温下生存。

什么是热门，什么不是?

绝大多数生物生活在温度在0-48°C的环境中。温度高于48°C的栖息地很少，温度持续高于48°C的栖息地就更少了。低于0°C的温度更常见，使生物体面临冻结或冻结的威胁。生物如何应对低于0°C的温度将在下一章中描述。很少有动物或植物能在持续暴露于48°C以上的温度下存活超过短时间。因此，这种能力可能是成为热门俱乐部成员的有用标准。鸟类的内部温度保持在41°C，只比临界值低7度。既然它们能在这样的温度下存活，那么随着温度的升高，破坏性的影响肯定很快就会显现出来。致死温度只比它们新陈代谢的最佳温度高几度。一些蛋白质在45°C时开始变性，大多数动物在暴露于50°C后会死亡。

在炎热的亚热带沙漠在美国，气温通常达到50°C，地面温度通常达到70°C，吸收了太阳的烘烤热量。然而，正如我们在第二章中所看到的，沙漠中的植物和动物要么避开高温，要么拥有防止它们升温到致命水平的机制。沙漠中的微生物无法避免高温或自我降温，可能不得不在这些高温下生存。然而，随着炎热的到来，很可能会出现干燥。Anhydrobiotic干燥状态下的生物比水合状态下的生物能抵抗更高的温度(见第3章)。蛋白质受热变性包括随着动能增加而破坏维持其形状的弱键，分子展开。如果没有水，这是不可能发生的低湿休眠也赋予热稳定性。因此，沙漠微生物很可能在无水状态下在高温下生存。一些无水生物动物(线虫、轮虫、缓步动物和一些节肢动物幼虫)和植物(复活植物和种子)也能够在干燥状态下在沙漠的高温下生存。这些生物利用抗性适应——休眠直到水和较低的温度回归。

陆地温泉和深海热液喷口是水生栖息地，居住在其中的生物不能依赖无水的机器人生存(因为它们不能干燥)。条件也相当持续炎热，生物利用适应能力来适应炎热的环境，并在其中茁壮成长。因此它们是嗜极生物(嗜热生物)。没有任何植物或动物能够在持续高于50°C的条件下生存(或者可能只有一种动物，庞贝蠕虫-见后)。这个热门俱乐部的会员仅限于微生物。

热俱乐部植物和动物

沙漠动物无法避开高温，也没有冷却自己的机制，它们可能会达到使它们有资格成为高温俱乐部成员的温度(超过48°C)。小型沙漠蜗牛Sphicterochila boisseri生活在以色列内盖夫沙漠。在干燥的条件下，它会在沙子和岩石的表面休眠，在那里它暴露在太阳的全部热量下。蜗牛生活的环境温度高达地面65°C，空气43°C。外壳非常有光泽，反射了大部分太阳辐射，蜗牛退缩到外壳的上螺纹，留下一个空气袋

95%的太阳辐射被白色外壳反射

蜗牛组织

空气的空间

气温= 43摄氏度

95%的太阳辐射被白色外壳反射

蜗牛组织

空气的空间

65 C

60摄氏度

65 C

图4.2沙漠蜗牛Sphicterochila boisseri的温度关系。重画自Schmidt-Nielsen et al.， 1971，并经Company of biology Ltd.许可转载。

这样就能隔绝地面的热量。然而，蜗牛的组织可以达到高达50°C的温度，但它可以存活下来，因为它的致命温度在50°C到55°C之间(图4.2)。然而，动物在这些条件下是休眠的，它正在使用一种抗性适应。这种蜗牛不会明显变干，在炎热干燥的条件下可以保持76%的含水量数周。一个沙漠白天里，沙子表面的温度高达67°C。蚂蚁可以通过将其瘦弱的身体抬起，并通过寻找阴凉和凉爽的地方来避免极端高温。尽管如此，它在超过52°C的体温下仍能短时间存活，尽管这接近它的热死亡点。白天觅食对蚂蚁来说是危险的，许多蚂蚁死于热应激，但这使它们能够第一个到达现场，以其他死于热的昆虫的尸体为食。它们还能避开蜥蜴和其他捕食者的注意，因为它们在一天中最热的时候无法持续活动。

沙漠植物无法移动，无法避免暴露在阳光和热量下。Tidestromia oblongifolia是一种多年生草本植物，生长在加州死亡谷的夏季，温度超过50°C。它不能在靠近海岸的更温和的气候中生长，因此显然是热适应的。raybet雷竞技最新沙漠植物通过浅色的刺、毛和蜡质角质层来减少热量的增加，这些角质层可以反射太阳光或遮蔽植物表面。一些植物(包括Tidestromia)可以通过快速的蒸腾速率(在它们的表面产生蒸发冷却)来降温。沙漠肉质植物(包括仙人掌)，然而，它们保存水分，不能在蒸发冷却过程中水分流失的情况下存活下来。它们的内部组织可以达到60°C以上的温度，植物可以在这种温度下长时间生存。活的植物中有记录的最高温度之一是65°C的一种仙人掌(Opuntia)仙人掌）.

很少有动物或植物能生活在陆地的地热泉。盐水苍蝇会降落并以泉水中生长的藻类为食，但只有在温度降至40°C以下的地方。苍蝇产卵孵化，幼虫也以藻类为食。然而，如果泉水的水流发生变化，导致幼虫被冲走或暴露在比它们所能承受的温度更高的水中，幼虫就会死亡。据报道，一种线虫(Aphelenchoides parientus)生活在温度为45-51℃的温泉中，昆虫幼虫(chironomids)生活在温度为49-51℃的温泉中。

深海热液喷口喷出的水可以流出，由于高温而过热深度压力，温度超过300°C。然而，由于周围的海水温度约为2°C，它会迅速冷却。与喷口有关的动物主要生活在30°C左右的水域。庞贝蠕虫(Alvinellapompejana，一种小型多毛动物)可能是“热俱乐部”成员的最佳候选动物，它生活在黑色烟囱的壁上，这些烟囱状结构是由深海热液喷口周围的矿物质沉积形成的。蠕虫在烟囱的壁上做了一个管子，它生活在里面。从通风口流出的热水冲过管道，与入口的冷水混合后冷却。特拉华大学的克雷格·卡里(Craig Cary)和他的同事们用“深水潜水器”将探测器插入管道，测量出管道底部平均温度为81°C，而管道口平均温度为22°C。当探针放置在蠕虫的尾部时，平均温度为68°C，有时超过81°C。如果这些测量值代表了蠕虫本身的温度，那么庞贝蠕虫不仅是已知的最耐热的多细胞(和真核生物)生物，而且可以在高达60°C的前所未有的温度梯度下生存(图4.3)。然而，考虑到管内明显的温度梯度，蜗杆位置和温度探头位置之间的精确关系是至关重要的。 The measurements were made using probes positioned by an operator in a deep submergence vehicle. The precise placing of the probe and the monitoring of its position in relation to the worm was therefore difficult. Craig Cary tells me that their most recent temperature measurements, however, confirm their earlier findings and that they have recorded temperature spikes up to 89 °C.

测定庞贝蠕虫耐受性的另一种方法是检查其酶和对其生存至关重要的其他分子和成分的热稳定性。蠕虫的血红蛋白在超过50°C的温度下变得不稳定，分离的线粒体的呼吸在超过49°C时停止。其角质层胶原蛋白(是体壁的主要结构成分的蛋白质)在45°C左右发生变性。这些测量值以及其酶的最佳温度表明，这种蠕虫的最佳体温为30-35°C，其温度限制在50°C以下。然而，克雷格·卡里已经从细菌中分离出一种酶，这种酶与蠕虫表面的最佳温度约为82°C有关。很难将这些孤立部件上的测量结果与实际的热量联系起来

M-Vent温度分布图

图4.3从庞贝蠕虫(Alvinella pompejana)的试管中记录的温度。这种蠕虫大约有6厘米长。

(a)图示蠕虫在其管中，温度探头就位。所显示的温度是探测器一次部署过程中记录的最高温度。

(b)在三小时内从管内和管外进行的两次温度记录。

经《自然》(Cary et al.， 1998)允许转载，版权所有(1998)麦克米伦杂志有限公司。图片由特拉华大学的克雷格·卡里提供。

蠕虫环境。在完整的动物中，保护性热机制可能起作用(例如通过分子伴侣)。如果蠕虫的身体确实有明显的温度梯度，那么热敏功能可能集中在动物较冷的部位。关于这种迷人的动物，显然还有更多要了解的。

夜店里的微生物

新西兰，我的第二故乡，坐落在两个伟大的大陆板块它们组成了地球表面在这里,太平洋板块是画在边缘下的印度洋板块板这一过程被称为“俯冲”，在南岛和北岛之间形成了一条长达600多公里的断层线。所产生的力俯冲过程形成了巨大的山脉(南阿尔卑斯山)和经常性的地震。当太平洋板块被拖到印度-澳大利亚板块之下时，它被迫深入地球，遇到高温，岩石融化并转化为熔融的岩浆。在某些地方，这些物质通过地壳的裂缝到达地表，形成火山。新西兰的怀特岛活火山、鲁阿佩胡火山和恩高鲁霍火山都是火山带的一部分火山链在太平洋的边缘当水与热岩石接触时，它可能以冒泡的泥池、间歇泉和温度高达101°C的温泉的形式出现在地表。位于新西兰北岛中部的罗托鲁瓦湖畔小镇周围的地区是新西兰最著名的热区。整个小镇弥漫着硫化氢气体(当地人亲切地称之为“Soir de Rotorua”)的难闻气味一个领域被当地毛利人命名为Whangapipiro(“恶臭的地方”)。冒泡的泥池是在当地高尔夫球场上遇到的更不寻常的危险之一。温泉遍布世界各地，与俯冲带火山活动，它们最集中在美国西部(包括黄石国家公园)、冰岛、新西兰、日本、地中海国家、印度尼西亚、中美洲和中非。雷竞技手机版app

这些温泉里没有动物或植物，水太热了，你的手都浸不进去，但这些滚烫的水并不是没有生命。细菌的存在通常由颜色鲜艳的薄膜和细丝状物显示出来。如果玻璃滑梯浸入水中，它们很快就会被细菌占领。20世纪60年代，已经从威斯康辛大学麦迪逊分校退休的汤姆·布洛克开始从黄石国家公园的温泉中分离和培养细菌。他发现了许多不同类型的嗜热细菌，包括一些在超过73°C的温度下生活的新物种。黄石公园75-80°C的温泉中生长着大量的黄色细丝，可以从其中分离出一种被确定为Thermus aquations的细菌。由于海拔较低，新西兰的一些温泉的温度比黄石公园的高。在一次新西兰之行中，汤姆·布洛克能够在100摄氏度左右的温度下分离出细菌。然而，他无法从意大利和冰岛的火山喷气孔(火山壁上蒸汽喷出的裂缝)中分离出任何生物，这些火山喷气孔产生的过热蒸汽温度远高于100°C。看来，细菌需要液态水的存在，而水的沸点是陆地温泉中生命的极限。

沸水中细菌的存在仅限于ph值为碱性或中性的温泉。酸性条件更难以应对，酸性温泉中生物体的温度上限约为90°C。深海的高压使水从热液喷口中过热，温度超过300°C。在大约115°C的温度下，生长在喷口附近的细菌已经被分离出来。它们被称为超嗜热生物、极端嗜热生物或超嗜热生物——都是在说“天哪，它们真热!”其中一些，如火石斛(Pyrodiotium)和火石斛(Pyrolobus)的最佳生长温度高于100°C(105°C)。在温度高达110°C的油田生产液中也分离出了嗜热细菌。更热的条件下，可能会在深层地下发现细菌生长。人们认为细菌生存的温度极限可能高达150°C。

只有细菌才能在极端的嗜热环境中生存。嗜热真菌的生长上限在60℃左右，藻Cyanidium caldarium的最高生长温度为57℃，原生动物已在56℃下生长。在真细菌和古细菌中都发现了嗜热和超嗜热细菌。大多数超嗜热古菌都与被地热活动加热并含有硫化物和单质硫的水或土壤有关。涉及硫的反应是大多数这些生物代谢的重要组成部分。

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