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然而，這種普遍性也有例外：它們是被稱為“極端微生物”的有機(jī)體，它們適應(yīng)生活在其中一些變量是極端的環(huán)境下。因此，有些生物適應(yīng)了異常酸性或堿性的環(huán)境、非常咸的環(huán)境或溫度極端的環(huán)境。在南極洲，一年四季的氣溫極低。為了在如此寒冷的環(huán)境中維持生命，生物需要一些策略來(lái)防止組成細(xì)胞的水凍結(jié)。

嗜冷微生物就是通過(guò)生理機(jī)制適應(yīng)寒冷。這種機(jī)制主要基于一組特定的蛋白質(zhì)，能夠產(chǎn)生與嗜溫微生物相比顯著的代謝差異。這些蛋白質(zhì)分為四種類型。

一旦溫度下降，冷休克蛋白就會(huì)立即表達(dá)。它們是小蛋白質(zhì)，參與其他蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和折疊。它們?cè)试S在低溫條件下保持代謝活動(dòng)。

冷適應(yīng)蛋白在長(zhǎng)時(shí)間暴露于低溫的生長(zhǎng)過(guò)程中表達(dá)。它們的功能與其他蛋白質(zhì)的穩(wěn)定及其表達(dá)的維持有關(guān)，使它們能夠維持生長(zhǎng)和新陳代謝。

抗凍蛋白負(fù)責(zé)防止細(xì)胞材料凍結(jié)。細(xì)胞內(nèi)部基本上是水，其內(nèi)部成分很容易充當(dāng)促進(jìn)冷凍的細(xì)胞核。這些蛋白質(zhì)通過(guò)抑制新的水分子添加到冰晶中來(lái)防止冰核形成。抗凍蛋白的合成是抵御零攝氏度以下溫度的最重要策略之一；它被細(xì)菌、魚類、昆蟲、真菌、植物和大多數(shù)居住在這種環(huán)境中的生物所共有。

所涉及的第四類蛋白質(zhì)稱為冰結(jié)合蛋白，雖然它們的存在和結(jié)構(gòu)是已知的，但科學(xué)界對(duì)它們的功能仍不太清楚。最可信的推測(cè)是該蛋白可以與小的冰晶結(jié)合，具有抑制冰結(jié)晶和生長(zhǎng)的功能。

硅藻 南極洲部分地區(qū)的冰層下保存著液態(tài)水；冰蓋起著屏障的作用。即便如此，這些水域的寒冷仍然是極端和持久的，一年中有4個(gè)多月光線幾乎為零。在這種寒冷、黑暗的環(huán)境中，生活著硅藻，如“圓柱擬脆桿藻”。這些南極硅藻在長(zhǎng)期黑暗中生存的能力取決于它們的代謝能力。除了嗜冷有機(jī)體的適應(yīng)之外，負(fù)責(zé)代謝過(guò)程的酶在黑暗中變得更加豐富。在這種黑暗的環(huán)境中，碳固定停止——沒(méi)有光合作用——但它們?nèi)匀换钪M(jìn)行一種替代新陳代謝，使它們能夠長(zhǎng)期生存。另一方面，通過(guò)將新陳代謝過(guò)程保持在黑暗階段，圓柱擬脆桿藻能夠保留光合裝置的功能，確保在幾個(gè)月后黎明終于到來(lái)和持續(xù)數(shù)月的極晝期間快速恢復(fù)。

嗜冷菌 最極端的嗜冷菌“液泡極地單胞菌”生活在南極洲帕爾默半島海岸的海冰下。這是第一種成功從海洋環(huán)境中分離出來(lái)的β-變形菌。它也是我們所知的具有最高嗜冷能力的細(xì)菌，能夠在零攝氏度到10攝氏度之間生存和維持新陳代謝，在4攝氏度時(shí)最適合生長(zhǎng)。對(duì)這種細(xì)菌的基因組分析表明，存在著與適應(yīng)高鹽度和寒冷條件有關(guān)的基因。除了通常的蛋白質(zhì)外，這種細(xì)菌還產(chǎn)生小的氣態(tài)囊泡和細(xì)胞粘附蛋白。它有一種光異養(yǎng)的生活方式：它像植物一樣使用陽(yáng)光作為能源，但它的碳源不是大氣中的二氧化碳，而是有機(jī)物。

地衣 雖然大多數(shù)嗜冷生物在零上幾度或零下幾度時(shí)茁壯成長(zhǎng)，隨著溫度變低進(jìn)入休眠狀態(tài)或死亡，但一些地衣例外。地衣是非常特殊的有機(jī)體。它們是提供支持的真菌、通過(guò)光合作用提供營(yíng)養(yǎng)的藻類或藍(lán)細(xì)菌之間共生結(jié)合的結(jié)果，最近已知酵母也參與其中，從而穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)。南極洲的原生地衣對(duì)冰凍壓力具有很高的耐受性，并且在經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)寒后恢復(fù)其代謝活動(dòng)的能力很強(qiáng)。其最適合的生長(zhǎng)溫度為零攝氏度至15攝氏度之間；然而，它們可以在低至零下17攝氏度的溫度下保持新陳代謝活躍，即使在零下20攝氏度的低溫下，仍能保留部分代謝活性。

南極洲赫德島上的地衣（澳大利亞南極司網(wǎng)站）