Цианобактерии , ранее известные как синие зеленые водоросли, представляют собой тип бактерий , образованных только прокариот , способного использовать солнечный свет в качестве энергии и воды , как в источнике электронов в процессе фотосинтеза (кислородный фотосинтез).
Как и высшие растения, они содержат пигменты, которые позволяют им осуществлять насыщенный кислородом фотосинтез. Этот тип включает около 2000 видов 150 родов с широким диапазоном форм и размеров.
Oscillatoria sp. Автор Wiedehopf20, из Wikimedia Commons
Цианобактерии - очень древние организмы. Микрофоссилии, очень похожие на современные цианобактерии, были обнаружены в отложениях возрастом 2,1 миллиарда лет. Характерные молекулы-биомаркеры цианобактерий также были обнаружены в морских отложениях возрастом 2,7 и 2,5 миллиарда лет.
Из-за способности цианобактерий производить и выделять кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза, считается, что их появление на Земле привело к изменению атмосферы, вызывая большое событие оксигенации.
Увеличение содержания кислорода могло вызвать снижение концентрации метана в атмосфере примерно 2,4–2,1 миллиарда лет назад, что привело к исчезновению многих видов анаэробных бактерий.
Некоторые штаммы цианобактерий могут продуцировать сильнодействующие токсины в водной среде. Эти токсины представляют собой вторичные метаболиты, которые выбрасываются в окружающую среду при экстремальных условиях окружающей среды, в эвтрофных средах с высокими концентрациями минеральных питательных веществ, таких как фосфор, и при определенных условиях pH и температуры.
характеристики
Цианобактерии - это грамотрицательные окрашивающие бактерии, которые могут быть одноклеточными или образовывать колонии в форме нитей, пластин или полых сфер.
В рамках этого разнообразия можно наблюдать разные типы клеток:
- Вегетативные клетки - это те, которые образуются в благоприятных условиях окружающей среды, в которых происходит фотосинтез.
- Акинеты, эндоспоры, образующиеся в сложных условиях окружающей среды.
- Гетероциты, толстостенные клетки, содержат фермент нитрогеназу, который участвует в фиксации азота в анаэробной среде.
Цианобактерии - простейшие организмы, которые демонстрируют циркадные циклы, колебания биологических переменных через равные промежутки времени, связанные с периодическими изменениями окружающей среды в течение дня. Циркадные часы у цианобактерий работают на основе цикла фосфорилирования KaiC.
Цианобактерии распространены в большом разнообразии наземной и водной среды: голые скалы, временно влажные камни в пустынях, пресная вода, океаны, влажная почва и даже в антарктических скалах.
Они могут составлять часть планктона в водоемах, образовывать фототрофные биопленки на открытых поверхностях или устанавливать симбиотические отношения с растениями или лишайниковыми грибами.
Некоторые цианобактерии играют важную роль в экосистемах. Microcoleus vaginatus и M. vaginatus стабилизируют почву с помощью полисахаридной оболочки, которая связывается с частицами песка и поглощает воду.
Бактерии рода Prochlorococcus производят более половины фотосинтеза открытого океана, внося важный вклад в глобальный кислородный цикл.
Некоторые виды цианобактерий, такие как Aphanizomenon flos-aquae и Arthrospira platensis (Spirulina), собирают или культивируют в качестве источников пищи, кормов для животных, удобрений и товаров для здоровья.
Морфология
Цианобактериальные клетки имеют высокодифференцированную грамотрицательную клеточную стенку с плазматической мембраной и внешней мембраной, разделенной периплазматическим пространством.
Кроме того, у них есть внутренняя система тилакоидных мембран, где расположены цепи переноса электронов, участвующие в фотосинтезе и дыхании. Эти различные мембранные системы придают этим бактериям уникальную сложность.
У них нет жгутиков. У некоторых видов есть движущиеся нити, называемые гормониями, которые позволяют им скользить по поверхности.
Многоклеточные нитевидные формы, такие как род Oscillatoria, способны генерировать волнообразное движение за счет колебания нити.
Другие виды, обитающие в столбах воды, образуют пузырьки газа, образованные белковой оболочкой, которая придает им плавучесть.
Гормогонии состоят из тонких клеток с острыми клетками на концах. Эти клетки высвобождаются и мобилизуются, прорастая в местах, удаленных от основной колонии, где зарождаются новые колонии.
систематическая
Классификация цианобактерий на высших таксономических уровнях является предметом горячих споров. Эти бактерии изначально были классифицированы как сине-зеленые водоросли (Cyanophyta) согласно ботаническим кодексам. Эти первоначальные исследования были основаны на морфологических и физиологических характеристиках.
Позже, в 1960-х годах, когда были установлены прокариотические характеристики этих микроорганизмов, цианобактерии были переклассифицированы в соответствии с бактериологическим кодом.
В 1979 г. было предложено 5 секций, соответствующих 5 отрядам: секция I = Chroococcales, секция II = Pleurocapsales, секция III = Oscillatoriales, секция IV = Nostocales и секция V = Stigonematales.
Таксономическая система цианобактерий радикально изменилась с появлением электронной микроскопии и молекулярно-генетических методов.
Таксономия цианобактерий почти непрерывно пересматривалась в течение последних 50 лет, в ходе которых были выдвинуты совершенно разные предложения. Споры по поводу классификации цианобактерий продолжаются.
Последние предложения по филогенетическим деревьям этого типа предполагают использование отрядов: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Эти отряды состоят из монофилетических родов, состоящих из многих видов.
токсичность
По оценкам, существует 150 родов цианобактерий, содержащих примерно 2000 видов, из которых около 46 имеют штаммы, продуцирующие токсины.
В водных экосистемах численность цианобактерий может достигать очень высокого уровня, когда условия окружающей среды подходят для их роста, что способствует накоплению вторичных метаболитов в цитоплазме.
Когда условия окружающей среды становятся неблагоприятными, с увеличением концентрации минеральных питательных веществ, таких как фосфор, цианобактерии умирают, вызывая лизис клеток и выброс токсинов в окружающую среду.
Выявлены два основных типа токсинов: гепатотоксины и нейротоксины. Нейротоксины продуцируются в основном видами и штаммами родов: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium и Cylindrospermopsis.
Нейротоксины действуют быстро, вызывая смерть от остановки дыхания в течение нескольких минут после приема внутрь высоких концентраций токсина. Сакситоксин - парализующий нейротоксин, перечисленный в Приложении 1 к Конвенции о запрещении химического оружия.
Гепатотоксины продуцируются родами Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc и Cylindrospermopsis. Они вызывают самый распространенный вид отравлений, связанных с цианобактериями. Они действуют медленнее и могут вызвать смерть через несколько часов или дней после отравления.
Ссылки
- Дмитрий А. Лос. (2017). Цианобактерии: омика и манипуляции - Книга. Caister Academic Press. Москва, Россия. 256 стр.
- Комарек, Й., Каштовски, Й., Мареш, Й. Й. и Й. Охансен, Дж. Р. (2014). Таксономическая классификация цианопрокариот (родов цианобактерий) 2014 г. с использованием полифазного подхода. Прелия 86: 295–335.
- Gupta, RC Справочник по токсикологии боевых отравляющих веществ (2009). Академическая пресса. Стр. 1168.
- Ховард-Аззех, М., Л. Шамсир, Е. П. Шеллхорн и Р. С. Гупта. (2014). Филогенетический анализ и молекулярные сигнатуры, определяющие монофилетическую кладу гетероцистных цианобактерий и идентифицирующие ее ближайших родственников. Исследования фотосинтеза, 122 (2): 171–185.
- Розет Дж., Агуайо С., Муньос М.Дж. (2001). Обнаружение цианобактерий и их токсинов. Журнал токсикологии, 18: 65-71.
- Авторы Википедии. (2018, 2 октября). Цианобактерии. В Википедии, Свободной энциклопедии. Получено 12 октября 2018 г. в 10:40 с сайта en.wikipedia.org.