Ціанобактерії , раніше відомі як сині зелені водорості, являють собою тип бактерій , утворених тільки прокариот , здатного використовувати сонячне світло в якості енергії і води , як в джерелі електронів в процесі фотосинтезу (кисневий фотосинтез).
Як і вищі рослини, вони містять пігменти, що дозволяють здійснювати фотосинтез кисню. Цей тип включає близько 2000 видів у 150 родах з широким спектром форм і розмірів.
Oscillatoria sp. Автор Wiedehopf20, з Wikimedia Commons
Ціанобактерії - дуже давні організми. Мікрофосили, що мають велику схожість із сучасними ціанобактеріями, були виявлені в родовищах, що датуються 2,1 млрд років. Характерні молекули біомаркерів ціанобактерій були також виявлені у морських родовищах віком 2,7 та 2,5 мільярда років.
Завдяки здатності ціанобактерій виробляти і вивільняти кисень як побічний продукт фотосинтезу, вважається, що його поява на землі дозволило змінити атмосферу, спричинивши великі події оксигенації.
Збільшення кисню, можливо, спричинило зниження концентрації метану в атмосфері приблизно від 2,4 до 2,1 мільярда років тому, спричинивши вимирання багатьох видів анаеробних бактерій.
Деякі штами видів ціанобактерій можуть виробляти потужні токсини у водному середовищі. Ці токсини є вторинними метаболітами, які потрапляють у навколишнє середовище, коли навколишні умови надзвичайні, в евтрофічних середовищах, з високими концентраціями мінеральних поживних речовин, таких як фосфор та особливі умови рН та температури.
характеристики
Ціанобактерії - грамнегативні фарбувальні бактерії, які можуть бути одноклітинні або утворювати колонії у формі ниток, листів або порожнистих сфер.
У межах цього різноманіття можна спостерігати різні типи клітин:
- Вегетативні клітини - це ті, що утворюються при сприятливих умовах навколишнього середовища, в яких відбувається фотосинтез.
- Акінети, ендоспори, вироблені в складних екологічних умовах.
- Гетероцити, товстостінні клітини, містять фермент нітрогеназу, яка бере участь у фіксації азоту в анаеробних середовищах.
Ціанобактерії - це найпростіші організми, що демонструють циркадні цикли, коливання біологічних змінних через регулярні проміжки часу, пов'язані з періодичними змінами навколишнього середовища протягом доби. Циркадний годинник в ціанобактеріях працює від циклу фосфорилювання KaiC.
Ціанобактерії поширюються у великій різноманітності наземних та водних середовищ: голі скелі, тимчасово вологі скелі в пустелях, прісна вода, океани, вологий ґрунт і навіть антарктичні породи.
Вони можуть утворювати частину планктону у водоймах, утворювати фототрофні біоплівки на відкритих поверхнях або встановлювати симбіотичний зв’язок з рослинами або лишайниками, що утворюють гриби.
Деякі ціанобактерії відіграють важливу роль в екосистемах. Microcoleus vaginatus та M. vaginatus стабілізують ґрунт за допомогою полісахаридної оболонки, яка зв’язується з частинками піску та поглинає воду.
Бактерії роду Prochlorococcus виробляють більше половини фотосинтезу відкритого океану, вносячи важливий внесок у глобальний кисневий цикл.
Кілька видів ціанобактерій, такі як Aphanizomenon flos-aquae і Arthrospira platensis (Spirulina), збирають або культивують як харчові джерела, корми для тварин, добрива та продукти здоров'я.
Морфологія
Ціанобактеріальні клітини мають сильно диференційовану, грамнегативну клітинну стінку з плазматичною мембраною та зовнішньою мембраною, розділеними периплазматичним простором.
Крім того, вони мають внутрішню систему мембран тилакоїдів, де перебувають ланцюги передачі електронів, які беруть участь у фотосинтезі та диханні. Ці різні мембранні системи надають цим бактеріям унікальну складність.
У них немає джгутиків. Деякі види мають рухливі нитки, які називаються гормонією, які дозволяють їм ковзати по поверхнях.
Багатоклітинні нитчасті форми, такі як рід Oscillatoria, здатні генерувати хвилеподібний рух через коливання нитки.
Інші види, що мешкають у колонах води, утворюють газові везикули, утворені білковою оболонкою, які надають їм плавучості.
Гормононії складаються з тонких клітин з гострими клітинами на кінцях. Ці клітини вивільняються та мобілізуються, проростаючи в місцях, далеких від основної колонії, де починаються нові колонії.
Систематичність
Гостро обговорювалася класифікація ціанобактерій на найвищих таксономічних рівнях. Ці бактерії спочатку були класифіковані як синьо-зелені водорості (Cyanophyta), згідно з ботанічними кодами. Ці початкові дослідження ґрунтувалися на морфологічних та фізіологічних характеристиках.
Пізніше, у 1960-ті роки, коли були встановлені прокаріотичні характеристики цих мікроорганізмів, ціанобактерії були перекласифіковані під бактеріологічний код.
У 1979 р. Було запропоновано 5 розділів, які відповідають 5 порядкам: розділ I = хроококкали, розділ II = плеврокапсали, розділ III = осцилятори, розділ IV = ностокачества і розділ V = стигонемати.
Таксономічна система ціанобактерій була докорінно змінена впровадженням електронної мікроскопії та молекулярно-генетичних методів.
Протягом останніх 50 років систематика ціанобактерій майже постійно переглядалася, в якій були сформовані докорінно різні пропозиції. Дебати щодо класифікації ціанобактерій тривають.
Останні пропозиції філогенетичних дерев для цього типу пропонують використовувати замовлення: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Ці порядки складаються з монофілетних родів, що складаються з багатьох видів.
Токсичність
За оцінками, існує 150 родів ціанобактерій, що містять приблизно 2000 видів, з яких близько 46 мають деякий штам, що продукує токсини.
У водних екосистемах кількість цианобактерій може досягати дуже високих рівнів, коли умови навколишнього середовища є відповідними для їх росту, що сприяє накопиченню вторинних метаболітів у цитоплазмі.
Коли умови навколишнього середовища стають несприятливими, при збільшенні концентрації мінеральних поживних речовин, таких як фосфор, ціанобактерії гинуть, виробляючи лізис клітин і викид токсинів у навколишнє середовище.
Виявлено два основні типи токсинів: гепатотоксини та нейротоксини. Нейротоксини виробляються в основному за видами та штамами родів: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium і Cylindrospermopsis.
Нейротоксини діють швидко, викликаючи смерть від зупинки дихання протягом декількох хвилин після поглинання високої концентрації токсину. Сакситоксин - паралізуючий нейротоксин, перелічений у Додатку 1 до Конвенції про хімічну зброю.
Гепатотоксини виробляються родами Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc і Cylindrospermopsis. Вони викликають найпоширеніший вид отруєнь, пов’язаних із ціанобактеріями. Вони працюють повільніше і можуть спричинити смерть через кілька годин або днів після отруєння.
Список літератури
- Дмитро А. Лось. (2017). Ціанобактерії: оміки та маніпуляція - Книга. Caister Academic Press. Москва, Росія. 256 с.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Таксономічна класифікація ціанопрокаріотів (цианобактеріальні пологи) 2014 р., Використовуючи поліфазний підхід. Пресла 86: 295–335.
- Гупта, Довідник RC з токсикології хімічних воєн (2009). Академічна преса. С. 1168.
- Говард-Ацзе, М., Л. Шамсьєр, Н. Е. Шеллхорн, Р. С. Гупта. (2014). Філогенетичний аналіз та молекулярні підписи визначають монофілетичний клад гетероцистозних ціанобактерій та визначають його найближчих родичів. Дослідження фотосинтезу, 122 (2): 171–185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Виявлення ціанобактерій та їх токсинів. Журнал токсикології, 18: 65-71.
- Автори Вікіпедії (2018 р., 2 жовтня). Ціанобактерії. У Вікіпедії, The Free Encyclopedia. Отримано 10:40, 12 жовтня 2018, з en.wikipedia.org