В цианобактерии, известен преди като синьо-зелено водорасло, са тип бактерии образувани от само прокариоти могат да използват слънчевата светлина като енергия и вода, а източник на електрони в фотосинтеза (oxygenic фотосинтеза).
Подобно на висшите растения, те съдържат пигменти, които им позволяват да извършват кислородна фотосинтеза. Този тип включва около 2000 вида в 150 рода, с широк спектър от форми и размери.
Oscillatoria sp. От Wiedehopf20, от Wikimedia Commons
Цианобактериите са много древни организми. Микрофосилите с голямо сходство със съвременните цианобактерии са открити в находища от 2,1 милиарда години. Характерни биомаркерни молекули на цианобактерии са открити и в морските находища на възраст 2,7 и 2,5 милиарда години.
Поради способността на цианобактериите да произвеждат и освобождават кислород като страничен продукт на фотосинтезата, се смята, че появата му на земята е позволила модифицирането на атмосферата, причинявайки голямо събитие с оксигенация.
Увеличаването на кислорода може да е причинило намаляване на атмосферната концентрация на метан преди приблизително 2,4 до 2,1 милиарда години, причинявайки изчезване на много видове анаеробни бактерии.
Някои щамове от видове цианобактерии могат да произвеждат мощни токсини във водна среда. Тези токсини са вторични метаболити, които се отделят в околната среда, когато условията на околната среда са екстремни, в еутрофични среди, с високи концентрации на минерални хранителни вещества като фосфор и специфични условия на pH и температура.
характеристики
Цианобактериите са грам-отрицателни оцветяващи бактерии, които могат да бъдат едноклетъчни или да образуват колонии във формата на нишки, листове или кухи сфери.
В рамките на това разнообразие могат да се наблюдават различни видове клетки:
- Вегетативните клетки са тези, които се образуват при благоприятни условия на околната среда, при които се извършва фотосинтеза.
- Акинети, ендоспори, произведени в трудни условия на околната среда.
- Хетероцитите, дебелостенните клетки, съдържат ензима нитрогеназа, който участва в фиксирането на азот в анаеробни среди.
Цианобактериите са най-простите организми, които проявяват циркадни цикли, трептения на биологични променливи през редовни интервали от време, свързани с периодични промени в околната среда през деня. Циркадният часовник в цианобактериите работи от цикъла на фосфорилиране на KaiC.
Цианобактериите са разпространени в голямо разнообразие от сухоземни и водни среди: голи скали, временно влажни скали в пустини, сладка вода, океани, влажна почва и дори скали на Антарктида.
Те могат да формират част от планктон във водни тела, да образуват фототрофни биофилми на открити повърхности или да установят симбиотична връзка с растения или образуващи лишеи гъби.
Някои цианобактерии играят важна роля в екосистемите. Microcoleus vaginatus и M. vaginatus стабилизират почвата с помощта на полизахаридна обвивка, която се свързва с пясъчните частици и абсорбира вода.
Бактериите от рода Prochlorococcus произвеждат повече от половината от фотосинтезата на открития океан, като правят важен принос за глобалния кислороден цикъл.
Няколко вида цианобактерии, като Aphanizomenon flos-aquae и Arthrospira platensis (Spirulina), се добиват или култивират като хранителни източници, храна за животни, торове и здравни продукти.
морфология
Цианобактериалните клетки имат силно диференцирана, грам-отрицателна клетъчна стена с плазмена мембрана и външна мембрана, разделени от периплазмено пространство.
В допълнение, те имат вътрешна система от тилакоидни мембрани, където пребивават веригите за пренос на електрон, които участват във фотосинтезата и дишането. Тези различни мембранни системи придават на тези бактерии уникална сложност.
Те нямат жгутици. Някои видове имат подвижни нишки, наречени хормония, които им позволяват да се плъзгат по повърхности.
Многоклетъчните нишковидни форми, като рода Oscillatoria, са способни да генерират вълнообразно движение чрез колебание на нишката.
Други видове, които живеят във водни колони, образуват газови мехурчета, образувани от протеинова обвивка, която им придава плавност.
Хормогонията е изградена от тънки клетки с остри клетки в краищата. Тези клетки се освобождават и мобилизират, като поникват на места, далеч от основната колония, където започват нови колонии.
систематичен
Класификацията на цианобактериите на най-високите таксономични нива е горещо обсъдена. Първоначално тези бактерии са класифицирани като синьо-зелени водорасли (Cyanophyta), според ботаническите кодове. Тези първоначални проучвания се основават на морфологични и физиологични характеристики.
По-късно, през 60-те години на миналия век, когато прокариотичните характеристики на тези микроорганизми са установени, цианобактериите са прекласифицирани под бактериологичния код.
През 1979 г. са предложени 5 секции, които отговарят на 5 реда: раздел I = Chroococcales, раздел II = Pleurocapsales, раздел III = Oscillatoriales, раздел IV = Nostocales и раздел V = Stigonematales.
Таксономичната система на цианобактериите беше коренно променена с въвеждането на електронна микроскопия и молекулярно-генетични методи.
Таксономията на цианобактериите се преразглежда почти непрекъснато през последните 50 години, в които са генерирани коренно различни предложения. Дебатът за класификацията на цианобактериите продължава.
Последните предложения за филогенетични дървета за този тип предлагат използването на поръчките: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Тези ордени са съставени от монофилетични родове, съставени от много видове.
токсичност
Изчислено е, че има 150 рода цианобактерии, съдържащи приблизително 2000 вида, от които около 46 имат някакъв щам, произвеждащ токсини.
Във водните екосистеми изобилието от цианобактерии може да достигне много високи нива, когато условията на околната среда са подходящи за растежа им, което благоприятства натрупването на вторични метаболити в цитоплазмата.
Когато условията на околната среда станат неблагоприятни, с увеличаване на концентрациите на минерални хранителни вещества като фосфор, цианобактериите умират, което води до лизис на клетките и отделяне на токсини в околната среда.
Установени са два основни типа токсини: хепатотоксини и невротоксини. Невротоксините се произвеждат главно от видове и щамове от родовете: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium и Cylindrospermopsis.
Невротоксините действат бързо, причинявайки смърт от спиране на дишането в рамките на минути от поглъщането на високи концентрации на токсин. Сакситоксинът е парализиращ невротоксин, изброен в приложение 1 към Конвенцията за химическите оръжия.
Хепатотоксините се произвеждат от родовете Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc и Cylindrospermopsis. Те причиняват най-често срещания вид отравяне, свързано с цианобактерии. Те работят по-бавно и могат да причинят смърт няколко часа или дни след отравяне.
Препратки
- Дмитрий А. Лос. (2017). Цианобактерии: Омики и манипулация - Книга. Caister Academic Press. Москва, Русия. 256 стр.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Таксономична класификация на цианопрокариоти (цианобактериални родове) 2014 г., използвайки полифазен подход. Пресла 86: 295–335.
- Гупта, Р. Ръководство по токсикология на химическите военни агенти (2009). Академична преса. Pp 1168.
- Хауърд-Аззе, М., Л. Шамсейер, Н. Е. Шелхорн и Р. П. Гупта. (2014). Филогенетичен анализ и молекулярни подписи, определящи монофилетичен клад от хетероцистозни цианобактерии и идентифициране на най-близките му роднини. Фотосинтезни изследвания, 122 (2): 171–185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001 г.). Откриване на цианобактерии и техните токсини. Journal of Toxicology, 18: 65-71.
- Сътрудници на Уикипедия (2018 г., 2 октомври). Цианобактерии. В Wikipedia, The Free Encyclopedia. Проверено 10:40, 12 октомври 2018 г., от en.wikipedia.org