Какой процесс осуществляют цианобактерии

Обновлено: 02.07.2024

Присутствие кислорода в нашей атмосфере настолько распространено для нас, что мы обычно не ценим его, и когда мы это делаем, мы благодарим растения, поскольку именно они поддерживают цикл этого газа, который используют все животные для дышать и, следовательно, так держать нас в живых

Но делать это, не оскорбляя растения, - это неправда. Потому что было время, когда атмосфера земли была совершенно негостеприимным местом в котором были только водяной пар, углекислый газ, окись углерода и т. д., но не было кислорода.

Так откуда это взялось? Каким образом атмосфера превратилась из такого состава в более чем 28% кислорода и менее 0,07% углекислого газа и других газов, которые раньше были в большинстве? Пришло время представить главных героев этой статьи: цианобактерии.

Эти бактерии были первыми организмами, способными к фотосинтезу., вызвав так называемое Великое окисление, изменение окружающей среды, которое произошло 2,4 миллиарда лет назад и наполнило атмосферу кислородом. Сегодня мы увидим характеристики и важность этих примитивных организмов.

Бактерии в раннем мире: когда они возникли?

Цианобактерии - это край в области бактерий. Таким образом, хотя они исторически считались водорослями (почему мы увидим позже), они являются бактериями. В этом смысле, цианобактерии - прокариотические одноклеточные организмы.

Как бактерии, мы являемся одним из предшественников жизни. Вместе с археями бактерии - самые старые живые существа, появившиеся около 4100 миллионов лет назад, всего через 400 миллионов лет после образования нашей планеты.

Принимая во внимание, что они были единственными обитателями Земли в течение миллионов лет (эукариоты появились только около 2,6 миллиарда лет назад) и что им пришлось адаптироваться к очень суровым условиям, бактерии были разделены на бесчисленное количество видов.

Фактически, по оценкам, помимо в мире может быть более 6 триллионов триллионов бактерий, количество различных видов составляет около 1 миллиарда. Как мы можем сделать вывод, мы сталкиваемся с невероятно разнообразным царством (одним из семи) живых существ, с организмами, способными быть патогенами, живущими в экстремальных условиях, расти в почве, выживать без кислорода и даже проводить фотосинтез, как растения.

И здесь, представляя концепцию фотосинтеза, мы подходим к цианобактериям, организмам, которые навсегда изменят эволюционную историю Земли. Без них нас бы здесь не было.

Что такое цианобактерии и почему они вызвали Великое окисление?

Как упоминалось выше, цианобактерии - это передний край в области бактерий. Это прокариотические одноклеточные организмы, способные к кислородному фотосинтезу, то есть захватывать углекислый газ и посредством различных химических превращений синтезировать органическое вещество и выделять кислород.

Цианобактерии - единственные прокариоты, способные к кислородному фотосинтезу.. Другие типы бактерий и архей осуществляют другие формы фотосинтеза, но ни один из них не приводит к высвобождению кислорода, а скорее других веществ, таких как водород или сера.

Как бы то ни было, цианобактерии появились в результате эволюции других бактерий примерно 2,8 миллиарда лет назад. С момента своего появления цианобактерии стали огромным эволюционным успехом, потому что благодаря развитию таких структур, как хлорофилл, пигмент, необходимый для кислородного фотосинтеза и придающий характерный зеленый цвет, они начали расти во всех морях Земли.

Теперь они вызвали одно из величайших исчезновений в истории Земли. Кислород никогда не производился - соединение, которое в то время было токсичным для других бактерий. В этом контексте цианобактерии начали наполнять моря (и, между прочим, атмосферу) кислородом, что привело к исчезновению многих видов бактерий.

Около 2400 миллионов лет назад произошло так называемое Великое окисление., изменение окружающей среды, которое привело к исчезновению многих видов и невероятному увеличению численности цианобактерий.

Изображение того, как произошло Великое окисление, то есть массовый выброс кислорода в атмосферу.

Цианобактерии продолжали расти в морях до тех пор, пока около 1,85 миллиарда лет назад в атмосфере не было достаточно кислорода, чтобы он мог быть поглощен поверхностью Земли и образовался озоновый слой.

Как бы то ни было, цианобактерии были ключевыми не только для эукариотических существ, которые использовали кислород, чтобы жить, чтобы появиться, но и для того, чтобы жизнь могла покинуть океаны и развиваться на суше. Кто знает, каким был бы мир без массового вымирания в результате Великого окисления.

Таким образом, цианобактерии - это одноклеточные прокариоты, которые, появившись около 2800 миллионов лет назад, были первыми организмами, осуществившими кислородный фотосинтез, вызвав накопление кислорода в атмосфере (оно увеличилось с 0% до 28%) и, следовательно, позволяя развитие более сложных форм жизни.

13 основных характеристик цианобактерий

1. Осуществляют оксигенный фотосинтез.

Как мы уже отмечали, основной характеристикой цианобактерий является то, что они осуществляют (и были первыми живыми существами, которые это сделали) кислородный фотосинтез, метаболический путь, который позволяет синтезировать органическое вещество за счет фиксации углекислого газа, высвобождение кислорода в качестве побочного продукта. Это тот же процесс, что и у растений.

2. У них есть фотосинтетические пигменты.

Для осуществления вышеуказанного процесса необходимы фотосинтетические пигменты. В случае цианобактерий у нас есть хлорофилл (зеленый цвет) и фикоцианины, которые придают голубоватый цвет. По этой причине колонии цианобактерий воспринимаются как сине-зеленый цвет. Важно то, что когда свет падает на эти пигменты, они возбуждаются, стимулируя фотосинтетические реакции.

3. Есть токсичные виды

В любом случае токсины обычно гепатотоксичны (влияют на печень) или нейротоксичны (влияют на нервную систему) и вредят находящимся поблизости рыбам или животным, которые пьют воду. Они могут быть смертельными, но цветение цианобактерий легко распознать (в воде видны колонии), поэтому в принципе нет риска отравления человека.

4. Они грамотрицательные.

Разделение на грамотрицательные и грамположительные бактерии очень важно в повседневной жизни микробиологии. В этом случае мы сталкиваемся с типом грамотрицательных бактерий, что означает, что у них есть внутренняя клеточная мембрана, над ней очень тонкая клеточная стенка пептидогликана и, над ней, вторая внешняя клеточная мембрана.

5. Они могут образовывать колонии.

Все цианобактерии одноклеточные (все прокариоты), но многие из них способны организовываться в колонии, то есть миллионы клеток соединяются и формирующие волокна, видимые невооруженным глазом. Это причина, по которой считались сине-зелеными водорослями.

6. Они населяют тропические реки и озера.

То, что они примитивны, не означает, что их больше нет. Не намного меньше. Цианобактерии продолжают населять пресноводные экосистемы (некоторые виды галофильны и могут развиваться в морях и океанах, но это необычно), особенно лентичные, то есть виды с небольшим движением воды, такие как озера и лагуны.

В любом случае, несмотря на то, что это наиболее распространенный вид, мы также можем найти цианобактерии в почве (пока она влажная), в сточных водах, на разлагающихся бревнах и даже в гейзерах, поскольку некоторые виды способны выдерживать очень большие нагрузки. высокие температуры.

7. У них есть газовые пузырьки.

8. Они крупнее большинства бактерий.

Большинство бактерий имеют размер от 0,3 до 5 микрон. С другой стороны, цианобактерии обычно измеряют от 5 до 20 микрометров. Они все еще очень маленькие, но для бактерий они выше среднего.

9. Обычно они имеют форму кокоса.

Разнообразие морфологий огромно, но это правда, что большинство цианобактерий, как правило, имеют форму кокоса, то есть более или менее сферический. Это объясняет, почему, как и большинство коккоидных бактерий, они имеют тенденцию образовывать колонии между разными организмами.

10. Они ответственны за 30% мирового фотосинтеза.

Как мы упоминали в начале, неверно полагать, что фотосинтез - это только дело растений. Сегодня считается, что цианобактерии могут по-прежнему отвечать за до 30% из более чем 200 миллиардов тонн углерода, которые фиксируются каждый год на Земле, что позволяет выделять кислород.

11. Они размножаются бесполым путем.

Как и все бактерии, цианобактерии размножаются бесполым путем, то есть создание клонов. В зависимости от вида, это будет осуществляться путем разделения на две части (клетка просто делится на две), фрагментации (она высвобождает фрагменты, которые регенерируют, давая начало новой взрослой клетке) или споруляции (образуются клетки, известные как споры, которые при в соответствующих условиях прорастают и дают начало новой клетке).

12. Они могут образовывать цветы.

Как мы уже упоминали, когда говорили о токсинах, колонии цианобактерий могут бесконтрольно расти, вызывая так называемое цветение или цветение. Это массовое распространение происходит только при очень специфических условиях.

Должно быть немного приливов, слабый ветер, высокая температура воды (от 15 до 30 ° C), много питательных веществ (эвтрофные воды), pH близок к нейтральному и т. Д. В любом случае, цветы вызывают помутнение воды, и вы можете отчетливо видеть зеленовато-синие колонии, которые бросаются в глаза. Обычно это происходит только в стоячей воде..

13. У них нет жгутиков.

Важной характеристикой цианобактерий является то, что у них нет жгутиков для перемещения, но это достигается, хотя и не слишком ясно, скольжением благодаря выделяемым ими слизистым веществам. В любом случае, его способность двигаться очень ограничена водными течениями. Это действительно важно только для тех видов, которые растут в земле.

Цианобактериями называется отдел одноклеточных прокариотов в виде синезеленых водорослей, обладающих способностью к фотосинтезу.

Они являются первыми живыми организмами, вырабатывающими кислород из углекислого газа и воды.

С помощью цианобактерий на Земле образовался озоновый слой, осуществляющий защиту планеты от воздействия ультрафиолетовых лучей.

История открытия и исследования

В биологии определение, что такое цианобактерии, было сформулировано нидерландским ученым Антонио Ван Левенгуком в XVIII столетии. Он занимался изучением бактериальных клеток совместно с французским химиком Луи Пастером и выявил особенности строения и жизнедеятельности водорослей. В результате исследований было обнаружено, что первые организмы, способные производить кислород, появились на Земле несколько миллионов лет назад. Благодаря изобретению микроскопа, исследователи смогли изобразить точную структуру цианобактерий.

Современные исследования первых бактерий, способных синтезировать кислород, проводятся учеными-палеонтологами при помощи изучения останков водорослей, сохранившихся на древних горных породах.

На основе анализа исследователи выявили, что эти организмы обладают высокими показателями выносливости. Они сохранили свое строение после изменений в температурном и химическом составе планеты.

Во второй половине XX — начале XXI вв. синезеленые водоросли были включены в царство бактерий. Они образовали отдельное подцарство цианобактерий.

В нынешнее время эти организмы продуцируют до 40% органических веществ и кислорода на планете.

Особенности строения

Цианобактерии образованы шаровидными, эллипсоидными и цилиндрическими клетками, соединенными в цепи. Клеточные структуры покрыты тонкой пленкой, состоящей из мембран. Для отдельных представителей цианобактерий характерно наличие слизистого чехла, выполняющего защитную и соединительную функции. В состав морских водорослей входят газовые вакуоли, выполняющие роли жгутиков. Они позволяют организмам перемещаться по воде и сохранять равновесие во время передвижения. Если цианобактерии теряют свойство плавучести, то они всплывают на поверхность.

В составе цианобактерий отсутствуют следующие элементы эукариотических клеток:

хроматофоры ;
митохондрии ;
эндоплазматическая сеть ;
клеточное ядро ;
вакуоли с клеточным соком.

Сходство водорослей и эукариотов заключается в идентичном наборе пигментов, наличии питательных веществ и отсутствии жгутиковых связей.

Также эукариотические клетки способны осуществлять фотосинтез.

Значение и применение синезеленых водорослей

В природе цианобактерии играют роль продуцента. Они наполняют почву азотными соединениями и органическими веществами. Главной функцией водорослей является воспроизводство кислорода — химического элемента, необходимого для жизни большинства живых организмов на планете.

Цианобактерии используются в сельскохозяйственном секторе для повышения урожайности. Они способны фиксировать азот из атмосферы и обогащать им почву, что позволяет выращивать культурные растения на неплодородной земле.

Отдельные виды водорослей используются для кормления небольших животных. Они доставляют организму питательные вещества: белки, жиры, углеводы и витамины.

В азиатских странах из цианобактерий изготавливают пищевые белки и приправы для улучшения вкусовых качеств блюда.

Биохимический состав

Цианобактерии имеют сине-зеленый цвет. Зеленую окраску водорослям придает хлорофилл. Наличие синего цвета обусловлено присутствием пигментов: фикоцианина и алофикоцианина. Если в фотосинтезирующем орагнизме присутствует фикоэритрин, то он приобретает красный оттенок. Отдельные подвиды имеют в своем составе лютеин, ксантофил и зеаксантин. Эти вещества позволяют запасать углеводы, волютин, цианофицин и иные питательные элементы.

Цианобактерии располагают фотосинтетическим аппаратом, осуществляющим процесс образования органических веществ и кислорода.

Главными компонентами для проведения этого биохимического процесса являются вода, углекислый газ и сера. Они предоставляют отрицательные частицы для расщепления вещества.

В результате образуются химические элементы, требуемые для дыхания живых существ. Фотосинтез может происходить как в темное, так и в светлое время суток.

Разновидности цианобактерий

Существует свыше 1500 видов цианобактерий.

Они были классифицированы по общим признакам и объединены в классы:

Хроококковые: объединяют фотосинтезирующие организмы, имеющие одиночную или колониальную форму. Для них характерно наличие большого количества слизи, выделяемой клеточными структурами.
Плеврокапсовые: включают в себя бактерии, относящиеся к подвидам Плеврокапсы, Дермокапсы и Микосарцины. Они способны формировать беоциты — репродуктивные клетки.
Оксиллатории: объединяют вегетативные клетки, осуществляющие деление бесполым способом. Они образуют трихому — структуру из слизи — и делятся внутри нити цианобактерий.
Ностоковые: объединяют фотосинтезирующие организмы в форме трихом, осуществляющие половое размножение. Они способы образовывать цветные налеты и обладают свойством криофильности — легкой адаптации в условиях пустыни.
Стигонемовые: включают в себя бактерии вида Фишереллы. Они осуществляют половое размножение. Но, в отличие от ностоковых бактерий, могут делиться многократное количество раз в пределах одноклеточного организма.

Эта классификация была представлена американским бактериологом Берджи Дэвидом Хенриксом. Он является создателем справочника по бактериологической систематике, предназначенного для подробного описания всех разновидностей фотосинтезирующих организмов.

Особенности питания

Цианобактерии обладают смешанным способом питания. Они являются автотрофами и могут синтезировать углеводы. Но при изменении среды обитания водоросли приобретают признаки питания гетеротрофов — цветковых растений. Они смогут использовать готовые органические вещества, распадающиеся при меньшем количестве электронов, для проведения фотосинтеза. Отдельные разновидности фотосинтезирующих организмов питаются при помощи хемосинтеза — одновременного синтеза кислорода и фиксирования азота из атмосферы.

Выделяют следующие способы питания фианобактерий:

Облигатный: организмы растут под воздействием солнечного света и при наличии неорганического источника углерода.
Факультативный: бактерии осуществляют рост в ночное время суток при использовании энергии органических веществ.
Фотогетеротрофный: организмы произрастают в дневное время суток при наличии источника солнечного света и углеродных соединений.
Миксотрофный: бактерии осуществляют автотрофную фиксацию углекислого газа, используя органические соединения в качестве дополнительного источника углерода.

При помощи универсальных типов питания цианобактерии способны расти в экстремальных условиях. Они могут заселять места с недостаточным количеством питательных элементов, создавая условия для возникновения новых живых организмов.

Ареал обитания

Большая часть синезеленых водорослей обитает в пресных водоемах, морях, влажной почве, на скалистой местности, в горячих источниках, полостях тропических листьев, рисовых полях, на ледяных озерах Антарктики и в пустынях. Среда обитания может отличаться в зависимости от типа питания и биохимического состава бактерий. В редких случаях фотосинтезирующие организмы могут вступать в симбиоз с лишайниками и мхами. При помощи симбионта они получают продукты для фотосинтеза.

Отдельные виды цианобактерий имеют в своем составе токсины, отравляющие места их обитания. Они способны вызывать отравления представителей фауны и людей при попадании в искусственные водоемы или водохранилища.

При массовом размножении цианобактерии способны окрасить среду обитания в синий, зеленый или красный цвета. Ареал обитания лишается запасов кислорода и становится непригодным для жизни других организмов.

Способ биологического терраформирования колонизируемых планет

Вот график, который показывает уровень кислорода в атмосфере Земли за последние 4 миллиарда лет:

Пояснение к рисунку:
Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.
1. (3,85–2,45 млрд лет назад) — Кислород не генерировался
2. (2,45–1,85 млрд лет назад) Кислород генерировался, но поглощался океаном и породами морского дна
3. (1,85–0,85 млрд лет назад) Кислород выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4. (0,85–0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере
5. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) современный период, содержание кислорода в атмосфере стабилизировалось

Как вы видите, еще 2,5 млрд лет назад в атмосфере Земли практически не было кислорода. Затем уровень кислорода в атмосфере резко увеличился. Что привело к такому росту? Цианобактерии!

Цианобактерии и их уникальная история

Цианобактерии, называемые также как синезелёные водоросли, или оксифотобактерии, или цианопрокариоты, или цианеи — это одноклеточные бактерии, которые получают энергию от фотосинтеза. Считается, что они являются первым видом на Земле, который развил способности фотосинтеза. Генерация кислорода в качестве побочного продукта фотосинтеза в конечном итоге привела к распространению многоклеточных организмов и, следовательно, к появлению животной жизни на Земле. Более того, цианобактерии — единственный вид в истории нашей планеты, который начал использовать фотосинтез — все растения и водоросли получили эту способность от них.

Большое цветение цианобактерий в озере Атитлан в Гватемале, Центральная Америка. Вид из космоса. Источник: NASA

Выжившие за миллиарды лет и имеющие широкое генетическое разнообразие, цианобактерии встречаются практически везде, будь то на суше или в воде. Они могут цвести в океанской воде или выживать в сухих пустынях. Некоторые виды цианобактерий даже прижились в антарктических породах.

Цианобактерии являются экстремофилами, что означает, что они способны выживать в экстремальных условиях. Цианобактерии даже выживали за пределами Международной космической станции (МКС) в течение 16 месяцев.

Цианобактерии были размещены в лотках за пределами МКС, где они подвергались экстремальным уровням радиации и колебаниям температуры. Они не только выжили в течение 16 месяцев, но и хорошо адаптировались к холоду вакуума.

Микроорганизмы, установленные на лотках вне МКС, подвергались воздействию суровой космической среды в течение 16 месяцев. Источник: Farunhofer.de

Цианобактерии были создателями земной атмосферы, теперь они могут стать архитекторами космической цивилизации.

Уникальные свойства цианобактерий в сочетании с их экстремофильной природой вызвали интересные идеи для их применения в исследовании космоса.

Как цианобактерии могут использоваться для космических поселений

Полезные применения цианобактерий в освоении космоса охватывают широкий диапазон:

Источник энергии: в процессе фотосинтеза цианобактерии вытесняют свободные электроны высокой энергии в окружающую среду, тем самым вырабатывая электричество от солнечного света. В настоящее время ведутся исследования способов использования этого электричества путем разработки внутренних путей фотосинтеза цианобактерий. Это может обеспечить чистый, надежный и эффективный источник энергии для небольших применений в космических полетах, где другие источники не являются жизнеспособными.
Источник кислорода: это идея терраформирования Марса с использованием цианобактерий для генерирования кислорода в атмосфере. Диоксид углерода (углекислый газ) составляет 96% атмосферы Марса. Мы, люди, нуждаемся в кислороде, чтобы выжить, и цианобактерии могут превратить достаточное количество углекислого газа в необходимый для дыхания кислород.

3. Сельское хозяйство: виды цианобактерий под названием Microcoleus vaginatus сохраняют воду в почве и предотвращают эрозию. Это потенциально делает их очень полезными для сельского хозяйства на инопланетных почвах, где вода не будет легко доступна.

Любые известные виды цианобактерий могут быть использованы только в том случае, если они смогут надежно работать во враждебных условиях космического пространства. Хотя цианобактерии были тщательно протестированы в суровых условиях в нескольких экспериментальных установках на Земле, космическая среда гораздо более враждебна. Поэтому, следующий шаг — увидеть, как они реагируют на экстремальные космические среды. Это и есть цель трех экспериментов Lab2Moon на борту посадочного модуля TeamIndus Moon.

№ 1: Space4Life — Разработка радиационного щита с использованием цианобактерий

Электроника и люди на борту космического корабля должны быть надежно защищены от разрушительной радиации и космических лучей космического пространства. Стандартным материалом для достижения этого традиционно был свинец. Тем не менее, ученые, стоящие за Space4Life, хотят использовать экстремальные свойства радиационно-стойких цианобактерий. Вот как они сравниваются с свинцом и алюминием:

Свинцовые экраны эффективны, но они тяжелые, а алюминиевые экраны легкие, но неэффективны. Цианобактериальный радиационный щит может быть как легким, так и эффективным, будучи при этом дешевле свинца. Испытания будут проведены после посадки корабля TeamIndus на лунную поверхность в следующем году. В случае успеха, это будет иметь потрясающие последствия для будущего освоения космоса.

№2: Biocon Team ZΩI: фотосинтез цианобактерий на Луне

Смогут ли цианобактерии, выжившие за пределами Международной космической станции в течение 16 месяцев, фотосинтезировать на лунной поверхности — это следующий шаг экспериментов. Команда Biocon @Team ZΩI хочет наблюдать, как цианобактерии фотосинтезируют в такой экстремальной среде. Потенциальные преимущества этого эксперимента огромны. Если цианобактерии могут эффективно фотосинтезировать в суровых условиях поверхности Луны, то они могут быть использованы для терраформирования планет, как описано выше.

№ 3: Killa LAB: тестирование роста цианобактерий при радиации

Ультрафиолетовое излучение и космические лучи могут повредить ДНК различных форм жизни. На лунной поверхности именно такие условия.

Идея Killa LAB состоит в том, чтобы узнать, как цианобактерии изменяются в ответ на жесткое излучение. Это поможет нам понять, как цианобактерии приспосабливаются и растут в такой среде и использовать их при исследовании космоса.

Вывод

Учитывая их генетическое разнообразие, глобальное присутствие и фундаментальное значение, цианобактерии являются, возможно, одним из самых, если не самым успешным биологическим видом на Земле. При помощи цианобактерий мы можем совершить прыжок к терраформированию других планет. Первые шаги начинаются прямо сейчас.

Среди существующих ныне организмов встречаются такие, о принадлежности которых к какому-либо царству живой природы идут постоянные споры. Так происходит и существами под названием цианобактерии. Хотя даже названия точного у них нет. Слишком много синонимов:

синезеленые водоросли;
цианобионты;
фикохромовые дробянки;
цианеи;
слизиевые водоросли и прочие.

Вот и получается, что цианобактерия - это совершенно мелкий, но в то же время такой сложный и противоречивый организм, который требует внимательного изучения и рассмотрения своей структуры с целью определения точной таксономической принадлежности.

История существования и открытия

Судя по ископаемым остаткам, история существования синезеленых водорослей уходит своими корнями далеко в прошлое, на несколько (3,5) миллиардов лет назад. Такие выводы позволили сделать исследования ученых-палеонтологов, проанализировавших горные породы (их участки) тех далеких времен.

На поверхности образцов были обнаружены цианобактерии, строение которых ничем не отличалось от такового у современных форм. Это свидетельствует о высокой степени приспособленности данных существ к различным условиям обитания, к их крайней выносливости и выживаемости. Очевидно, что за миллионы лет происходило множество изменений в температурном и газовом составе планеты. Однако ничто не повлияло на жизнеспособность цианей.

В современности цианобактерия - это одноклеточный организм, который был открыт одновременно с остальными формами бактериальных клеток. То есть Антонио Ван Левенгуком, Луи Пастером и другими исследователями в XVIII-XIX веках.

Более тщательному изучению они подверглись позже, с развитием электронной микроскопии и модернизированных способов и методов исследования. Были выявлены особенности, которыми обладают цианобактерии. Строение клетки включает ряд новых, не встречающихся у других существ, структур.

Классификация

Вопрос определения их таксономической принадлежности остается открытым. Пока известно только одно: цианобактерии - прокариоты. Подтверждением этому являются такие особенности, как:

отсутствие ядра, митохондрий, хлоропластов;
наличие в клеточной стенке муреина;
молекулы S-рибосом в составе клетки.

Тем не менее цианобактерии - прокариоты, насчитывающие около 1500 тысяч разновидностей. Все их классифицировали и объединили в 5 больших морфологических группировок.

Таким образом, и классифицируют цианей по морфологическому критерию, так как по остальным возникает много вопросов и получается путаница. Ботаники и микробиологи к общему знаменателю в систематике цианобактерий пока прийти не могут.

Места обитания

Благодаря наличию особых приспособлений (гетероцист, беоцитов, необычных тиллакоидов, газовых вакуолей, способности фиксировать молекулярный азот и прочих) данные организмы расселились повсеместно. Они способны выживать даже в самых экстремальных условиях, в которых вообще ни один живой организм существовать не может. Например, горячие термофильные источники, анаэробные условия с атмосферой сероводорода, кислая среда с рН меньше 4.

Цианобактерия - это организм, спокойно выживающий на морском песке и скалистых выступах, ледяных глыбах и жарких пустынях. Узнать и определить присутствие цианей можно по характерному цветному налету, который образуют их колонии. Цвет может быть различным, от иссиня-черного до розового и фиолетового.

Синезелеными их называют за то, что часто на поверхности обычных пресных или соленых вод они формируют сине-зеленую слизевую пленку. Такое явление получило название "цветение воды". Его можно видеть практически на любом озере, которое начинает зарастать и заболачиваться.

Особенности строения клетки

Цианобактерии строение имеют обычное для прокариотических организмов, однако имеются и кое-какие особенности.

Общий план строения клетки следующий:

клеточная стенка из полисахаридов и муреина; билипидного строения;
цитоплазма со свободно распределенным генетическим материалом в виде молекулы ДНК;
тиллакоиды, выполняющие функцию фотосинтеза и содержащие пигменты (хлорофиллы, ксантофиллы, каротиноиды).

Особые части клетки рассмотрим далее.

Виды специализированных структур

В первую очередь это гетероцисты. Данные структуры - не части, а сами клетки в составе трихомы (общей колониальной нити, объединенной слизью). Они отличаются при рассмотрении в микроскоп своим составом, так как основная функция их - выработка фермента, позволяющего фиксировать молекулярный азот из воздуха. Поэтому пигментов в гетероцистах практически нет, а вот азота достаточно много.

Во-вторых, это гормогонии - участки, вырванные из трихомы. Служат местами размножения.

Беоциты - это своеобразные дочерние клетки, в массе наделившиеся из одной материнской. Иногда их число достигает тысячи за один период деления. К такой особенности способны Дермокапсы и другие Плеврокапсодиевые.

Акинеты - особые клетки, находящиеся в состоянии покоя и включенные в состав трихомы. Отличаются более массивной, богатой полисахаридами клеточной стенкой. Роль их схожа с гетероцистами.

Газовые вакуоли - их имеют все цианобактерии. Строение клетки изначально подразумевает их наличие. Роль их - принимают участие в процессах цветения воды. Другое название подобных структур - карбоксисомы.

Клеточные включения. Они, безусловно, есть и в растительных, и в животных, и в бактериальных клетках. Однако у синезеленых водорослей эти включения несколько иные. К ним относятся:

гликоген;
гранулы полифосфата;
цианофицин - особое вещество, состоящее из аспартата, аргинина. Служит для накопления азота, так как эти включения находятся в гетероцистах.

Это то, чем обладает цианобактерия. Основные части и специализированные клетки и органоиды - вот то, что позволяет цианеям осуществлять фотосинтез, но при этом относиться к бактериям.

Размножение

Данный процесс не представляет особой сложности, так как такой же, какой имеют обычные бактерии. Цианобактерии могут делиться вегетативно, частями трихом, обычной клеткой надвое, либо осуществлять половой процесс.

Часто в этих процессах участвуют специализированные клетки гетероцисты, акинеты, беоциты.

Способы передвижения

Клетка цианобактерии снаружи покрыта клеточной стенкой, а иногда еще и слоем специального полисахарида, способного формировать слизевую капсулу вокруг нее. Именно благодаря этой особенности и осуществляется движение цианей.

Жгутиков или специальных выростов нет. Движение может осуществляться только по твердой поверхности при помощи слизи, короткими сокращениями. Некоторые Осциллатории имеют очень необычный способ перемещения - они крутятся вокруг своей оси и одновременно вызывают вращение всей трихомы. Так происходит движение по поверхности.

Способность к фиксации азота

Данной особенностью обладает практически каждая цианобактерия. Это возможно, благодаря наличию фермента нитрогеназы, способной фиксировать молекулярный азот и переводить его в удобоваримую форму соединений. Происходит это в структурах гетероцистах. Следовательно, те виды, что их не имеют, фиксировать азот из воздуха не способны.

Вообще, этот процесс делает цианобактерии очень важными существами для жизни растений. Поселяясь в почве, цианеи помогают представителям флоры усваивать связанный азот и вести нормальный образ жизни.

Анаэробные виды

Некоторые формы синезеленых водорослей (например, Осциллатории) способны жить в совершенно анаэробных условиях и атмосфере сероводорода. В этом случае происходит переработка соединения внутри организма и в результате образуется молекулярная сера, выходящая в окружающую среду.

Читайте также: