Cianobakterije , prej znan kot modro zelenih alg, so deblo bakterij, ki jih tvorijo le prokariontih, ki lahko uporabljajo sončno svetlobo, kot sta energija in voda, kot je vir elektronov pri fotosintezi (kisik fotosinteze).
Tako kot višje rastline vsebujejo pigmente, ki jim omogočajo, da izvajajo fotosintezo s kisikom. Ta vrsta vključuje približno 2000 vrst v 150 rodih, s široko paleto oblik in velikosti.
Oscillatoria sp. Avtor Wiedehopf20, iz Wikimedia Commons
Cianobakterije so zelo starodavni organizmi. Mikrofosile z veliko podobnostjo sodobnim cianobakterijam najdemo v nahajališčih, starih 2,1 milijarde let. Značilne molekule biomarkerjev cianobakterij so bile najdene tudi v 2,7 in 2,5 milijarde let starih morskih nahajališčih.
Zaradi sposobnosti cianobakterij proizvajajo in sproščajo kisik kot stranski produkt fotosinteze, verjamejo, da je njegov pojav na zemlji omogočil spreminjanje atmosfere, kar je povzročilo velik dogodek oksigenacije.
Povečanje kisika je lahko povzročilo zmanjšanje koncentracije metana v atmosferi pred približno 2,4 do 2,1 milijarde let, kar je povzročilo izumrtje številnih vrst anaerobnih bakterij.
Nekateri sevi cianobakterij lahko v vodnem okolju proizvajajo močne toksine. Ti toksini so sekundarni presnovki, ki se sproščajo v okolje, kadar so okoliški pogoji ekstremni, v evtrofičnih okoljih, z visokimi koncentracijami mineralnih hranil, kot so fosfor, in posebnimi pogoji pH in temperature.
značilnosti
Cianobakterije so gram-negativne obarvajoče bakterije, ki so lahko enocelične ali tvorijo kolonije v obliki nitk, listov ali votlih kroglic.
Znotraj te raznolikosti lahko opazimo različne vrste celic:
- Vegetativne celice so tiste, ki nastanejo v ugodnih okoljskih pogojih, v katerih pride do fotosinteze.
- Akinete, endospore, proizvedene v težkih okoljskih pogojih.
- Heterociti, debelostenske celice, vsebujejo encim nitrogenazo, ki sodeluje pri fiksaciji dušika v anaerobnih okoljih.
Cianobakterije so najpreprostejši organizmi, ki kažejo cirkadiane cikle, nihanje bioloških spremenljivk v rednih časovnih presledkih, ki so povezane z občasnimi spremembami okolja čez dan. Cirkadiana ura v cianobakterijah deluje iz cikla fosforilacije KaiC.
Cianobakterije so razporejene v najrazličnejših kopenskih in vodnih okoljih: gole skale, začasno mokre kamnine v puščavah, sladka voda, oceani, vlažna tla in celo antarktične kamnine.
V vodnih telesih lahko tvorijo del planktona, na izpostavljenih površinah tvorijo fototrofne biofilme ali vzpostavijo simbiotični odnos z rastlinami ali lišaji, ki tvorijo lišaje.
Nekatere cianobakterije igrajo pomembno vlogo v ekosistemih. Microcoleus vaginatus in M. vaginatus stabilizirata tla s polisaharidnim plaščem, ki se veže na delce peska in absorbira vodo.
Bakterije iz rodu Prochlorococcus proizvajajo več kot polovico fotosinteze odprtega oceana in pomembno prispevajo k globalnemu kisikovemu ciklu.
Več vrst cianobakterij, kot sta Aphanizomenon flos-aquae in Arthrospira platensis (Spirulina), se nabirajo ali gojijo kot prehrambeni viri, krma za živali, gnojila in zdravstvene izdelke.
Morfologija
Cianobakterijske celice imajo visoko diferencirano, gram-negativno celično steno s plazemsko membrano in zunanjo membrano, ločeno s periplazmatskim prostorom.
Poleg tega imajo notranji sistem tilakoidnih membran, kjer prebivajo verige za prenos elektronov, ki sodelujejo pri fotosintezi in dihanju. Ti različni membranski sistemi dajejo tem bakterijam edinstveno kompleksnost.
Nimajo flagele. Nekatere vrste imajo gibljive filamente, imenovane hormogonia, ki jim omogočajo, da drsijo po površinah.
Večcelične nitaste oblike, na primer rod Oscillatoria, lahko ustvarijo nihajno gibanje z nihanjem nitke.
Druge vrste, ki živijo v vodnih stebrih, tvorijo plinske vezikle, ki jih tvori beljakovinski plašč, ki jim daje plovnost.
Hormogonije sestavljajo tanke celice z ostrimi celicami na koncih. Te celice se sprostijo in mobilizirajo, poženejo pa na mesta, oddaljena od glavne kolonije, kjer se začnejo nove kolonije.
Sistematično
O razvrstitvi cianobakterij na najvišje taksonomske ravni je bilo vroče razpravljeno. Te bakterije so bile sprva razvrščene kot modrozelene alge (Cyanophyta), po botaničnih kodah. Te začetne študije so temeljile na morfoloških in fizioloških značilnostih.
Kasneje, v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so bile ugotovljene prokariontske značilnosti teh mikroorganizmov, so cianobakterije prerazvrstili pod bakteriološki kod.
Leta 1979 je bilo predlagano 5 oddelkov, ki ustrezajo 5 zaporedjem: oddelek I = krokokokele, oddelek II = pleurokapsali, oddelek III = oscilatorji, oddelek IV = nostokale in oddelek V = stigonematales.
Taksonomski sistem cianobakterij se je korenito spremenil z uvedbo elektronske mikroskopije ter molekulskih in genetskih metod.
Taksonomija cianobakterij je bila v zadnjih 50 letih skoraj neprekinjeno pregledovana, v njej pa so se oblikovali radikalno različni predlogi. Razprava o klasifikaciji cianobakterij se nadaljuje.
Najnovejši predlogi za filogenetska drevesa za ta sloj predlagajo uporabo vrst: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Te redove sestavljajo monofletni rodovi, sestavljeni iz številnih vrst.
Toksičnost
Ocenjujejo, da obstaja 150 rodov cianobakterij, ki vsebujejo približno 2000 vrst, od tega približno 46 ima nekaj seva, ki proizvaja strupe.
V vodnih ekosistemih lahko številčnost cianobakterij doseže zelo visoke ravni, kadar so okoljske razmere primerne za njihovo rast, kar spodbuja kopičenje sekundarnih metabolitov v citoplazmi.
Ko okoljske razmere postanejo neugodne, s povečanjem koncentracij mineralnih hranil, kot je fosfor, cianobakterije umrejo, kar povzroči lizo celic in izpust toksinov v okolje.
Ugotovljeni sta bili dve glavni vrsti toksinov: hepatotoksini in nevrotoksini. Nevrotoksine proizvajajo predvsem vrste in sevi rodov: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium in Cylindrospermopsis.
Nevrotoksini delujejo hitro, kar povzroči smrt zaradi zastoja dihanja v nekaj minutah po zaužitju visokih koncentracij toksina. Saksitoksin je paralizirajoči nevrotoksin, naveden v Prilogi 1 Konvencije o kemičnem orožju.
Hepatotoksine proizvajajo rodovi Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc in Cylindrospermopsis. Povzročajo najpogostejšo vrsto zastrupitve, povezano s cianobakterijami. Delujejo počasneje in lahko nekaj ur ali dni po zastrupitvi povzročijo smrt.
Reference
- Dmitrij A. Los. (2017). Cyanobacteria: Omics and Manipulation - Book. Caister Academic Press. Moskva, Rusija. 256 str.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Taksonomska klasifikacija cianoprokariotov (cianobakterijski rodovi) 2014, z uporabo polifaznega pristopa. Preslia 86: 295–335.
- Gupta, RC Priročnik za toksikologijo kemičnih bojnih sredstev (2009). Akademski tisk. Pp 1168.
- Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, HE Schellhorn in RS Gupta. (2014). Filogenetska analiza in molekularni podpisi, ki opredeljujejo monofletno klado heterocističnih cianobakterij in identificirajo njegove najbližje sorodnike. Fotosintezna raziskava, 122 (2): 171–185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Zaznavanje cianobakterij in njihovih strupov. Journal of Toxicology, 18: 65–71.
- Sodelavci Wikipedije. (2018, 2. oktobra). Cianobakterije. V Wikipediji, The Free Encyclopedia. Pridobljeno 10.40, 12. oktobra 2018, s spletnega mesta en.wikipedia.org