Cyjanobakterii , dawniej znana jako sinic, to Phylum bakterii utworzone przez tylko prokariontów w stanie używać energii promieniowania słonecznego i wody, a źródło elektronów w fotosyntezie (Oxygenic fotosyntezy).
Podobnie jak rośliny wyższe zawierają pigmenty, które pozwalają im na przeprowadzenie fotosyntezy natlenionej. Ta gromada obejmuje około 2000 gatunków w 150 rodzajach, o różnych kształtach i rozmiarach.
Oscillatoria sp. Autor: Wiedehopf20, źródło Wikimedia Commons
Sinice to bardzo stare organizmy. Mikroskamieniałości o dużym podobieństwie do współczesnych cyjanobakterii znaleziono w osadach sprzed 2,1 miliarda lat. Charakterystyczne cząsteczki biomarkerów sinic znaleziono również w osadach morskich sprzed 2,7 i 2,5 miliarda lat.
Ze względu na zdolność cyjanobakterii do wytwarzania i uwalniania tlenu jako produktu ubocznego fotosyntezy, uważa się, że pojawienie się na Ziemi pozwoliło na modyfikację atmosfery, powodując duże zdarzenie natleniające.
Wzrost zawartości tlenu mógł spowodować spadek stężenia metanu w atmosferze około 2,4 do 2,1 miliarda lat temu, powodując wyginięcie wielu gatunków bakterii beztlenowych.
Niektóre szczepy gatunków cyjanobakterii mogą wytwarzać silne toksyny w środowisku wodnym. Te toksyny są wtórnymi metabolitami, które są uwalniane do środowiska w ekstremalnych warunkach środowiskowych, w środowiskach eutroficznych, przy wysokich stężeniach mineralnych składników odżywczych, takich jak fosfor, oraz w określonych warunkach pH i temperatury.
cechy
Sinice są bakteriami barwiącymi Gram-ujemnymi, które mogą być jednokomórkowe lub tworzyć kolonie w kształcie włókienek, arkuszy lub pustych kulek.
W ramach tej różnorodności można zaobserwować różne typy komórek:
- Komórki wegetatywne to takie, które powstają w sprzyjających warunkach środowiskowych, w których zachodzi fotosynteza.
- Akinetes, przetrwalniki produkowane w trudnych warunkach środowiskowych.
- Heterocyty, komórki grubościenne, zawierają enzym azotazę, która bierze udział w wiązaniu azotu w środowiskach beztlenowych.
Sinice to najprostsze organizmy, które wykazują cykle dobowe, oscylacje zmiennych biologicznych w regularnych odstępach czasu, związane z okresowymi zmianami środowiskowymi w ciągu dnia. Zegar okołodobowy u sinic działa na podstawie cyklu fosforylacji KaiC.
Sinice występują w bardzo różnorodnych środowiskach lądowych i wodnych: nagie skały, czasowo mokre skały na pustyniach, słodka woda, oceany, wilgotna gleba, a nawet w skałach Antarktydy.
Mogą tworzyć część planktonu w zbiornikach wodnych, tworzyć fototroficzne biofilmy na odsłoniętych powierzchniach lub tworzyć symbiotyczny związek z roślinami lub grzybami tworzącymi porosty.
Niektóre sinice odgrywają ważną rolę w ekosystemach. Microcoleus vaginatus i M. vaginatus stabilizują glebę za pomocą otoczki polisacharydowej, która wiąże cząsteczki piasku i pochłania wodę.
Bakterie z rodzaju Prochlorococcus wytwarzają ponad połowę fotosyntezy otwartego oceanu, wnosząc istotny wkład w globalny cykl tlenowy.
Kilka gatunków cyjanobakterii, takich jak Aphanizomenon flos-aquae i Arthrospira platensis (Spirulina), jest zbieranych lub uprawianych jako źródła żywności, pasza dla zwierząt, nawozy i produkty zdrowotne.
Morfologia
Komórki sinic mają wysoce zróżnicowaną, gram-ujemną ścianę komórkową z błoną plazmatyczną i zewnętrzną błoną oddzieloną przestrzenią peryplazmatyczną.
Ponadto mają wewnętrzny układ błon tylakoidów, w których znajdują się łańcuchy przenoszenia elektronów zaangażowane w fotosyntezę i oddychanie. Te różne systemy membranowe nadają tym bakteriom wyjątkową złożoność.
Nie mają wici. Niektóre gatunki mają ruchome włókna zwane hormogonią, które pozwalają im ślizgać się po powierzchniach.
Formy wielokomórkowe, takie jak rodzaj Oscillatoria, są zdolne do generowania ruchu falującego poprzez oscylacje włókna.
Inne gatunki żyjące w kolumnach wody tworzą pęcherzyki gazu, utworzone przez otoczkę białkową, która nadaje im pływalność.
Hormogonia składa się z cienkich komórek z ostrymi komórkami na końcach. Komórki te są uwalniane i mobilizowane, kiełkując w miejscach oddalonych od głównej kolonii, gdzie zaczynają się nowe kolonie.
Systematyczny
Gorąco dyskutowano o klasyfikacji sinic na najwyższych poziomach taksonomicznych. Bakterie te zostały początkowo sklasyfikowane jako sinice (Cyanophyta), zgodnie z kodami botanicznymi. Te wstępne badania opierały się na cechach morfologicznych i fizjologicznych.
Później, w latach sześćdziesiątych XX wieku, kiedy ustalono cechy prokariotyczne tych mikroorganizmów, cyjanobakterie zostały przeklasyfikowane do kodu bakteriologicznego.
W 1979 roku zaproponowano 5 przekrojów odpowiadających 5 rzędom: sekcja I = Chroococcales, sekcja II = Pleurocapsales, sekcja III = Oscillatoriales, sekcja IV = Nostocales i sekcja V = Stigonematales.
System taksonomiczny cyjanobakterii uległ radykalnej zmianie wraz z wprowadzeniem mikroskopii elektronowej oraz metod molekularnych i genetycznych.
Taksonomia cyjanobakterii była poddawana przeglądowi niemal nieprzerwanie przez ostatnie 50 lat, w trakcie których wygenerowano radykalnie różne propozycje. Trwa debata na temat klasyfikacji sinic.
Najnowsze propozycje drzew filogenetycznych dla tej gromady proponują użycie rzędów: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Rzędy te składają się z rodzajów monofiletycznych, składających się z wielu gatunków.
Toksyczność
Szacuje się, że istnieje 150 rodzajów cyjanobakterii zawierających około 2000 gatunków, z których około 46 ma szczepy wytwarzające toksyny.
W ekosystemach wodnych liczebność cyjanobakterii może osiągnąć bardzo wysoki poziom, gdy warunki środowiskowe są odpowiednie dla ich wzrostu, co sprzyja gromadzeniu się wtórnych metabolitów w cytoplazmie.
Gdy warunki środowiskowe stają się niekorzystne, wraz ze wzrostem stężenia mineralnych składników odżywczych, takich jak fosfor, giną cyjanobakterie, powodując lizę komórek i uwalnianie toksyn do środowiska.
Zidentyfikowano dwa główne typy toksyn: hepatotoksyny i neurotoksyny. Neurotoksyny są wytwarzane głównie przez gatunki i szczepy z rodzajów: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium i Cylindrospermopsis.
Neurotoksyny działają szybko, powodując śmierć z powodu zatrzymania oddechu w ciągu kilku minut po spożyciu wysokich stężeń toksyny. Saksytoksyna jest paraliżującą neurotoksyną, wymienioną w załączniku 1 do Konwencji o zakazie broni chemicznej.
Hepatotoksyny są wytwarzane przez rodzaje Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc i Cylindrospermopsis. Powodują najczęstszy rodzaj zatrucia związanego z sinicami. Działają wolniej i mogą spowodować śmierć kilka godzin lub dni po zatruciu.
Bibliografia
- Dmitry A. Los. (2017). Sinice: omiki i manipulacje - książka. Caister Academic Press. Moskwa, Rosja. 256 stron.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Klasyfikacja taksonomiczna cyjanoprokariontów (rodzajów cyjanobakterii) 2014, z zastosowaniem podejścia wielofazowego. Preslia 86: 295–335.
- Gupta, RC Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents. (2009). Academic Press. Pp 1168.
- Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, HE Schellhorn i RS Gupta. (2014). Analiza filogenetyczna i sygnatury molekularne definiujące monofiletyczny klad heterocystycznych cyjanobakterii i identyfikujące jego najbliższych krewnych. Photynthesis Research, 122 (2): 171–185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Wykrywanie cyjanobakterii i ich toksyn. Journal of Toxicology, 18: 65–71.
- Współtwórcy Wikipedii. (2018, 2 października). Cyjanobakteria. W Wikipedii, wolna encyklopedia. Pobrano 10:40, 12 października 2018, z en.wikipedia.org