Ціанобактерії

Ціанобактерії (лат. Cyanobacteria, від грец. κ υανός – синій та бактерії), відділ бактерій, що здійснюють фотосинтез з виділенням молекулярного кисню (оксигенний фотосинтез).

З подібності з водоростями по перебігу фізіологічних процесів і займаної екологічної ніші ця група організмів спочатку отримала назву «синьозелені водорості». Подальше вивчення цієї групи виявило прокаріотичну організацію клітин, і на підставі цього вони були віднесені до бактерій; складають філогенетичну гілку, або відділ, ціанобактерії (Cyanobacteria). Правильність такого перенесення була підтверджена молекулярно-генетичними даними (аналізом послідовності нуклеотидів у 16S рРНК та ін.).

Форма клітин ціанобактерій сферична або паличкоподібна. Серед ціанобактерій є одноклітинні та багатоклітинні нитчасті форми, нерідко ціанобактерії утворюють досить великі скупчення у вигляді кульок, кірок, плівок та інших утворень. Клітини багатьох ціанобактерій покриті слизовою капсулою або чохлом. Ряд нитчастих ціанобактерій в ході життєвого циклу утворюють спеціалізовані клітини, що покояться, які служать для фіксації атмосферного азоту (гетероцисти) і переживання несприятливих умов (акінети).

Розмноження більшості ціанобактерій відбувається розподілом клітин або особливими ділянками ниток - гормогонії. Представники роду плеврокапсу ( Pleurocapsa ) та споріднені форми розмножуються в результаті множинного бінарного поділу великої вегетативної клітини з утворенням великої кількості дрібних клітин – беоцитів.

Як і в інших оксигенних бактерій, фотосинтезуючий апарат ціанобактерій представлений двома фотосистемами (ФС I та ФС II), з'єднаними електронтранспортним ланцюгом (Z-схема перенесення електронів), причому ФС II пов'язана з системою фотолізу Н ₂ О, яка є донором електронів при фотосинтезі. Невелика кількість ціанобактерій [деякі представники пологів осцилаторію, мікроколеус ( Microcoleus ) та ін.] здатні в певних умовах перемикатися на аноксигенний фотосинтез (без виділення ₂ ), при якому функціонує лише ФС I, а донорами електронів служать не вода, а H ₂ S, H ₂ та деякі інші сполуки. Подібний фотосинтез за участю однієї ФС, властивий пурпурним, зеленим та іншим аноксигенним фототрофним бактеріям, іноді розглядають як еволюційно давніший, ніж оксигенний, фотосинтез. Аноксигенний фотосинтез фактично здійснюється у гетероцистах ціанобактерій, дозволяючи їм отримувати АТФ (аденозинтрифосфат) та одночасно забезпечувати анаеробні умови, необхідні для азотфіксації.

Основними пігментами у більшості ціанобактерій є хлорофіл a , каротиноїди та особливі світлозбираючі пігменти – фікобіліни (блакитний фікоціанін та червоний фікоеритрин). Більшість ціанобактерій забарвлена ​​в яскраво-зелений колір, але є ціанобактерії червоного і навіть майже чорного кольору. Співвідношення фікобілінових пігментів і, відповідно, забарвлення деяких ціанобактерій може змінюватись в залежності від спектрального складу світла, що дозволяє їм найефективніше використовувати світло. Склад пігментів вважали характерною ознакою ціанобактерій.

Наприкінці 20 ст. були виявлені оксигенні фототрофні бактерії, що одержали назву прохлорофіти (тобто.попередники хлоропластів зелених рослин), клітини яких, як у рослин та більшості водоростей, містять хлорофіли a і b та не містять фікобілінів. Пізніше вони на підставі молекулярно-генетичних даних були включені до складу ціанобактерій, в результаті чого характеристика пігментного складу ціанобактерій стала ширшою: вони можуть мати хлорофіли a , b або d і можуть не мати фікобілінових пігментів. У 21 ст. стали відомі нові групи ціанобактерій з атиповим складом пігментів, а також з'явилися дані про існування ціанобактерій, які не здатні до фотосинтезу.

Більшість ціанобактерій є автотрофами, використовуючи як джерело вуглецю діоксид вуглецю (СО ₂ ), який фіксують під час відновного пентозофосфатного циклу (цикл Кальвіна). Багато ціанобактерії можуть додатково асимілювати на світлі органічні речовини, а невелика кількість видів здатна рости за рахунок органічних речовин у темряві.

Ціанобактерії широко поширені у природі; зустрічаються в різноманітних прісних і солоних водоймищах (входять до складу планктону і бентосу), мулі, грунті, на корі дерев, ростуть на поверхні каменів і скель, є види, що мешкають у гарячих джерелах та на поверхні льоду. За своєю екологічною функцією ціанобактерії є первинними продуцентами. Органічні речовини, що утворюються ціанобактеріями, служать джерелом живлення для інших (гетеротрофних) мікроорганізмів, а азотфіксуючі ціанобактерії збагачують їх і сполуками азоту.Багато ціанобактерій вступають у симбіотичні відносини з деякими безхребетними тваринами, грибами та рослинами, є компонентами лишайників, а також стають внутрішньоклітинними симбіонтами одноклітинних еукаріотів (найпростіших, діатомових водоростей та ін.). При цьому вони можуть втрачати клітинну стінку та перетворюватися на своєрідні фотосинтезуючі органели (ціанелли). Припускають, що ціанобактерії були попередниками хлоропластів – пластид, у яких здійснюється фотосинтез у еукаріотів.

Деякі ціанобактерії, наприклад мікроколеус ( Microcoleus ), служать едифікаторами (будівельниками) ціанобактеріальних співтовариств, як поставляючи членам співтовариства поживні речовини, а й створюючи «архітектуру» співтовариства, створюючи рахунок позаклітинної слизу колоїдний матрикс, у якому вони иммобилизируются (перебувають). Найбільш масштабним і значущим прикладом ціанобактеріальних угруповань є ціанобактеріальні мати.

Ціанобактерії відіграли важливу роль в еволюції біосфери. Найдавніші копалини залишки ціанобактерій виявляються у породах віком понад 3,5 млрд років. Імовірно, тривалий час спільноти ціанобактерій (ціанобактеріальні мати) були переважаючими на нашій планеті. Ймовірно, саме їх масовий розвиток призвів до появи та накопичення вільного кисню в атмосфері Землі, що зумовило виникнення та розвиток рослин та тварин. Судити про широту їхнього географічного поширення в далекому минулому дозволяють строматоліти, що виникли в результаті життєдіяльності угруповань ціанобактерій.

Масовий розвиток ціанобактерій призводить до спалахів «цвітіння» водойм, при цьому вода стає непридатною для використання.Багато ціанобактерій виділяють токсини, отруйні (небезпечні) для людини та тварин.

Ціанобактерії застосовують для очищення стічних вод. Біомасу деяких ціанобактерій (спіруліну) вирощують для отримання вітамінних або кормових добавок, у ряді країн Африки та Південної Америки, у Китаї ціанобактерії пологів носок та спіруліну використовують у їжу. У деяких країнах азотфіксуючі ціанобактерії використовуються як зелене добриво на рисових полях.

Опубліковано 26 травня 2022 р. о 15:08 (GMT+3). Останнє оновлення 31 липня 2023 р. о 09:00 (GMT+3). Зв'язатися з редакцією