Які дві пропозиції описують те що вчені відкрили про ціанобактерії та губки

Ціанобактерії

Ціанобактерії (Лат. Cyanobacteria , синьо-зелені водорості, ціанопрокаріоти або ціанії [1] , Від грец. κυανός - синьо-зелений) - значна група великих грамнегативних бактерій, здатних до фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню.

Еволюційне та систематичне становище

Ціанобактерії найбільш близькі до найдавніших мікроорганізмів, залишки яких (строматоліти, вік понад 3,5 млрд. років) виявлені на Землі. Це єдині бактерії, здатні до оксигенного фотосинтезу. Ціанопрокаріоти відносяться до найбільш складно організованих і морфологічно диференційованих прокаріотних мікроорганізмів. Батьки ціанобактерій розглядаються в теорії ендосімбіогенезу як найімовірніші предки хроматофорів червоних водоростей. Позасистематичне угруповання під умовною назвою «прохлорофіти» згідно з цією теорією має спільних предків із хлоропластами інших водоростей та вищих рослин.

Ціанобактерії є об'єктом дослідження як бактеріологів (як прокаріоти), так і альгологів (як організми фізіологічно схожі з еукаріотичних водоростей). Порівняно великі розміри клітин і подібність до водоростей було причиною їх розгляду раніше у складі рослин («синьо-зелені водорості»). За цей час було альгологічно описано понад 1000 видів у майже 175 пологах. Бактеріологічними методами нині підтверджено існування трохи більше 400 штамів. Біохімічна, молекулярно-генетична та філогенетична подібність ціанобактерій з іншими бактеріями в даний час підтверджено солідним корпусом доказів.

Життєві форми та екологія

У морфологічному відношенні ціанопрокаріоти - різноманітна та поліморфна група. Загальні риси їхньої морфології полягають лише у відсутності джгутиків та наявності слизової оболонки (глікоколікс, що складається з пептидоглікану). Поверх шару пептидоглікану товщиною 2-200 нм мають зовнішню мембрану. Ширина або діаметр клітин варіюють від 0,5 до 100 мкм мкм. Ціанобактерії - одноклітинні, нитчасті та колоніальні мікроорганізми. Відрізняються визначною здатністю адаптувати склад фотосинтетичних пігментів до спектрального складу світла, так що колір варіює від світло-зеленого до темно-синього. Деякі азотфіксуючі ціанобактерії здатні до диференціювання - формування спеціалізованих клітин: гетероцист і гормогонії. Гетероцисти виконують функцію азотфіксації, тоді як інші клітини здійснюють фотосинтез.

Морські та прісноводні, ґрунтові види, учасники симбіозів (наприклад, у лишайнику). Складають значну частку океанічного фітопланктону. Здатні формування товстих бактеріальних матів. Деякі види токсичні (найбільш вивчений токсин мікроцистин, що продукується. Microcystis) та умовно-патогенні (наприклад, Anabaena). Головні учасники цвітіння води, що викликає масові замори риби та отруєння тварин та людей. Унікальне екологічне становище зумовлене наявністю двох важкоз'єднаних здібностей: до фотосинтетичної продукції кисню та фіксації атмосферного азоту (у 2/3 вивчених видів).

Поділ бінарний в одній або декількох площинах, множинний поділ. Життєвий цикл одноклітинних форм за оптимальних умов зростання — 6—12 годин.

Біохімія та фізіологія

Ціанобактерії мають повноцінний фотосинтетичний апарат, характерний для кисневиділяючих фотосинтетиків.Фотосинтетичний електротранспортний ланцюг включає фотосистему (ФС) II, ФСІ. Кінцевим акцептором електронів служить ферредоксин, донором електронів - вода, що розщеплюється в системі окислення води, аналогічною такої вищих рослин. Світлозбиральні комплекси представлені особливими пігментами - фікобілінами, зібраними (як і у червоних водоростей) у фікобілісоми. При відключенні ФСII здатні до використання інших, ніж вода, екзогенних донорів електронів: відновлених сполук сірки, органічних сполук у рамках циклічного перенесення електронів за участю ФСІ. Однак ефективність такого шляху фотосинтезу невелика і він використовується переважно для переживання несприятливих умов.

Ціанобактерії відрізняє надзвичайно розвинена система внутрішньоклітинних вп'ячування цитоплазматичної мембрани (ЦПМ) - тилакоїдів; висловлено припущення про можливе існування у них системи тилакоїдів, не пов'язаних із ЦПМ, що досі вважалося неможливим у прокаріотів. Накопичена в результаті фотосинтезу енергія використовується в темнових процесах фотосинтезу для виробництва органічних речовин з атмосферного CO₂.

Більшість ціанобактерій - облігатні фототрофи, які, однак, здатні до нетривалого існування за рахунок розщеплення накопиченого на світлі глікогену в окислювальному пентозофосфатному циклі і в процесі гліколізу (достатність одного гліколізу для підтримки життєдіяльності) піддається сумніву. Цикл трикарбонових кислот (ЦТК) не може брати участь в отриманні енергії через відсутність α-кетоглутаратдегідрогенази. Розірваність ЦТК, зокрема, призводить до того, що ціанобактерії відрізняються підвищеним рівнем експорту метаболітів у навколишнє середовище.

Азотфіксація забезпечується ферментом нітрогеназою, що відрізняється високою чутливістю до молекулярного кисню. Оскільки кисень виділяється при фотосинтезі, в еволюції ціанобактерій реалізовано дві стратегії: просторового та тимчасового роз'єднання цих процесів. У одноклітинних ціанобактерій пік фотосинтетичної активності спостерігається у світле, а пік нітрогеназної активності – у темну пору доби. Процес регулюється генетично лише на рівні транскрипції; ціанобактерії є єдиними прокаріотами, у яких доведено існування циркадних ритмів (причому тривалість добового циклу може перевищувати тривалість життєвого циклу). У нитчастих ціанобактерій процес азотфіксації локалізований у спеціалізованих термінально диференційованих клітинах - гетероцистах, що відрізняються товстими покривами, що перешкоджають проникненню кисню. При нестачі зв'язаного азоту в живильному середовищі колонії налічується 5—15 % гетероцист. ФСІІ в гетероцистах редукована. Гетероцисти одержують органічні речовини від фотосинтезуючих членів колонії. Нагромаджений зв'язаний азот накопичується в гранулах ціанофіцину або експортується у вигляді глутамінової кислоти.

Значення

Ціанобактерії, за загальноприйнятою версією, з'явилися «творцями» сучасної кисневмісної атмосфери на Землі, що призвело до «кисневої катастрофи» — глобальної зміни складу атмосфери Землі, що відбулася на самому початку протерозою (близько 2,4 млрд років тому). та глобального гуронського заледеніння.

В даний час, будучи значною складовою океанічного планктону, ціанобактерії стоять на початку більшої частини харчових ланцюгів і виробляють значну частину кисню (вклад точно не визначено: найімовірніші оцінки коливаються від 20 до 40%).

Ціанобактерія Synechocystis стала першим фотосинтезуючим організмом, чий геном був повністю розшифрований.

Нині ціанобактерії є найважливішими модельними об'єктами досліджень у біології. У Південній Америці та Китаї бактерії пологів спіруліну та шкарпетки через брак інших видів продовольства використовують у їжу: їх висушують, а потім готують борошно. Їм приписують цілющі та оздоровлюючі властивості, які, проте, нині не знайшли підтвердження. Розглядається можливе застосування ціанобактерій у створенні замкнутих циклів життєзабезпечення, а також масової кормової або харчової добавки.

Класифікація

Ціанобактерії розподілені за морфологією на 5 порядків. Хроококові ( Chroococcales ) та плеврокапсові ( Pleurocapsales ) поєднують одиночні або колоніальні порівняно прості форми, в порядки осцилаторієві ( Oscillatoriales ), ностокові ( Nostocales ), стигонемові ( Stigoneomatales ) входять нитчасті форми. Порядок Oscillatoriales включає нитчасті безгетероцистні види. Нитчасті форми, що мають гетероцисти, поділяються на види зі справжнім розгалуженням Stigonematales, негалузеві і види з хибним розгалуженням Nostocales. «Високоорганізовані» порядки містять нитчасті форми, різниця між ними — у наявності чи відсутності справжнього розгалуження та наявності чи відсутності диференційованих клітин (гетероцист і гормогоніїв).Позасистематичною групою ціанобактерій вважаються «прохлорофіти» - ціанобактерії, що містять крім хлорофілу а будь-який інший хлорофіл (b, c або d). Деякі з них не мають фікобіліпротеїнів (хоча це одна з основних ознак ціанобактерій). Спорідненість встановлена по гомології 16S rDNA і генів фотосинтетичного апарату (psbA, psbB). Глобальні морфотипи ціанопрокаріот лягли в основу альтернативної системи порядків J. Komárek, K. Anagnostidis (Komárek, Anagnostidis, 1986, 1989, 1998, 2005; Anagnostidis, Komárek, 1988, 1990).

Відповідно до CoL:

Порядок Beggiatoales - Беггіатові
Порядок Chroococcales — Хроококові
Порядок Nostocales — Носткові
Порядок Oscillatoriales - Осцилаторієві
Порядок Prochlorales - Прохлорофіти
Порядок Stigoneomatales.

Порядок Chroococcales — Хроококові
Клас Gloeobacteria
Порядок Nostocales — Носткові
Порядок Oscillatoriales - Осцилаторієві
Порядок Pleurocapsales - Плеврокапсові
Порядок Prochlorales - Прохлорофіти
Порядок Stigoneomatales.

Див. також

Примітки

Посилання

Gillian Cribbs (1997) Nature's Superfood, Blue-Green Algae Revolution. Newleaf. ISBN 0-7522-0569-2
Marshall Savage, (1992, 1994) The Millennial Project: Colonizing the Galaxy в Eight Easy Steps. Little, Brown. ISBN 0-316-77163-5
Dyer, Betsey D. A Field Guide to Bacteria. Ithaca: Comstock Publishing Associates, 2003.
"Архітектори земної атмосфери" Введення в біологію ціанобактерій Берклі. 03 Feb. 2006 .
Огляд ціанобактерій
Дослідницький сайт з ціанобактерій

Ціанобактерії: їх будова, роль у біології та особливості життя

Статтю написано Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Познавайка».З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою

Зміст:

Історія відкриття та дослідження

Першовідкривачем ціанобактерій став один із знаменитих винахідників мікроскопа, голландський вчений-аматор Антоніо Ван Левенгук, який жив у Нідерландах XVIII століття. Незважаючи на те, що за своєю основною професією Антоніо Ван Левенгук був успішним торговцем сукном, а наукою займався як хобі, за своє життя він зробив безліч важливих наукових відкриттів у біології, одними з яких були ціанобактерії. Він виявив їх, розглядаючи синьо-зелені водорості через свій мікроскоп. Будучи також талановитим художником, він першим замалював їх у свій блокнот. Згодом вже детальнішим вивченням ціанобактерій зайнявся інший знаменитий французький біолог Луї Пастер. У ході низки цікавих дослідів він виявив особливості їхньої будови та життєдіяльності, а також визначив, що ціанобактерії здатні виробляти кисень. Зараз біологи вже знають, що перші ціанобактерії існували на нашій планеті вже мільйони років тому, а палеонтологи з цікавістю вивчають останки стародавніх водоростей, що збереглися на древніх гірських породах. Ціанобактерії мають відмінні здібності до виживання в самому різному кліматі, і навіть найнесприятливішому, завдяки своїй високій витривалості.А будова ціанобактерій збереглася і після значних температурних змін на нашій планеті, коли динозаври та багато інших стародавніх тварин давно вимерли, ціанобактерії продовжують спокійно існувати у своєму первозданному вигляді в наші дні, як існували в часи динозавром і задовго до них. За біологічною класифікацією ціанобактерії віднесено до класу бактерій, де займають свій окремий підклас, власне і названий ціанобактеріями. Це цікаво: за зразковими підрахунками саме ціанобактерії виробляють до 40% кисню в атмосфері нашої планети.

Будова

мітохондрії,
хроматофори,
ендоплазматична мережа,
вакуолі із клітинним соком.

Розмноження

Як і багато інших одноклітинні організми ціанобактерії розмножуються за допомогою поділу клітин. Але сам поділ у різних різновидів може мати різні форми, такі як

рівновеликий бінарний поділ, коли з однієї клітини утворюються дві,
нерівновеликий бінарний поділ (брунькування), коли дочірні клітини формуються з відростків материнської клітини,
множинне безстатеве розмноження, коли наступне покоління клітин формується із соматичних клітин без участі репродуктивних клітин – гамет.

Всі ці різновиди поділу клітин є у різних видів ціанобактерій.

Значення та застосування

Ми вже згадали про найважливішу роль ціанобактерій, саме вони першими стали здійснювати фотосинтез і збагатили атмосферу Землі киснем, крім цього вони мають і низку інших корисних властивостей – так вони наповнюють ґрунт азотними добривами та корисними органічними речовинами. Тож не дивно, що їх почали використовувати у сільському господарстві для підвищення врожайності.Завдяки здатності насичувати ґрунт азотом, за їх допомогою можна вирощувати культурні рослини навіть на практично неродючій землі.

Окремі різновиди синьо-зелених водоростей використовуються для годівлі свійських тварин, тому що вони доставляють організму набір необхідних поживних речовин: жирів, білків, вуглеводів та вітамінів.

А в багатьох азіатських країнах із цих водоростей роблять спеціальні смачні та корисні приправи для людей.

Біохімічний склад

Сама назва «синьо-зелені водорості» говорить за себе, зелений колір ціанобактерій надає наявний у них хлорофіл. Наявність синього кольору обумовлена впливом спеціальних пігментів: фікоціаніну та алофікоціаніну.

Деякі підвиди ціанобактерій мають у собі такі спеціальні речовини як лютеїн, ксантофіл і зеаксантин, які дозволяють їм запасатися вуглеводами та іншими важливими поживними елементами.

Зрозуміло, що ціанобактерії мають у собі фотосинтезуючий апарат, здійснює утворення органічних речовин і кисню.

Різновиди

Різновиди ціанобактерій включають понад 1500 видів. За деякими важливими загальними ознаками вони об'єднані в класи:

Хроококові, до цього класу входять організми з одиночної чи колоніальної формою. Також відрізняються великою кількістю слизу, який виділяється клітинними структурами.
Плеврокапсові - тільки вони здатні формувати репродуктивні клітини, так звані беоцити.
Оксилаторії - цей клас поєднує в собі вегетативні клітини, що діляться безстатевим шляхом.
Ностокові – характерні тим, що, на відміну від оксилаторій, здійснюють статеве розмноження.Також мають здатність створювати кольорові нальоти і мають властивість креофільності, тобто можуть адаптуватися навіть до умов пустелі.
Стигонемові – також здійснюють статеве розмноження, але на відміну від нігкових здатні ділиться багато разів у межах одноклітинного організму.

Харчування

Харчування ціанобактерій змішане: з одного боку, будучи автотрофами, можуть синтезувати вуглеводи з неорганічних речовин. Але в умовах зміненого довкілля вони можуть стати гетеротрофами і харчуватися як звичайні квіткові рослини. Також деякі ціанобактерії мають здатність харчуватися за допомогою хемосинтезу - незвичайний спосіб харчування бактерій, заснований на засвоєнні вуглекислого газу завдяки окисленню неорганічних сполук.

Саме завдяки своїм здібностям до універсальних видів харчування ціанобактерії можуть рости в найекстремальніших умовах і заселяти місця з недостатньою кількістю поживних елементів для інших організмів, таким чином створюючи умови для подальшого розвитку життя.

Ареал проживання

Більшість ціанобактерій знаходиться в безоднях світового океану, на дні морів, але чимала їх частина є і в прісноводних озерах і річках, гарячих джерелах, порожнинах тропічного листя, рисових полях і навіть крижаних озерах Антарктиди. Середовище проживання залежить від способу харчування та біохімічного складу того чи іншого різновиду ціанобактерій. Іноді ціанобактерії вступають у біологічний симбіоз з лишайниками та мохами.

Шкода

Деякі види ціанобактерій можуть приносити не тільки користь, а й шкоду, тому що мають у своєму складі токсини, що отруюють місця їх проживання.При масовому розмноженні таких шкідливих ціанобактерій, водоймище, яке вони «захопили» забарвлюється в характерний зелений колір, і він стає непридатним для існування інших живих істот. Також шкідливі ціанобактерії можуть завестися у звичайному акваріумі за відсутності належного догляду. Зайве говорити про можливу шкоду для риб у такій ситуації, щоб уникнути цього необхідно ретельно промити акваріум, повністю замінивши воду.