Cianobacterii , cunoscut anterior ca algele verzi albastre, sunt o încrengătură de bacterii formate numai procariotele capabile să folosească lumina solară ca energie și apă , ca o sursă de electroni în fotosinteză (fotosinteza oxygenic).
La fel ca plantele superioare, conțin pigmenți care le permit să realizeze o fotosinteză oxigenată. Acest filon include aproximativ 2000 de specii din 150 de genuri, cu o gamă largă de forme și dimensiuni.
Oscillatoria sp. De Wiedehopf20, de la Wikimedia Commons
Cianobacteriile sunt organisme foarte vechi. Microfosilele cu mare similitudine cu cianobacteriile moderne s-au găsit în depozitele care datează de 2,1 miliarde de ani. Moleculele caracteristice ale biomarkerului de cianobacterii au fost găsite și în depozitele marine vechi de 2,7 și 2,5 miliarde de ani.
Datorită capacității cianobacteriei de a produce și elibera oxigenul ca produs secundar al fotosintezei, se crede că apariția sa pe pământ a permis modificarea atmosferei, provocând un eveniment de oxigenare mare.
Creșterea oxigenului poate să fi provocat o scădere a concentrației de metan atmosferic în urmă cu aproximativ 2,4 - 2,1 miliarde de ani, provocând stingerea multor specii de bacterii anaerobe.
Unele tulpini din speciile de cianobacterii pot produce toxine puternice în mediile acvatice. Aceste toxine sunt metaboliți secundari, care sunt eliberați în mediu atunci când condițiile de mediu sunt extreme, în medii eutrofice, cu concentrații mari de nutrienți minerali, cum ar fi fosforul și condiții particulare de pH și temperatură.
caracteristici
Cianobacteriile sunt bacterii cu colorare gram-negativă care pot fi unicelulare sau pot forma colonii sub formă de filamente, foi sau sfere goale.
În cadrul acestei diversități, se pot observa diferite tipuri de celule:
- Celulele vegetative sunt cele care se formează în condiții favorabile de mediu, în care are loc fotosinteza.
- Akinete, endospoare produse în condiții dificile de mediu.
- Heterocitele, celulele cu pereți groși, conțin enzima azotază, care este implicată în fixarea azotului în mediile anaerobe.
Cianobacteriile sunt cele mai simple organisme care prezintă cicluri circadiene, oscilații ale variabilelor biologice la intervale regulate de timp asociate cu schimbări periodice de mediu în timpul zilei. Ceasul circadian din cianobacterii funcționează din ciclul de fosforilare KaiC.
Cianobacteriile sunt distribuite într-o mare diversitate de medii terestre și acvatice: roci goale, roci umede temporar în deșerturi, apă dulce, oceane, sol umed și chiar roci din Antarctica.
Acestea pot forma o parte din plancton în corpuri de apă, pot forma biofilme fototrofice pe suprafețe expuse sau pot stabili o relație simbiotică cu plantele sau cu ciupercile formatoare de lichen.
Unele cianobacterii joacă un rol important în ecosisteme. Microcoleus vaginatus și M. vaginatus stabilizează solul folosind o teacă polizaharidă care se leagă de particulele de nisip și absoarbe apa.
Bacteriile din genul Prochlorococcus produc mai mult de jumătate din fotosinteza oceanului deschis, aducând o contribuție importantă la ciclul global al oxigenului.
Câteva specii de cianobacterii, cum ar fi Aphanizomenon flos-aquae și Arthrospira platensis (Spirulina), sunt recoltate sau cultivate ca surse de hrană, hrană pentru animale, îngrășăminte și produse pentru sănătate.
Morfologie
Celulele cianobacteriene au un perete celular extrem de diferențiat, gram-negativ, cu o membrană plasmatică și o membrană exterioară separată de un spațiu periplasmic.
În plus, au un sistem intern al membranelor tilacoide în care rezidă lanțurile de transfer de electroni care sunt implicați în fotosinteză și respirație. Aceste sisteme de membrană diferite conferă acestor bacterii o complexitate unică.
Nu au flageluri. Unele specii au filamente în mișcare numite hormogonie, care le permit să alunece pe suprafețe.
Formele filamentare multicelulare, precum genul Oscillatoria, sunt capabile să genereze o mișcare ondulantă prin oscilația filamentului.
Alte specii care trăiesc în coloane de apă formează vezicule de gaz, formate dintr-o teacă proteică, care le conferă flotabilitate.
Hormogonia este formată din celule subțiri cu celule ascuțite la capete. Aceste celule sunt eliberate și mobilizate, încolțindu-se în locuri departe de colonia principală, unde încep noi colonii.
Sistematic
Clasificarea cianobacteriilor la cele mai înalte niveluri taxonomice a fost dezbătută fierbinte. Aceste bacterii au fost clasificate inițial ca alge albastre-verzi (Cyanophyta), conform codurilor botanice. Aceste studii inițiale s-au bazat pe caracteristici morfologice și fiziologice.
Mai târziu, în anii 1960, când s-au stabilit caracteristicile procariote ale acestor microorganisme, cianobacteriile au fost reclasificate sub codul bacteriologic.
În 1979 au fost propuse 5 secțiuni care corespund a 5 ordine: secțiunea I = chocococale, secțiunea II = pleurocapsalele, secțiunea III = oscilatorii, secțiunea a IV-a = Nostocale și secțiunea V = Stigonematales.
Sistemul taxonomic al cianobacteriilor a fost schimbat radical odată cu introducerea microscopiei electronice și a metodelor moleculare și genetice.
Taxonomia cianobacteriilor a fost revizuită aproape continuu în ultimii 50 de ani, în care au fost generate propuneri radical diferite. Dezbaterea privind clasificarea cianobacteriilor continuă.
Ultimele propuneri de arbori filogenetici pentru acest filon propun utilizarea comenzilor: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chocococales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Aceste comenzi sunt formate din genuri monofiletice, formate din mai multe specii.
Toxicitate
Se estimează că există 150 de genuri de cianobacterii care conțin aproximativ 2000 de specii, dintre care aproximativ 46 au o tulpină producătoare de toxine.
În ecosistemele acvatice, abundența cianobacteriilor poate atinge niveluri foarte ridicate atunci când condițiile de mediu sunt adecvate pentru creșterea lor, ceea ce favorizează acumularea metaboliților secundari în citoplasmă.
Atunci când condițiile de mediu devin nefavorabile, cu creșterea concentrațiilor de nutrienți minerali, cum ar fi fosforul, cianobacteriile mor, producând liză celulară și eliberarea de toxine în mediu.
Au fost identificate două tipuri principale de toxine: hepatotoxine și neurotoxine. Neurotoxinele sunt produse mai ales de speciile și tulpinile genurilor: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium și Cylindrospermopsis.
Neurotoxinele acționează rapid, provocând moartea prin stop respirator în câteva minute de la ingerarea unor concentrații mari de toxină. Saxitoxina este o neurotoxină paralizantă, enumerată în anexa 1 a Convenției privind armele chimice.
Hepatotoxinele sunt produse de genurile Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc și Cylindrospermopsis. Ele provoacă cel mai frecvent tip de otrăvire legat de cianobacterii. Ele lucrează mai lent și pot provoca moartea la câteva ore sau zile după otrăvire.
Referințe
- Dmitry A. Los. (2017). Cianobacterii: Omici și manipulare - Carte. Caister Academic Press. Moscova, Rusia. 256 p.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Clasificarea taxonomică a cianoprokariotelor (genuri cianobacteriene) 2014, folosind o abordare polifazică. Preslia 86: 295-335.
- Gupta, RC Handbook of Toxicology of Chemical Warfare agents (2009). Presă academică. Pop 1168.
- Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, HE Schellhorn și RS Gupta. (2014). Analiza filogenetică și semnăturile moleculare care definesc o cladă monofiletică de cianobacterii heterociste și identificând rudele cele mai apropiate ale acesteia. Cercetarea fotosintezei, 122 (2): 171-185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Detectarea cianobacteriilor și a toxinelor acestora. Journal of Toxicology, 18: 65-71.
- Colaboratorii Wikipedia. (2018, 2 octombrie). Cianobacteriilor. În Wikipedia, enciclopedia liberă. Preluat 10:40, 12 octombrie 2018, de pe en.wikipedia.org