Цианобактерии ℹ️ определение, строение, способы питания и размножения, особенности жизнедеятельности, представители, роль в природе, использование человеком

Цианобактерии

Они являются первыми живыми организмами, вырабатывающими кислород из углекислого газа и воды.

С помощью цианобактерий на Земле образовался озоновый слой, осуществляющий защиту планеты от воздействия ультрафиолетовых лучей.

История открытия и исследования

В биологии определение, что такое цианобактерии, было сформулировано нидерландским ученым Антонио Ван Левенгуком в XVIII столетии. Он занимался изучением бактериальных клеток совместно с французским химиком Луи Пастером и выявил особенности строения и жизнедеятельности водорослей. В результате исследований было обнаружено, что первые организмы, способные производить кислород, появились на Земле несколько миллионов лет назад. Благодаря изобретению микроскопа, исследователи смогли изобразить точную структуру цианобактерий.

Цианобактерии тип питания

Современные исследования первых бактерий, способных синтезировать кислород, проводятся учеными-палеонтологами при помощи изучения останков водорослей, сохранившихся на древних горных породах.

На основе анализа исследователи выявили, что эти организмы обладают высокими показателями выносливости. Они сохранили свое строение после изменений в температурном и химическом составе планеты.

Во второй половине XX — начале XXI вв. синезеленые водоросли были включены в царство бактерий. Они образовали отдельное подцарство цианобактерий.

В нынешнее время эти организмы продуцируют до 40% органических веществ и кислорода на планете.

Особенности строения

Цианобактерии образованы шаровидными, эллипсоидными и цилиндрическими клетками, соединенными в цепи. Клеточные структуры покрыты тонкой пленкой, состоящей из мембран. Для отдельных представителей цианобактерий характерно наличие слизистого чехла, выполняющего защитную и соединительную функции. В состав морских водорослей входят газовые вакуоли, выполняющие роли жгутиков. Они позволяют организмам перемещаться по воде и сохранять равновесие во время передвижения. Если цианобактерии теряют свойство плавучести, то они всплывают на поверхность.

В составе цианобактерий отсутствуют следующие элементы эукариотических клеток:

 представители цианобактерий
  • хроматофоры ;
  • митохондрии ;
  • эндоплазматическая сеть ;
  • клеточное ядро ;
  • вакуоли с клеточным соком.

Сходство водорослей и эукариотов заключается в идентичном наборе пигментов, наличии питательных веществ и отсутствии жгутиковых связей.

Также эукариотические клетки способны осуществлять фотосинтез.

Значение и применение синезеленых водорослей

В природе цианобактерии играют роль продуцента. Они наполняют почву азотными соединениями и органическими веществами. Главной функцией водорослей является воспроизводство кислорода — химического элемента, необходимого для жизни большинства живых организмов на планете.

Что такое цианобактерии в биологии

Цианобактерии используются в сельскохозяйственном секторе для повышения урожайности. Они способны фиксировать азот из атмосферы и обогащать им почву, что позволяет выращивать культурные растения на неплодородной земле.

Отдельные виды водорослей используются для кормления небольших животных. Они доставляют организму питательные вещества: белки, жиры, углеводы и витамины.

В азиатских странах из цианобактерий изготавливают пищевые белки и приправы для улучшения вкусовых качеств блюда.

Биохимический состав

Цианобактерии имеют сине-зеленый цвет. Зеленую окраску водорослям придает хлорофилл. Наличие синего цвета обусловлено присутствием пигментов: фикоцианина и алофикоцианина. Если в фотосинтезирующем орагнизме присутствует фикоэритрин, то он приобретает красный оттенок. Отдельные подвиды имеют в своем составе лютеин, ксантофил и зеаксантин. Эти вещества позволяют запасать углеводы, волютин, цианофицин и иные питательные элементы.

Строение цианобактерий

Цианобактерии располагают фотосинтетическим аппаратом, осуществляющим процесс образования органических веществ и кислорода.

Главными компонентами для проведения этого биохимического процесса являются вода, углекислый газ и сера. Они предоставляют отрицательные частицы для расщепления вещества.

В результате образуются химические элементы, требуемые для дыхания живых существ. Фотосинтез может происходить как в темное, так и в светлое время суток.

Разновидности цианобактерий

Существует свыше 1500 видов цианобактерий.

Они были классифицированы по общим признакам и объединены в классы:

 цианобактерии водоросли зеленые
  • Хроококковые: объединяют фотосинтезирующие организмы, имеющие одиночную или колониальную форму. Для них характерно наличие большого количества слизи, выделяемой клеточными структурами.
  • Плеврокапсовые: включают в себя бактерии, относящиеся к подвидам Плеврокапсы, Дермокапсы и Микосарцины. Они способны формировать беоциты — репродуктивные клетки.
  • Оксиллатории: объединяют вегетативные клетки, осуществляющие деление бесполым способом. Они образуют трихому — структуру из слизи — и делятся внутри нити цианобактерий.
  • Ностоковые: объединяют фотосинтезирующие организмы в форме трихом, осуществляющие половое размножение. Они способы образовывать цветные налеты и обладают свойством криофильности — легкой адаптации в условиях пустыни.
  • Стигонемовые: включают в себя бактерии вида Фишереллы. Они осуществляют половое размножение. Но, в отличие от ностоковых бактерий, могут делиться многократное количество раз в пределах одноклеточного организма.

Эта классификация была представлена американским бактериологом Берджи Дэвидом Хенриксом. Он является создателем справочника по бактериологической систематике, предназначенного для подробного описания всех разновидностей фотосинтезирующих организмов.

Особенности питания

Цианобактерии обладают смешанным способом питания. Они являются автотрофами и могут синтезировать углеводы. Но при изменении среды обитания водоросли приобретают признаки питания гетеротрофов — цветковых растений. Они смогут использовать готовые органические вещества, распадающиеся при меньшем количестве электронов, для проведения фотосинтеза. Отдельные разновидности фотосинтезирующих организмов питаются при помощи хемосинтеза — одновременного синтеза кислорода и фиксирования азота из атмосферы.

Выделяют следующие способы питания фианобактерий:

Что такое цианобактерии в биологии определение
  • Облигатный: организмы растут под воздействием солнечного света и при наличии неорганического источника углерода.
  • Факультативный: бактерии осуществляют рост в ночное время суток при использовании энергии органических веществ.
  • Фотогетеротрофный: организмы произрастают в дневное время суток при наличии источника солнечного света и углеродных соединений.
  • Миксотрофный: бактерии осуществляют автотрофную фиксацию углекислого газа, используя органические соединения в качестве дополнительного источника углерода.

При помощи универсальных типов питания цианобактерии способны расти в экстремальных условиях. Они могут заселять места с недостаточным количеством питательных элементов, создавая условия для возникновения новых живых организмов.

Ареал обитания

Большая часть синезеленых водорослей обитает в пресных водоемах, морях, влажной почве, на скалистой местности, в горячих источниках, полостях тропических листьев, рисовых полях, на ледяных озерах Антарктики и в пустынях. Среда обитания может отличаться в зависимости от типа питания и биохимического состава бактерий. В редких случаях фотосинтезирующие организмы могут вступать в симбиоз с лишайниками и мхами. При помощи симбионта они получают продукты для фотосинтеза.

 цианобактерии синезеленые

Отдельные виды цианобактерий имеют в своем составе токсины, отравляющие места их обитания. Они способны вызывать отравления представителей фауны и людей при попадании в искусственные водоемы или водохранилища.

При массовом размножении цианобактерии способны окрасить среду обитания в синий, зеленый или красный цвета. Ареал обитания лишается запасов кислорода и становится непригодным для жизни других организмов.

Цианобактерии могут появиться в аквариуме из-за отсутствия ухода. Они нарушают экологический баланс и наносят вред обитателям этого резервуара. Для борьбы с этими организмами необходимо тщательно промыть аквариум, заменить воду, убрать резервуар в затемненное место и использовать препарат «Эритромицин», предназначенный для удаления цветного налета.

Сине-зеленая угроза

Цианобактерии некогда сыграли ключевую роль в эволюции биосферы как изобретатели самого эффективного способа фотосинтеза, идущего с выделением кислорода, и создатели привычной нам кислородосодержащей атмосферы. В наши дни массовому развитию этих древних обитателей планеты способствует антропогенное загрязнение вод, устройство каналов и искусственных водохранилищ с зарегулированным стоком. Примерно в половине случаев «цветения» водоемов в них присутствуют токсины - ядовитые для животных и человека вещества, вырабатываемые цианобактериями.

По рекомендации ВОЗ во многих странах осуществляется сезонный мониторинг цианотоксинов в питьевой воде и продуктах питания, однако в России их предельно допустимые концентрации до сих пор не утверждены. Соответственно, не проводится и мониторинг цианотоксинов, несмотря на ежегодное «цветение» многих водохранилищ и документально зафиксированные случаи отравления и даже смерти людей.

Специалисты Лимнологического института СО РАН с 2005 г. ведут поиск и изучение токсичных цианобактерий в водоемах Восточной Сибири. С помощью генетического и иммунноферментного анализа удалось обнаружить присутствие токсичных видов в ряде водоемов Иркутской области. Исключением не стал даже Байкал: на открытых водных пространствах озера «цветение» воды невозможно, но на загрязненных человеком теплых мелководьях складываются благоприятные условия для развития цианобактерий, в том числе токсичных

Антропогенное загрязнение вод, устройство каналов и искусственных водохранилищ с зарегулированным стоком создает благоприятные условия для массового развития цианобактерий – древнейших одноклеточных прокариотических организмов, не совсем точно называемых еще сине-зелеными водорослями. «Цветение» водоемов, вызванное массовым размножением цианобактерий, в наше время приобретает глобальный характер.

Цианобактерии могут бурно размножаться не только на прибрежном мелководье, но и по всей акватории озера, из-за чего вода приобретает характерный сине-зеленый цвет

По данным мировой статистики, примерно в половине случаев такого «цветения» в воде присутствуют токсины – ядовитые вещества, вырабатываемые цианобактериями. Первое сообщение о гибели домашних животных, пивших воду из «цветущего» водоема, появилось еще в 1878 г. в журнале Nature. А в 1966 г. в бразильском г. Каруару погибли 63 пациента гемодиализного центра. Как выяснилось, для диализа использовали воду, зараженную цианотоксинами. Это событие привлекло внимание исследователей к их изучению.

Недавно было обнаружено, что гены цианобактерий, отвечающие за синтез токсинов, также участвуют в синтезе других биологически активных веществ, в том числе с противобактериальными и противогрибковыми свойствами, а также с противораковым (цитостатическим эффектом). И сейчас микробиологи активно ведут поиск продуцентов новых лекарственных средств

Особенно остро проблема «цветения» водоемов стоит в странах с теплым климатом, так как высокие температуры, хорошая освещенность и большое количество питательных веществ способствуют массовому развитию цианобактерий. Однако оказалось, что она актуальна и для более «бедных» олиготрофных водоемов в холодных регионах. Цианотоксины, ставшие причиной гибели домашнего скота, были найдены даже в альпийских озерах!

Нодулярия Борджиа

Около половины видов в каждом из пяти десятков ныне существующих родов цианобактерий способны продуцировать токсины. Наиболее распространены и изучены токсичные цианобактерии родов Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Nodularia. Именно они, как правило, и вызывают «цветение» озер и водохранилищ и вырабатывают различные токсины, которые могут поражать печень (гепатотоксины) или нервную систему (нейротоксины) млекопитающих.

Все эти виды цианобактерий из оз. Котокельское потенциально токсичны: а – Microcystis aeruginosa; б – Snowella lacustris; в – Aphanizomenon flos-aquae. Оптическая микроскопия

Чаще всего в воде оказываются гепатотоксины – циклические пептиды микроцистин и нодуларин. Их недаром называют «факторами быстрой смерти»: гибель лабораторных мышей при внутрибрюшном введении этих токсинов наступает в течение нескольких часов. Длительное воздействие низких доз микроцистина приводит к раку и циррозу печени. К тому же, микроцистин очень устойчив, он не разрушается кипячением, обработкой ультрафиолетовым излучением и хлорированием воды, а из-за малого размера молекул не улавливается фильтрами. Другой гепатотоксин – нодуларин – тоже канцероген; он легко проникает в гепатоциты и вызывает их разрушение.

Более редкие нейротоксины – анатоксины и сакситоксины – являются алкалоидами. Они опасны для животных, поскольку разрушают нейромышечные контакты, вызывают паралич дыхательной мускулатуры и быструю смерть. Летальная доза сакситоксина – всего 10 мкг/кг.

Цианотоксины высвобождаются из отмерших клеток и могут накапливаться в водоемах. Таким образом, первое звено в цепи аккумуляции и передачи цианотоксинов – вода. Второе – моллюски и рыбы, далее – теплокровные наземные животные и человек. Дикие копытные, домашний скот и другие животные могут отравиться на водопое, если в пищеварительный тракт попадет вода с токсинами или сам фитопланктон. Загрязнение цианотоксинами источников водоснабжения и водозаборов представляет большую опасность для человека. Отравление людей может произойти даже при обычном купании в «цветущем» водоеме.

Токсины есть, ПДК – нет

В последнее время во всем мире стали обращать особое внимание на качество природной воды. Это вызвано, с одной стороны, повышением санитарно-гигиенических требований, с другой – ухудшением состояния пресноводных экосистем, основных источников питьевой воды. К тому же, проблема экологической чистоты воды и пищи сегодня не только «модная» тема, но и предмет специального изучения.

Этот «безопасный» вид цианобактерий – Gloeotrichia echinulata – ранее доминировал в оз. Котокельское, но сейчас уступил свои позиции токсичным представителям родов Anabaena и Microcystis (справа – A. lemmermannii)

По рекомендации ВОЗ во многих странах осуществляется мониторинг цианотоксинов в питьевой воде и продуктах питания, утверждены их предельно допустимые концентрации. Однако в России нет подобных стандартов, и, соответственно, сезонный мониторинг цианотоксинов в питьевой воде не проводится, несмотря на ежегодное «цветение» многих водохранилищ. Документально зафиксированы случаи отравления и даже смерти людей при употреблении в пищу рыбы из «цветущих» водоемов (например, в 2008 г. в Бурятии, на оз. Котокельское). Следовательно, контроль за содержанием цианотоксинов в водоемах, использующихся в рекреационных целях и для рыболовства, необходим.

Специалисты Лимнологического института СО РАН с 2005 г. ведут поиск и изучение токсичных цианобактерий в водоемах Восточной Сибири. Для их обнаружения можно использовать различные методы. Наиболее простой и доступный – ПЦР-диагностика: последовательности генов, ответ­ственных за синтез цианотоксинов, уже расшифрованы и доступны в мировой базе данных Genbank.

C помощью маркеров к гену, кодирующему фермент микроцистинсинтетазу, удалось установить, что в некоторых восточно-сибирских водоемах (оз. Котокельское, Братском и Усть-Илимском водохранилищах) присутствуют цианобактерии родов Anabaena и Microcystis, способные к синтезу микроцистина. С помощью методов жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии в пробах фитопланктона оз. Котокельское было обнаружено три разновидности микроцистина, в том числе и наиболее токсичный микроцистин-LR. По нормам ВОЗ, его ПДК в питьевой воде – лишь 1 мкг/л.

Эти результаты вызвали большой интерес гидробиологов и многочи­сленные предложения заняться изучением различных водоемов России и стран СНГ, где наблюдается массовое развитие цианобактерий. В результате география исследования значительно расширилась за счет проб, полученных от коллег из Красноярска, Калининграда, Украины, Белоруссии. И практически все они содержали гены микроцистинсинтетазы…

Синевато-зеленый оттенок, который приобретает вода с гниющей биомассой фитопланктона, обусловлен выходом из клеток вспомогательного фотосинтетического пигмента цианобактерий – фикоцианина. Сегодня это цвет опасности. Оз. Котокельское, август 2010 г.

В 2010 г. с помощью генетического анализа в водоемах Иркутской области удалось выявить цианобактерии, содержащие гены синтеза еще одного токсина – сакситоксина. Новый метод – иммуноферментный анализ – позволил подтвердить присутствие в воде самих токсинов.

Впервые за пять лет мониторинга токсичные цианобактерии были обнаружены в Байкале. На открытых водных пространствах озера «цветение» воды невозможно: низкие температуры и нехватка питательных веществ, необходимых для роста цианобактерий, надежно хранят чистоту байкальских вод. Но неглубокие заливы – излюбленные места отдыха туристов – летом хорошо прогреваются. В загрязненных человеком прибрежных зонах складываются благоприятные условия для развития цианобактерий, и байкальская вода здесь может содержать цианотоксины.

Этот факт вызывает особую тревогу. Ведь если даже самое чистое озеро планеты нуждается в сезонном мониторинге цианотоксинов, то что говорить о других водоемах России?

Литература:

Voloshko L. N., Pljushh A. V., Titova N. N. Toksiny cianobakterij (Cyanobacteria, Cyanophyta) // Al’gologija. 2008. T. 18, № 1. S. 3—20.

Gromov B. V. Cianobakterii v biosfere // Sorosovskij obrazovatel’nyj zhurnal. 1996. № 9. S. 33—39.

Tihonova I. V. i dr. Analiz cianobakterij ozera Bajkal i Ust’-Ilimskogo vodohranilishha na nalichie gena sinteza mikrocistina // Doklady RAN. 2006. T. 409, № 3. S. 1—3.

В публикации использованы фото автора

Цианобактерии

Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли (лат. Cyanobacteria) – обширная группа грамотрицательных бактерий крупных размеров, отличительной особенностью которых является способность к фотосинтезу. Цианобактерии – это наиболее сложно устроенные и дифференцированные прокариоты.

Так как эти организмы по своей физиологии имеют много общих черт с эукариотическими водоростями, то согласно некоторым классификациям, цианобактерии рассматриваются в составе растений как сине-зеленые водоросли.

В настоящее время в альгологии известно более 150 родов и около 1000 видов цианобактерий, бактериологи насчитывают около 400 штаммов.

Обратите внимание

Цианобактерии распространены в морях и пресных водоемах, почвенном покрове, могут участвовать в симбиозах (лишайники). Весомую часть фитопланктона водоемов составляют водоросли данной группы. Они способны образовывать толстые многослойные покровы на субстрате.

Редкие виды обладают токсичностью и условно-патогенны для человека. Сине-зеленые водоросли основные элементы, вызывающие «цветение» воды, что приводит к массовой гибели рыб, отравлениям животных и людей.

Для некоторых видов характерна редкая комбинация свойств: способность к фотосинтезу и одновременно фиксации азота из атмосферного воздуха.

Строение. В строении цианобактерий имеются характерные особенности. Эти организмы отличаются разнообразной морфологией. Общее в структуре любого вида сине-зеленых водоростей – это слизистая оболочка (гликокаликс из пептидогликанов) и отсутствие жгутиков.

Слизистую оболочку покрывает наружная мембрана. Размеры клеток цианобактерий могут быть от 1 мкм до 100 мкм.

Цвет разных видов меняется от салатового до темно-синего в связи со способностью изменять соотношение фотосинтетических пигментов в клетке соответственно спектральному составу света.

Цианобактерии – одноклеточные организмы, могут формировать колонии, известны нитчатые формы. Размножение осуществляется посредством бинарного деления, возможно множественное деление. Продолжительность жизненного цикла при благоприятных условиях составляет 6-12 часов.

Внутреннее строение. В клетке каждого организма имеется полноценный аппарат для осуществления фотосинтеза с выделением кислорода.

Энергия, полученная посредством фотосинтеза, используется для продуцирования органических веществ из СО2. По способу питания подавляющее большинство сине-зеленых водоростей являются облигатными фототрофами.

Но они могут в течение короткого периода времени существовать за счет расходования накопленного на свету гликогена.

Значение. По мнению ученых, именно эти организмы спровоцировали в начале протерозойского периода (примерно 2,5 млрд лет назад) глобальную перестройку атмосферы – «кислородную катастрофу». Это повлекло кардинальные изменения в биосфере и гуронское оледенение.

Важно

Впервые в лабораторных условиях геном фотосинтезирующего организма был расшифрован именно на примере цианобактерии Synechocystis. До настоящего времени сине-зеленые водоросли являются ценными биологическими объектами исследований.

В Китае и странах Южной Америки сине-зеленые водоросли родов спирулина и носток используют в пищу. После высушивания из них делают муку. Спирулину используют как пищевую добавку, так как эта водоросль обладает рядом полезных свойств.

Источник: http://beaplanet.ru/prokarioty/bakterii/cianobakterii.html

Цианобактерии‎ (Cyanobacteria)

Цианобактерии‎ (Cyanobacteria), или сине-зелёные водоросли — одни из древнейших растительных орга­низмов; остатки их известны из докембрийских слоев.

Однако, несмотря на длительный период развития, современные сине-зеленые почти не отли­чаются от своих предков. Название свое они получили от присутствия до­бавочного к хлорофиллу пигмента синего цвета — фикоциана.

Кроме того, присутствует также в некотором количестве красный пигмент — фикоэритрин, свойственный багрянкам (красным водорослям).

Клетки цианобактерий резко отличаются от клеток других растительных типов, обнаруживая чрезвычайно простое устройство. Клет­ка покрыта пектиновой оболочкой, часто ослизняющейся. Поэтому клетки часто бывают объединены общим чехлом, слизистой обверткой.

Содержимое клетки не расчленено на протоплазму и ядро. Нет и вакуолей. Протопласт, таким образом, занимает всю полость клетки.

Однако различают окра­шенный постенный слой протопласта — корковый слой и бесцвет­ное центральное тело (рис. 256, 1).

В центральном теле протопласта сосредоточены нуклеиновые вещества, в частности тимонуклеиновая кислота, характерная для ядра. Таким обра­зом, у этой примитивной группы организмов, как у других бактерий, еще нет расчленения на ядро и протоплазму. Корковый слой соответствует хроматофору, хотя он морфологически не выражен и пигменты распределены в нем равномерно.

В результате фотосинтеза образуется полисахарид гликоген, крахмал же никогда не образуется. Гликоген скопляется в виде мелких шариков в постенном слое.

Совет

У сине-зеленых водорослей размножение осуществляется только деле­нием клетки или (у колониальных нитчатых форм) разрывом на участки. Подвижных стадий не образуется. Половой процесс отсутствует.

Как у всех бактерий, здесь образуются споры, служащие для сохранения особей в течение неблагоприятного для развития времени.

Сине-зеленые водоросли распространены в пресных и реже в морских водах. В боль­шом количестве они развиваются на сырых, болотистых почвах. Лучше раз­виваются в присутствии органических (особенно азотистых) веществ.

Неко­торые из сине-зеленых встречаются в горячих источниках с температурой воды до +70 °C. Здесь они образуют туфовые отложения. Поселяясь на из­вестняках, они переводят кальций известняков в растворимые соли.

Их де­ятельность приводит к распадению известняков (так называемые «сверля­щие» водоросли).

Многие сине-зеленые сожительствуют с другими растительными организмами. Некото­рые виды их являются симбионтами в лишайниках (образуя там так назы­ваемые гонидии), например виды Nostoc. Другие со­жительствуют с печеночниками, проникая иногда во внутренние слои их тела; третьи живут в корнях различных саговников и т. д.

Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) насчитывают около 1400 видов и разделяются на несколько классов и порядков. Здесь имеются одноклеточные, нитчатые и колониальные формы. В соответствии с разными классификациями, однозначно выделяют следующие порядки:

  • порядок Хроококковые (Chroococcales);
  • порядок Ностоковые (Nostocales);
  • порядок Осциллаториевые (Oscillatoriales);
  • порядок Прохлорофиты (Prochlorales);
  • порядок Стигонемовые (Stigoneomatales);

Также по разным классификациям имеют место: Материал с сайта http://worldofschool.ru

  • порядок Беггиатовые (Beggiatoales);
  • порядок Плеврокапсовые (Pleurocapsales);
  • класс Gloeobacteria.
Рис. 256. Сине-зеленые водоросли: 1. Строение клетки Oscillatoria: а — центральное тело, 6 — корковой слой, соответ­ствующий хроматофору. 2. Хроококк (Chroococcus). 3. Oscillatoria. 4. Lyngbia с гормогониями. 5. Anabaena с гетероцистой (г) и спорой (в); слева ее прорастание. 6 — Nostoc; д — общий вид; е — нити с гетероцистами

На этой странице материал по темам:

Источник: http://WorldOfSchool.ru/biologiya/stati/mikro/org/bakterii/ciano/cianobakterii-cyanobacteria

Болезни, связанные с водой: цианобактериальные токсины

Цианобактерии или сине-зеленые водоросли встречаются во всем мире, особенно в спокойных богатых питательными веществами водах. Некоторые виды цианобактерий производят токсины, воздействующие на животных и людей.

Люди могут подвергаться воздействию токсинов цианобактерий, когда пьют зараженную воду или купаются в ней.

Самые частые и серьезные последствия для здоровья возникают при выпивании воды, содержащей токсины (цианобактерии), или ее попадании в организм при рекреационном водопользовании.

Обратите внимание

Течение болезни, вызванной токсинами цианобактерий, зависит от вида токсина и характера воды или связанного с водой воздействия (употребление для питья, контакт с кожей и т.д.).

У людей проявляются разнообразные симптомы, включающие раздражение кожи, желудочные колики, рвоту, тошноту, диарею, высокую температуру, боль в горле, головную боль, боль в мышцах и суставах, волдыри во рту и повреждение печени.

При купании в воде, содержащей токсины цианобактерий, может развиться аллергическая реакция, например астма, раздражение глаз, сыпь и волдыри вокруг рта и носа. Животные, птицы и рыбы также могут получить отравление при высоких уровнях цианобактерий, производящих токсины.

Цианобактерии, известные также как сине-зеленые водоросли, получили такое название, поскольку эти организмы обладают свойствами как водорослей, так и бактерий, хотя они и отнесены сегодня к бактериям. Сине-зеленый цвет объясняется их способностью к фотосинтезу, как и у растений.

Токсины цианобактерий классифицируются по их воздействию на организм человека. Гепатотоксины (воздействующие на печень) производятся некоторыми штаммами цианобактерий Microcystis, Anabaena, Oscillatoria, Nodularia, Nostoc, Cylindrospermopsis и Umezakia.

Нейротоксины (воздействующие на нервную систему) производятся некоторыми штаммами Aphanizomenon и Oscilatoria. Цианобактерии вида Cylindroapermopsis raciborski могут также производить токсичные алкалоиды, вызывающие у людей гастроэнтерологические симптомы или болезнь почек.

Не все цианобактерии этих видов производят токсины, и, вероятно, существуют токсины, которые еще не признаны в качестве таковых.

Люди в основном подвергаются воздействию токсинов цианобактерий, когда пьют загрязненную воду или купаются в ней. Другими источниками являются пищевые таблетки из водорослей. Некоторые виды образуют на поверхности воды пленку, однако высокие концентрации могут также присутствовать во всей массе зараженной воды.

Поверхностная пленка представляет особую опасность для здоровья человека в силу ее высокотоксического воздействия при контакте. Контакт, особенно со стороны детей, следует избегать.

Важно

Эти микроорганизмы могут быстро размножаться в благоприятных условиях, например в спокойной богатой питательными веществами пресной или морской воде в теплом климате или в конце лета в более прохладных частях мира.

Цветение цианобактерий обычно происходит регулярно в одних и тех же водоемах, что создает риск повторяющегося воздействия на здоровье определенных групп населения. Давно известно, что токсины цианобактерий в озерах и прудах в различных частях мира вызывают отравления у животных и людей. Один из первых случаев их токсического воздействия был зарегистрирован в Ките 1000 лет назад (Chorus и Bartram, 1999 г.).

Цианобактерии увязываются с болезнями в различных частях всего мира, в т.ч. Северной и Южной Америке, Африке, Австралии, Европе, Скандинавии и Китае. Точные цифры числа людей, подвергающихся их воздействию во всем мире, отсутствуют.

Единственные документированные и научно-подтвержденные случаи смерти людей от токсинов цианобактерий связаны с их воздействием во время диализа.

Лицам, подвергшимся воздействию цианобактерий через питьевую воду и при рекреационном использовании водоемов, требуется интенсивный больничный уход.

  • Сокращение роста концентрации питательных веществ (эвтрофикации) в озерах и водоемах, особенно путем более качественного управления системами обработки сточных вод и борьбы с загрязнением удобрениями (в том числе навозом) в сельском хозяйстве.
  • Информирование сотрудников здравоохранения и водоснабжения, а также населения о рисках питья, купания или занятия водным спортом в воде, которая может содержать высокую концентрацию цианобактерий.
  • В соответствующих случаях обработка воды, предназначенной для питьевого водоснабжения, с целью удаления микроорганизмов и их токсинов.

Toxic Cyanobacteria in Water: a guide to their public health consequences, monitoring and management, edited by J. Bartram& I. Chorus. Geneva, World Health Organization, 1999.

Prepared for World Water Day 2001. Reviewed by staff and experts at the Federal Environmental Agency, Germany, and the Water, Sanitation and Health Unit (WSH), World Health Organization (WHO), Geneva.

Источник: https://www.who.int/water_sanitation_health/diseases/cyanobacteria/ru/

Цианобактерии

“Мои знакомые только и говорят о каких-то молекулах-убийцах, которыми диверсанты якобы заразили питьевую воду, чтобы всех извести. Я очень доверяю журналу “Здоровье”, поэтому прошу именно вас: расскажите об этом подробнее. И если действительно молекулы-убийцы существуют, как нам от них спасаться?”

М. И. УШАКОВА, Москва

Мы попросили прокомментировать это письмо члена-корреспондента РАМН Александра Яковлевича Кульберега. Профессор первым в нашей стране начал заниматься проблемами, связанными с цианобактериями и производимыми ими молекулами-убийцами. В лаборатории иммунохимии Института микробиологии и эпидемиологии имени Н. Ф. Гамалеи, которую возглавляет А.Я.Кульберг, накоплен богатый научный материал.

Роль цианобактерий

– “Диверсия”, – говорит Александр Яковлевич, – была совершена почти 3 миллиарда лет назад. Тогда, когда на Земле и земли-то не было, а был сплошной мировой океан, появились цианобактерии, именуемые также сине-зелеными водорослями, или алгой.

Существует гипотеза, что алга была занесена из космоса и, став “легкими” планеты, предопределила развитие жизни на Земле. Роль цианобактерии состоит в том что они продуцируют значительную часть всего кислорода, и она же превращает азот атмосферы в органический азот.

Чего только не произошло за 3 миллиарда лет: рождались и гибли материки, вспенивались горные хребты, клокочущие вулканы выплескивали огнедышащую лаву, дважды Землю сковывал ледяной панцырь, под которым гибло все живое… Но алга выжила! И сегодня под микроскопом я вижу такую же цианобактерию, которая была обнаружена в древних породах, имеющих возраст десятки миллионов лет. 

Цианобактерии – не только самые древние, но и самые вездесущие микроорганизмы. Их обнаруживают в вечной мерзлоте и кипящем гейзере, в прозрачном лесном ручье и могучих полноводных реках. И та вода, что льется из водопроводного крана в Москве, Новосибирске, Якутске, Нью-Иорке, Париже и Риме, тоже “кишит” продуктами цианобактерий, то бишь алги.

Совет

А знаете, почему динозавры вымерли, а крошечные микроорганизмы не только пережили все земные катаклизмы, но сохранили и упрочили свои позиции? Они умеют приспосабливаться к любым условиям.

Каждая бактерия снабжена механизмом “бессмертия”, который ученые называют генетической диверсификацией. Это значит, что бактерии способны к мутагенезу, то есть производят таких потомков, которых в данный конкретный момент требует среда обитания.

Нужно пережить ледниковый период? Пожалуйста! Наступает глобальное потепление, отмечается парниковый эффект? Приспособимся и к этому…  

Сегодня из-за все возрастающего грубого вмешательства человека в окружающую среду (ядерные испытания, погибающие реки и моря, умирающие леса, озоновые дыры…) алга в очередной раз включила механизм своего выживания. И это несет смертельную угрозу человечеству.

Но что, простите, может “козявка” против “венца творенья” и “царя природы”? Она может стереть человека с лица Земли. И процесс, как говорится, уже пошел.

Дело в том, что в момент опасности цианобактерии вырабатывают особые молекулы, которые служат инициаторами их мутагенеза. По сигналу этих молекул сообщество цианобактерий увеличивает скорость размножения и изменения своей наследственности, воспроизводя потомков, прекрасно приспособленных к новым неблагоприятным условиям и готовых нести “знамя” алги сквозь миры и века.

Вот эти сигнальные молекулы и были названы молекулами-убийцами, или “дьявольскими пулями”, потому что именно они, проникая с водой и пищей в организм человека, способны провоцировать серьезнейшие нарушения.

Обладая токсичным и мутагенным эффектом, молекулы подавляют наш иммунитет. А когда организм лишен внутренней защиты, открывается “сине-зеленая улица” для любых самых страшных болезней – от дифтерии до онкологических заболеваний и СПИДа.

Обратите внимание

Специалисты во всем мире отмечают снижение защитных сил особенно у жителей крупных индустриальных центров и неблагополучных с экологической точки зрения регионов. И на этом фоне неизбежен рост онкологических и инфекционных заболеваний, которые в свою очередь все труднее поддаются лечению.

Научные журналы не перестают публиковать тревожные статьи об агрессии цианобактерий против человека. Так, в недавнем номере “Сайнтифик америкэн” две научные публикации посвящены токсинам, производимым цианобактериями.

Один из них блокирует проводимость нервных импульсов в клетках центральной и периферической нервной системы, вызывая психозы различной тяжести. Другой токсин губительно действует на печень. 

Борьба с цианобактериями

В том, что вода сейчас просто перенасыщена молекулами-убийцами, виноват, конечно, человек. Его бездумная деятельность по “преобразованию” природы приобрела небывалый размах.

Но то, что мы называем цивилизацией и семимильными шагами прогресса, простейшие, в том числе и сине-зеленые водоросли, воспринимают как вселенскую катастрофу. Они поняли, какую угрозу им несет “венец творенья” и как себя защитить от него.

А вот мы перед ними практически бессильны. Ведь человек не может жить без воды. И никакие меры: ни кипячение, ни озонирование, ни хлорирование, ни активированный уголь, ни серебро, – практически ничто не способно разрушить “дьявольские пули”, содержащиеся в ней.

Поэтому, кстати, все импортные и отечественные бытовые и технические водоочистительные приборы не избавляют от молекул-убийц.

И уничтожить сине-зеленые водоросли тоже нельзя (ведь не вырежете же вы свои легкие: чем дышать-та будете?) – слишком велика зависимость всего живого ни планете от этих микроорганизмов.

Не воевать нам с ними надо, а мирно сосуществовать! Надо создать сине-зеленым (а заодно и нам с вами) комфортные условия жизни: никаких химических выбросов в водоемы и атмосферу, никаких поворотов рек вспять! Чистый воздух, вода, ясное солнце…

Тогда им не надо будет мутировать и в неимоверных количествах производить “дьявольские пули”, которые свистят у нашего виска.

Важно

Как ученый, я прекрасно понимаю, что цель эта труднодостижима в ближайшем обозримом будущем (если достижима вообще), тем более что большинство людей просто не осознает грозящей опасности.

Главное – к сроку пустить завод (пусть и без очистных сооружений!), осуществить запуск космического корабля или провести очередное испытание ядерного оружия.

А какой резонанс вся эта технократическая деятельность вызовет в микромире, никому, понятно, и дела нет!

Однако те, кто осознает реальную угрозу жизни, пытаются найти защиту от молекул-убийц. Нам удалось создать фильтры биологической очистки воды.

На пирокерамических пластинах фиксируется катализатор, выделенный из цианобактерий, – мы попытались бороться против цианобактерий их же оружием.

И это удалось: фильтры не только уничтожают “дьявольские пули”, но и очищают воду от некоторых хлорорганических загрязнений, от нитратов и пестицидов, солей тяжелых металлов, насыщая ее кислородом.

Методика простая, себестоимость невелика. Если наладить серийное производство, бытовой фильтр обойдется тысяч в двадцать. Пока мы делаем их небольшими партиями.

Российская академия медицинских наук одобрила исследования и предложила их правительству Российской Федерации как часть федеральной программы по улучшению водоснабжения России.

Совет

Нашими разработками заинтересовалось и правительство Москвы. Сейчас оно формирует общегородскую программу “Здоровье”. В нее включены и наши предложения по улучшению качества питьевой воды.

Если бы сегодня началась массовая установка подобных фильтров, очищающих от “дьявольских пуль” воду, используемую для питья, производства детского питания, пищевых продуктов и напитков, можно было бы рассчитывать на снижение массовой заболеваемости, уменьшение детской и материнской смертности, улучшение качества здоровья населения. Это позволило бы в определенной степени смягчить последствия экологической катастрофы.

Только смягчить, но не устранить их вовсе! Любые фильтры – всего лишь паллиатив.

Одни снижают уровень тяжелых металлов в воде, но бессильны перед хлорорганическими соединениями, другие уничтожают болезнетворные микроорганизмы, окисляют вредные фенолы, но чрезмерно насыщают воду ионами калия, фтора, йода, магния, третьи убирают избыточную хлорку, но не действуют на сине-зеленых…

Идеального и отвечающего всем требованиям фильтра пока не изобрел никто. Пожалуй, это и невозможно, потому что человек с катастрофической скоростью загрязняет водные ресурсы все новыми и новыми химическими соединениями. Вот недавно в Воронеже целое водохранилище полили с вертолетов ядовитой смесью против малярийных комаров. Как-то это аукнется?

Не в фильтрах надо искать спасение (хотя сегодня нам без них не обойтись: какая-никакая, а все-таки защита!). Единственный путь к спасению – человек должен прекратить варварское загрязнение окружающей среды.

Записала Ольга ЗЕДАЙН

Источник: https://zdravyshka.ru/lechenie-narodnymi-sredstvami/vozbuditeli-boleznej/cianobakterii.html

3. Бактерии (Bacteria)

    Наибольшую известность получила фенотипическая классификация бактерий,   основанная на строении их клеточной стенки, включённая, в частности, в IX   издание Определителя   бактерий Берги (1984—1987).

Крупнейшими таксономическими группами в ней стали 4   отдела: Gracilicutes (грамотрицательные), Firmicutes (грамположительные), Tenericutes (микоплазмы;   отдел с единственным классом Mollicutes) и Mendosicutes (археи).

В последнее время всё большее развитие получает филогенетическая   классификация бактерий,   основанная на данных молекулярной биологии. Одним из первых методов оценки   родства по сходству генома был предложенный ещё в 1960-х годах метод сравнения содержания гуанина и цитозина в ДНК.

Обратите внимание

Хотя   одинаковые значения их содержания и не могут дать никакой информации об   эволюционной близости организмов, их различия на 10 % означают, что бактерии не   принадлежат к одному роду.

Другим методом, произведшим в 1970-е настоящую   революцию в микробиологии, стал анализ последовательности генов в 16s   рРНК, который позволил выделить несколько филогенетических ветвей эубактерий   и оценить связи между ними. Для классификации на уровне вида применяется метод   ДНК-ДНК гибридизации.

Анализ выборки хорошо изученных видов позволяет   считать что 70 % уровень гибридизации характеризует один вид, 10—60 % — один   род, менее 10 % — разные рода.

Филогенетическая классификация отчасти повторяет фенотипическую, так, группа Gracilicutes присутствует и в той и в другой.

В то же время систематика   грамотрицательных бактерий была полностью пересмотрена, архебактерии и вовсе выделены в самостоятельный таксон высшего ранга,   часть таксономических групп разбита на части и перегруппирована, в одни группы   объединены организмы с совершенно разными экологическими функциями, что вызывает   ряд неудобств и недовольство части научного сообщества. Объектом нареканий   становится и то, что проводится фактически классификация молекул, а не   организмов.

  8. Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле

Рис. 8.1. Докембрийский строматолитБактерии наряду с археями были одними из первых живых организмов на Земле,   появившись около 3,9—3,5 млрд лет назад.

Эволюционные взаимоотношения между   этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные   гипотезы:   Н.

Пэйс предполагает наличие у них общего предка протобактерии, Заварзин считает архей тупиковой ветвью эволюции эубактерий, освоившей экстремальные   местообитания; наконец, по третьей гипотезе археи — первые живые организмы, от   которых произошли бактерии.

Важно

Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад.

Для   эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при   относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили   практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела   уже все существующие сейчас пути трансформации вещества.

Эукариоты, внедрившись   в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не   качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют   монопольное положение.

Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных   3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты (рис.8.

1),   бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени   2,2—2,0 млрд лет назад. Благодаря ним в атмосфере начал накапливаться кислород,   который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания.

   К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium.

Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным   бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся   бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время   сокращается.

Совет

Предполагается что из-за отсутствия полового процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот.

   Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине   эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно (а, возможно, с   появлением эукариот и вовсе прекратилась), зато в изменяющихся условиях   происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем   генетическом пуле.

 9. Роль бактерий в природе

    Многие бактерии вызывают болезни человека, животных и растений, другие играют   исключительно важную роль в функционировании биосферы,   например, лишь бактерии способны ассимилировать   азот атмосферы. Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых   организмов (кроме вирусов). Полагают, что они —   первые организмы, появившиеся на Земле.

  Экологические и биосферные функции

    Количество клеток прокариот оценивается в 4—6 х 1030, их суммарная   биомасса составляет 350—550 млрд т.

, в ней запасено 60—100 % от углерода всех растений, а запас азота и фосфора в виду их большего   относительного содержания в бактериях существенно превосходит запас этих   элементов в фитомассе Земли.

В то же время бактерии характеризуются коротким   жизненным циклом и высокой скоростью обновления биомассы. Уже на основании этого   можно оценить их вклад в функционирование основных биогеохимических циклов.

Бактерии способны расти как в присутствии атмосферного кислорода (аэробы), так   и при отсутствии (анаэробы).   Участвуют в формировании структуры и плодородия почв, в образовании полезных   ископаемых и разрушении растительной и животной мортмассы; поддерживают   запасы углекислого газа и кислорода в атмосфере.

  Патогенные бактерии

Рис. 9.1. Микрофотография бацилл сибирской язвы. Окраска по ГрамуПатогенными называются бактерии, паразитирующие на других организмах. Бактерии вызывают большое количество заболеваний человека,   таких как чума (Yersinia pestis), сибирская   язва (Bacillus anthracis, рис.9.

1), лепра (проказа, возбудитель: Mycobacterium leprae), дифтерия (Corynebacterium diphtheriae), сифилис (Treponema pallidum), холера (Vibrio   cholerae), туберкулёз (Mycobacterium tuberculosis), листериоз (Listeria monocytogenes) и др.

Открытие патогенных свойств у бактерий   продолжается: в 1976 обнаружена болезнь   легионеров, вызываемая Legionella pneumophila, в 1980-е—1990-е было показано, что Helicobacter   pylori вызывает язвенную болезнь и даже рак   желудка, а также хронический гастрит.   Бактериальным инфекциям подвержены также растения и животные.

Многие бактерии,   являющиеся в норме безопасными для человека или даже обычными обитателями его   кожи или кишечника, в случае нарушения иммунитета или общего ослабления организма могут выступать в качестве патогенов.

Опасность бактериальных заболеваний была сильно снижена в конце XIX века с изобретением   метода вакцинации,   а в середине XX века с   открытием антибиотиков.

  Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами

    Многие бактерии находятся в симбиотических, в   том числе в мутуалистических отношениях с другими организмами. Растения, например, выделяют значительную долю   созданной в процессе фотосинтеза органики поверхностью корней.

Преобразованная   таким образом часть почвы (ризосфера) благоприятна для развития бактерий, в том   числе азотфиксирующих. Увеличение интенсивности азотфиксации (называемой в таком   случае ассоциативной) улучшает условия минерального питания растений.   Бактерии-азотфиксаторы обитают также в клубеньках бобовых и других групп растений.

В симбиозе со многими морскими животными   (прежде всего, губками и асцидиями, а также с   некоторыми растениями (например, водным   папортником азолоой) и грибами (в составе лишайников) живут и цианобактерии.

Обратите внимание

   Хемоавтотрофные бактерии живут в симбиозе с рифтиями и многими другими   видами беспозвоночных и протистов, населяющих сообщества гидротерм и сообщества тиобиоса.   Есть и много других примеров симбиоза бактерий с самыми разными группами   организмов.

Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы   для нормального пищеварения. Особенно они важны для травоядных, которые питаются   не столько растительной пищей, сколько продуктами её бактериального   преобразования, а частично переваривают и самих бактерий.

  Бактерии и человек

Тысячелетиями человек использовал молочнокислые   бактерии для производства сыра, йогурта, кефира, уксуса, а также квашения.

В настоящее время разработаны методики по использованию фитопатогенных   бактерий в качестве безопасных гербицидов,   энтомопатогенных — вместо инсектицидов.   Наиболее широкое применение получила Bacillus thuringiensis, выделяющая   токсины (Cry-токсины),   действующие на насекомых. Помимо бактериальных инсектицидов, в сельском   хозяйстве нашли применение бактериальные   удобрения.

Бактерии, вызывающие болезни человека, используются как биологическое   оружие.

Благодаря быстрому росту и размножению, а также простоте строения, бактерии   активно применяются в научных исследованиях по молекулярной   биологии, генетике, генной   инженерии и биохимии.   Самой хорошо изученной бактерией стала Escherichia coli.   Информация о процессах метаболизма бактерий позволила производить бактериальный   синтез витаминов, гормонов, ферментов, антибиотиков и др.

Перспективным направлением является обогащение руд с помощью сероокисляющих   бактерий, очистка бактериями загрязнённых нефтепродуктами или ксенобиотиками   почв и водоёмов.

В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей   массой до 1 кг, численность их клеток на порядок превосходит численность клеток   человеческого организма.

Они играют важную роль в переваривании   углеводов, синтезируют витамины,   вытесняют патогенные бактерии.

Можно образно сказать, что микрофлора человека   является дополнительным «органом», который отвечает за защиту организма от   инфекций и пищеварение.

 1, 2, 3

А.С.Антоненко

Источник: https://wwlife.ru/index.php/main/item/1500-3-bakterii-bacteria

Особенности Цианобактерий

Цианобактерии (сине-зелёные водорослицианопрокариоты или цианеи) — значительная группа крупных  бактерий, способных к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода.

На вид они действительно сине-зеленые…  «Виновник» этой окраски особый пигмент — фикоцианин, причем, возможны разные оттенки синего, зеленого или желтого.

Для одноклеточных синезеленых водорослей характерен коккоидныйтип строения тела. У  многоклеточных индивидов встречается нитчатая, реже разнонитчатая форма строения таллома.

 Очень редко наблюдается определенная тенденция к пластинчатому или объемному расположению клеток. В нитевидных колониях плазматическая взаимосвязь между клетками отсутствует.

Важно

Они могут быть прикрепленными или неприкрепленными к субстрату, неподвижными или способными к скользящему движению

Особенности клеточного строения

Как и  все другие бактерии, клетка прокариотическая, т.е. ядра нет.

  • нет жгутиков и ресничек
  • мембрана утолщена клеточной стенкой;
  • нуклеойд с генетической информацией;
  • рибосомы;
  • различные гранулы;
  • фотосинтетический аппарат — (не хлоропласт!!!) — фотосинтез может быть двух видов:

оксигенный — (протекает в кислородных условиях) — почти полный аналог растительного фотосинтеза — CO2 + H2O (донор электронов). Выделяется O2;

аноксигенный ( хемотрофный) — ((протекает в кислородных условиях) — поглощается CO2 , но донором электронов выступает  сероводород или сульфиды. Выделяется сера.

А еще особенностью цианобактерий является то, за счет чего эти бактерии называются «циано» — продуктом их фото-хемосинтеза является не глюкоза, а цианофициновый крахмал.

Особенности размножения цианобактерий

Только делением напополам (амитоз) (иногда неравномерно)

митоза и мейоза нет

полового процесса нет

  • Бесполое размножение  — образуются споры».

При наступлении неблагоприятных условий (высушивание, холод, дефицит питательных веществ) «спецспоры» —  крупные неподвижные споры с еще более утолщенной стенкой, внутри клеток — запасы питательных веществ, могут сохранять жизнеспособность в течение десятков лети переживать так анаэробные условия.

Экологическое значение цианобактерий

Считаются одними из самых древних — им приписывают роль образования озонового (кислородного) слоя Земли во времена Архея.

Распространены буквально повсюду.

Особенность цианобактерий — непарзитический тип существования.  Есть свободноживущие, очень много симбионтов.

Синезеленые водоросли   – важные компоненты морского фитопланктона.

«Цветение воды» в водоемах и аквариумах — результат размножения цианобактерий.

Азотфиксация. Атмосфера Земли на 78% состоит из азота, но способность к его фиксации обнаружена только у прокариот, а среди водорослей исключительно у цианофит. Синезеленые водоросли – уникальные организмы, которые способны к фиксации как углекислого газа, так и атмосферного азота.

Биологическая фиксация атмосферного азота является одним из важных факторов повышения почвенного плодородия.

Обсуждение: “Особенности цианобактерий”

(Правила комментирования)

Источник: https://distant-lessons.ru/osobennosti-cianobakterij.html

Цианобактерии совмещают в одной клетке фотосинтез и фиксацию атмосферного азота

Цианобактерии — изобретатели оксигенного фотосинтеза и создатели кислородной атмосферы Земли — оказались еще более универсальными «биохимическими фабриками», чем ранее считалось. Выяснилось, что они могут совмещать в одной и той же клетке фотосинтез и фиксацию атмосферного азота — процессы, ранее считавшиеся несовместимыми.

Цианобактерии, или, как их раньше называли, синезеленые водоросли, сыграли ключевую роль в эволюции биосферы. Именно они изобрели наиболее эффективный вид фотосинтеза — оксигенный фотосинтез, идущий с выделением кислорода.

Более древний аноксигенный фотосинтез, идущий с выделением серы или сульфатов, может происходить только в присутствии восстановленных соединений серы (таких как сероводород) — веществ достаточно дефицитных.

Поэтому аноксигенный фотосинтез не мог обеспечить производство органики в количестве, необходимом для развития разнообразных гетеротрофов (потребителей органики), включая животных.

Совет

Цианобактерии научились использовать вместо сероводорода обычную воду, что обеспечило им широкое распространение и огромную биомассу. Побочным результатом их деятельности стало насыщение атмосферы кислородом.

Без цианобактерий не было бы и растений, ведь растительная клетка — результат симбиоза нефотосинтезирующего одноклеточного организма с цианобактериями. Все растения осуществляют фотосинтез при помощи особых органелл — пластид, которые суть не что иное, как симбиотические цианобактерии. И не ясно еще, кто главный в этом симбиозе.

Некоторые биологи говорят, пользуясь метафорическим языком, что растения — всего лишь удобные «домики» для проживания цианобактерий.

Цианобактерии не только создали биосферу «современного типа», но и по сей день продолжают ее поддерживать, производя кислород и синтезируя органику из углекислого газа. Но этим не исчерпывается круг их обязанностей в глобальном биосферном круговороте.

Цианобактерии — одни из немногих живых существ, способных фиксировать атмосферный азот, переводя его в доступную для всего живого форму.

Азотфиксация абсолютно необходима для существования земной жизни, а осуществлять ее умеют только бактерии, и то далеко не все.

Главная проблема, с которой сталкиваются азотфиксирующие цианобактерии, состоит в том, что ключевые ферменты азотфиксации — нитрогеназы — не могут работать в присутствии кислорода, который выделяется при фотосинтезе. Поэтому у азотфиксирующих цианобактерий выработалось разделение функций между клетками.

Эти виды цианобактерий образуют нитевидные колонии, в которых одни клетки занимаются только фотосинтезом и не фиксируют азот, другие — покрытые плотной оболочкой «гетероцисты» — не фотосинтезируют и занимаются только фиксацией азота.

Обратите внимание

Эти два типа клеток, естественно, обмениваются между собой производимой продукцией (органикой и соединениями азота).

До недавнего времени считалось, что совместить фотосинтез и азотфиксацию в одной и той же клетке невозможно. Однако 30 января Артур Гроссман и его коллеги из Института Карнеги (Вашингтон, США) сообщили о важном открытии, показывающем, что ученые до сих пор сильно недооценивали метаболические способности цианобактерий.

Оказалось, что живущие в горячих источниках цианобактерии рода Synechococcus (к этому роду относятся примитивные, древние, чрезвычайно широко распространенные одноклеточные цианобактерии) ухитряются совмещать в своей единственной клетке оба процесса, разделяя их во времени.

Днем они фотосинтезируют, а ночью, когда концентрация кислорода в микробном сообществе (циано-бактериальном мате) резко падает, переключаются на азотфиксацию.

Открытие американских ученых не стало полной неожиданностью. В прочтенных за последние годы геномах нескольких разновидностей Synechococcus были обнаружены гены белков, связанных с азотфиксацией. Не хватало только экспериментальных подтверждений того, что эти гены действительно работают.

Таким образом, удалось выяснить, откуда берут азот термофильные микробные маты, живущие при температурах, непригодных для роста обычных нитчатых азотфиксирующих цианобактерий с гетероцистами.

Кроме того, открытие позволяет по-новому взглянуть на древнейшие этапы развития микробной жизни на нашей планете.

Ведь первые известные в ископаемом состоянии остатки живых организмов (их возраст — около 3,5 млрд лет) напоминают одноклеточных цианобактерий, близких к Synechococcus.

Источник: Hot-Spring Bacteria Flip a Metabolic Switch.

См. также:Б. В. Громов. Цианобактерии в биосфере.Ископаемые бактерии.Зарождение жизни. Прокариотная биосфера.

Александр Марков

1

Показать комментарии (1)

Свернуть комментарии (1)

  • Не совсем понятно, в чём важность открытия. Ещё в учебнике микробиологии Гусевой и Минеевой 1992 года написано: “Вегетативные клетки многих изученных культур обнаруживают нитрогеназную активность в анаэробных и микроаэробных условиях. Только для единичных культур, например представителей рода Gloeothece, показана способность вегетативных клеток к азотфиксации в аэробных условиях, при этом до 95% фиксированного азота приходится на темновой период, т. е. процессы фотосинтеза и азотфиксации разделены во времени. В целом же проблема фиксации N2 в аэробных условиях значительной частью цианобактерий решена путем формирования дифференцированных клеток определенного типа — гетероцист, в которых чувствительный к O2 аппарат фиксации молекулярного азота отделен от фотосинтетического аппарата с помощью определенных ультраструктурных и биохимических перестроек. Таким образом, способность подавляющего большинства цианобактерий к азотфиксации в аэробных условиях связана с гетероцистами.” Ответить

Написать комментарий

Источник: https://elementy.ru/news/430086

Цианобактерии

Слайд 1

Цианобактерии Работа учащихся 6А класса школы №1688 Щеголева Виктора Руководитель учитель биологии Евдокимова Анастасия Павловна

Слайд 2

Цель проекта: Вырастить бактериальный мат, изучить многообразие, особенности строения и жизнедеятельности цианобактерий, выяснить значение этих организмов для жизни на Земле.

Задачи проекта: Научиться методам работы с живыми организмами; Получить навыки работы с оптическим и цифровым микроскопом; Научиться методике поиска нужной информации, используя различные источники; Научиться грамотно оформлять результаты своей работы.

Слайд 3

1. Прокариоты и эукариоты. 2. Особенности строения цианобактерий. 3. Многообразие цианобактерий. 4. Наше исследование. 5. Значение цианобактерий. 6. Выводы . 7. Практическое применение нашего проекта . 8. Используемые источники. План работы.

Слайд 4

Прокариоты (бактерии и цианобактерии) Эукариоты (растения, животные, грибы) ДНК не заключена в ядерную мембрану Имеется клеточное ядро ДНК не организована в хромосомы ДНК вместе с особыми белками образует хромосомы Клетки делятся путем прямого деления Клетки делятся путем непрямого деления (митоза) Отсутствуют мембранные органоиды Имеются мембранные органоиды (ЭПС, КГ, митохондрии, лизосомы и т.д.) Клетки очень мелкие (0,3 – 5 мкм) Клетки более крупные (5 – 80 мкм) Прокариоты и эукариоты. Все организмы по особенностям строения клеток можно разделить на прокариотов (не имеющих в клетках ядра) и эукариотов (имеющих в клетках оформленное ядро). В таблице представлены основные отличия прокариотов от эукариотов.

Слайд 5

Многообразие цианобактерий. Одноклеточные формы : одиночные клетки или колонии Многоклеточные формы: нитчатые Пор. Chroococcales Пор. Pleurocapsales Пор. Oscillatoriales Пор. Nostocales Пор.

Stigoneomatales Размножение бинарным делением в одной или более плоскостях или почкованием Размножение множественным делением или чередованием бинарного множественного деления Трихомы неветвящиеся, состоят из одного ряда только вегетативных клеток.

Важно

Рост трихома — делением клеток в одной плоскости В неветвящихся однорядных трихомах помимо вегетативных образуются дифференцированные клетки: гетероцисты и иногда акинеты . Рост трихома — делением клеток в одной плоскости Те же признаки, что и у представителей пор. Nostocales .

Отличительный признак: способность вегетативных клеток трихома к делению более чем в одной плоскости, приводящему к появлению многорядных трихомов или трихомов с истинным ветвлением На сегодня известно более 170 родов и около 1500 видов цианобактерий. В таблице представлена одна из наиболее известных классификаций этих организмов.

Слайд 6

В конце мая мы поместили в банку с водой из аквариума немного зеленого налета и поставили на освещенное место. Постепенно в банке начал расти бактериальный мат. Бактериальные маты – это биоценозы, состоящие из прокариот и располагающиеся на дне водоемов или в их прибрежной зоне. По форме они похожи на пленки плесени.

Древние бактериальные маты были единственными биоценозами на Земле. В настоящее время бактериальные маты наиболее распространены в горячих источниках. Через полгода у нас в банке образовался достаточно крупный бактериальный мат, и мы исследовали его строение с помощью оптического микроскопа и с помощью цифрового микроскопа .

Наше исследование

Слайд 7

Наше исследование. Этот бактериальный мат формировался около полугода. Теперь достаточно биологического материала для изучения особенностей строения цианобактерий.

Слайд 8

Мы стали брать пробы в виде соскобов с грунта и стенок аквариумов, а также фрагменты листьев водных растений, покрытых налетом с целью их изучения. Все взятые образцы изучались с помощью метода микроскопии.

Слайд 9

Значение цианобактерий В природе В жизни человека Являются первичными продуцентами органического вещества в воде и почве; Насыщают воду и атмосферу кислородом; Участвуют в почвообразовании, в фиксации атмосферного азота; Вызывают цветение водоемов, продуцируют сильные нейротоксические яды, в результате чего вода становится непригодной для питья.

Используются в качестве экологически чистого удобрения на рисовых полях (анабена); Образуют много белка и биологически активных веществ (витаминов), поэтому используются для изготовления лекарственных препаратов ( спирулина ); Впервые геном фотосинтезирующего организма был расшифрован на примере цианобактерии.

Цианобактерии – ценные биологические объекты исследований; В Китае и странах Южной Америки некоторые цианобактерии используют в пищу.

Слайд 10

Совет

Выводы В аквариумах нашей школы обитают нитчатые цианобактерии порядка Oscillatoriales и Nostocales и одноклеточные порядка Pleurocapsales Цианобактерии аквариумов не оказывают вредного влияния на животных, но постепенно вытесняют высшие растения.

Некоторые виды рыб (чаще из рода сомиков, например Парчовый птеригоплихт ) употребляют цианобактерии в пищу. Цианобактерии – древнейшие фотосинтезирующие организмы, изменившие состав атмосферы на Земле, они сформировали первые биоценозы – бактериальные маты, существующие на Земле и по сей день.

Цели, которые стояли перед нами, достигнуты, мы нашли ответы на поставленные вопросы.

Слайд 11

Практическое применение нашего проекта. Мы думаем, что данный проект может быть использован как дополнительный материал на уроках биологии в 6 классе при изучении темы «Царство бактерий), а также в старших классах при изучении фотосинтеза, способов питания, развитии жизни на Земле. Может быть, ребята, познакомившись с нашим исследованием, тоже захотят заняться проектной деятельностью.

Слайд 12

Используемые источники. http://art.thelib.ru/science/researches/cianobakterii_dokazali_vraschenie_zemli_zamedlyaetsya.html http://www.microbium.ru/vliyanie-na-cianobakterii-gerbi-cidov / http://www.microbium.ru/category/cianobakterii/ http://www.medbiol.ru/medbiol/cyanobact/000210e5.

htm http://mir-prekrasen.net/referat/824-cianobakterii.html http://www.nanonewsnet.ru/news/2011/tsianobakterii-pomogayut-lechit-kost http://science.compulenta.ru/591431/ http://indexmed.net/blog/96.html http://scienceblog.ru/tag/cianobakterii / http://veterinarua.

ru/mikrobiologiya/458-tsianobakterii.html

Источник: https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2013/08/30/tsianobakterii

Особенности строения и процессов жизнедеятельности цианобактерий

Определение 1

Цианобактерии – это группа прокариотических организмов, способная участвовать в процессах фотосинтеза.

Цианобактерии обладают чертами, характерными для разных царств живых организмов. Долгое время их относили к низшим растениям, но по мере расширения знаний о эукариотической и прокариотической клеточной организации, синезеленые водоросли (цианобактерии) стали относить к бактериям.

Для классификации цианобактерий используют:

  • закономерности развития культуры;
  • постоянные морфологические признаки;
  • особенности клеточного строения;
  • нуклеотидная характеристика и величина генома;
  • особенности углеродного и азотного обмена и т.д.

Морфология, жизненный цикл цианобактерий

Цианобактерии – это грамотрицательные организмы, включающие одноклеточные, многоклеточные и колониальные формы. У многоклеточных форм единицей структуры является специфическая нить – трихом, или филамент.

Трихомы могут быть простыми, состоящими из одного ряда клеток или ветвящимися. Различают истинное и ложное ветвление.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

При истинном ветвлении клетки нити делятся в разных плоскостях, при этом образуются однорядные нити с однорядными боковыми ветвями или многорядные трихомы. При ложном ветвлении происходит соединение или прикрепление нитей под углом друг к другу.

Во время жизненного цикла цианобактерии могут формировать короткие нити или единичные дифференцированные клетки, выполняющие разные функции:

  • необходимые в процессе размножения (гормогонии, баеоциты);
  • для выживания в неблагоприятных условиях (акинеты, или споры);
  • для фиксации азота в аэробных условиях (гетероцисты).

Характерной чертой как одноклеточных, так и многоклеточных форм является способность к скользящему движению.

Способы размножения цианобактерий:

  • бинарное деление;
  • почкование;
  • множественное деление;
  • с помощью обрывков трихома;
  • гормогониями

В клетках цианобактерий хорошо развита система внутрицитоплазматических мембран в виде тилакоидов. В них расположены компоненты фотосинтетического аппарата (искл. род Gloeobacter).

Замечание 1

Характерная особенность цианобактерий – способность к бескислородному фотосинтезу. Активность I фотосистемы сохраняется, в то время как II фотосистема отключается. В качестве экзогенных доноров электронов используются восстановленные соединения серы, водород, некоторые сахара, органические кислоты.

Синтез АТФ осуществляется благодаря циклическому электронному транспорту, который связан с I фотосистемой.Способность переключаться с одного типа фотосинтеза на другой при изменении условий является доказательством гибкости светового метаболизма цианобактерий, что имеет важное экологическое значение.

Обратите внимание

Большинство цианобактерий – облигатные фототрофы. В темноте наблюдается активный эндогенный метаболизм. В этом случае субстратом выступает запасенный ранее гликоген. Возможно получение энергии в темноте за счет гликолиза.У некоторых цианобактерий обнаружена способность к хемогетеротрофному росту.

Для построения клетки цианобактерии нуждаются в минимальном количестве неорганических веществ:

  • углекислота;
  • молекулярный азот, нитратные и аммонийные соли;
  • минеральные соли, служащие источником магния, серы, фосфора, железа;
  • вода.

Цианобактерии проявляют азотфиксирующую активность, которая зависит от содержания в среде молекулярного кислорода и связанного азота.

Основные таксономические группы цианобактерий

Согласно с Международным кодексом номенклатуры бактерий выделяют пять порядков цианобактерий:

  • Порядок Chroococcales. Одноклеточные. Размножаются бинарным делением или почкованием. Характерно образование чехлов вокруг клеток.
  • Порядок Pleurocapsales. Одноклеточные. Размножаются множественным делением или бинарным и множественным делением поочередно.
  • Порядок Oscillatoriales. Многоклеточные нитчатые. Трихомы состоят из ряда вегетативных клеток, неветвящиеся.
  • Порядок Nostocales. Многоклеточные нитчатые. Трихомы состоят из ряда вегетативных клеток, встречаются гетероцисты и акинеты, неветвящиеся.
  • Порядок Stigoneomatales. Признаки, характерные для пор. Nostocales. Вегетативные клетки способны делиться в нескольких плоскостях, в результате чего формируются нити с истинным ветвлением или многорядные трихомы.

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/osobennosti_stroeniya_i_processov_zhiznedeyatelnosti_cianobakteriy/

Среди существующих ныне организмов встречаются такие, о принадлежности которых к какому-либо царству живой природы идут постоянные споры. Так происходит и существами под названием цианобактерии. Хотя даже названия точного у них нет. Слишком много синонимов:

  • синезеленые водоросли;
  • цианобионты;
  • фикохромовые дробянки;
  • цианеи;
  • слизиевые водоросли и прочие.

Вот и получается, что цианобактерия - это совершенно мелкий, но в то же время такой сложный и противоречивый организм, который требует внимательного изучения и рассмотрения своей структуры с целью определения точной таксономической принадлежности.

История существования и открытия

Судя по ископаемым остаткам, история существования синезеленых водорослей уходит своими корнями далеко в прошлое, на несколько (3,5) миллиардов лет назад. Такие выводы позволили сделать исследования ученых-палеонтологов, проанализировавших горные породы (их участки) тех далеких времен.

На поверхности образцов были обнаружены цианобактерии, строение которых ничем не отличалось от такового у современных форм. Это свидетельствует о высокой степени приспособленности данных существ к различным условиям обитания, к их крайней выносливости и выживаемости. Очевидно, что за миллионы лет происходило множество изменений в температурном и газовом составе планеты. Однако ничто не повлияло на жизнеспособность цианей.

В современности цианобактерия - это одноклеточный организм, который был открыт одновременно с остальными формами бактериальных клеток. То есть Антонио Ван Левенгуком, Луи Пастером и другими исследователями в XVIII-XIX веках.

Более тщательному изучению они подверглись позже, с развитием электронной микроскопии и модернизированных способов и методов исследования. Были выявлены особенности, которыми обладают цианобактерии. Строение клетки включает ряд новых, не встречающихся у других существ, структур.

Классификация

Вопрос определения их таксономической принадлежности остается открытым. Пока известно только одно: цианобактерии - прокариоты. Подтверждением этому являются такие особенности, как:

  • отсутствие ядра, митохондрий, хлоропластов;
  • наличие в клеточной стенке муреина;
  • молекулы S-рибосом в составе клетки.

Тем не менее цианобактерии - прокариоты, насчитывающие около 1500 тысяч разновидностей. Все их классифицировали и объединили в 5 больших морфологических группировок.

  1. Хроококковые. Достаточно многочисленная группа, объединяющая одиночные или колониальные формы. Высокие концентрации организмов удерживаются вместе за счет общей слизи, выделяемой клеточной стенкой каждой особи. По форме к этой группе относятся палочковидные и шаровидные структуры.
  2. Плеврокапсовые. Очень схожи с предыдущими формами, однако появляется особенность в виде формирования беоцитов (подробнее об этом явлении позже). Входящие сюда цианобактерии относятся к трем основным классам: Плеврокапсы, Дермокапсы, Миксосарцины.
  3. Оксиллатории. Главная особенность этой группы в том, что все клетки объединяются в общую слизевую структуру под названием трихома. Деление происходит, не выходя за пределы этой нити, внутри. Осциллатории включают в свой состав исключительно вегетативные клетки, делящиеся бесполым способом пополам.
  4. Ностоковые. Интересны за свою криофильность. Способны обитать на открытых ледяных пустынях, образуя на них цветные налеты. Так называемое явление "цветения ледяных пустынь". Формы данных организмов также нитчатые в виде трихом, однако размножение половое, при помощи специализированных клеток - гетероцист. Отнести сюда можно следующих представителей: Анабены, Ностоки, Калотриксы.
  5. Стигонемовые. Очень схожи с предыдущей группой. Главное отличие в способе размножения - они способны делиться множественно в пределах одной клетки. Самый популярный представитель данного объединения - Фишереллы.

Таким образом, и классифицируют цианей по морфологическому критерию, так как по остальным возникает много вопросов и получается путаница. Ботаники и микробиологи к общему знаменателю в систематике цианобактерий пока прийти не могут.

Места обитания

Благодаря наличию особых приспособлений (гетероцист, беоцитов, необычных тиллакоидов, газовых вакуолей, способности фиксировать молекулярный азот и прочих) данные организмы расселились повсеместно. Они способны выживать даже в самых экстремальных условиях, в которых вообще ни один живой организм существовать не может. Например, горячие термофильные источники, анаэробные условия с атмосферой сероводорода, кислая среда с рН меньше 4.

Цианобактерия - это организм, спокойно выживающий на морском песке и скалистых выступах, ледяных глыбах и жарких пустынях. Узнать и определить присутствие цианей можно по характерному цветному налету, который образуют их колонии. Цвет может быть различным, от иссиня-черного до розового и фиолетового.

Синезелеными их называют за то, что часто на поверхности обычных пресных или соленых вод они формируют сине-зеленую слизевую пленку. Такое явление получило название "цветение воды". Его можно видеть практически на любом озере, которое начинает зарастать и заболачиваться.

Особенности строения клетки

Цианобактерии строение имеют обычное для прокариотических организмов, однако имеются и кое-какие особенности.

Общий план строения клетки следующий:

  • клеточная стенка из полисахаридов и муреина;
  • плазматическая мембрана билипидного строения;
  • цитоплазма со свободно распределенным генетическим материалом в виде молекулы ДНК;
  • тиллакоиды, выполняющие функцию фотосинтеза и содержащие пигменты (хлорофиллы, ксантофиллы, каротиноиды).

Особые части клетки рассмотрим далее.

Виды специализированных структур

В первую очередь это гетероцисты. Данные структуры - не части, а сами клетки в составе трихомы (общей колониальной нити, объединенной слизью). Они отличаются при рассмотрении в микроскоп своим составом, так как основная функция их - выработка фермента, позволяющего фиксировать молекулярный азот из воздуха. Поэтому пигментов в гетероцистах практически нет, а вот азота достаточно много.

Во-вторых, это гормогонии - участки, вырванные из трихомы. Служат местами размножения.

Беоциты - это своеобразные дочерние клетки, в массе наделившиеся из одной материнской. Иногда их число достигает тысячи за один период деления. К такой особенности способны Дермокапсы и другие Плеврокапсодиевые.

Акинеты - особые клетки, находящиеся в состоянии покоя и включенные в состав трихомы. Отличаются более массивной, богатой полисахаридами клеточной стенкой. Роль их схожа с гетероцистами.

Газовые вакуоли - их имеют все цианобактерии. Строение клетки изначально подразумевает их наличие. Роль их - принимают участие в процессах цветения воды. Другое название подобных структур - карбоксисомы.

Клеточные включения. Они, безусловно, есть и в растительных, и в животных, и в бактериальных клетках. Однако у синезеленых водорослей эти включения несколько иные. К ним относятся:

  • гликоген;
  • гранулы полифосфата;
  • цианофицин - особое вещество, состоящее из аспартата, аргинина. Служит для накопления азота, так как эти включения находятся в гетероцистах.

Это то, чем обладает цианобактерия. Основные части и специализированные клетки и органоиды - вот то, что позволяет цианеям осуществлять фотосинтез, но при этом относиться к бактериям.

Размножение

Данный процесс не представляет особой сложности, так как такой же, какой имеют обычные бактерии. Цианобактерии могут делиться вегетативно, частями трихом, обычной клеткой надвое, либо осуществлять половой процесс.

Часто в этих процессах участвуют специализированные клетки гетероцисты, акинеты, беоциты.

Способы передвижения

Клетка цианобактерии снаружи покрыта клеточной стенкой, а иногда еще и слоем специального полисахарида, способного формировать слизевую капсулу вокруг нее. Именно благодаря этой особенности и осуществляется движение цианей.

Жгутиков или специальных выростов нет. Движение может осуществляться только по твердой поверхности при помощи слизи, короткими сокращениями. Некоторые Осциллатории имеют очень необычный способ перемещения - они крутятся вокруг своей оси и одновременно вызывают вращение всей трихомы. Так происходит движение по поверхности.

Способность к фиксации азота

Данной особенностью обладает практически каждая цианобактерия. Это возможно, благодаря наличию фермента нитрогеназы, способной фиксировать молекулярный азот и переводить его в удобоваримую форму соединений. Происходит это в структурах гетероцистах. Следовательно, те виды, что их не имеют, фиксировать азот из воздуха не способны.

Вообще, этот процесс делает цианобактерии очень важными существами для жизни растений. Поселяясь в почве, цианеи помогают представителям флоры усваивать связанный азот и вести нормальный образ жизни.

Анаэробные виды

Некоторые формы синезеленых водорослей (например, Осциллатории) способны жить в совершенно анаэробных условиях и атмосфере сероводорода. В этом случае происходит переработка соединения внутри организма и в результате образуется молекулярная сера, выходящая в окружающую среду.

Способ биологического терраформирования колонизируемых планет.

Цианобактерии: первое семя космической колонизации

Вот график, который показывает уровень кислорода в атмосфере Земли за последние 4 миллиарда лет:

Накопление O2 в атмосфере Земли. Источник: Wikipedia
Накопление O2 в атмосфере Земли. Источник: Wikipedia
Пояснение к рисунку:Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.1. (3,85–2,45 млрд лет назад) — Кислород не генерировался2. (2,45–1,85 млрд лет назад) Кислород генерировался, но поглощался океаном и породами морского дна3. (1,85–0,85 млрд лет назад) Кислород выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя4. (0,85–0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере5. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) современный период, содержание кислорода в атмосфере стабилизировалось

Как вы видите, еще 2,5 млрд лет назад в атмосфере Земли практически не было кислорода. Затем уровень кислорода в атмосфере резко увеличился. Что привело к такому росту? Цианобактерии!

Цианобактерии и их уникальная история

Цианобактерии, называемые также как синезелёные водоросли, или оксифотобактерии, или цианопрокариоты, или цианеи — это одноклеточные бактерии, которые получают энергию от фотосинтеза. Считается, что они являются первым видом на Земле, который развил способности фотосинтеза. Генерация кислорода в качестве побочного продукта фотосинтеза в конечном итоге привела к распространению многоклеточных организмов и, следовательно, к появлению животной жизни на Земле. Более того, цианобактерии — единственный вид в истории нашей планеты, который начал использовать фотосинтез — все растения и водоросли получили эту способность от них.

Большое цветение цианобактерий в озере Атитлан в Гватемале, Центральная Америка. Вид из космоса. Источник: NASA
Большое цветение цианобактерий в озере Атитлан в Гватемале, Центральная Америка. Вид из космоса. Источник: NASA

Выжившие за миллиарды лет и имеющие широкое генетическое разнообразие, цианобактерии встречаются практически везде, будь то на суше или в воде. Они могут цвести в океанской воде или выживать в сухих пустынях. Некоторые виды цианобактерий даже прижились в антарктических породах.

Цианобактерии являются экстремофилами, что означает, что они способны выживать в экстремальных условиях. Цианобактерии даже выживали за пределами Международной космической станции (МКС) в течение 16 месяцев.

Цианобактерии были размещены в лотках за пределами МКС, где они подвергались экстремальным уровням радиации и колебаниям температуры. Они не только выжили в течение 16 месяцев, но и хорошо адаптировались к холоду вакуума.

Микроорганизмы, установленные на лотках вне МКС, подвергались воздействию суровой космической среды в течение 16 месяцев. Источник: Farunhofer.de
Микроорганизмы, установленные на лотках вне МКС, подвергались воздействию суровой космической среды в течение 16 месяцев. Источник: Farunhofer.de
Цианобактерии были создателями земной атмосферы, теперь они могут стать архитекторами космической цивилизации.

Уникальные свойства цианобактерий в сочетании с их экстремофильной природой вызвали интересные идеи для их применения в исследовании космоса.

Как цианобактерии могут использоваться для космических поселений

Полезные применения цианобактерий в освоении космоса охватывают широкий диапазон:

  • Источник энергии: в процессе фотосинтеза цианобактерии вытесняют свободные электроны высокой энергии в окружающую среду, тем самым вырабатывая электричество от солнечного света. В настоящее время ведутся исследования способов использования этого электричества путем разработки внутренних путей фотосинтеза цианобактерий. Это может обеспечить чистый, надежный и эффективный источник энергии для небольших применений в космических полетах, где другие источники не являются жизнеспособными.
  • Источник кислорода: это идея терраформирования Марса с использованием цианобактерий для генерирования кислорода в атмосфере. Диоксид углерода (углекислый газ) составляет 96% атмосферы Марса. Мы, люди, нуждаемся в кислороде, чтобы выжить, и цианобактерии могут превратить достаточное количество углекислого газа в необходимый для дыхания кислород.
Цианобактерии: первое семя космической колонизации

3. Сельское хозяйство: виды цианобактерий под названием Microcoleus vaginatus сохраняют воду в почве и предотвращают эрозию. Это потенциально делает их очень полезными для сельского хозяйства на инопланетных почвах, где вода не будет легко доступна.

Исследования Lab2Moon

Любые известные виды цианобактерий могут быть использованы только в том случае, если они смогут надежно работать во враждебных условиях космического пространства. Хотя цианобактерии были тщательно протестированы в суровых условиях в нескольких экспериментальных установках на Земле, космическая среда гораздо более враждебна. Поэтому, следующий шаг — увидеть, как они реагируют на экстремальные космические среды. Это и есть цель трех экспериментов Lab2Moon на борту посадочного модуля TeamIndus Moon.

№ 1: Space4Life — Разработка радиационного щита с использованием цианобактерий

Электроника и люди на борту космического корабля должны быть надежно защищены от разрушительной радиации и космических лучей космического пространства. Стандартным материалом для достижения этого традиционно был свинец. Тем не менее, ученые, стоящие за Space4Life, хотят использовать экстремальные свойства радиационно-стойких цианобактерий. Вот как они сравниваются с свинцом и алюминием:

Свинцовые экраны эффективны, но они тяжелые, а алюминиевые экраны легкие, но неэффективны. Цианобактериальный радиационный щит может быть как легким, так и эффективным, будучи при этом дешевле свинца. Испытания будут проведены после посадки корабля TeamIndus на лунную поверхность в следующем году. В случае успеха, это будет иметь потрясающие последствия для будущего освоения космоса.

№2: Biocon Team ZΩI: фотосинтез цианобактерий на Луне

Смогут ли цианобактерии, выжившие за пределами Международной космической станции в течение 16 месяцев, фотосинтезировать на лунной поверхности — это следующий шаг экспериментов. Команда Biocon @Team ZΩI хочет наблюдать, как цианобактерии фотосинтезируют в такой экстремальной среде. Потенциальные преимущества этого эксперимента огромны. Если цианобактерии могут эффективно фотосинтезировать в суровых условиях поверхности Луны, то они могут быть использованы для терраформирования планет, как описано выше.

№ 3: Killa LAB: тестирование роста цианобактерий при радиации

Ультрафиолетовое излучение и космические лучи могут повредить ДНК различных форм жизни. На лунной поверхности именно такие условия.

Цианобактерии: первое семя космической колонизации

Идея Killa LAB состоит в том, чтобы узнать, как цианобактерии изменяются в ответ на жесткое излучение. Это поможет нам понять, как цианобактерии приспосабливаются и растут в такой среде и использовать их при исследовании космоса.

Вывод

Учитывая их генетическое разнообразие, глобальное присутствие и фундаментальное значение, цианобактерии являются, возможно, одним из самых, если не самым успешным биологическим видом на Земле. При помощи цианобактерий мы можем совершить прыжок к терраформированию других планет. Первые шаги начинаются прямо сейчас.

Источник: Cyanobacteria: The first seed of space colonization

Основная статья:

Бактерии

Цианобактерии (от греч. цианос — синий и бактерия) — это прокариотические авто­трофные организмы. Цианобактерии занимают особое место среди бактерий. Они представлены одноклеточными, колониальными и нитчатыми формами, содержащими хло­рофилл и способными осуществлять фотосинтез. Циано­бактерии создают запас органических веществ в почве и воде, который служит кормовой базой для рыб и других мелких животных. Во время массового размножения цианобакте­рии вызывают цветение воды.

Среда обитания цианобактерий

Цианобактерии в основном населяют пресноводные водое­мы, некоторые живут на влажной почве, в основании стволов деревьев. Небольшое количество видов обитает в морях. Не­которые приспособились жить в очень неблагоприятных усло­виях: в горячих источниках, замерзших озерах Антарктики.

Цианобактерии содержат зеленый пигмент хлорофилл, а также пигменты синего, красного и желтого цветов, участву­ющие в поглощении света. Сочетание пигментов дает в боль­шинстве случаев сине-зеленую окраску (отсюда название). Но некоторые из них желтые, черные или красные. Благодаря окраске цианобактерии придают среде, где они обитают, опре­деленный цвет, особенно при массовом размножении. Крас­ное море получило свое название от красных цианобактерий.

Клетки цианобактерий могут иметь шаровидную, эллипсоидную, цилин­дрическую, бочонковидную формы. Одни цианобактерии, как цианофес, жи­вут в виде отдельных клеток (рис. 19), другие виды (анабена, осциллятория) соединены в цепочки (рис. 20, 21).

Некоторые цианобактерии (например, микроцистис) об­разуют округлые или неправильной формы колонии, в кото­рых множество клеток покрыты общим слизистым чехлом (рис. 22). Ряд цианобактерий являются многоклеточными. Они образуют нити длиной до 1 м и более и наращивают значитель­ную биомассу.

Цианобактерии, обитающие в поверхностном слое пресных и мор­ских водоемов, имеют в своих клетках специальные структуры — га­зовые вакуоли (от лот. вакуус — пустой). Эти вакуоли регулируют плавучесть организмов и позволяют им оставаться в толще воды. Ког­да цианобактерии теряют способность регулировать свою плавучесть, например при резких перепадах температуры или нарушениях кис­лородного обмена, они всплывают на поверхность.

Размножение цианобактерий

Размножение одноклеточных форм осуществляется путем деления клеток пополам, а колониальных — распадом ко­лоний на мелкие части. Большинство нитчатых цианобакте­рий размножаются делением нити на отдельные фрагменты.

Цветение воды (массовое размножение цианобактерий)

Вы могли видеть на поверхности воды в пруду пузыри­стые грязно-коричневые, плохо пахнущие маты из циано­бактерий (рис. 23, с. 36). Такому скоплению цианобактерий с микроскопическими водорослями предшествует их массо­вое размножение, так называемое цветение воды (рис. 24, с. 36). При этом вода окрашивается в зеленый или коричне­вый цвет. Она приобретает болотный запах, вызванный про­цессами гниения. Цветение воды происходит обычно тогда, когда в водоемы со сточными водами попадает много ми­неральных веществ, удобрений, смытых с полей.

Цианобактерии после массового размножении начинают отмирать. Гетеротрофные бактерии, обитающие в водоеме, питаются ими и используют много кислорода для расщепле­ния веществ. В воду выделяются ядовитые вещества. Вслед­ствие этого происходит массовая гибель водных организмов, в том числе рыб. В таких водоемах нельзя купаться.

Цианобактерии могут вступать в симбиоз с другими ор­ганизмами — протистами, мхами, грибами.

Цианобактерии играют важную роль в природе. Вместе с другими бактериями они обогащают почву органически­ми веществами и азотом, а водоемы и воздух — кислородом. Материал с сайта http://wiki-med.com

Многие представители цианобактерий способны фикси­ровать атмосферный азот. В Азии за счет азотфиксирующих цианобактерий подолгу выращивают рис на одном и том же участке без применения удобрений.

Благодаря своей способности фиксировать атмосферный азот цианобактерии могут заселять голые поверхности скал и бедные почвы. Морские виды циано­бактерий фиксируют около четверти всего азота, который поглощается мо­рем из воздуха.

Водные формы бактерий служат кормом для мелких зверей и рыб. Некоторые цианобактерии используются в каче­стве «поставщиков» ценных для человека веществ — бел­ков, углеводов, жиров, витаминов, пигментов. Отдельные виды цианобактерий используются в пищу. Например, носток сливовидный (рис. 25) потребляют в Китае и Японии, а спирулину (рис. 26) — в районе озера Чад в Африке. Из спирулины получают пищевой белок, который используют как дополнение к пище.

На этой странице материал по темам:
  • цианеи сине зеленые водоросли их страение ,размножения ,виды

  • почему животные так называются и где они обитают

  • цианобактерии+способ+питания+

  • ответ на вопрос: какие организмы относятся к цианобактериям?

  • оксифотобактерии когда зародились где живут

Вопросы к этой статье:
  • Какие организмы относятся к цианобактериям?

  • Почему они так назы­ваются?

  • Чем клетки цианобактерий отличаются от клеток других бакте­рий?

  • Как питаются цианобактерии?

  • Почему вода в мелких природ­ных водоемах летом часто приобретает зеленую окраску?

  • На озере с мертвой рыбой, плавающей вдоль берега, обнаружены растущие маты из цианобактерий. Что могло стать причиной замора рыбы?

  • Расскажите о цианобактериях и их функциях в экосистемах.

Добавить комментарий