Для цианобактерий способ питания являются

Цианобактерии — строение, роль и особенности жизнедеятельности

Цианобактериями называется отдел одноклеточных прокариотов в виде синезеленых водорослей, обладающих способностью к фотосинтезу.

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.

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:

• 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.

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.

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:

• 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:

• 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.

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.

Источник

Цианобактерии в системе живого мира: морфология и жизненный цикл, таксономические группы цианобактерий

Цианобактерии в системе живого мира

Цианобактерии — прокариотические организмы, участвующие в процессе фотосинтеза.

Отличительная особенность цианобактерий — в наличии черт, присущих разным царствам живых организмов. На протяжении долгого периода их причисляли к низшим растениям. Но с расширением знаний об эукариотической и прокариотической организации клеток, сине-зеленые водоросли (цианобактерии) стали частью бактерий.

Цианобактерии классифицируются по:

• закономерностям развития культуры;
• постоянным морфологическим признакам;
• специфике клеточного строения;
• нуклеотидной характеристике и размерам генома;
• особенностям углеродного и азотного обмена и др.

Морфология и жизненный цикл цианобактерий

Цианобактерии по строению являются грамотрицательными организмами и включают одноклеточные, многоклеточные и колониальные формы.

Трихом или филамент — специфическая нить, которая является единицей структуры многоклеточных форм. Трихомы бывают простыми, ветвящимися (бывает истинное и ложное ветвление) или могут состоять из одного ряда клеток.

Истинное ветвление заключается в том, что клетки нити делятся в разных плоскостях. В результате образуются однорядные нити с однорядными боковыми ветвями или же многорядные трихомы.

Ложное ветвление подразумевает соединение или прикрепление нитей под углом одна к другой.

Жизненный цикл и строение циантобактерий может сопровождаться формированием коротких нитей или единичных дифференцированных клеток. Эти клетки выполняют различные функции:

• участвуют в процессе размножения (баеоциты, гормогонии);
• способствуют выживанию в неблагоприятных условиях (акинеты или споры);
• помогают азоты фиксироваться в аэробных условиях (гетероцисты).

Замечание 1

Отличительная характеристика одноклеточных и многоклеточных форм — способность к скользящему движению.

Способы размножения бактерий

Цианобактерии могут размножаться различными способами:

• бинарным делением;
• почкованием;
• множественным делением;
• гормогониями;
• при помощи обрывков трихома.

Процесс фотосинтеза

Клетки цианобактерий отличаются хорошо развитой системой внутриплазматических мембран, которые представлены в виде тилакоидов. В этих тилакоидах находятся компоненты фотосинтетического аппарата. Исключение составляет род Gloeobacter.

Бескислородный фотосинтез — главная особенность цианобактерий. Первая фотосистема сохраняется свою активность, а вторая фотосистема в это время отключается. Восстановленные соединения серы, водород, отдельные сахара, органические кислоты выступают как экзогенные доноры электронов.

Синтез АТФ происходит за счет циклического электронного транспорта — он связан с первой фотосистемой. Световой метаболизм цианобактерий достаточно гибкий, подтверждением чего является способность переключаться с одного типа фотосинтеза на другой, если условия меняются. Это имеет важное экологическое значение.

Почти все цианобактерии — облигатные фототрофы. При отсутствии света можно наблюдать активный эндогенный метаболизм. Запасенный ранее гликоген выполняет роль субстрата. Получение энергии в темноте возможно благодаря гликолизу.

Отдельные цианобактерии характеризуются способностью к хемогетеротрофному росту.

Построение клетки

Чтобы построить клетку, цианобактериям нужен минимум неорганических веществ:

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

Замечание 3

Цианобактерии могут проявлять азотфиксирующую активность. Она зависит от количества молекулярного кислорода и связанного азота в среде.

Таксономические группы цианобактерий

В соответствии с Международным кодексом номенклатуры бактерий, говорят о 5 порядках цианобактерий:

1. Chroococcales. Это одноклеточные, которые размножаются при помощи почкования или бинарного деления. Для них свойственно образование вокруг клеток чехлов.
2. Pleurocapsales. Также одноклеточные, которые размножаются множественным делением или одновременно бинарным и множественным делением.
3. Oscillatoriales. К ним относят многоклеточных нитчатых. Трихомы у них состоят из ряда вегетативных клеток. Неветвящиеся.
4. Nostocales. Также многоклеточные нитчатые. Трихомы состоят из ряда вегетативных клеток. Бывают гетероцисты и акинеты. Относятся к неветвящимся.
5. Stigoneomatales. Они имеют признаки, которые свойственны предыдущему порядку. Их вегетативные клетки имеют способность делиться в нескольких плоскостях. Как результат — формирование нитей с истинным ветвлением или многорядных трихом.

Источник