Способ питания цианобактерий сине зеленых

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

Цианобактерии: их строение, роль в биологии и особенности жизни

Содержание:

Цианобактерии, они же сине-зеленные водоросли, эти простые одноклеточные организмы примечательны, прежде всего, своей огромной ролью в формировании атмосферы нашей планеты. Именно они первыми стали вырабатывать кислород из углекислого газа и воды под действием фотосинтеза, вследствие чего вокруг Земли сформировался озоновый слой, защищающий нашу планету от вредного воздействия ультрафиолетовых солнечных лучей. О строении цианобактерий, их питании и особенностях жизни, читайте далее.

История открытия и исследования

Первооткрывателем цианобактерий стал один из знаменитых изобретателей микроскопа, голландский ученый-любитель Антонио Ван Левенгук, живший в Нидерландах XVIII века. Несмотря на то, что по своей основной профессии Антонио Ван Левенгук был успешным торговцем сукном, а наукой занимался как хобби, за свою жизнь он сделал множество важных научных открытий в биологии, одними из которых и были цианобактерии. Обнаружил он их, рассматривая сине-зеленные водоросли через свой микроскоп. Будучи также талантливым художником, он первым зарисовал их в свой блокнот.

Впоследствии уже более детальным изучением цианобактерий занялся другой знаменитый французский биолог Луи Пастер. В ходе ряда занимательных опытов он выявил особенности их строения и жизнедеятельности, а также определил, что цианобактерии способны производить кислород.

Сейчас биологи уже знают наверняка, что первые цианобактерии существовали на нашей планете уже миллионы лет назад, а палеонтологи с интересом изучают останки древних водорослей, сохранившихся на древних горных породах.

Цианобактерии обладают отличными способностями к выживанию в самом разном климате, и даже самом неблагоприятном, благодаря своей высокой выносливости. А строение цианобактерий сохранилось и после значительных температурных изменений на нашей планете, когда динозавры и многие другие древние животные давным-давно вымерли, цианобактерии продолжают спокойно существовать в своем первозданном виде в наши дни, как существовали во времена динозавром и задолго до них.

По биологической классификации цианобактерии отнесены к классу бактерий, где занимают свой отдельный подкласс, собственно и названный «цианобактериями».

Это интересно: по примерным подсчетам именно цианобактерии производят до 40% кислорода в атмосфере нашей планеты.

Строение

По своему строению цианобактерии состоят из шаровидных, эллипсоидных клеток соединенных в цепи. Клетки их покрыты тонкой пленкой из мембран. Некоторые виды цианобактерий обладают характерным слизистым чехлом, играющим определенные соединительные и защитные функции. Также цианобактерии имеют специальные газовые вакуоли, играющие роль жгутиков, благодаря которым они способны перемещаться в пространстве, при этом сохраняя равновесие. Если же цианобактерия по тем или иным причинам потеряет свойства плавучести, как-то повредив вакуоли, то она всплывет вверх.

Стоит отметить, что цианобактерии простейшие одноклеточные прокариоты, а это значит что в отличие от некоторых других одноклеточных организмов, именуемых эукариотами, их клетки не имеют ядра. Также помимо ядра у них отсутствует и ряд других важных органоидов клетки:

• митохондрии,
• хроматофоры,
• эндоплазматическая сеть,
• вакуоли с клеточным соком.

Размножение

Как и многие другие одноклеточные организмы цианобактерии размножаются посредством деления клеток. Но само деление у разных разновидностей может иметь разные формы, такие как

• равновеликое бинарное деление, когда из одной клетки образуются две,
• неравновеликое бинарное деление (почкование), когда дочерние клетки формируются из отростков материнской клетки,
• множественное бесполовое размножение, когда следующее поколение клеток формируется из соматических клеток без участия репродуктивных клеток — гамет.

Все эти разновидности деления клеток присутствуют у разных видов цианобактерий.

Значение и применение

Мы уже упомянули о самой важной роли цианобактерий, именно они первыми стали осуществлять фотосинтез и обогатили атмосферу Земли кислородом, помимо этого они имеют и ряд других полезных свойств – так они наполняют почву азотными удобрениями и полезными органическими веществами. Поэтому не удивительно, что их начали использовать в сельском хозяйстве для повышения урожайности. Благодаря способности насыщать почву азотом, с их помощью можно выращивать культурные растения даже на практически неплодородной земле.

Отдельные разновидности сине-зеленых водорослей используются для кормления домашних животных, так как они доставляют организму набор необходимых питательных веществ: жиров, белков, углеводов и витаминов.

А во многих азиатских странах из этих водорослей делают специальные вкусные и полезные приправы для людей.

Биохимический состав

Само название «сине-зеленные водоросли» говорит за себя, зеленый цвет цианобактериям придает имеющийся в них хлорофилл. Наличие же синего цвета обусловлено воздействием специальных пигментов: фикоцианина и алофикоцианина.

Некоторые подвиды цианобактерий имеют в своем составе такие специальные вещества как лютеин, ксантофил и зеаксантин, которые позволяют им запасаться углеводами и другими важными питательными элементами.

Само собой разумеется, что цианобактерии имеют в себе фотосинтезирующий аппарат, осуществляющий образование органических веществ и кислорода.

Разновидности

Разновидности цианобактерий включают в себя свыше 1500 видов. По некоторым важным общим признакам они объединены в классы:

• Хроококковые, в этот класс входят организмы с одиночной либо колониальной формой. Также отличаются большим количеством слизи, которая выделяется клеточными структурами.
• Плеврокапсовые – только они способны формировать репродуктивные клетки, так званные беоциты.
• Оксиллатории – этот класс объединяет в себе вегетативные клетки, делящиеся бесполым путем.
• Ностоковые – характерны тем, что в отличие от оксилаторий осуществляют половое размножение. Также имеют способность создавать цветные налеты и имеют свойство креофильности, иными словами могут адаптироваться даже к условиям пустыни.
• Стигонемовые – также осуществляют половое размножение, но в отличие от ностковых способны делится много раз в пределах одноклеточного организма.

Питание

Питание цианобактерий смешанное: с одной стороны, будучи автотрофами, они могут синтезировать углеводы из неорганических веществ. Но в условиях измененной среды обитания они могут стать гетеротрофами и питаться как обычные цветковые растения. Также некоторые цианобактерии имеют способность питаться посредством хемосинтеза – необычном способе питания бактерий, основанном на усвоении углекислого газа благодаря окислению неорганических соединений.

Именно благодаря своим способностям к универсальным видам питания цианобактерии могут расти в самых экстремальных условиях и заселять места с недостаточным количеством питательных элементов для других организмов, таким образом, создавая условия для последующего развития жизни.

Ареал обитания

Большая часть цианобактерий находится в пучинах мирового океана, на дне морей, но немалая их часть есть и в пресноводных озерах и реках, горячих источниках, полостях тропических листьев, рисовых полях и даже ледяных озерах Антарктиды. Среда обитания зависит от способа питания и биохимического склада той или иной разновидности цианобактерий. Порой цианобактерии вступают в биологический симбиоз с лишайниками и мхами.

Некоторые виды цианобактерий могут приносить не только пользу, но и вред, так как имеют в своем составе токсины, отравляющие места их обитания. При массовом размножении таких вредоносных цианобактерий, водоем, который они «захватили» окрашивается в характерный зеленый цвет, и он становится непригодным для обитания других живых существ. Также вредоносные цианобактерии могут завестись в обычном аквариуме при отсутствии надлежащего ухода. Излишне говорить о возможном вреде для рыб в такой ситуации, во избежание этого необходимо тщательно промыть аквариум, полностью заменив воду.

Источник

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