Сообщение о роли цианобактерий на земле

Обновлено: 04.07.2024

Одноклеточные, колониальные, нитчатые организмы, обитают в воде и на суше в сырых местах (рис.16). Содержат голубовато-зеленый пигмент Фикоцианин и в связи со средой обитания раньше их называли Сине-зелеными водорослями. Однако, цитологически цианобактерии - типичные прокариоты. Покрыты слизью, способны к скользящему движению. Иногда группа клеток объединяется общей слизистой капсулой и называется Зооглея. Клеточная стенка слоистая, содержит некоторое количество пептидогликана муреина, грамотрицательная. Имеется нуклеоид, Хроматофоры (система мезосом пластинчатого типа), несущие фотопигменты: Хлорофилл, фикоцианин, аллофикоцианин, обусловливающие сине-зеленый цвет. Питаются фотоавтотрофно с помощью фотосинтеза. Цианобактерии размножаются бинарным делением, фрагментацией нитей, гормогониями – короткими подвижными цепочками из клеток. При прохождении жизненного цикла образуют специализированные клетки или нити: Гормогонии (служат для размножения), гетероцисты – Толстостенные клетки, способные усваивать азот из воздуха и акинеты (стадии покоя для переживания неблагоприятных условий). Осциллятория не образует гетероцист и способна к усвоению атмосферного азота только в анаэробных условиях. При наличии кислорода в среде азотофиксация прекращается. У Анабены имеются гетероцисты, которые защищают систему фиксации азота от окисления, поэтому она на свету усваивает из воздуха азот и углекислый газ одновременно. Цианобактерии весьма устойчивы к действию антибиотиков и ультрафиолетовых лучей.

Значение цианобактерий:

1).Являются первичными продуцентами органического вещества в воде и почве.

2).Насыщают воду и атмосферу кислородом.

3).Участвуют в почвообразовании, в фиксации атмосферного азота.

4).Используются в качестве экологически чистого удобрения на рисовых полях (анабена).

5).Образуют много белка и биологически активных веществ (витаминов), поэтому используются для изготовления лекарственных препаратов (спирулина).

6).Вызывают цветение водоемов, продуцируют сильные нейротоксические яды, в результате чего вода становится непригодной для питья.

Рис. 16 . Морфология цианобактерий: 1)Gloeocapsa; 2)Nostoc; 3) Anabaena; 4) Oscillatoria, 5) Lyngbya; Специализированные Клетки: А) гормогонии; б) гетероцисты

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

История открытия и исследования
Особенности строения
Значение и применение синезеленых водорослей
Биохимический состав
Разновидности цианобактерий
Особенности питания
Ареал обитания

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 ; ;
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 (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.

Строение цианобактерий

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.

Роль цианобактерий

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.

Цианобактерии — это одни из самых древних и нетребовательных к окружающим условиям организмов на Земле. Под воздействием солнечного света они выделяют много кислорода и ученые хотят использовать их умение в своих целях. Например, бактерии можно взять с собой на Марс, чтобы они в больших количествах производили необходимый для жизни людей воздух. Ведь далекая планета хоть и кажется пригодной для обитания людей местом, дышать там практически нечем. Только вот цианобактерии хоть и не привередливы к окружающей среде, атмосфера Марса им может прийтись не по душе. Виной всему низкое атмосферное давление, которое может помешать бактериям размножаться и производить кислород. К счастью, недавно немецкие ученые разработали аппарат, который представляет собой некий инкубатор для цианобактерий. Кажется, человечество скоро сделает большой шаг к беззаботной жизни на другой планете!

Цианобактерии могут обеспечить нам комфортную жизнь на Марсе

Польза цианобактерий

В отличие от многих других микробов, цианобактерии способны к фотосинтезу. Так называется процесс, когда под воздействием солнечного света клетки начинают производить органические вещества. В случае с цианобактериями конечным продуктом является кислород, который является одним из важнейших компонентов жизни. Именно поэтому некоторые ученые уверены, что миллионы лет назад именно синезеленые водоросли насытили воздух кислородом и на Земле появились полноценные животные. Уже долгое время исследователи надеются, что им удастся использовать цианобактерии для производства кислорода на Марсе. Но на этой планете очень низкое атмосферное давление, которое непригодно для выращивания синезеленых водорослей. Недавно ученые смогли решить эту проблему.

Зеленый налет на воде — это цианобактерии

О том, что цианобактерии могут пригодиться нам на Марсе, ученые также говорили в 2018 году. Только в то время они не знали, как их содержать в марсианских условиях. Теперь знают.

Производство кислорода на Марсе

Немецкие ученые разработали систему под названием Atmos. Оно представляет собой конструкцию из девяти камер, внутри которых поддерживается наиболее подходящее для жизни цианобактерий давление. Изначально исследователи не знали, смогут ли синезеленые водоросли произрастать внутри такой системы. Оказалось, что это возможно, только для этого важно, чтобы в системе были азот, углекислый газ и вода. Но избытка этих веществ на Марсе нет — атмосфера и так на 95% состоит углекислого газа и 3% азота. Вода на Красной планете тоже должна быть, по крайней мере, хотя бы в замерзшем виде.

Система Atmos с цианобактериями внутри

Чтобы проверить работоспособность системы Atmos, исследователи поместили цианобактерии внутрь. Результат оказался впечатляющим, потому что синезеленые водоросли отлично развивались в воде, прямо как в земных условиях. В ходе дальнейших экспериментов ученые также выяснили, что водоросли можно использовать в качестве корма для других организмов. Об этом стало известно после того, как высушенный экстракт был использован для питания кишечной палочки. Ей такой корм пришелся весьма по вкусу.

Удивительно, но кишечная палочка может питаться цианобактериями

Опасность цианобактерий

То, что цианобактерии можно использовать в качестве корма для других организмов, это само по себе очень интересное открытие. Дело в том, что синезеленые водоросли иногда выделяют очень опасные для живых организмов яды. В 2020 году они доставили человечеству достаточно проблем. Возможно, вы помните статьи о том, как в Африке в один момент начали массово погибать слоны. Некоторые из них умирали прямо на ходу, причем никаких признаков насильственной смерти у них не было. Ученые даже начали опасаться, что мир может столкнуться с новым вирусом. Но тайна была раскрыта — оказалось, что слоны пили зараженную синезелеными водорослями воду.

Весь этот кошмар сотворили цианобактерии

Об опасности цианобактерий у меня есть отдельный материал. В ней я рассказал о том, какими вообще бывают водоросли. Существуют съедобные виды, которые богаты полезными веществами вроде йода. Они полезны для работы щитовидной железы, головного мозга и многих других важных органов. Но есть и злосчастные синезеленые водоросли, которые даже при контакте с кожей вызывают зуд. А если они попадают внутрь организма, у людей возникают такие симптомы, как боли в животе, повышенная температура тела, появление волдырей во рту и повреждение печени. По-моему, получилась очень подробная и познавательная статья. Разбираться в водорослях важно каждому, тем более скоро лето. Так что переходите по ссылке и читайте.

Читайте также: