Cijanobakterije, nekad poznat kao plavo zelene alge, su red bakterija nastalih jedini prokariota u mogućnosti koristiti sunčevu svjetlost kao energija i voda kao jedan izvor elektrona u fotosintezi (oxygenic fotosinteze).
Poput viših biljaka, sadrže pigmente koji im omogućuju provođenje fotosinteze kisikom. Ovaj skup uključuje oko 2000 vrsta u 150 rodova, s širokim rasponom oblika i veličina.
Oscillatoria sp. Autor Wiedehopf20, iz Wikimedia Commons
Cijanobakterije su vrlo drevni organizmi. Mikrofosili velike sličnosti sa suvremenim cijanobakterijama pronađeni su u naslagama koje su stare 2,1 milijardu godina. Karakteristične molekule biomarkera cijanobakterija pronađene su i u morskim naslagama starim 2,7 i 2,5 milijardi godina.
Zbog sposobnosti cijanobakterija da proizvode i oslobađaju kisik kao nusproizvod fotosinteze, vjeruje se da je njegova pojava na zemlji omogućila modificiranje atmosfere što je izazvalo veliki događaj oksigenacije.
Povećanje kisika moglo je uzrokovati pad koncentracije metana u atmosferi prije otprilike 2,4 do 2,1 milijarde godina, uzrokujući izumiranje mnogih vrsta anaerobnih bakterija.
Neki sojevi cijanobakterija mogu stvarati snažne toksine u vodenom okruženju. Ti su toksini sekundarni metaboliti koji se oslobađaju u okoliš kada su ekstremni uvjeti u eutrofičnom okruženju, s visokom koncentracijom mineralnih hranjivih tvari kao što su fosfor i posebnim uvjetima pH i temperature.
karakteristike
Cijanobakterije su gram negativne bakterije, koje mogu biti jednostanične ili formirati kolonije u obliku niti, listova ili šupljih sfera.
Unutar ove raznolikosti mogu se promatrati različite vrste stanica:
- Vegetativne stanice su one koje nastaju u povoljnim uvjetima okoliša, u kojima dolazi do fotosinteze.
- Akinetes, endospore proizvedene u teškim okolišnim uvjetima.
- Heterociti, stanice s debelim zidom, sadrže enzim nitrogenazu koji je uključen u fiksaciju dušika u anaerobnim okruženjima.
Cijanobakterije su najjednostavniji organizmi koji pokazuju cirkadijanske cikluse, oscilacije bioloških varijabli u pravilnim intervalima vremena povezane s periodičnim promjenama okoliša tijekom dana. Cirkadijanski sat u cijanobakterijama djeluje iz ciklusa fosforilacije KaiC.
Cijanobakterije su raspoređene u velikom raznolikosti kopnenih i vodenih okoliša: gole stijene, privremeno vlažne stijene u pustinji, slatka voda, oceani, vlažna tla, pa čak i antarktičke stijene.
Oni mogu tvoriti dio planktona u vodenim tijelima, formirati fototrofne biofilme na izloženim površinama ili uspostaviti simbiotski odnos s biljkama ili lišajevima koji stvaraju lišajeve.
Neke cijanobakterije igraju važnu ulogu u ekosustavima. Microcoleus vaginatus i M. vaginatus stabiliziraju tlo pomoću polisaharidnog omotača koji se veže na čestice pijeska i apsorbira vodu.
Bakterije roda Prochlorococcus proizvode više od polovice fotosinteze otvorenog oceana, što daje važan doprinos globalnom kisikovom ciklusu.
Nekoliko vrsta cijanobakterija, poput Aphanizomenon flos-aquae i Arthrospira platensis (Spirulina), uzgaja se ili se uzgaja kao izvori hrane, hrane za životinje, gnojiva i zdravstvenih proizvoda.
Morfologija
Cijanobakterijske stanice imaju visoko diferenciranu, gram-negativnu staničnu stijenku s plazma membranom i vanjskom membranom razdvojenom periplazmatskim prostorom.
Uz to, imaju unutarnji sustav tilakoidnih membrana u kojem borave lanci za prijenos elektrona koji su uključeni u fotosintezu i disanje. Ti različiti membranski sustavi daju ovim bakterijama jedinstvenu složenost.
Nemaju flagele. Neke vrste imaju pokretne niti nazvane hormogonija, koje im omogućuju da klizi po površinama.
Višećelijski filamentarni oblici, kao što je rod Oscillatoria, sposobni su stvarati valovito gibanje oscilacijom filamenta.
Ostale vrste koje žive u vodenim stupovima formiraju plinske vezikule, oblikovane proteinskim omotačem, koji im daju plovidbu.
Hormogonije čine tanke stanice s oštrim stanicama na krajevima. Te se stanice oslobađaju i mobiliziraju, klijaju na mjestima koja su daleko od glavne kolonije, gdje počinju nove kolonije.
sistematski
Klasifikacija cijanobakterija na najvišim taksonomskim razinama žestoko se raspravljala. Te su bakterije u početku klasificirane kao plavo-zelene alge (Cyanophyta), prema botaničkim kodovima. Te su se početne studije temeljile na morfološkim i fiziološkim karakteristikama.
Kasnije, 1960-ih, kada su utvrđene prokariotske karakteristike tih mikroorganizama, cijanobakterije su preklasificirane pod bakteriološki kod.
1979. godine predloženo je 5 odjeljaka koji odgovaraju 5 redoslijeda: odjeljak I = krokokokale, odjeljak II = pleurokapsali, odjeljak III = oscilatorile, odjeljak IV = nostokale i odjeljak V = stigonematales.
Taksonomski sustav cijanobakterija radikalno je promijenjen uvođenjem elektronske mikroskopije i molekularno-genetskih metoda.
Taksonomija cijanobakterija gotovo se kontinuirano pregledavala u posljednjih 50 godina u kojima su generirani radikalno različiti prijedlozi. Debata oko klasifikacije cijanobakterija se nastavlja.
Najnoviji prijedlozi filogenetskih stabala za ovaj fil predlažu uporabu naloga: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Ovi redovi čine monofletni rodovi koje čine mnoge vrste.
Toksičnost
Procjenjuje se da postoji 150 rodova cijanobakterija koji sadrže otprilike 2000 vrsta, od kojih oko 46 ima soj koji stvara toksine.
U vodenim ekosustavima obilje cijanobakterija može doseći vrlo visoke razine kada su okolišni uvjeti prikladni za njihov rast, što pogoduje nakupljanju sekundarnih metabolita u citoplazmi.
Kada okolišni uvjeti postanu nepovoljni, s povećanjem koncentracije mineralnih hranjivih tvari poput fosfora, cijanobakterije umiru, proizvodeći lizu stanica i ispuštanje toksina u okoliš.
Identificirane su dvije glavne vrste toksina: hepatotoksini i neurotoksini. Neurotoksine proizvode uglavnom vrste i sojevi rodova: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium i Cylindrospermopsis.
Neurotoksini djeluju brzo, uzrokujući smrt od zastoja disanja u roku od nekoliko minuta od gutanja visoke koncentracije toksina. Saksitoksin je paralizirajući neurotoksin, naveden u Prilogu 1. Konvencije o kemijskom oružju.
Hepatotoksine proizvode gene Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc i Cylindrospermopsis. Oni izazivaju najčešću vrstu trovanja koja se odnose na cijanobakterije. Djeluju sporije i mogu uzrokovati smrt nekoliko sati ili dana nakon trovanja.
Reference
- Dmitrij A. Los. (2017). Cyanobacteria: Omics and Manipulation - knj. Caister Academic Press. Moskva, Rusija. 256 str.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Taksonomska klasifikacija cijanoprokariota (cijanobakterijski rodovi) 2014, koristeći polifazni pristup. Preslia 86: 295–335.
- Gupta, Priručnik za toksikologiju RC-a. (2009). Akademska štampa. Pp 1168.
- Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, HE Schellhorn i RS Gupta. (2014). Filogenetska analiza i molekularni potpisi definiraju monofilnu kladu heterocističnih cijanobakterija i identificiraju njezine najbliže srodnike. Istraživanje fotosinteze, 122 (2): 171–185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Otkrivanje cijanobakterija i njihovih toksina. Journal of Toxicology, 18: 65-71.
- Suradnici na Wikipediji. (2018., 2. listopada). Cijanobakterije. Na Wikipediji, Slobodnoj enciklopediji. Preuzeto 10.40, 12. listopada 2018. s en.wikipedia.org