Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.1.3.1: Ціанобактерії

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    6979

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Поясніть роль ціанобактерій у зміні атмосфери Землі
    • Опишіть кілька взаємин, сформованих з ціанобактеріями
    • Розрізняють різні типи клітин ціанобактерій та опишіть їх функції

    Строматоліти

    Найбільш ранні скам'янілості інтерпретуються як одноклітинні організми, схожі на сучасні ціанобактерії, іноді їх називають синіми зеленими водоростями. Найбільш широко прийняті з цих скам'янілостей датуються 3,4 мільярда років тому від формування басейну Стріллі в Західній Австралії. Ці конкретні скам'янілості називаються строматолітами і складаються з чергуються шарів скам'янілих клітин та карбонату кальцію (рис.\(\PageIndex{1}\)). Ми можемо використовувати дані сучасного формування строматоліту в Західній Австралії, щоб зробити висновок, що ці скам'янілі клітини робили процес, який називається фотосинтезом, використовуючи розчинений CO 2 у воді для утворення молекул цукру. Це призводить до того, що кальцій випадає з морської води, утворюючи затверділі шари карбонату кальцію на вершині колонії організмів. Оскільки їм потрібен доступ до світла для продовження фотосинтезу, живі клітини починають утворювати новий шар поверх карбонату кальцію. Цей процес триває, роблячи кільчастий візерунок у міру зростання освіти, так само, як ми бачимо на деревах та коралах.

    Скелясті грудочки виходять з води уздовж пляжу. Кожна грудка - це строматоліт.
    Строматолітове викопне, що показує багато концентричних кілець росту, що випромінюють назовні
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): На зображеннях вище показані строматоліти. Перше зображення показує нинішні строматоліти, що утворилися на узбережжі Західної Австралії. На другому зображенні зображений викопний строматоліт з кільцями росту, утвореними послідовними шарами ціанобактерій. Перше фото: AndyGo, CC-BY-NC. Друге зображення: Строматолітове викопне з Вайомінгу Джеймса Сент-Джона через Wikimedia Commons. CC-BY 2.0.

    Ціанобактерії виконують кисневий фотосинтез. Предки сучасних ціанобактерій відповідають за початкове вироблення нашої багатої киснем атмосфери. На додаток до цих початкових входів, ціанобактерії є походженням хлоропластів у всіх еукаріотичних фототрофах, включаючи рослини. У випадку, названому первинним ендосимбіозом, ціанобактерію охопив гетеротрофний еукаріот. Замість того, щоб перетравлюватися, прокаріот жив у більшій клітині. Згодом гени обмінювалися між прокаріотом і еукаріот, в результаті чого з'явилися перші хлоропласти.

    Сучасні ціанобактерії

    Ціанобактерії можна зустріти вільно, часто в колоніях, або живуть в симбіотичних стосунках з іншими організмами, такими як гриби та рослини.

    Вільне життя

    Ціанобактерії можна зустріти у величезній різноманітності місць, від плавання в океані до проживання в криптобіотичних кірках в пустелі. Носток - це тип ціанобактерій, які часто можна зустріти, що живуть у желатинових колоніях у вологих наземних середовищах. Колонія виділяє слизову оболонку, яка забезпечує захисний бар'єр і дозволяє здійснювати обмін матеріалами між клітинами в колонії.

    Багато скляні на вигляд, коричнево-зелені кулі сидять у чиєїсь руці. Кожна куля містить колонію Носток, не помітну неозброєним оком.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\) : Кожна з цих скляних куль містить колонію Nostoc pruniforme, оточену слизистою оболонкою. Бактерії не видно неозброєним оком, тому з'являються як єдиний організм. Фото Рене Сталдера, CC-BY-NC.
    Одиночна колонія Носток розглядається через мікроскоп. Прозора куля, наповнена ланцюжками зелених клітин, заплутаних в кулю.
    Ближчий погляд на колонію. Окремі ланцюга легше розрізнити, все ж заплутаний безлад. Деякі більші, жовті клітини присутні.
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Вид на колонію Носток через мікроскоп. Колонія складається з ланцюжків особин, загорнутих між собою в кулю. Цей кулька покритий прозорою слизової оболонкою (видно на першому фото, зліва). Зелений колір кулі обумовлений фотосинтетичними пігментами в ціанобактерії. На фото праворуч показана колонія з більшим збільшенням. Можна виділити особин, в тому числі і деякі більші, жовті клітини. Ці останні особини перетворилися в гетероцисти. Перше фото (зліва) Іван, CC-BY. Друге фото (праворуч) Мінді Моралес, CC-BY-NC.
    Колаж із зображень, що показують кілька видів ціанобактерії Rivularia
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Множинні види драглистої колонії, утвореної Rivularia polyotis. При меншому збільшенні колонії нелегко розрізнити, оточені товстим желатиновим шаром. Оскільки зображення досягають більшого збільшення, можна виділити окремі ланцюжки, складені з плоских, дископодібних клітин. Товста слизова оболонка видно на двох зображеннях у верхньому лівому куті, а також центральне зображення зліва. Ланцюги особин можна виділити, що виглядають як волохаті виступи. Фотографії Луїджі, CC-BY-NC.

    Мутуалісти

    Багато ціанобактерій, які ви побачите в ботаніці, будуть у взаємних стосунках. Анабаена - це колоніальна ціанобактерія, яка живе у водній папороті Azolla, фіксуючи азот у відносно бідному поживними речовинами водному середовищі папороті. Носток - ще одна колоніальна ціанобактерія, здатна фіксувати азот. Його можна знайти вільним життям у желатинових колоніях, показаних вище, або, як ви, ймовірно, побачите це у своєму ботанічному курсі, у відсіках сланця кушиста. Ціанобактерії також можуть бути виявлені у взаємних стосунках з грибами у ціаноліхенів.

    Темно-синювато-сірий лишайник росте на тлі деякого моху на землі
    Темний чорнувато-коричневий лишай, що росте, пригнічений до стовбура дерева
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Темно забарвлені лишайники, такі як ця Пельтігера (зліва) і Нефрома (праворуч), часто мають ціанобактеріального партнера. Фотографії Марії Морроу, CC-BY-NC.
    Анабаена

    Якби ви рубали зразок Азолли і подивилися на нього під мікроскопом, ви б побачили, що виглядало як нитки з зелених намистин. Кожна намистина - це окрема ціанобактерія роду Anabaena. Однак, незважаючи на те, що кожен з них є індивідуальним, деякі клітини спеціалізуватимуться на наданні послуг колонії в цілому.

    • Гетероцисти - це товстостінні клітини без хлорофілу, які фіксують атмосферний азот у біодоступні форми за допомогою ферменту нітрогенази. Гетероцисти не можуть робити фотосинтез, оскільки цей процес виробляє кисень і нітрогеназа не може функціонувати в присутності кисню.
    • Акінети - це особи, які все ще виконують фотосинтез, але також функціонують як свого роду відмовостійкий. Акінети зберігають велику кількість ліпідів і вуглеводів, щоб у них було достатньо енергії, щоб розпочати нову колонію, якщо умови стануть занадто холодними або занадто сухими для виживання. Їх утворення спровоковано цими умовами (сухими або холодними), тому ви можете не побачити їх із прісноводного листя папороті, оскільки це відносно стабільне, комфортне середовище.
    Багато водяних папоротей з роду Azolla в страві
    Рядки ціанобактеріальних клітин зсередини листя папороті води
    Малюнок\(\PageIndex{6}\): На зображенні зліва багато рослин азолли можна побачити, що плавають у посуді на мілководді. Кожен папороть розміром приблизно в копійку (приблизно 1 см в поперечнику). На зображенні праворуч окремі клітини Анабаена нанизані колоніями. Ці клітини колись знаходилися всередині листя водяного папороті. Фото: Мелісса Ха, CC BY-NC.
    Колонія Анабаена показує всі три типи клітин
    Малюнок\(\PageIndex{7}\): У цій колонії Анабаена видно три різних типи клітин. У нижній лівій частині знаходиться один великий товстостінний акінете. У правому верхньому куті знаходиться менша, кругла гетероциста розміром приблизно з дві вегетативні клітини. Решта помітні на зображенні клітини - «нормальні» вегетативні клітини. Фото: Мелісса Ха, CC BY-NC.
    Колонія Анабаена з двома гетероцистами та їх полярними тілами
    Малюнок\(\PageIndex{8}\): Гетероцисти зазвичай виглядають жовтими і більш округлі, ніж вегетативні клітини. Однак початківці часто плутають більші для акінетів (особливо коли немає акінетів). Щось, що полегшує відрізнення гетероцисти від акінетів, - це наявність полярних тіл. Гетероцисти мають дві різні області з обох боків, які називаються полярними тілами. Акінети не мають їх і виглядають більш зернистими. Фото Марії Морроу, CC-BY-NC.

    Резюме

    Ціанобактерії - група бактерій, які здійснюють кисневий фотосинтез. Предки сучасних ціанобактерій відповідали за початкове введення великої кількості кисню в атмосферу Землі. Докази цих ранніх ціанобактерій можна знайти в скам'янілих структурах, званих строматолітами, які все ще утворюються в деяких регіонах світу. Ціанобактерії можна знайти вільно живуть або як мутуалісти всередині тканин інших організмів. Колонії особин часто укладені в захисну слиз. У межах колонії окремі клітини можуть спеціалізуватися на фіксації азоту (гетероцисти) або пережити холодні та/або сухі умови (акінети).

    Атрибуція

    Зміст Марії Морроу, CC BY-NC