Kod cijanobakterija fotosinteza se odvija na polisomima. Cijanobakterije mogu "kratko spojiti" proces fotosinteze

Među trenutno postojećim organizmima postoje i oni o čijoj se pripadnosti bilo kome stalno raspravlja. To se dešava sa stvorenjima koja se zovu cijanobakterije. Iako nemaju čak ni tačan naziv. Previše sinonima:

• plavozelene alge;
• cijanobioti;
• phycochrome drobilice;
• cyanea;
• sluzave alge i druge.

Tako se ispostavlja da je cijanobakterija potpuno mali, ali u isto vrijeme tako složen i kontradiktoran organizam koji zahtijeva pažljivo proučavanje i razmatranje njegove strukture kako bi se utvrdila tačna taksonomska pripadnost.

Istorija postojanja i otkrića

Sudeći po fosilnim ostacima, istorija postojanja plavo-zelenih algi seže daleko u prošlost, prije nekoliko miliona godina. Ovakve zaključke omogućile su studije paleontologa koji su analizirali stijene (njihove dijelove) tih dalekih vremena.

Na površini uzoraka pronađene su cijanobakterije čija se struktura nije razlikovala od modernih oblika. To ukazuje na visok stepen prilagodljivosti ovih stvorenja različitim životnim uslovima, njihovu ekstremnu izdržljivost i preživljavanje. Očigledno je da je tokom miliona godina došlo do mnogih promjena u temperaturi i plinskom sastavu planete. Međutim, ništa nije utjecalo na održivost cijana.

U moderno doba, cijanobakterija je jednoćelijski organizam koji je otkriven istovremeno s drugim oblicima bakterijskih stanica. Odnosno Antonio Van Leeuwenhoek, Louis Pasteur i drugi istraživači u 18.-19. vijeku.

Kasnije su bili podvrgnuti temeljitijem proučavanju, razvojem elektronske mikroskopije i modernizovanim metodama i metodama istraživanja. Identificirane su karakteristike koje posjeduju cijanobakterije. Struktura ćelije uključuje niz novih struktura koje se ne nalaze u drugim stvorenjima.

Klasifikacija

Ostaje otvoreno pitanje utvrđivanja njihove taksonomske pripadnosti. Do sada je poznato samo jedno: cijanobakterije su prokarioti. To potvrđuju takve karakteristike kao što su:

• odsustvo jezgra, mitohondrija, hloroplasta;
• prisustvo mureina u ćelijskom zidu;
• molekule S-ribozoma u ćeliji.

Međutim, cijanobakterije su prokarioti, koji broje oko 1.500 hiljada vrsta. Svi su klasifikovani i kombinovani u 5 velikih morfoloških grupa.

1. Krookokna. Prilično velika grupa koja ujedinjuje usamljene ili kolonijalne oblike. Visoke koncentracije organizama drže zajedno zajednička sluz koju luči ćelijski zid svakog pojedinca. U pogledu oblika, ova grupa uključuje štapićaste i sferne strukture.
2. Pleurocapsaceae. Vrlo slično prethodnim oblicima, međutim, pojavljuje se karakteristika u obliku formiranja beocita (više o ovom fenomenu kasnije). Ovdje uključene cijanobakterije pripadaju tri glavne klase: Pleurocaps, Dermocaps, Myxosarcina.
3. Oxillatoria. Glavna karakteristika ove grupe je da su sve ćelije ujedinjene u zajedničku strukturu sluzi koja se naziva trihom. Podjela se dešava bez napuštanja ove niti, unutra. Oscilatorije uključuju isključivo vegetativne stanice koje se dijele na pola aseksualno.
4. Nostocaceae. Zanimljivo zbog svoje kriofilnosti. Oni su u stanju da žive u otvorenim ledenim pustinjama, formirajući obojene prevlake na njima. Takozvani fenomen "cvjetanja ledenih pustinja". Oblici ovih organizama su također nitasti u obliku trihoma, ali reprodukcija je spolna, uz pomoć specijaliziranih stanica - heterocista. Ovdje se mogu uključiti sljedeći predstavnici: Anabens, Nostoks, Calothrix.
5. Stigonematodes. Vrlo sličan prethodnoj grupi. Glavna razlika je u načinu razmnožavanja - oni su u stanju da se dijele više puta unutar jedne ćelije. Najpopularniji predstavnik ovog udruženja je Fisherella.

Dakle, cijanidi su klasifikovani prema morfološkim kriterijumima, jer se postavljaju mnoga pitanja u vezi ostatka i konfuznih rezultata. Botaničari i mikrobiolozi još nisu uspjeli doći do zajedničkog nazivnika u taksonomiji cijanobakterija.

Staništa

Zbog prisustva posebnih adaptacija (heterociste, beociti, neobični tilakoidi, gasne vakuole, sposobnost fiksiranja molekularnog azota i dr.), ovi organizmi su se naselili posvuda. Oni su u stanju da prežive čak i u najekstremnijim uslovima, u kojima nijedan živi organizam ne može da postoji. Na primjer, topli termofilni izvori, anaerobni uslovi sa atmosferom vodonik sulfida, sa pH manjim od 4.

Cijanobakterije su organizam koji mirno preživljava na morskom pijesku i stjenovitim izdancima, ledenim blokovima i vrelim pustinjama. Prisustvo cijanida možete prepoznati i odrediti prema karakterističnoj obojenoj prevlaci koju formiraju njihove kolonije. Boja može varirati od plavo-crne do ružičaste i ljubičaste.

Nazivaju se plavo-zelenim jer često formiraju plavo-zeleni sluzni film na površini obične slatke ili slane vode. Ovaj fenomen se naziva "cvjetanje vode". Može se vidjeti na gotovo svakom jezeru koje počinje zarasti i močvarno.

Osobine ćelijske strukture

Cijanobakterije imaju uobičajenu strukturu za prokariotske organizme, ali postoje neke posebnosti.

Opšti plan strukture ćelije je sledeći:

• ćelijski zid od polisaharida i mureina;
• bilipidna struktura;
• citoplazma sa slobodno raspoređenim genetskim materijalom u obliku DNK molekula;
• tilakoidi, koji obavljaju funkciju fotosinteze i sadrže pigmente (klorofile, ksantofile, karotenoide).

Vrste specijalizovanih struktura

Prije svega, to su heterociste. Ove strukture nisu dijelovi, već same ćelije kao dio trihoma (zajednička kolonijalna nit ujedinjena sluzi). Gledano pod mikroskopom, razlikuju se po svom sastavu, jer je njihova glavna funkcija proizvodnja enzima koji omogućava fiksaciju molekularnog dušika iz zraka. Dakle, u heterocistama praktički nema pigmenata, ali ima dosta dušika.

Drugo, to su hormogonije - područja istrgnuta iz trihoma. Služe kao mjesta za razmnožavanje.

Beociti su jedinstvene ćelije kćeri, masovno izvedene iz jedne matične ćelije. Ponekad njihov broj dostigne hiljadu u jednom periodu podjele. Dermocaps i drugi Pleurocapsodiums su sposobni za ovu osobinu.

Akinete su posebne ćelije koje miruju i uključene su u trihome. Odlikuje ih masivniji ćelijski zid bogat polisaharidima. Njihova uloga je slična heterocistama.

Gasne vakuole - imaju ih sve cijanobakterije. Struktura ćelije u početku implicira njihovo prisustvo. Njihova uloga je da učestvuju u procesima cvetanja vode. Drugi naziv za takve strukture su karboksisomi.

Oni sigurno postoje u biljnim, životinjskim i bakterijskim stanicama. Međutim, u plavo-zelenim algama ove inkluzije su nešto drugačije. To uključuje:

• glikogen;
• polifosfatne granule;
• Cijanoficin je posebna supstanca koja se sastoji od aspartata i arginina. Služi za akumulaciju dušika, jer se ove inkluzije nalaze u heterocistama.

To je ono što imaju cijanobakterije. Glavni dijelovi i specijalizirane stanice i organele su ono što omogućava cijanidima da provode fotosintezu, ali se u isto vrijeme klasificiraju kao bakterije.

Reprodukcija

Ovaj proces nije posebno težak, jer je isti kao kod običnih bakterija. Cijanobakterije se mogu dijeliti vegetativno, dijelove trihoma, običnu ćeliju na dvoje ili obavljati seksualni proces.

Često u ovim procesima učestvuju specijalizovane ćelije, heterociste, akineti i beociti.

Načini transporta

Ćelija cijanobakterije prekrivena je izvana, a ponekad i slojem posebnog polisaharida koji oko nje može formirati sluznu kapsulu. Zahvaljujući ovoj osobini vrši se kretanje cijana.

Nema flagela ili posebnih izraslina. Kretanje se može izvoditi samo na tvrdoj površini uz pomoć sluzi, kratkim kontrakcijama. Neki oscilatori imaju vrlo neobičan način kretanja - rotiraju oko svoje ose i istovremeno uzrokuju rotaciju cijelog trihoma. Tako nastaje kretanje na površini.

Sposobnost fiksacije dušika

Gotovo svaka cijanobakterija ima ovu osobinu. To je moguće zbog prisustva enzima nitrogenaze, koji je sposoban da fiksira molekularni dušik i pretvori ga u probavljiv oblik spojeva. To se dešava u strukturama heterocista. Shodno tome, one vrste koje ih nemaju nisu sposobne izaći iz ničega.

Općenito, ovaj proces čini cijanobakterije veoma važnim stvorenjima za život biljaka. Taloženjem u tlu, cijanidi pomažu predstavnicima flore da apsorbuju vezani dušik i vode normalan život.

Anaerobne vrste

Neki oblici plavo-zelenih algi (na primjer, Oscillatoria) mogu živjeti u potpuno anaerobnim uvjetima i atmosferi sumporovodika. U ovom slučaju, spoj se obrađuje unutar tijela i kao rezultat toga nastaje molekularni sumpor koji se oslobađa u okoliš.

Bakterije su se pojavile na Zemlji prije otprilike tri i po milijarde godina i milijardu godina bile su jedini oblik života na našoj planeti. Njihova struktura je jedna od najprimitivnijih, međutim, postoje vrste koje imaju niz značajnih poboljšanja u svojoj strukturi. Na primjer, fotosinteza bakterija, koje se nazivaju i plavo-zelene alge, slična je onoj kod viših biljaka. Gljive nisu sposobne za fotosintezu.

Najjednostavnije strukture su one bakterije koje naseljavaju tople izvore koji sadrže sumporovodik i duboke sedimente mulja. Vrhunac evolucije smatra se pojavom plavo-zelenih algi, odnosno cijanobakterija.

Pitanje koji su prokarioti sposobni za sintezu dugo su proučavali biohemičari. Upravo su oni otkrili da su neki od njih sposobni za samostalnu prehranu. Fotosinteza u bakterijama slična je onoj koja se događa u biljkama, ali ima niz karakteristika.

Autotrofni prokarioti su sposobni da se hrane fotosintezom, jer sadrže strukture neophodne za to. Fotosinteza takvih bakterija je sposobnost koja pruža mogućnost postojanja modernih heterotrofa, kao što su gljive, životinje i mikroorganizmi.

Zanimljivo je da se sinteza kod autotrofnih prokariota odvija u dužem opsegu talasnih dužina nego u biljkama. Zelene bakterije su sposobne sintetizirati organske tvari apsorbirajući svjetlost talasne dužine do 850 nm; kod ljubičastih bakterija koje sadrže bakteriohlorofil A to se dešava na talasnoj dužini do 900 nm, a kod onih koje sadrže bakteriohlorofil B do 1100 nm. . Ako analiziramo apsorpciju svjetlosti in vivo, ispada da postoji nekoliko pikova, a oni se nalaze u infracrvenom području spektra. Ova karakteristika zelenih i ljubičastih bakterija omogućava im postojanje u uslovima prisustva samo nevidljivih infracrvenih zraka.

Jedna od neobičnih vrsta autotrofne ishrane je hemosinteza. To je proces u kojem tijelo dobiva energiju za stvaranje organskih tvari iz oksidativne transformacije neorganskih spojeva. Foto- i kemosinteza kod autotrofnih bakterija slične su po tome što se energija iz kemijske oksidacijske reakcije prvo akumulira u obliku ATP-a i tek onda prenosi u proces asimilacije. Vrste čija je vitalna aktivnost osigurana kemosintezom uključuju sljedeće:

1. Gvozdene bakterije. Postoje zbog oksidacije gvožđa.
2. Nitrificiranje. Hemosinteza ovih mikroorganizama je podešena za obradu amonijaka. Mnogi su biljni simbionti.
3. Sumporne bakterije i tionobakterije. Obraditi jedinjenja sumpora.
4. Vodikove bakterije čija kemosinteza im omogućava da oksidiraju molekularni vodik na visokim temperaturama.

Bakterije, čija se ishrana obezbeđuje kemosintezom, nisu sposobne za fotosintezu jer ne mogu koristiti sunčevu svetlost kao izvor energije.

Plavo-zelene alge - vrhunac evolucije bakterija

Fotosinteza cijanida odvija se na isti način kao i kod biljaka, što ih razlikuje od ostalih prokariota, kao i gljiva, podižući ih do najvišeg stupnja evolucijskog razvoja. Oni su obavezni fototrofi, jer ne mogu postojati bez svjetlosti. Međutim, neke imaju sposobnost da fiksiraju dušik i formiraju simbioze s višim biljkama (poput nekih gljiva), dok zadržavaju sposobnost fotosinteze. Nedavno je otkriveno da ovi prokarioti imaju tilakoide koji su odvojeni od nabora stanične stijenke, poput eukariota, što omogućava izvođenje zaključaka o smjeru evolucije fotosintetskih sistema.

Drugi poznati simbionti cijanida su gljive. Kako bi zajedno preživjeli u teškim klimatskim uvjetima, oni stupaju u simbiotski odnos. Gljive u ovom paru igraju ulogu korijena, primaju mineralne soli i vodu iz vanjskog okruženja, a alge provode fotosintezu, opskrbljujući organske tvari. Alge i gljive koje čine lišajeve ne bi mogle odvojeno preživjeti u takvim uvjetima. Pored simbionta kao što su gljive, cijanisti imaju prijatelje i među sunđerima.

Malo o fotosintezi

Fotosinteza u zelenim biljkama i prokariotima je osnova organskog života na našoj planeti. To je proces stvaranja šećera iz vode i ugljičnog dioksida, koji se odvija uz pomoć posebnih pigmenata. Zahvaljujući njima bakterije čije su kolonije obojene sposobne su za fotosintezu. Kiseonik koji se oslobađa kao rezultat, bez kojeg životinje ne mogu postojati, nusproizvod je u ovom procesu. Sve gljive i mnogi prokarioti nisu sposobni za sintezu, jer tokom procesa evolucije nisu bili u stanju da steknu pigmente potrebne za to.

U biljkama se fotosinteza odvija u hloroplastima. U zelenim, ljubičastim i cijanobakterijskim ćelijama pigmenti su takođe vezani za membranu. To jest, sinteza prokariota se dešava i u posebnim vezikulama zvanim tilakoidi. Ovdje se nalaze i sistemi koji prenose elektrone i enzime.

Upoređujući fotosintezu prokariota i viših biljaka, neki znanstvenici su došli do zaključka da biljni hloroplasti nisu ništa drugo do potomci zelenih bakterija. To su simbionti koji su se prilagodili životu unutar razvijenijih eukariota (ćelije takvih organizama, za razliku od bakterijskih, imaju pravo jezgro).

Postoje dvije vrste fotosinteze - oksigenična i anoksigena. Prvi je najčešći kod biljaka, cijanobakterija i proklorofita. Drugi se javlja u ljubičastim, nekim zelenim i heliobakterijama.

Anoksigena sinteza

Javlja se bez ispuštanja kiseonika u okolinu. Karakteristična je za zelene i ljubičaste bakterije, koje su osebujne relikvije koje su preživjele do danas iz antičkih vremena. Fotosinteza svih ljubičastih bakterija ima jednu osobinu. Ne mogu koristiti vodu kao donor vodonika (to je tipičnije za biljke) i trebaju tvari sa višim stupnjevima redukcije (organske tvari, sumporovodik ili molekularni vodonik). Sinteza osigurava ishranu za zelene i ljubičaste bakterije i omogućava im da koloniziraju slatke i slane vode.

Sinteza kiseonika

Javlja se oslobađanjem kiseonika. Karakteristična je za cijanobakterije. Kod ovih mikroorganizama proces je sličan fotosintezi u biljkama. Pigmenti cijanobakterija uključuju hlorofil A, fikobiline i karotenoide.

Faze fotosinteze

Sinteza se odvija u tri faze.

1. Photophysical. Svjetlost se apsorbira uz pobuđivanje pigmenata i prijenos energije na druge molekule fotosintetskog sistema.
2. Fotohemijska. U ovoj fazi fotosinteze u zelenim ili ljubičastim bakterijama, rezultirajući naboji se odvajaju i elektroni se prenose duž lanca koji završava formiranjem ATP-a i NADP-a.
3. Hemijski. Dešava se bez svetla. Uključuje biohemijske procese sinteze organskih supstanci u ljubičastim, zelenim i cijanobakterijama koristeći energiju akumuliranu u prethodnim fazama. Na primjer, to su procesi poput Calvinovog ciklusa, glukogeneze, koji kulminiraju stvaranjem šećera i škroba.

Pigmenti

Bakterijska fotosinteza ima niz karakteristika. Na primjer, klorofili su u ovom slučaju sami, posebni (iako je za neke utvrđeno da imaju pigmente slične onima koji djeluju u zelenim biljkama).

Klorofili, koji učestvuju u fotosintezi u zelenim i ljubičastim bakterijama, po strukturi su slični onima koji se nalaze u biljkama. Najčešći hlorofili su A1, C i D, takođe se nalaze AG, A, B. Glavni okvir ovih pigmenata ima istu strukturu, razlike leže u bočnim granama.

Sa stanovišta fizičkih svojstava, hlorofili biljaka, ljubičaste, zelene i cijanobakterije su amorfne supstance, visoko rastvorljive u alkoholu, etil eteru, benzenu i nerastvorljive u vodi. Imaju dva maksimuma apsorpcije (jedan u crvenom, a drugi u plavom dijelu spektra) i pružaju maksimalnu efikasnost fotosinteze kod običnih bakterija i cijanobakterija.

Molekul hlorofila se sastoji od dva dela. Magnezijum porfirinski prsten formira hidrofilnu ploču postavljenu na površini membrane, a fitol se nalazi pod uglom u odnosu na ovu ravninu. Formira hidrofobni pol i uronjen je u membranu.

Pronađene su i plavo-zelene alge fikocijanobilini- žuti pigmenti koji omogućavaju molekulima cijanobakterija da apsorbuju svjetlost koju ne koriste zeleni mikroorganizmi i biljni hloroplasti. Zato su njihovi maksimumi apsorpcije u zelenom, žutom i narandžastom dijelu spektra.

Sve vrste ljubičastih, zelenih i cijanobakterija sadrže i žute pigmente - karotenoide. Njihov sastav je jedinstven za svaku vrstu prokariota, a vrhovi apsorpcije svjetlosti su u plavom i ljubičastom dijelu spektra. Oni omogućavaju bakterijama da fotosintezuju pomoću svjetlosti srednje dužine, što poboljšava njihovu produktivnost, mogu biti kanali za prijenos elektrona, a također štite ćeliju od uništenja aktivnim kisikom. Osim toga, obezbjeđuju fototaksiju - kretanje bakterija prema izvoru svjetlosti.

Radim kao veterinar. Zanimaju me balski ples, sport i joga. Dajem prioritet ličnom razvoju i ovladavanju duhovnim praksama. Omiljene teme: veterina, biologija, građevinarstvo, popravke, putovanja. Tabui: pravo, politika, IT tehnologije i kompjuterske igrice.

Cijanobakterije - pronalazači fotosinteze kiseonikom i kreatori Zemljine atmosfere kiseonika - ispostavilo se da su još svestranije "biohemijske fabrike" nego što se ranije mislilo. Pokazalo se da oni mogu kombinirati fotosintezu i atmosfersku fiksaciju dušika u istoj ćeliji - procese koji su se ranije smatrali nekompatibilnim.

Cijanobakterije, ili modrozelene alge kako su ih nekada zvali, odigrale su ključnu ulogu u evoluciji biosfere. Upravo su oni izmislili najefikasniji tip fotosinteze - fotosintezu kiseonika, koja se javlja oslobađanjem kiseonika. Starija anoksigena fotosinteza, koja se javlja oslobađanjem sumpora ili sulfata, može se desiti samo u prisustvu redukovanih sumpornih jedinjenja (kao što je sumporovodik), supstanci koje su prilično retke. Stoga anoksigena fotosinteza nije mogla osigurati proizvodnju organske tvari u količini potrebnoj za razvoj različitih heterotrofa (konzumenata organske tvari), uključujući životinje.

Cijanobakterije su naučile da koriste običnu vodu umjesto sumporovodika, što im je omogućilo široku rasprostranjenost i ogromnu biomasu. Nusprodukt njihove aktivnosti bilo je zasićenje atmosfere kiseonikom. Bez cijanobakterija ne bi bilo biljaka, jer je biljna ćelija rezultat simbioze nefotosintetskog jednoćelijskog organizma sa cijanobakterijama. Sve biljke provode fotosintezu uz pomoć posebnih organela - plastida, koji nisu ništa drugo do simbiotske cijanobakterije. I još nije jasno ko je glavni u ovoj simbiozi. Neki biolozi kažu, koristeći metaforički jezik, da su biljke samo zgodne „kuće“ za život cijanobakterija.

Cijanobakterije ne samo da su stvorile biosferu “modernog tipa”, već je i danas održavaju, proizvodeći kisik i sintetizirajući organsku tvar iz ugljičnog dioksida. Ali to ne iscrpljuje opseg njihovih odgovornosti u globalnom ciklusu biosfere. Cijanobakterije su jedna od rijetkih živih bića koja su sposobna fiksirati atmosferski dušik, pretvarajući ga u oblik dostupan svim živim bićima. Fiksacija dušika je apsolutno neophodna za postojanje zemaljskog života, a mogu je provesti samo bakterije, i to ne sve.

Glavni problem sa kojim se suočavaju cijanobakterije koje fiksiraju azot je taj što ključni enzimi za fiksiranje azota, nitrogenaze, ne mogu da rade u prisustvu kiseonika, koji se oslobađa tokom fotosinteze. Stoga su cijanobakterije koje fiksiraju dušik razvile podjelu funkcija između stanica. Ove vrste cijanobakterija formiraju filamentozne kolonije u kojima se neke stanice bave samo fotosintezom i ne fiksiraju dušik, dok druge - "heterociste" prekrivene gustom ljuskom - ne fotosintetiziraju i bave se samo fiksacijom dušika. Ove dvije vrste ćelija prirodno razmjenjuju svoje proizvode (organska i dušikova jedinjenja) jedna s drugom.

Do nedavno se vjerovalo da je nemoguće kombinirati fotosintezu i fiksaciju dušika u istoj ćeliji. Međutim, 30. januara, Arthur Grossman i njegove kolege iz (Vašington, SAD) izvijestili su o važnom otkriću koje pokazuje da su naučnici do sada u velikoj mjeri potcjenjivali metaboličke sposobnosti cijanobakterija. Ispostavilo se da cijanobakterije iz roda žive u toplim izvorima Synechococcus(primitivne, drevne, izuzetno rasprostranjene jednoćelijske cijanobakterije pripadaju ovom rodu) uspevaju da kombinuju oba procesa u svojoj jednoj ćeliji, razdvajajući ih u vremenu. Tokom dana vrše fotosintezu, a noću, kada koncentracija kisika u mikrobnoj zajednici (cijanobakterijskoj prostirci) naglo opadne, prelaze na fiksaciju dušika.

Otkriće američkih naučnika nije bilo potpuno iznenađenje. U genomima nekoliko varijeteta pročitano posljednjih godina Synechococcus otkriveni su geni za proteine ​​povezane sa fiksacijom dušika. Nedostajali su samo eksperimentalni dokazi da ovi geni zaista rade.

Fotosinteza je osnova cijelog života na našoj planeti. Ovaj proces, koji se odvija u kopnenim biljkama, algama i mnogim vrstama bakterija, određuje postojanje gotovo svih oblika života na Zemlji, pretvarajući tokove sunčeve svjetlosti u energiju hemijskih veza, koja se potom prenosi korak po korak do vrha brojnih lancima ishrane.

Najvjerojatnije je isti proces u jednom trenutku označio početak naglog povećanja parcijalnog tlaka kisika u Zemljinoj atmosferi i smanjenja udjela ugljičnog dioksida, što je u konačnici dovelo do procvata brojnih složenih organizama. I do sada, prema mnogim naučnicima, samo je fotosinteza u stanju da obuzda brzi napad CO 2 koji se emituje u vazduh kao rezultat svakodnevnog sagorevanja miliona tona različitih vrsta ugljikovodičnih goriva od strane ljudi.

Novo otkriće američkih naučnika tjera nas da iznova pogledamo proces fotosinteze

Tokom „normalne“ fotosinteze, ovaj vitalni gas se proizvodi kao „nusproizvod“. U normalnom načinu rada potrebne su fotosintetičke “tvornice” da vežu CO 2 i proizvode ugljikohidrate, koji kasnije djeluju kao izvor energije u mnogim intracelularnim procesima. Svjetlosna energija u ovim “fabrikama” se koristi za razgradnju molekula vode, pri čemu se oslobađaju elektroni neophodni za fiksiranje ugljičnog dioksida i ugljikohidrata. Tokom ove razgradnje oslobađa se i kiseonik O 2.

U novootkrivenom procesu, samo mali dio elektrona koji se oslobađa pri razgradnji vode koristi se za asimilaciju ugljičnog dioksida. Lavovski dio njih tokom obrnutog procesa odlazi na stvaranje molekula vode iz "svježe oslobođenog" kisika. U ovom slučaju, energija pretvorena tokom novootkrivenog procesa fotosinteze ne pohranjuje se u obliku ugljikohidrata, već se direktno isporučuje vitalnim intracelularnim potrošačima energije. Međutim, detaljan mehanizam ovog procesa i dalje ostaje misterija.

Izvana može izgledati da je takva modifikacija procesa fotosinteze gubljenje vremena i energije od Sunca. Teško je povjerovati da u živoj prirodi, gdje se tokom milijardi godina evolucijskih pokušaja i grešaka svaki mali detalj pokazao kao izuzetno efikasan, može postojati proces tako niske efikasnosti.

Ipak, ova opcija vam omogućava da zaštitite složeni i krhki fotosintetski aparat od pretjeranog izlaganja sunčevoj svjetlosti.

Činjenica je da se proces fotosinteze u bakterijama ne može jednostavno zaustaviti u nedostatku potrebnih sastojaka u okolišu. Sve dok su mikroorganizmi izloženi sunčevom zračenju, prisiljeni su da pretvaraju svjetlosnu energiju u energiju kemijskih veza. U nedostatku potrebnih komponenti, fotosinteza može dovesti do stvaranja slobodnih radikala koji su destruktivni za cijelu ćeliju, te stoga cijanobakterije jednostavno ne mogu bez rezervne opcije za pretvaranje energije fotona iz vode u vodu.

Ovaj efekat smanjenog nivoa konverzije CO 2 u ugljene hidrate i smanjenog oslobađanja molekularnog kiseonika već je uočen u nizu nedavnih studija u prirodnim uslovima Atlantskog i Tihog okeana. Kako se ispostavilo, niski nivoi nutrijenata i iona gvožđa primećeni su u skoro polovini njihovih vodenih površina. dakle,

Otprilike polovina energije sunčeve svjetlosti koja stiže do stanovnika ovih voda pretvara se zaobilaženjem uobičajenog mehanizma apsorpcije ugljičnog dioksida i oslobađanja kisika.

To znači da je doprinos morskih autotrofa procesu apsorpcije CO 2 ranije bio značajno precijenjen.

Kao jedan od specijalista na Odsjeku za globalnu ekologiju Carnegie Instituta, Joe Bury, novo otkriće će značajno promijeniti naše razumijevanje procesa obrade sunčeve energije u ćelijama morskih mikroorganizama. Prema njegovim riječima, naučnici tek treba da otkriju mehanizam novog procesa, ali će nas već njegovo postojanje natjerati da drugačije pogledamo savremene procjene obima fotosintetske apsorpcije CO 2 u svjetskim vodama.

U nazivu odjela (od grč. cyanos – plava) odražava karakterističnu osobinu ovih algi – boju talusa, povezanu sa relativno visokim sadržajem plavog pigmenta fikocijanina. Cijanofiti obično imaju specifičnu plavo-zelenu boju. Međutim, njihova boja može uvelike varirati ovisno o kombinaciji pigmenata – biti gotovo zelena, maslinasta, žućkastozelena, crvena itd. Posljednjih godina se za plavo-zelene alge sve više koristi drugi naziv – „cijanobakterije“. Ovaj naziv bolje odražava dvije najvažnije karakteristike ovih organizama - prokariotsku prirodu ćelija i blisku vezu sa eubakterijama. S druge strane, tradicionalni naziv se odnosi na osobine kao što su sposobnost fotosinteze kisika i sličnost između strukture plavo-zelenih algi i strukture eukariotskih hloroplasta.

Poznato je oko 2 hiljade vrsta cijanofita, široko rasprostranjenih u morskim i slatkim vodama i u kopnenim staništima.

Cell plavo zelene alge prokariotski. Sastoji se od ćelijskih omotača (ćelijskog zida) i unutrašnjeg sadržaja – protoplasta, koji uključuje plazmalemu i citoplazmu sa različitim strukturama: fotosintetički aparat, nuklearni ekvivalent, ribozomi, granule itd. (Sl. 12).

Plavo-zelenim algama nedostaju organele okružene membranama: jezgra, hloroplasti itd., kao i nemembranske strukture: mikrotubule, centriole, mikrofilamenti.

Najkarakterističnije karakteristike stanične strukture plavo-zelenih algi su:

Odsustvo tipičnih jezgara okruženih nuklearnim membranama; DNK leži labavo u centru ćelije.

Lokalizacija fotosintetskih pigmenata u tilakoidima u odsustvu hloroplasta; tilakoidi sadrže hlorofil A.

Maskiranje zelenih hlorofila crvenim - fikoeritrinom i plavim pigmentima - fikocijaninom i alofikocijaninom.

DNK se nalazi u fibrilarnoj granularnoj nukleoplazmatskoj regiji i nije okružena membranom.

Rice. 12. Stanična struktura plavo-zelenih algi (prema: C.Hoek van den et al., 1995): A – Synechocystis; B – Prochloron; IN - Pseudoanabena; 1 – ćelijski zid; 2 – plazmalema; 3 – tilakoid; 4 – fikobilizom; 5 – gasne vezikule; 6 – karboksisom; 7 – DNK fibrile; 8 – granula cijanofikina; 9 – ribozomi; 10 – polisaharidni poklopac; 11 – hrpa tilakoida; 12 – otečeni tilakoid; 13 – pore; 14 – cijanofikin škrobne granule; 15 – lipidna kap; 16 – poprečna pregrada; 17 – mladi poprečni septum; 18 – invaginacija plazmaleme

Prisustvo krutih (nefleksibilnih) slojevitih ćelijskih membrana.

Formiranje u većini slučajeva sluzokože.

Prisutnost različitih inkluzija: plinske vakuole (obezbeđuju uzgonu), granule cijanofikina (fiksacija dušika), polifosfatna tijela (fiksacija fosfora).

opšte karakteristike

Jednoćelijske plavo-zelene alge karakterizira kokoidnost tip tijela . Kod višećelijskih jedinki nalazi se filamentozni (trihomalni). , rjeđe, heterotrihalni (heterotrihalni) oblik strukture talusa . Vrlo rijetko postoji određena tendencija ka lamelarnom ili volumetrijskom rasporedu ćelija. U filamentoznim kolonijama ne postoji plazmatska međuveza između stanica.

Mogu biti pričvršćeni ili nepovezani sa podlogom, nepokretni ili sposobni za klizanje. Međutim, flagele i cilije se nikada ne formiraju. Na kretanje cijanofita na različite načine utiče osvetljenje. Prvo, svjetlost određuje smjer kretanja. Kretanje prema izvoru svjetlosti naziva se “pozitivna fototaksija”, u suprotnom smjeru – “negativna fototaksija”. Drugo, intenzitet svjetlosti mijenja brzinu kretanja - "fotokineza". Treće, naglo povećanje ili smanjenje intenziteta svjetlosti brzo mijenja smjer kretanja - "fotofobija".

Stanice modrozelenih algi najčešće su sfernog, bačvastog ili elipsoidnog oblika, rjeđe izdužene do cilindrične i vretenaste, ravne ili savijene. Ponekad su ćelije kruškolikog oblika. Kod vezanih jednoćelijskih jedinki, a ponekad i kod jednoćelijskih cijanoida, često se opaža heteropolarnost ćelija. U tom slučaju se formiraju sluzave noge i diskovi kojima se pričvršćuju na podlogu.

Pojedinci vrlo često formiraju različite spojeve - kolonije pojedinaca, ponekad zauzimaju velike prostore i proizvode značajnu količinu sluzi, što često uočljivo utiče na oblik i opći izgled kolonija.

Jedinke Cyanophyta obično su mikroskopske, ali kolonijalne jedinke u brojnim vrstama mogu mjeriti centimetre.

Glavni pigmenti plavo-zelenih algi su hlorofil A, karotenoidi (karoten, ksantofil) i fikobiliproteini (alofikocijanin, fikocijanin, fikoeritrin). Potonji se nalaze u obliku posebnih struktura - fikobilizom, koji se nalaze na površini tilakoida.

Plavo-zelene alge su sposobne za različite vrste fotosinteze: oksigensku i anoksigenu. Oxygenic Fotosinteza je proces fiksiranja ugljičnog dioksida korištenjem vode kao donora elektrona, praćen oslobađanjem kisika. Javlja se u aerobnim uslovima. Anoksigeni fotosinteza je proces fiksiranja ugljičnog dioksida korištenjem sumporovodika ili sulfida kao donora elektrona, praćen oslobađanjem sumpora. Javlja se u anaerobnim uslovima. U hiperhalinim jezerima Izraela, gdje se zimi stvaraju visoko anaerobni uslovi, upotreba kombinacije oksigenske i anoksigene fotosinteze omogućava alge roda Oscilatorijum dominiraju jezerom tokom cijele godine. U uvjetima bez kisika, fotosinteza se događa u pijesku morske plimne zone uz oslobađanje sumpora ili tiosulfata. Mnogi cijanofiti na svjetlu u anaerobnim uvjetima mogu fiksirati ugljični dioksid pomoću vodika, ali ovaj proces se odvija malom brzinom i brzo se zaustavlja.

Plavo-zelene alge imaju nekoliko vrsta ishrane:

Obavezni fotoautotrofni. Mogu rasti samo na svjetlu na neorganskom izvoru ugljika.

Fakultativno hemoheterotrofno. Sposoban za heterotrofni rast u mraku koristeći organsku materiju i fototrofni rast na svjetlu.

Photoheterotrophic. Organska jedinjenja se koriste u svetlosti kao izvor ugljenika.

Miksotrofno. Organska jedinjenja se koriste kao dodatni izvor ugljenika. Oni su također sposobni za autotrofnu fiksaciju ugljičnog dioksida.

Proizvod fotosinteze cijanobakterija je cijanofikin skrob. Deponuje se u malim granulama koje se nalaze između tilakoida. Cijanobakterije su sposobne brzo apsorbirati i akumulirati dušik u obliku granula cijanofikina, obično smještenih u blizini poprečnih pregrada stanica. Fosfati u plavo-zelenim algama pohranjeni su u polifosfatnim granulama, a lipidi se pohranjuju u obliku kapljica u citoplazmi na periferiji ćelije.

Reprodukcija. Sve žive ćelije plavo-zelenih algi su sposobne za deobu. Podjela stanica metazoana i kolonijalnih predstavnika obično rezultira rastom. Podjela ćelije moguća je u jednoj, dvije, tri ili više ravni. Kod višećelijskih formi, tokom longitudinalne podjele, filamentozni oblici pojavljuju se u jednoj ravni, lamelarni u dvije, a kubični u tri ravni. Kada se jednoćelijske jedinke podijele, istovremeno se događa i reprodukcija. Jednoćelijski cijanofiti razmnožavaju se jednakom, ili rjeđe nejednakom, diobom. U tom slučaju, unutrašnji slojevi ćelijske membrane rastu unutar ćelije. U nekim slučajevima uočava se višestruka podjela sadržaja. Mitoza i mejoza su odsutne. Razmnožavanje jedinki je vegetativno, rjeđe aseksualno. Određeni broj predstavnika cijanobakterija formira spore u mirovanju (akinete) . Ne postoji tipičan seksualni proces.

Vegetativno razmnožavanje kod kokoidnih oblika, odvija se jednostavnom podjelom ćelije na dva u svim mogućim smjerovima, ovisno o nasumičnim utjecajima okoline. Kao rezultat, formiraju se dva jednaka, ali ne i ekvivalentna dijela, što dovodi do dva nova organizma. Podjela ćelije na dvije se odvija u jednoj ili više ravnina. U potonjem slučaju najčešće se formiraju kolonije.

Višestruka ćelijska dioba se događa kada je podjela ćelije i njenog nuklearnog regiona nekonzistentna. Kao rezultat povećane podjele “jezgra”, stanica postaje višejezgarna, tada se izoluju područja protoplazme oko “jezgra” i formiraju se mnoge izolirane embrionalne ćelije. Glavni faktori koji dovode do ponovljene i višestruke diobe ćelija cijanobakterija su prekomjerna ishrana, koja uzrokuje njen hipertrofirani rast, kao i promjene u fizičko-hemijskim uslovima postojanja. Hipertrofirani rast uzrokuje kašnjenje u sazrijevanju stanica, a zatim ponovljene ili višestruke diobe.

Jedan od načina vegetativnog razmnožavanja cijanofita je fragmentacija (dezintegracija) njihovih talija. Uzrok fragmentacije mogu biti mehanički faktori, smrt nekih ćelija ili prekid bliskih veza koje postoje između njih. Kod hormogonijumskih plavo-zelenih algi dolazi do fragmentacije raspadanjem niti na hormogonijumu usled odumiranja nekih ćelija trihoma - nekroidi. Svaki hormon sastoji se od 2-3 ili više stanica, koje uz pomoć sluzi koju luče izmiču iz vaginalne sluznice i oscilatornim pokretima se kreću u vodi ili uz podlogu. Svaki hormon može dovesti do novog pojedinca. Ako je grupa ćelija sličnih hormonu prekrivena debelom membranom, to se zove hormocista. Obavlja funkciju reprodukcije i toleriše nepovoljne uslove. Kod nekih vrsta, jednoćelijski fragmenti koji se nazivaju gonidije, koki ili planokoki odvajaju se od talusa. Gonidije zadržavaju mukoznu membranu; koke i planokoke nemaju jasne membrane. Kao i hormoni, sposobni su za aktivno kretanje.

Aseksualna reprodukcija provodi se pomoću posebnih ćelija koje nemaju zadebljane membrane: “egzospore” i “endospore”. Egzospore nastaju nejednakom diobom ćelije, kada jedna manja pupa iz matične ćelije.

Kada se pojave nepovoljni uslovi (sušenje, hladnoća, nedostatak hranljivih materija), nastaju cijanobakterije akinetes. Ove velike spore debelih zidova, mirne, ispunjene rezervnim produktima, služe da prežive ove nepovoljne uslove. Akineti mogu ostati održivi decenijama, na primjer, u jezerskim sedimentima u nedostatku kisika.

Taksonomija

Svi moderni oblici odjeljenja Cyanophuta mogu se grupisati u jednu, dvije ili tri klase. Ako prihvatimo ideju o 3 glavna puta evolucijskog razvoja plavo-zelenih algi od originalnih kokoidnih jednoćelijskih oblika, onda se možemo složiti sa identifikacijom tri klase unutar Cyanophyta: Chroococcophyceae - krookokne alge, Chamaesiphonophyceae - chamesiphon algaiocea -hormogonijske alge.

Klasa Hormogoniaceae–Hormogoniophyceae

(Nalozi Oscillatoryaceae, Nostocaceae, Stigonemus -

Oscillatoriales, Nostocales, Stigonematales)

Vrstu karakterizira trihalni oblik tjelesne građe jedinki, kao i sposobnost stvaranja hormona, tj. posebne fragmente niti sposobnih za aktivno voljno kretanje i klijanje u nove jedinke. Pojedinci su višećelijski, "jednostavni" ili kolonijalni (sa višećelijskim cijanoidima). Niti mogu biti razgranati ili nerazgranati, grananje može biti stvarno ili lažno. U pravom grananju dolazi do grananja trihoma. Kod lažnog grananja grana se samo vagina. Trihomi mogu biti jednoredni ili višeredni, nerazgranati ili razgranati, homocitni ili heterocitni. Homocitni trihomi se sastoje od sličnih ćelija koje nisu diferencirane po obliku i funkciji. Heterocitni trihomi se sastoje od ćelija koje su nejednake po obliku, funkciji i lokaciji. Stanice koje su po izgledu slične ćelijama homocitnih trihoma nazivaju se vegetativne; oštro drugačiji od njih - posebni. Potonji uključuju heterociste i akinete.

Ciklusi razvoja su često složeni, tokom kojih se uočava niz morfološki različitih faza. Osim toga, hormogonijske alge karakterizira multivarijantni razvoj.

Rod Oscilatorijum(Sl. 13, A). Ne postoji diferencijacija ćelija prema obliku, funkciji i lokalizaciji. Niti su nerazgranati, jednoredni, homocitni. Vagine su odsutne ili prisutne.

Rice. 13. Morfološka raznolikost modrozelenih algi (prema:): A – Oscilatorijum; B – Nostok; IN - Anabena; G - Lingbia; D – Rivularia; E – Gleocapsa; I - Chroococcus: 1 – opšti pogled, 2 – pogled sa malim uvećanjem, 4 – heterocista

Rod Nostok(Sl. 13, B). Ćelije se razlikuju po obliku i funkciji. Isključivo kolonijalni organizmi, sa dobro razvijenom sluzi koja utiče na oblik kolonija. Trihomi su heterocitni, jednoredni, nerazgranati, sa ili bez ovoja.

Rod Rivularia(Sl. 13, D). Talus u obliku nerazgranatih ili razgranatih filamenata, sa ili bez ovoja. Pojedinci su usamljeni ili formiraju spojeve. trihomi su heterocitni, asimetrični u zrelosti, sužavaju se od baze do vrha, često završavaju dlakom koja se sastoji od vakuoliziranih ćelija.

Rod Stigonema(Sl. 14, A). Ćelije se razlikuju po obliku i funkciji. Vrste roda karakterizira pravo bočno grananje. Trihomi su heterocitni, jednoredni ili višeserijski, formirajući pleksuse i snopove. Niti sa omotačem ili, rjeđe, bez njih. Nema jasnog dimorfizma grana. Glavne niti su obično puzajuće. U starim dijelovima filamenata ćelije su često u gleokapsoidnom stanju: udružene su u grupe i okružene razvijenom sluzokožom.

Rice. 14. Plavo-zelene alge Stygonema (prema: R.E. Lee, 1999; M.M. Gollerbach et al., 1953): A – Stigonema; B – Mastigocladus: 1 – heterocista, 2 – ovojnica

Rod Mastigocladus(Sl. 14, B). Talus ima složeno grananje i heterocitan je. Grananje istinito i netačno. Ćelije glavnih filamenata su manje-više sferične, ćelije grana su izdužene i cilindrične. Omoti niti su uski, jaki ili ljigavi. Heterociste su interkalarne, spore nisu poznate. Vrste iz roda su široko rasprostranjene u termalnim izvorima.

Klasa Chroococcus –Chroococcophyceae

Red– Chroococcales

Javljaju se kao jednoćelijske “jednostavne” jedinke ili češće formiraju mukozne kolonije. Kada se ćelije podijele u dvije ravni, pojavljuju se jednoslojne lamelarne kolonije. Podjela u tri ravni dovodi do formiranja kolonija u obliku kocke. Kada se ćelije dijele u više ravnina, stanice su nasumično smještene po cijeloj debljini sluzi, a oblik kolonija je različit. Kolonijalna sluz kombinuje jednostavne i složene cijanoide kolonija. Sluz može biti homogena ili diferencirana, u obliku mukoznih plikova koji se uzastopno ubacuju jedan u drugi (rod Gleocapsa) ili cijevi i vrpce (rođenje Voronikhinija, Gomfosferija). Sluz može biti bezbojna ili obojena u plavo-zelene, sivkaste, maslinaste, smeđe, crvenkaste, ljubičaste i crne tonove.

Ćelije su uglavnom sferne ili elipsoidne, rjeđe izdužene, ponekad različito savijene, cilindrične ili vretenaste, kod nekih vrsta jajaste, kruškolike ili srcolike. Krookokne alge karakterizira vegetativno razmnožavanje. Jednoćelijske jedinke dijele se na dva u jednoj, dvije, tri ili više ravnina. Kolonijalne jedinke razmnožavaju se dijeljenjem kolonija i formiranjem endogenih kolonija. Najčešće se razmnožavanje događa dijeljenjem kolonija. U okviru ove metode dolazi do fragmentacije kolonija, ili njihovog razbijanja na nekoliko dijelova, ili ponovnog povezivanja matične kolonije; i pupanje kolonija, odnosno formiranje izbočina na matičnoj koloniji koje se na kraju odvajaju od nje. Kolonijalne jedinke se također razmnožavaju koristeći regularne vegetativne ćelije i spore.

Rod Gleocapsa formira “jednostavne” ili složene kolonije (slika 13, E). Ćelije su sferne, elipsoidne, cilindrične. Svaka ćelija je prekrivena mukoznim omotačem. Tokom diobe zidovi majčinih ćelija su očuvani. Kolonije su okrugle ili kubične, sastoje se od sluzavih mjehurića koji su uzastopno uključeni jedan u drugi.

Rod mikrocistis - kolonije su sfernog ili nepravilnog oblika, sferne ćelije su uronjene u sluz i mogu se dijeliti u bilo kojem smjeru (Sl. 15). Ćelije mnogih vrsta sadrže plinske vakuole. Rod je rasprostranjen u slatkovodnom planktonu. Razvijajući se u masama, može uzrokovati pojavu algi u vodi. Neke vrste su toksične.

Rice. 15. Krookokne plavo-zelene alge Microcystis(nakon: M. M. Gollerbach et al., 1953.)

Klasa Hamesiphonaceae -Chamaesiphonophyceae

(Naručite Pleurocaps -Pleurocapsales)

Jednoćelijske, često diferencirane na bazu i vrh, i kolonijalne (sa jednoćelijskim cijanoidima), obično vezane za supstrat, jedinke. Karakteristično je stvaranje endospora (beocita). Ćelije različitih oblika, često sa dobro izraženom bezbojnom ili žućkastom ili smeđom sluznicom. Podjela ćelija se odvija u jednoj, dvije ili tri ravnine. Ćelije u kolonijama često su vrlo komprimirane i formiraju lažni parenhim, ponekad raspoređen u nekoliko slojeva. Mnoge vrste karakteriziraju formiranje relativno jasnih redova ćelija koje podsjećaju na niti. Ali ne postoji plazmatska veza između ćelija takvih "niti". „Konci“ puze po podlozi, zalaze dublje u nju ili se uzdižu iznad nje, a niti se često granaju.

Endospore (beociti) nastaju unutar matične ćelije (sporangijum), slične ili različite od običnih ćelija po veličini i obliku. Beociti se oslobađaju rupturom, lizanjem ljuske sporangijuma ili odbacivanjem dela zida sporangijuma kao kapice, za njihovo formiranje koristi se ceo sadržaj sporangijuma ili samo deo.

Rod Dermocarpa. Jedinke su jednoćelijske, diferencirane na bazu i vrh, pričvršćene za supstrat. Obično žive sami, u malim grupama. Obično se razmnožavaju beocitima.

Rice. 16. Plavo-zelene alge Chamesiphon Dermocarpa(nakon: M. M. Gollerbach et al., 1953.)

Ekologija i značaj

Plavo-zelene alge su sveprisutne. Mogu se naći kako u toplim izvorima i arteškim bunarima, tako i na površini snijega i vlažnih stijena, na površini i u debljini tla, u simbiozi sa drugim organizmima: protozoama, gljivama, morskim spužvama, ehiuridama, mahovinama, papratima. , golosemenice. Plavo-zelene vrste su česte u planktonu i bentosa stajaćih i sporo tekućih slatkih voda, u bočatim i slanim vodama. oni - važne komponente morskog fitoplanktona. Plavo-zelene alge igraju ključnu ulogu u okeanskim ekosistemima, gdje većina ukupne fotosintetske proizvodnje dolazi od pikoplanktona. Picoplankton sastoji se uglavnom od jednoćelijskih kokoidnih cijanofita. Procjenjuje se da 20% fotosintetske proizvodnje okeana dolazi od planktonskih plavo-zelenih algi. Bentos sadrži epifitske, epilitne i endolitske forme. Cijanobakterije obično imaju posebne pričvrsne organe u obliku tabana, stopala i sluzokože. Vrste plavo-zelenih algi, koje se pričvršćuju za podvodne objekte pomoću sluzi, također su u izobilju.

Cijanobakterije su tipični stanovnici toplih voda. Vegetiraju na temperaturama od 35-52°C, au nekim slučajevima i do 84°C i više, često sa povećanim sadržajem mineralnih soli ili organskih materija (jako zagađene tople otpadne vode iz fabrika, fabrika, elektrana ili nuklearnih elektrana) .

Dno hiperhalinih rezervoara ponekad je potpuno prekriveno plavo-zelenim algama, među kojima prevladavaju vrste rodova Phormidium, Oscillatoria, Spirulina itd. Plavo-zelene alge žive na kori drveća (vrste rodova Synechococcus, Afanotheke, Nostoc). Često se epifite na mahovinama, gdje se, na primjer, mogu uočiti crno-plavi pramenovi vrsta iz roda Schizotrix.

Predstavnici Cyanophyta najčešći su među algama koje žive na površini otkrivenih stijena. Cijanofiti i prateće bakterije formiraju "planinski ten" (kamenske filmove i kore) na kristalnim stijenama različitih planinskih lanaca. Izrasline algi su posebno obilne na površini vlažnih stijena. Formiraju filmove i izrasline raznih boja. Ovdje u pravilu žive vrste opremljene gustom sluznicom. Izrasline dolaze u različitim bojama: svijetlozelene, zlatne, smeđe, oker, ljubičaste ili tamno plavo-zelene, smeđe, gotovo crne, ovisno o vrsti koja ih formira. Tipovi rodova koji su posebno karakteristični za navodnjavane stijene su: Gleocapsa, Gleoteke, Hamesiphon, Calothrix, Tolipothrix, Scytonema.

Predstavnici Cyanophyta čine veliku većinu zemljišnih algi. Žive u dubokim i površinskim slojevima tla i otporni su na ultraljubičasto i radioaktivno zračenje. U tlima stepske zone Nostoc vulgare formira debele filmove tamnozelene ili, u sušnoj sezoni, škriljasto-crne kore na površini. Masovni razvoj mikroalgi uzrokuje ozelenjavanje padina jaruga, kraj puteva i obradivih tla.

Plavo-zelene alge su komponente steljke mnogih lišajeva i koegzistiraju s višim biljkama, na primjer, vodena paprat Azolla i druge. Kako simbiontištite svog partnera od jakog intenziteta svjetlosti, snabdijevaju ga organskim tvarima i obezbjeđuju jedinjenja dušika. Istovremeno, od domaćina dobijaju zaštitu od nepovoljnih vanjskih faktora, kao i organske tvari neophodne za rast. Obavezno je samo nekoliko simbiotskih asocijacija cijanofita s različitim organizmima. Većina cijanofita može samostalno rasti, iako lošije nego u simbiozi. Oni formiraju dvije vrste asocijacija s drugim organizmima - ekstracelularne: s gljivama i unutarćelijske: sa spužvama, dijatomejima itd.

Plavo-zelene alge su među najstarijim organizmima; njihovi fosilni ostaci i otpadni proizvodi pronađeni su u stijenama nastalim prije 3-3,5 milijardi godina, u arhejskoj eri. Vjeruje se da su se prvi ekosistemi na Zemlji (prekambrij) sastojali samo od prokariotskih organizama, uključujući cijanobakterije. Intenzivan razvoj cijanofita bio je od ogromnog značaja za razvoj života na Zemlji, i to ne samo zbog njihovog nakupljanja organske materije, već i zbog obogaćivanja primarne atmosfere kiseonikom. Plavo-zelene alge su takođe imale značajnu ulogu u stvaranje krečnjačkih stijena.

Fiksacija dušika. Zemljina atmosfera se sastoji od 78% dušika, ali sposobnost da ga fiksira ima samo prokariota, a među algama isključivo cijanofita. Plavo-zelene alge su jedinstveni organizmi koji su sposobni fiksirati i ugljični dioksid i atmosferski dušik. Kada je dušik fiksiran, oslobađaju se amonijak i vodonik. Ovaj proces se obično događa u posebnim ćelijama debelih zidova sa sluznim omotačima - heterocistama. Unutar heterocista se stvaraju uslovi sa niskim sadržajem kiseonika. Fiksacija azota se dešava brže danju nego noću, jer se tokom fotosinteze formira ATP neophodan za ovaj proces - adenozin trifosforna kiselina. Fiksirajući atmosferski dušik, plavo-zelene alge dobivaju dušik koji im je potreban za sintetizaciju svojih proteina i nastavak rasta. Ostale alge u potpunosti zavise od nitrata i amonijaka otopljenog u vodi.

Biološka fiksacija atmosferskog azota je jedan od važnih faktora povećanje plodnosti tla. Vodeću ulogu u ovom procesu imaju cijanofiti, koji za asimilaciju molekularnog dušika ne zahtijevaju gotovu organsku tvar, već je sami unose u tlo. Na primjer, za tla umjerene zone, godišnja proizvodnja plavo-zelenih algi koje fiksiraju dušik procjenjuje se na 20-577 kg/ha (suha težina). Samo heterocisti oblici cijanofita (vrste rodova Nostok, Anabena, Calothrix, Tolipothrix I Cylindrospermum).

Neki predstavnici plavo-zelenih algi jestivi su (Nostok, Spirulina). U posebnim biološkim ribnjacima, zajednice plavo-zelenih algi i bakterija koristi se za razgradnju i detoksikaciju herbicida. Neke cijanobakterije razlažu fenilkarbamatne herbicide u derivate anilina i hlora. Otpadne vode, pročišćene najnaprednijim metodama, i dalje ostaju toksične za vodene organizme. Samo algobakterijske zajednice, koje se koriste za tercijarni tretman otpadnih voda, omogućavaju dobijanje vode koja je u skladu sa GOST "Voda za piće".

"Cvjetanje" vode. Pod “cvjetanjem” vode podrazumijevamo intenzivan razvoj algi u vodenom stupcu, uslijed čega ona poprima različite boje, ovisno o boji i broju organizama koji uzrokuju “cvjetanje”. Masovni razvoj algi do tačke „cvjetanja“ vode je olakšan povećanjem eutrofikacije vodenih tijela, koja nastaje kako pod utjecajem prirodnih faktora (tiljadama i desetinama hiljada godina), tako i u velikoj mjeri. u većoj meri pod uticajem antropogenih faktora (tokom godina, desetinama godina). "Cvjetanje" vode se uočava kako u kontinentalnim rezervoarima (svježim, bočatim i slanim), tako iu morima i oceanima (uglavnom u priobalnim područjima). Crveno more je dobilo ime zbog obilnog razvoja plavo-zelenih algi u njemu. Oscillatoria erythraea. Slatkovodna tijela srednje Evrope u obliku lokve često su obojena crvenom bojom Haematococcus pluvialis. Od slatkovodnih vodnih tijela, cvjetanju su prije svega podložne velike ravničarske rijeke i njihovi rezervoari, kao i bare različite namjene, jezera i bare za hlađenje.

Umjerena vegetacija cijanofita ima pozitivan učinak na ekosistem akumulacije. Sa značajnim povećanjem biomase algi (do 500 g/m3 i više), počinje se pojavljivati ​​biološko zagađenje, zbog čega se kvaliteta vode značajno pogoršava. Konkretno, mijenja se njegova boja, pH, viskoznost, smanjuje se prozirnost, a mijenja se i spektralni sastav sunčevog zračenja koje prodire u vodeni stup kao rezultat raspršivanja i apsorpcije svjetlosnih zraka od strane algi. U vodi se pojavljuju toksični spojevi i velike količine organskih tvari koje služe kao leglo za bakterije, uključujući i one patogene. Voda obično poprima pljesniv, neprijatan miris. Pojavljuje se hipoksija ili nedostatak rastvorenog kiseonika; troši se na disanje algi i razgradnju mrtve organske tvari. Hipoksija dovodi do ljetne smrti vodenih organizama i usporava procese samopročišćavanja i mineralizacije organske tvari.

Među cijanofitima postoje patogene vrste (oko 30) koje uzrokuju bolesti i smrt grebenskih koralja; kada voda procvjeta, bolesti domaćih životinja i ljudi, masovna uginuća vodenih organizama, vodenih ptica i domaćih životinja, posebno u vrućim ljetnim mjesecima. Trovanje ljudi je mnogo rjeđe. Najugroženija su djeca i osobe s bolestima jetre i bubrega. Na osnovu načina djelovanja, cijanobakterijski toksini se dijele u 4 grupe: hepatotoksini, neurotoksini, citotoksini i dermatotoksini. Izazivaju trovanje hranom, alergije, konjuktivitis, oštećenje centralnog nervnog sistema itd. Po svom djelovanju cijanotoksini su nekoliko puta bolji od otrova kao što su kurare i botulin. Sprečavanje čistoće vodnih tijela podrazumijeva sprječavanje nakupljanja algi u blizini vodozahvata i odmorišta ili pojilišta domaćih životinja.

"Solarni reaktori" i alge. U posljednje vrijeme čovječanstvo se suočilo s akutnim problemom racionalnog korištenja prirodnih energetskih resursa i potrage za nekonvencionalnim izvorima energije. Takvi izvori uključuju sunčevu energiju sačuvanu u biljnoj biomasi (biokonzervacija sunčeve energije). Za razliku od nuklearne energije, ovaj izvor energije je apsolutno siguran; njeno korištenje ne narušava ekološku ravnotežu i ne dovodi do radioaktivnog ili termičkog zagađenja okoliša.

Najperspektivnije je korištenje plavo-zelenih algi za proizvodnju biogoriva metanizacijom biomase algi uzgojene u otpadnim vodama. Postrojenja za proizvodnju metana iz algi stvorena su u SAD-u i Japanu. Njihova produktivnost je 50 odnosno 80 t/ha (suha masa) godišnje, a 50-60 t suhe biomase algi može dati 74 hiljade kW/h električne energije.

Kontrolna pitanja

Navedite karakteristične karakteristike ćelijske strukture cijanobakterija.

Koji pigmenti i nutritivni tipovi su poznati kod cijanofita?

Kako se razmnožavaju plavo-zelene alge? Šta su hormogonijumi, egzospore, akineti?

Kojim grupama organizama su plavo-zelene alge najsličnije i kada su nastale?

Navedite karakteristične osobine i tipične predstavnike plavo-zelenih algi iz klase Chroococcal.

Navedite karakteristične osobine i tipične predstavnike plavo-zelenih algi iz klase Hormogonium.

Navedite karakteristične osobine i tipične predstavnike modrozelenih algi iz klase Chamesiphonaceae.

U kojim staništima se nalaze plavo-zelene alge? Njihovo značenje u prirodi.

Uloga cijanofita u biološkoj fiksaciji atmosferskog dušika.

Ekonomski značaj cijanofita. Procjena kvaliteta vode.

Šta su cvjetanje algi i cijanotoksini?

Plavo-zelene alge kao netradicionalni izvori energije.