Nei cianobatteri la fotosintesi avviene sui polisomi. I cianobatteri possono “cortocircuitare” il processo di fotosintesi

Tra gli organismi attualmente esistenti ci sono quelli la cui appartenenza è costantemente dibattuta. Questo accade con creature chiamate cianobatteri. Anche se non hanno nemmeno un nome esatto. Troppi sinonimi:

• alghe blu verdi;
• cianobionti;
• frantoi di ficocromo;
• cianea;
• alghe melmose e altri.

Quindi si scopre che i cianobatteri sono un organismo completamente piccolo, ma allo stesso tempo così complesso e contraddittorio che richiede un attento studio e considerazione della sua struttura al fine di determinarne l'esatta affiliazione tassonomica.

Storia dell'esistenza e della scoperta

A giudicare dai resti fossili, la storia dell'esistenza delle alghe blu-verdi risale a molto tempo fa, diversi milioni di anni fa. Tali conclusioni sono state rese possibili dagli studi dei paleontologi che hanno analizzato le rocce (sezioni delle stesse) di quei tempi lontani.

Sulla superficie dei campioni sono stati trovati cianobatteri, la cui struttura non era diversa da quella delle forme moderne. Ciò indica un alto grado di adattabilità di queste creature alle varie condizioni di vita, la loro estrema resistenza e sopravvivenza. È ovvio che nel corso di milioni di anni si sono verificati molti cambiamenti nella temperatura e nella composizione del gas del pianeta. Tuttavia, nulla ha influito sulla vitalità del ciano.

Nei tempi moderni, un cianobatterio è un organismo unicellulare scoperto contemporaneamente ad altre forme di cellule batteriche. Cioè Antonio Van Leeuwenhoek, Louis Pasteur e altri ricercatori nei secoli XVIII-XIX.

Successivamente furono sottoposti a studi più approfonditi, con lo sviluppo della microscopia elettronica e metodi e metodi di ricerca modernizzati. Sono state identificate le caratteristiche possedute dai cianobatteri. La struttura della cellula include una serie di nuove strutture non trovate in altre creature.

Classificazione

La questione della determinazione della loro affiliazione tassonomica rimane aperta. Finora si sa solo una cosa: i cianobatteri sono procarioti. Ciò è confermato da caratteristiche come:

• assenza di nucleo, mitocondri, cloroplasti;
• presenza di mureina nella parete cellulare;
• molecole di ribosomi S nella cellula.

Tuttavia, i cianobatteri sono procarioti e contano circa 1.500 mila specie. Tutti sono stati classificati e combinati in 5 grandi gruppi morfologici.

1. Croococco. Un gruppo abbastanza ampio che unisce forme solitarie o coloniali. Alte concentrazioni di organismi sono tenute insieme da un muco comune secreto dalla parete cellulare di ciascun individuo. In termini di forma, questo gruppo comprende strutture a forma di bastoncino e sferiche.
2. Pleurocapsaceae. Molto simile alle forme precedenti, tuttavia, appare una caratteristica sotto forma di formazione di beociti (su questo fenomeno parleremo più avanti). I cianobatteri qui inclusi appartengono a tre classi principali: Pleurocaps, Dermocaps, Myxosarcina.
3. Ossillatorio. La caratteristica principale di questo gruppo è che tutte le cellule sono unite in una struttura comune di muco chiamata tricoma. La divisione avviene senza andare oltre questo filo, all'interno. Gli oscillatori comprendono esclusivamente cellule vegetative che si dividono a metà asessualmente.
4. Nostocaceae. Interessanti per la loro criofilicità. Sono in grado di vivere in deserti ghiacciati aperti, formando su di essi rivestimenti colorati. Il cosiddetto fenomeno della “fioritura dei deserti di ghiaccio”. Le forme di questi organismi sono anche filamentose sotto forma di tricomi, ma la riproduzione è sessuale, con l'aiuto di cellule specializzate: le eterocisti. I seguenti rappresentanti possono essere inclusi qui: Anabens, Nostoks, Calothrix.
5. Stigonematodi. Molto simile al gruppo precedente. La differenza principale sta nel metodo di riproduzione: sono in grado di dividersi più volte all'interno di una cellula. Il rappresentante più popolare di questa associazione è Fisherella.

Pertanto i cianuri vengono classificati secondo criteri morfologici, poiché sul resto sorgono molte domande e si crea confusione. Botanici e microbiologi non sono ancora riusciti a trovare un denominatore comune nella tassonomia dei cianobatteri.

Habitat

A causa della presenza di adattamenti speciali (eterocisti, beociti, tilacoidi insoliti, vacuoli di gas, capacità di fissare l'azoto molecolare e altri), questi organismi si stabilirono ovunque. Sono in grado di sopravvivere anche nelle condizioni più estreme, in cui nessun organismo vivente può esistere. Ad esempio, sorgenti calde termofile, condizioni anaerobiche con atmosfera di idrogeno solforato, con un pH inferiore a 4.

I cianobatteri sono un organismo che sopravvive tranquillamente sulla sabbia marina e sugli affioramenti rocciosi, sui blocchi di ghiaccio e nei deserti caldi. Puoi riconoscere e determinare la presenza di cianuri dal caratteristico rivestimento colorato che formano le loro colonie. Il colore può variare dal blu-nero al rosa e al viola.

Sono chiamati blu-verdi perché spesso formano una pellicola di muco blu-verde sulla superficie della normale acqua dolce o salata. Questo fenomeno è chiamato “fioritura dell’acqua”. Può essere visto su quasi tutti i laghi che iniziano a diventare ricoperti di vegetazione e paludosi.

Caratteristiche della struttura cellulare

I cianobatteri hanno la struttura abituale degli organismi procarioti, ma presentano alcune peculiarità.

Lo schema generale della struttura cellulare è il seguente:

• parete cellulare costituita da polisaccaridi e mureina;
• struttura bililipidica;
• citoplasma con materiale genetico liberamente distribuito sotto forma di molecola di DNA;
• thillacoidi, che svolgono la funzione della fotosintesi e contengono pigmenti (clorofille, xantofille, carotenoidi).

Tipologie di strutture specializzate

Prima di tutto, queste sono eterocisti. Queste strutture non sono parti, ma le cellule stesse come parte di un tricoma (un filo coloniale comune unito dal muco). Se osservati al microscopio, differiscono nella loro composizione, poiché la loro funzione principale è la produzione di un enzima che consente la fissazione dell'azoto molecolare presente nell'aria. Pertanto, non ci sono praticamente pigmenti nelle eterocisti, ma c'è parecchio azoto.

In secondo luogo, queste sono ormogonie, aree strappate dal tricoma. Servire come siti di riproduzione.

I beociti sono cellule figlie uniche, derivate in massa da una cellula madre. A volte il loro numero raggiunge il migliaio in un periodo di divisione. I Dermocaps e altri Pleurocapsodium sono capaci di questa caratteristica.

Gli acineti sono cellule speciali che sono a riposo e incluse nei tricomi. Si distinguono per una parete cellulare più massiccia e ricca di polisaccaridi. Il loro ruolo è simile alle eterocisti.

Vacuoli gassosi: tutti i cianobatteri li hanno. La struttura della cellula implica inizialmente la loro presenza. Il loro ruolo è prendere parte ai processi di fioritura dell'acqua. Un altro nome per tali strutture è carbossisomi.

Esistono certamente nelle cellule vegetali, animali e batteriche. Tuttavia, nelle alghe blu-verdi queste inclusioni sono leggermente diverse. Questi includono:

• glicogeno;
• granuli di polifosfato;
• La cianoficina è una sostanza speciale composta da aspartato e arginina. Serve per l'accumulo di azoto, poiché queste inclusioni si trovano nelle eterocisti.

Questo è ciò che hanno i cianobatteri. Le parti principali, le cellule e gli organelli specializzati sono ciò che consente ai cianuri di effettuare la fotosintesi, ma allo stesso tempo essere classificati come batteri.

Riproduzione

Questo processo non è particolarmente difficile, poiché è identico a quello dei normali batteri. I cianobatteri possono dividere vegetativamente parti di tricomi, una cellula normale in due o eseguire il processo sessuale.

Spesso a questi processi partecipano cellule specializzate, eterocisti, acineti e beociti.

Metodi di trasporto

La cellula cianobatterica è ricoperta esternamente e talvolta anche da uno strato di uno speciale polisaccaride che può formare attorno ad essa una capsula di muco. È grazie a questa caratteristica che viene eseguito il movimento del ciano.

Non ci sono flagelli o escrescenze speciali. Il movimento può essere effettuato solo su una superficie dura con l'aiuto del muco, con brevi contrazioni. Alcuni Oscillatori hanno un modo di muoversi molto insolito: ruotano attorno al proprio asse e contemporaneamente provocano la rotazione dell'intero tricoma. Ecco come avviene il movimento sulla superficie.

Capacità di fissazione dell'azoto

Quasi tutti i cianobatteri hanno questa caratteristica. Ciò è possibile grazie alla presenza dell'enzima nitratosi, che è in grado di fissare l'azoto molecolare e convertirlo in una forma di composti digeribile. Ciò accade nelle strutture eterocistiche. Di conseguenza, le specie che ne sono sprovviste non sono in grado di uscire dal nulla.

In generale, questo processo rende i cianobatteri creature molto importanti per la vita vegetale. Stabilendosi nel terreno, i cianuri aiutano i rappresentanti della flora ad assorbire l'azoto legato e a condurre una vita normale.

Specie anaerobiche

Alcune forme di alghe blu-verdi (ad esempio Oscillatoria) sono in grado di vivere in condizioni completamente anaerobiche e in un'atmosfera di idrogeno solforato. In questo caso, il composto viene elaborato all'interno del corpo e, di conseguenza, si forma zolfo molecolare che viene rilasciato nell'ambiente.

I batteri sono comparsi sulla Terra circa tre miliardi e mezzo di anni fa e per un miliardo di anni sono stati l’unica forma di vita sul nostro pianeta. La loro struttura è una delle più primitive, tuttavia ci sono specie che presentano numerosi miglioramenti significativi nella loro struttura. Ad esempio, la fotosintesi dei batteri, detti anche alghe blu-verdi, è simile a quella delle piante superiori. I funghi non sono capaci di fotosintesi.

I più semplici nella struttura sono quei batteri che popolano le sorgenti termali contenenti idrogeno solforato e i sedimenti di limo sul fondo profondo. L'apice dell'evoluzione è considerata la comparsa delle alghe blu-verdi o cianobatteri.

La questione di quali procarioti siano capaci di sintesi è stata a lungo studiata dai biochimici. Sono stati loro a scoprire che alcuni di loro sono capaci di nutrirsi autonomamente. La fotosintesi nei batteri è simile a quella che avviene nelle piante, ma presenta numerose caratteristiche.

I procarioti autotrofi sono capaci di nutrirsi attraverso la fotosintesi, poiché contengono le strutture necessarie per questo. La fotosintesi di tali batteri è un'abilità che fornisce la possibilità dell'esistenza di moderni eterotrofi, come funghi, animali e microrganismi.

È interessante notare che la sintesi nei procarioti autotrofi avviene in un intervallo di lunghezze d'onda più lungo rispetto alle piante. I batteri verdi sono in grado di sintetizzare sostanze organiche assorbendo la luce con una lunghezza d'onda fino a 850 nm; nei batteri viola, contenenti batterioclorofilla A, ciò avviene con una lunghezza d'onda fino a 900 nm, e in quelli contenenti battericlorofilla B, fino a 1100 nm. . Se analizziamo l'assorbimento della luce in vivo, si scopre che ci sono diversi picchi e si trovano nella regione dell'infrarosso dello spettro. Questa caratteristica dei batteri verdi e viola consente loro di esistere in condizioni di presenza solo di raggi infrarossi invisibili.

Uno dei tipi insoliti di nutrizione autotrofa è la chemiosintesi. Si tratta di un processo in cui l'organismo riceve energia per la formazione di sostanze organiche dalla trasformazione ossidativa di composti inorganici. La foto e la chemiosintesi nei batteri autotrofi sono simili in quanto l'energia della reazione di ossidazione chimica viene prima accumulata sotto forma di ATP e solo successivamente trasferita al processo di assimilazione. Le specie la cui attività vitale è assicurata dalla chemiosintesi includono quanto segue:

1. Batteri del ferro. Esistono a causa dell'ossidazione del ferro.
2. Nitrificante. La chemiosintesi di questi microrganismi è sintonizzata per elaborare l'ammoniaca. Molti sono simbionti vegetali.
3. Batteri solforati e tionobatteri. Trattare i composti dello zolfo.
4. Batteri idrogeno la cui chemiosintesi consente loro di ossidare l'idrogeno molecolare ad alte temperature.

I batteri, la cui nutrizione è fornita dalla chemiosintesi, non sono capaci di fotosintesi perché non possono utilizzare la luce solare come fonte di energia.

Alghe blu-verdi: l'apice dell'evoluzione batterica

La fotosintesi dei cianuri avviene allo stesso modo delle piante, il che li distingue dagli altri procarioti, così come dai funghi, elevandoli al più alto grado di sviluppo evolutivo. Sono fototrofi obbligati, poiché non possono esistere senza luce. Tuttavia, alcuni hanno la capacità di fissare l'azoto e formare simbiosi con piante superiori (come alcuni funghi), pur mantenendo la capacità di fotosintesi. Recentemente è stato scoperto che questi procarioti hanno tilacoidi separati dalle pieghe della parete cellulare, come negli eucarioti, il che rende possibile trarre conclusioni sulla direzione dell'evoluzione dei sistemi fotosintetici.

Altri simbionti noti dei cianuri sono i funghi. Per sopravvivere insieme in condizioni climatiche difficili, entrano in una relazione simbiotica. I funghi in questa coppia svolgono il ruolo di radici, ricevendo sali minerali e acqua dall'ambiente esterno, e le alghe svolgono la fotosintesi, fornendo sostanze organiche. In tali condizioni le alghe e i funghi che compongono i licheni non potrebbero sopravvivere separatamente. Oltre ai simbionti come i funghi, i ciano hanno amici anche tra le spugne.

Un po' di fotosintesi

La fotosintesi nelle piante verdi e nei procarioti è la base della vita organica sul nostro pianeta. Questo è il processo di formazione degli zuccheri dall'acqua e dall'anidride carbonica, che avviene con l'ausilio di pigmenti speciali. È grazie a loro che i batteri le cui colonie sono colorate sono capaci di fotosintesi. L'ossigeno liberato, senza il quale gli animali non possono esistere, è un sottoprodotto di questo processo. Tutti i funghi e molti procarioti non sono in grado di sintetizzarsi, perché durante il processo di evoluzione non sono stati in grado di acquisire i pigmenti necessari a tal fine.

Nelle piante la fotosintesi avviene nei cloroplasti. Nelle cellule verdi, viola e cianobatteriche, anche i pigmenti sono attaccati alla membrana. Cioè, la sintesi dei procarioti avviene anche in vescicole speciali chiamate tilacoidi. Qui si trovano anche sistemi che trasferiscono elettroni ed enzimi.

Confrontando la fotosintesi dei procarioti e delle piante superiori, alcuni scienziati sono giunti alla conclusione che i cloroplasti vegetali non sono altro che discendenti di batteri verdi. Si tratta di simbionti che si sono adattati alla vita all'interno di eucarioti più sviluppati (le cellule di tali organismi, a differenza di quelle batteriche, hanno un vero e proprio nucleo).

Esistono due tipi di fotosintesi: ossigenata e anossigenica. Il primo è più comune nelle piante, nei cianobatteri e nelle proclorofite. Il secondo si presenta in viola, alcuni verdi ed eliobatteri.

Sintesi anossigenica

Si verifica senza rilasciare ossigeno nell'ambiente. È caratteristico dei batteri verdi e viola, che sono reliquie peculiari sopravvissute fino ad oggi dai tempi antichi. La fotosintesi di tutti i batteri viola ha una caratteristica. Non possono utilizzare l'acqua come donatore di idrogeno (questo è più tipico per le piante) e necessitano di sostanze con gradi di riduzione più elevati (sostanze organiche, idrogeno solforato o idrogeno molecolare). La sintesi fornisce nutrimento ai batteri verdi e viola e consente loro di colonizzare corpi di acqua dolce e salata.

Sintesi dell'ossigeno

Si verifica con il rilascio di ossigeno. È caratteristico dei cianobatteri. In questi microrganismi, il processo è simile alla fotosintesi nelle piante. I pigmenti dei cianobatteri includono la clorofilla A, le ficobiline e i carotenoidi.

Fasi della fotosintesi

La sintesi avviene in tre fasi.

1. Fotofisico. La luce viene assorbita con l'eccitazione dei pigmenti e il trasferimento di energia ad altre molecole del sistema fotosintetico.
2. Fotochimico. In questa fase della fotosintesi nei batteri verdi o viola, le cariche risultanti vengono separate e gli elettroni vengono trasferiti lungo una catena che termina con la formazione di ATP e NADP.
3. Chimico. Succede senza luce. Comprende i processi biochimici di sintesi delle sostanze organiche in viola, verde e cianobatteri utilizzando l'energia accumulata nelle fasi precedenti. Si tratta, ad esempio, di processi come il ciclo di Calvin, la glucogenesi, che culmina nella formazione di zuccheri e amido.

Pigmenti

La fotosintesi batterica ha una serie di caratteristiche. Ad esempio, le clorofille in questo caso sono loro, speciali (anche se è stato scoperto che alcune hanno anche pigmenti simili a quelli che funzionano nelle piante verdi).

Le clorofille, che partecipano alla fotosintesi dei batteri verdi e viola, hanno una struttura simile a quelle presenti nelle piante. Le clorofille più comuni sono A1, C e D, si trovano anche AG, A, B. La struttura principale di questi pigmenti ha la stessa struttura, le differenze risiedono nei rami laterali.

Dal punto di vista delle proprietà fisiche, le clorofille delle piante, viola, verdi e cianobatteri sono sostanze amorfe, altamente solubili in alcool, etere etilico, benzene e insolubili in acqua. Hanno due massimi di assorbimento (uno nelle regioni rosse e l'altro nelle regioni blu dello spettro) e forniscono la massima efficienza della fotosintesi nei batteri comuni e nei cianobatteri.

La molecola di clorofilla è composta da due parti. L'anello di porfirina di magnesio forma una placca idrofila posta sulla superficie della membrana e il fitolo si trova ad angolo rispetto a questo piano. Forma un polo idrofobo ed è immerso nella membrana.

Sono state rinvenute anche alghe blu-verdi ficocianobiline- pigmenti gialli che permettono alle molecole cianobatteriche di assorbire la luce che non viene utilizzata dai microrganismi verdi e dai cloroplasti vegetali. Ecco perché i loro massimi di assorbimento si trovano nelle parti verde, gialla e arancione dello spettro.

Tutti i tipi di viola, verde e cianobatteri contengono anche pigmenti gialli: i carotenoidi. La loro composizione è unica per ogni tipo di procariota e i picchi di assorbimento della luce si trovano nelle parti blu e viola dello spettro. Consentono ai batteri di fotosintetizzare utilizzando la luce di lunghezza intermedia, il che migliora la loro produttività, possono essere canali per il trasferimento di elettroni e proteggono anche la cellula dalla distruzione da parte dell'ossigeno attivo. Inoltre, forniscono fototassi, ovvero il movimento dei batteri verso una fonte di luce.

Lavoro come medico veterinario. Mi interessa il ballo liscio, lo sport e lo yoga. Dò la priorità allo sviluppo personale e alla padronanza delle pratiche spirituali. Argomenti preferiti: medicina veterinaria, biologia, edilizia, riparazioni, viaggi. Tabù: diritto, politica, tecnologie informatiche e giochi per computer.

I cianobatteri - gli inventori della fotosintesi ossigenata e i creatori dell'atmosfera terrestre di ossigeno - si sono rivelati "fabbriche biochimiche" ancora più versatili di quanto si pensasse in precedenza. Si è scoperto che possono combinare la fotosintesi e la fissazione dell'azoto atmosferico nella stessa cellula, processi precedentemente considerati incompatibili.

I cianobatteri, o alghe blu-verdi come venivano chiamate un tempo, hanno svolto un ruolo chiave nell’evoluzione della biosfera. Sono stati loro a inventare il tipo più efficace di fotosintesi: la fotosintesi ossigenata, che avviene con il rilascio di ossigeno. La fotosintesi anossigenica più antica, che avviene con liberazione di zolfo o solfati, può avvenire solo in presenza di composti solforati ridotti (come l'idrogeno solforato), sostanze piuttosto scarse. Pertanto, la fotosintesi anossigenica non potrebbe garantire la produzione di materia organica nella quantità necessaria per lo sviluppo di vari eterotrofi (consumatori di materia organica), compresi gli animali.

I cianobatteri hanno imparato a usare l'acqua normale invece dell'idrogeno solforato, il che ha fornito loro una distribuzione capillare e un'enorme biomassa. Un sottoprodotto della loro attività era la saturazione dell'atmosfera con l'ossigeno. Senza i cianobatteri non esisterebbero le piante, perché una cellula vegetale è il risultato della simbiosi di un organismo unicellulare non fotosintetico con i cianobatteri. Tutte le piante effettuano la fotosintesi con l'aiuto di speciali organelli: i plastidi, che non sono altro che cianobatteri simbiotici. E non è ancora chiaro chi sia il responsabile di questa simbiosi. Alcuni biologi affermano, usando un linguaggio metaforico, che le piante sono semplicemente “case” convenienti in cui i cianobatteri possono vivere.

I cianobatteri non solo hanno creato la biosfera di “tipo moderno”, ma fino ad oggi continuano a mantenerla, producendo ossigeno e sintetizzando materia organica dal biossido di carbonio. Ma questo non esaurisce la gamma delle loro responsabilità nel ciclo globale della biosfera. I cianobatteri sono uno dei pochi esseri viventi in grado di fissare l'azoto atmosferico, convertendolo in una forma accessibile a tutti gli esseri viventi. La fissazione dell'azoto è assolutamente necessaria per l'esistenza della vita terrena e solo i batteri, e non tutti, possono realizzarla.

Il problema principale che devono affrontare i cianobatteri che fissano l’azoto è che i principali enzimi che fissano l’azoto, le azotosi, non possono funzionare in presenza di ossigeno, che viene rilasciato durante la fotosintesi. Pertanto, i cianobatteri che fissano l'azoto hanno sviluppato una divisione delle funzioni tra le cellule. Questi tipi di cianobatteri formano colonie filamentose in cui alcune cellule si impegnano solo nella fotosintesi e non fissano l'azoto, mentre altre - "eterocisti" ricoperte da un guscio denso - non fotosintetizzano e si occupano solo della fissazione dell'azoto. Questi due tipi di cellule scambiano naturalmente tra loro i loro prodotti (sostanze organiche e composti azotati).

Fino a poco tempo fa si credeva che fosse impossibile combinare la fotosintesi e la fissazione dell’azoto nella stessa cellula. Tuttavia, il 30 gennaio Arthur Grossman e i suoi colleghi di Washington, USA, hanno riferito un'importante scoperta che dimostra che gli scienziati avevano finora ampiamente sottovalutato le capacità metaboliche dei cianobatteri. Si è scoperto che i cianobatteri del genere vivono nelle sorgenti termali Sinecococco(a questo genere appartengono cianobatteri unicellulari primitivi, antichi, estremamente diffusi) riescono a combinare entrambi i processi nella loro unica cellula, separandoli nel tempo. Durante il giorno fotosintetizzano e di notte, quando la concentrazione di ossigeno nella comunità microbica (tappetino cianobatterico) diminuisce drasticamente, passano alla fissazione dell'azoto.

La scoperta degli scienziati americani non è stata una sorpresa completa. Nei genomi di diverse varietà letti negli ultimi anni Sinecococco sono stati scoperti i geni per le proteine ​​associate alla fissazione dell'azoto. Tutto ciò che mancava era la prova sperimentale che questi geni funzionassero effettivamente.

La fotosintesi è alla base di tutta la vita sul nostro pianeta. Questo processo, che avviene nelle piante terrestri, nelle alghe e in molti tipi di batteri, determina l'esistenza di quasi tutte le forme di vita sulla Terra, convertendo i flussi di luce solare nell'energia dei legami chimici, che viene poi trasmessa passo dopo passo alla sommità di numerosi catene alimentari.

Molto probabilmente, lo stesso processo un tempo segnò l'inizio di un forte aumento della pressione parziale dell'ossigeno nell'atmosfera terrestre e una diminuzione della proporzione di anidride carbonica, che alla fine portò alla fioritura di numerosi organismi complessi. E fino ad ora, secondo molti scienziati, solo la fotosintesi è in grado di contenere il rapido assalto di CO 2 emesso nell'aria a seguito della combustione quotidiana di milioni di tonnellate di vari tipi di idrocarburi da parte dell'uomo.

Una nuova scoperta di scienziati americani ci costringe a dare uno sguardo nuovo al processo fotosintetico

Durante la fotosintesi “normale”, questo gas vitale viene prodotto come “sottoprodotto”. In modalità normale, sono necessarie “fabbriche” fotosintetiche per legare la CO 2 e produrre carboidrati, che successivamente agiscono come fonte di energia in molti processi intracellulari. L'energia luminosa in queste “fabbriche” viene utilizzata per decomporre le molecole d'acqua, durante le quali vengono rilasciati gli elettroni necessari per fissare l'anidride carbonica e i carboidrati. Durante questa decomposizione viene rilasciato anche ossigeno O 2.

Nel processo appena scoperto, solo una piccola parte degli elettroni rilasciati durante la decomposizione dell'acqua viene utilizzata per assimilare l'anidride carbonica. La parte del leone nel processo inverso va alla formazione di molecole d'acqua dall'ossigeno “appena rilasciato”. In questo caso, l'energia convertita durante il processo fotosintetico appena scoperto non viene immagazzinata sotto forma di carboidrati, ma viene fornita direttamente ai consumatori di energia vitale intracellulare. Tuttavia, il meccanismo dettagliato di questo processo rimane ancora un mistero.

Dall'esterno può sembrare che una tale modifica del processo fotosintetico sia una perdita di tempo ed energia da parte del Sole. È difficile credere che nella natura vivente, dove nel corso di miliardi di anni di tentativi ed errori evolutivi ogni piccolo dettaglio si è rivelato estremamente efficiente, possa esistere un processo con un’efficienza così bassa.

Tuttavia, questa opzione consente di proteggere il complesso e fragile apparato fotosintetico dall'eccessiva esposizione alla luce solare.

Il fatto è che il processo fotosintetico nei batteri non può essere semplicemente interrotto in assenza degli ingredienti necessari nell'ambiente. Finché i microrganismi sono esposti alla radiazione solare, sono costretti a convertire l’energia luminosa in energia dei legami chimici. In assenza dei componenti necessari, la fotosintesi può portare alla formazione di radicali liberi distruttivi per l'intera cellula, e quindi i cianobatteri semplicemente non possono fare a meno di un'opzione di backup per convertire l'energia fotonica dall'acqua all'acqua.

Questo effetto di un ridotto livello di conversione della CO 2 in carboidrati e di un ridotto rilascio di ossigeno molecolare è già stato osservato in una serie di studi recenti nelle condizioni naturali degli oceani Atlantico e Pacifico. Come si è scoperto, in quasi la metà delle loro acque si osservano bassi livelli di nutrienti e ioni ferro. Quindi,

Circa la metà dell'energia solare che raggiunge gli abitanti di queste acque viene convertita aggirando il consueto meccanismo di assorbimento dell'anidride carbonica e rilascio di ossigeno.

Ciò significa che il contributo degli autotrofi marini al processo di assorbimento della CO 2 era precedentemente significativamente sovrastimato.

Come uno degli specialisti del Dipartimento di Ecologia Globale della Carnegie Institution, Joe Bury, la nuova scoperta cambierà in modo significativo la nostra comprensione dei processi di elaborazione dell'energia solare nelle cellule dei microrganismi marini. Secondo lui, gli scienziati devono ancora scoprire il meccanismo del nuovo processo, ma già la sua esistenza ci costringerà a dare uno sguardo diverso alle stime moderne della scala di assorbimento fotosintetico della CO 2 nelle acque del mondo.

Nel nome del dipartimento (dal greco. ciano – blu) riflette una caratteristica di queste alghe – il colore del tallo, associato ad un contenuto relativamente elevato del pigmento blu ficocianina. Le cianofite di solito hanno uno specifico colore blu-verde. Tuttavia, il loro colore può variare notevolmente a seconda della combinazione di pigmenti: essere quasi verde, oliva, verde-giallastro, rosso, ecc. Negli ultimi anni, per le alghe blu-verdi viene sempre più utilizzato un altro nome: "cianobatteri". Questo nome riflette meglio le due caratteristiche più importanti di questi organismi: la natura procariotica delle cellule e la stretta relazione con gli eubatteri. D'altra parte, il nome tradizionale si riferisce a caratteristiche come la capacità di fotosintesi ossigenata e la somiglianza tra la struttura delle alghe blu-verdi e la struttura dei cloroplasti eucariotici.

Si conoscono circa 2mila specie di cianofite, ampiamente distribuite nelle acque marine e dolci e negli habitat terrestri.

Cellula alghe blu verdi procariotico. È costituito da coperture cellulari (parete cellulare) e contenuto interno - protoplasto, che comprende plasmalemma e citoplasma con varie strutture: apparato fotosintetico, equivalente nucleare, ribosomi, granuli, ecc. (Fig. 12).

Le alghe blu-verdi sono prive di organelli circondati da membrane: nucleo, cloroplasti, ecc., nonché di strutture non di membrana: microtubuli, centrioli, microfilamenti.

Le caratteristiche più caratteristiche della struttura cellulare delle alghe blu-verdi sono:

Assenza di nuclei tipici circondati da membrane nucleari; Il DNA giace libero al centro della cellula.

Localizzazione dei pigmenti fotosintetici nei tilacoidi in assenza di cloroplasti; i tilacoidi contengono clorofilla UN.

Mascheramento delle clorofille verdi con pigmenti rossi - ficoeritrina e blu - ficocianina e alloficocianina.

Il DNA si trova nella regione nucleoplasmatica granulare fibrillare e non è circondato da una membrana.

Riso. 12. Struttura cellulare delle alghe blu-verdi (secondo: C.Hoek van den et al., 1995): A – Sinecocisti; B - Proclorone; IN - Pseudoanabena; 1 – parete cellulare; 2 – plasmalemma; 3 – tilacoide; 4 – ficobilisoma; 5 – vescicole di gas; 6 – carbossisoma; 7 – Fibrille di DNA; 8 – granulo di cianoficina; 9 – ribosomi; 10 – copertura di polisaccaridi; 11 – pila di tilacoidi; 12 – tilacoide rigonfio; 13 – pori; 14 – granuli di amido di cianoficina; 15 – calo lipidico; 16 – partizione trasversale; 17 – setto trasverso giovane; 18 – invaginazione del plasmalemma

La presenza di membrane cellulari stratificate rigide (inflessibili).

Formazione nella maggior parte dei casi di membrane mucose.

La presenza di varie inclusioni: vacuoli di gas (che forniscono galleggiabilità), granuli di cianoficina (fissazione dell'azoto), corpi di polifosfato (fissazione del fosforo).

caratteristiche generali

Le alghe blu-verdi unicellulari sono caratterizzate da coccoidi tipo di corpo . Negli individui multicellulari si trova filamentoso (tricomale). , meno comunemente, forma eterotrica (eterotrico) della struttura del tallo . Molto raramente si osserva una netta tendenza alla disposizione lamellare o volumetrica delle cellule. Nelle colonie filamentose non esiste alcuna interconnessione plasmatica tra le cellule.

Possono essere attaccati o meno al substrato, immobili o capaci di movimenti di scorrimento. Tuttavia, flagelli e ciglia non si formano mai. Il movimento delle cianofite è influenzato in vari modi dall'illuminazione. Innanzitutto la luce determina le direzioni del movimento. Il movimento verso la sorgente luminosa è chiamato “fototassi positiva”, nella direzione opposta – “fototassi negativa”. In secondo luogo, l'intensità della luce modifica la velocità del movimento: la "fotocinesi". In terzo luogo, un forte aumento o diminuzione dell'intensità della luce cambia rapidamente la direzione del movimento: "fotofobia".

Le cellule delle alghe blu-verdi sono spesso di forma sferica, a forma di botte o ellissoidale, meno spesso da allungate a cilindriche e fusiformi, diritte o piegate. A volte le cellule sono a forma di pera. Negli individui unicellulari attaccati, e talvolta nei cianoidi unicellulari, si osserva spesso l'eteropolarità cellulare. In questo caso si formano zampe e dischi mucosi, con i quali sono attaccati al substrato.

Gli individui molto spesso formano vari composti - colonie di individui, occupano talvolta ampi spazi e producono una notevole quantità di muco, che spesso altera sensibilmente la forma e l'aspetto generale delle colonie.

Gli individui di Cyanophyta sono generalmente microscopici, ma gli individui coloniali in un certo numero di specie possono misurare centimetri.

I principali pigmenti delle alghe blu-verdi sono la clorofilla UN, carotenoidi (carotene, xantofilla) e ficobiliproteine ​​(alloficocianina, ficocianina, ficoeritrina). Questi ultimi si trovano sotto forma di strutture speciali - ficobilisoma, che si trovano sulla superficie dei tilacoidi.

Le alghe blu-verdi sono capaci di vari tipi di fotosintesi: ossigenata e anossigenica. Ossigenico La fotosintesi è il processo di fissazione dell'anidride carbonica utilizzando l'acqua come donatore di elettroni, accompagnato dal rilascio di ossigeno. Si verifica in condizioni aerobiche. Anossigeno la fotosintesi è il processo di fissazione dell'anidride carbonica utilizzando idrogeno solforato o solfuro come donatore di elettroni, accompagnato dal rilascio di zolfo. Si verifica in condizioni anaerobiche. Nei laghi iperalini di Israele, dove in inverno si creano condizioni altamente anaerobiche, l'uso di una combinazione di fotosintesi ossigenata e anossigenica consente alle alghe del genere Oscillatorio dominano il lago tutto l'anno. In condizioni prive di ossigeno, la fotosintesi avviene nelle sabbie della zona di marea dei mari con rilascio di zolfo o tiosolfato. Molte cianofite alla luce in condizioni anaerobiche possono fissare l'anidride carbonica utilizzando l'idrogeno, ma questo processo avviene a bassa velocità e si interrompe rapidamente.

Le alghe blu-verdi hanno diversi tipi di nutrizione:

Fotoautotrofi obbligati. Possono crescere solo alla luce su una fonte di carbonio inorganico.

Chemioeterotrofi facoltativi. Capace di crescita eterotrofa al buio utilizzando materia organica e crescita fototrofica alla luce.

Fotoeterotrofo. I composti organici vengono utilizzati nella luce come fonte di carbonio.

Mixotrofico. I composti organici vengono utilizzati come ulteriore fonte di carbonio. Sono anche capaci di fissare l'anidride carbonica autotrofa.

Il prodotto della fotosintesi dei cianobatteri è amido di cianoficina. Si deposita in piccoli granuli situati tra i tilacoidi. I cianobatteri sono in grado di assorbire e accumulare rapidamente azoto sotto forma di granuli di cianoficina, solitamente situati vicino alle partizioni trasversali delle cellule. I fosfati nelle alghe blu-verdi sono immagazzinati in granuli di polifosfato e i lipidi sono immagazzinati sotto forma di goccioline nel citoplasma alla periferia della cellula.

Riproduzione. Tutte le cellule viventi delle alghe blu-verdi sono in grado di dividersi. La divisione cellulare dei metazoi e dei rappresentanti coloniali di solito porta alla crescita. La divisione cellulare è possibile su uno, due, tre o più piani. Nelle forme multicellulari, durante la divisione longitudinale, appaiono le forme filamentose su un piano, le forme lamellari su due piani e le forme cubiche su tre piani. Quando gli individui unicellulari si dividono, la riproduzione avviene contemporaneamente. Le cianofite unicellulari si riproducono per divisione uguale, o meno spesso disuguale. In questo caso, gli strati interni della membrana cellulare crescono all'interno della cellula. In alcuni casi si osservano più divisioni del contenuto. Mitosi e meiosi sono assenti. La riproduzione degli individui è vegetativa, meno spesso asessuata. Numerosi rappresentanti di cianobatteri formano spore riposanti (akineti) . Non esiste un processo sessuale tipico.

Propagazione vegetativa nelle forme coccoidi si effettua mediante semplice divisione della cellula in due in tutte le direzioni possibili, a seconda delle influenze casuali dell'ambiente. Di conseguenza si formano due parti uguali, ma non equivalenti, dando origine a due nuovi organismi. La divisione cellulare in due avviene su uno o più piani. In quest'ultimo caso, molto spesso si formano colonie.

La divisione cellulare multipla si verifica quando la divisione della cellula e della sua regione nucleare è incoerente. Come risultato della maggiore divisione del “nucleo”, la cellula diventa multinucleata, quindi le aree di protoplasma attorno ai “nuclei” vengono isolate e si formano molte cellule embrionali isolate. I principali fattori che portano alla divisione cellulare ripetuta e multipla dei cianobatteri sono l'eccesso di nutrizione, che ne causa la crescita ipertrofica, nonché i cambiamenti nelle condizioni fisico-chimiche di esistenza. La crescita ipertrofica provoca un ritardo nella maturazione cellulare e quindi divisioni ripetute o multiple.

Uno dei modi di propagazione vegetativa delle cianofite è la frammentazione (disintegrazione) dei loro talli. La causa della frammentazione può essere dovuta a fattori meccanici, alla morte di alcune cellule o all'interruzione delle strette connessioni che esistono tra loro. Nelle alghe blu-verdi hormogonium la frammentazione avviene per disintegrazione del filo sull'hormogonium a causa della morte di alcune cellule dei tricomi - necroidi. Ogni ormone è costituito da 2-3 o più cellule che, con l'aiuto del muco che secernono, scivolano fuori dalla mucosa vaginale e, compiendo movimenti oscillatori, si muovono nell'acqua o lungo il substrato. Ogni ormone può dare origine ad un nuovo individuo. Se un gruppo di cellule simili all'ormogonio è ricoperto da una membrana spessa, si chiama ormocisti. Svolge le funzioni di riproduzione e tollera condizioni sfavorevoli. In alcune specie, frammenti unicellulari chiamati gonidi, cocchi o planococchi si separano dal tallo. I gonidi mantengono una membrana mucosa; cocchi e planococchi mancano di membrane distinte. Come gli ormogoni, sono capaci di movimento attivo.

Riproduzione asessuata effettuato utilizzando cellule speciali che non hanno membrane ispessite: “esospore” ed “endospore”. Le esospore si formano per divisione cellulare ineguale, quando dalla cellula madre germoglia una più piccola.

Quando si verificano condizioni sfavorevoli (essiccazione, freddo, carenza di nutrienti), si formano i cianobatteri akinetes. Queste spore grandi, a pareti spesse, a riposo, piene di prodotti di riserva, servono a sopravvivere a queste condizioni sfavorevoli. Gli acineti possono rimanere vitali per decenni, ad esempio, nei sedimenti lacustri in assenza di ossigeno.

Tassonomia

Tutte le forme moderne della divisione Cyanophuta possono essere raggruppate in una, due o tre classi. Se accettiamo l'idea di 3 percorsi principali di sviluppo evolutivo delle alghe blu-verdi dalle forme unicellulari coccoidi originali, allora possiamo essere d'accordo con l'identificazione di tre classi all'interno delle Cyanophyta: Chroococcophyceae - alghe croococco, Chamaesiphonophyceae - alghe chamesiphon e Hormogoniophyceae - alghe ormogonie.

Classe Hormogoniaceae–Ormogonioficeae

(Ordini Oscillatoryaceae, Nostocaceae, Stigonemus -

Oscillatoriali, Nostocali, Stigonematales)

Le specie sono caratterizzate da una forma trichal della struttura corporea degli individui, nonché dalla capacità di formare ormogonie, ad es. frammenti speciali di fili capaci di movimento volontario attivo e germinazione in nuovi individui. Gli individui sono multicellulari, "semplici" o coloniali (con cianoidi multicellulari). I thread possono essere ramificati o non ramificati, la ramificazione può essere reale o falsa. Nella vera ramificazione, si verifica la ramificazione dei tricomi. Con la falsa ramificazione, solo le vagine si ramificano. I tricomi possono essere a fila singola o multifila, non ramificati o ramificati, omocitici o eterocitici. I tricomi degli omociti sono costituiti da cellule simili che non sono differenziate per forma e funzione. I tricomi degli eterciti sono costituiti da cellule disuguali per forma, funzione e posizione. Le cellule che sono simili nell'aspetto alle cellule dei tricomi omocitici sono chiamate vegetative; nettamente diverso da loro: speciale. Questi ultimi includono eterocisti e acineti.

I cicli di sviluppo sono spesso complessi, durante i quali si osservano una serie di fasi morfologicamente diverse. Inoltre, le alghe hormogonium sono caratterizzate da uno sviluppo multivariato.

Genere Oscillatorio(Fig. 13, UN). Non esiste differenziazione delle cellule in base a forma, funzione e localizzazione. I fili sono non ramificati, uniseriati, omocitici. Le vagine sono assenti o presenti.

Riso. 13. Diversità morfologica delle alghe blu-verdi (secondo:): A – Oscillatorio; B - Nostok; IN - Anabena; G - Lingbia; D - Rivularia; E- Gleocapsa; E - Croococco: 1 – vista generale, 2 – vista a basso ingrandimento, 4 – eterocisti

Genere Nostok(Fig. 13, B). Le cellule si differenziano per forma e funzione. Organismi esclusivamente coloniali, con muco ben sviluppato che influenza la forma delle colonie. I tricomi sono eterocitici, uniseriati, non ramificati, con o senza guaine.

Genere Rivularia(Fig. 13, D). Tallo sotto forma di filamenti non ramificati o ramificati, con o senza guaine. Gli individui sono solitari o formano composti. i tricomi sono eterocitici, asimmetrici nella maturità, si assottigliano dalla base all'apice, spesso terminano con un pelo costituito da cellule vacuolate.

Genere Stigonema(Fig. 14, UN). Le cellule si differenziano per forma e funzione. Le specie del genere sono caratterizzate da vera ramificazione laterale. I tricomi sono eterocitici, uniseriati o multiseriati, formando plessi e fasci. Fili con guaina o, meno comunemente, senza guaina. Non vi è evidente dimorfismo dei rami. I fili principali sono solitamente striscianti. Nelle parti vecchie dei filamenti le cellule si trovano spesso allo stato gleocapsoidale: sono riunite in gruppi e circondate da mucose sviluppate.

Riso. 14. Alga blu-verde Stygonema (secondo: R.E. Lee, 1999; M.M. Gollerbach et al., 1953): A – Stigonema; B – Mastigocladus: 1 – eterocisti, 2 – guaina

Genere Mastigoclado(Fig. 14, B). Il tallo ha ramificazioni complesse ed è eterocitico. Ramificazione vera e falsa. Le cellule dei filamenti principali sono più o meno sferiche, le cellule dei rami sono allungate e cilindriche. Le guaine dei fili sono strette, resistenti o viscide. Le eterocisti sono intercalari, non si conoscono spore. Le specie del genere sono ampiamente distribuite nelle sorgenti termali.

Classe Croococco –Croococcoficee

Ordine– Croococchi

Si presentano come individui “semplici” unicellulari o più spesso formano colonie mucose. Quando le cellule si dividono su due piani compaiono colonie lamellari a strato singolo. La divisione su tre piani porta alla formazione di colonie a forma di cubo. Quando le cellule si dividono su molti piani, le cellule sono posizionate in modo casuale lungo l'intero spessore del muco e la forma delle colonie varia. Il muco coloniale combina cianoidi semplici e complessi di colonie. Il muco può essere omogeneo o differenziato, sotto forma di vescicole mucose inserite in sequenza l'una nell'altra (genere Gleocapsa) o tubi e corde (nascita Voronikhinia, Gomphosferia). Il muco può essere incolore o colorato nei toni blu-verde, grigiastro, olivastro, marrone, rossastro, viola e nero.

Le cellule sono per lo più sferiche o ellissoidali, meno spesso allungate, talvolta variamente ricurve, cilindriche o fusiformi, in alcune specie ovoidali, piriformi o cuoriformi. Le alghe croococco sono caratterizzate dalla riproduzione vegetativa. Gli individui unicellulari si dividono in due su uno, due, tre o molti piani. Gli individui coloniali si riproducono dividendo le colonie e formando colonie endogene. Molto spesso, la riproduzione avviene dividendo le colonie. All'interno di questo metodo vi è la frammentazione delle colonie, ovvero la loro suddivisione in più parti, o il riallacciamento della colonia madre; e il germogliamento delle colonie, cioè la formazione di protuberanze sulla colonia madre che eventualmente si separano da essa. Anche gli individui coloniali si riproducono utilizzando cellule vegetative e spore regolari.

Genere Gleocapsa forma colonie “semplici” o complesse (Fig. 13, E). Le cellule sono sferiche, ellissoidali, cilindriche. Ogni cellula è ricoperta da una guaina mucosa. Durante la divisione le pareti delle cellule madri vengono preservate. Le colonie sono rotonde o cubiche, costituite da bolle mucose incluse successivamente l'una nell'altra.

Genere Microcisti - le colonie sono di forma sferica o irregolare, le cellule sferiche sono immerse nel muco e possono dividersi in qualsiasi direzione (Fig. 15). Le cellule di molte specie contengono vacuoli gassosi. Il genere è diffuso nel plancton d'acqua dolce. Sviluppandosi in massa può provocare la formazione di alghe nell'acqua. Alcune specie sono tossiche.

Riso. 15. Alghe blu-verdi croococco Microcisti(dopo: M. M. Gollerbach et al., 1953)

Classe Hamesiphonaceae -Chamaesiphonophyceae

(Ordinare le Pleurocaps -Pleurocapsale)

Individui unicellulari, spesso differenziati in base e apice, e coloniali (con cianoidi unicellulari), solitamente attaccati al substrato. Caratteristica è la formazione di endospore (beociti). Cellule di varia forma, spesso con mucose ben definite incolori o giallastre o brune. La divisione cellulare avviene su uno, due o tre piani. Le cellule delle colonie sono spesso molto compresse e formano un falso parenchima, talvolta disposto su più strati. Molte specie sono caratterizzate dalla formazione di file di cellule relativamente chiare che assomigliano a fili. Ma non esiste alcuna connessione plasmatica tra le cellule di tali “fili”. I "fili" strisciano lungo il substrato, penetrano più in profondità o si elevano al di sopra di esso e spesso si ramificano.

Le endospore (beociti) nascono all'interno di una cellula madre (sporangio), simile o diversa dalle cellule ordinarie per dimensione e forma. I beociti vengono rilasciati mediante rottura, leccatura del guscio dello sporangio o gettando via parte della parete dello sporangio come cappuccio; l'intero contenuto dello sporangio o solo una parte di esso viene utilizzato per la loro formazione.

Genere Dermocarpa. Gli individui sono unicellulari, differenziati in base e apice, attaccati al substrato. Di solito vivono soli, in piccoli gruppi. Di solito si riproducono tramite beociti.

Riso. 16. Alghe blu-verdi Chamesiphon Dermocarpa(dopo: M. M. Gollerbach et al., 1953)

Ecologia e significato

Le alghe blu-verdi sono onnipresenti. Si trovano sia nelle sorgenti termali e nei pozzi artesiani, sia sulla superficie della neve e delle rocce bagnate, in superficie e nello spessore dei suoli, in simbiosi con altri organismi: protozoi, funghi, spugne marine, echiuridi, muschi, felci , gimnosperme. Le specie di verde-blu sono comuni nel plancton e nel benthos delle acque dolci ferme e che scorrono lentamente, nei corpi di acqua salmastra e salata. Essi - componenti importanti del fitoplancton marino. Le alghe blu-verdi svolgono un ruolo chiave negli ecosistemi oceanici, dove la maggior parte della produzione fotosintetica totale proviene dal picoplancton. Picoplanctonè costituito principalmente da cianofite coccoidi unicellulari. Si stima che il 20% della produzione fotosintetica degli oceani provenga da alghe blu-verdi planctoniche. Il benthos contiene forme epifite, epilitiche ed endolitiche. I cianobatteri di solito hanno organi di attaccamento speciali sotto forma di suola, piede e corde mucose. Sono abbondanti anche le specie di alghe blu-verdi, che si attaccano agli oggetti sottomarini utilizzando il muco.

I cianobatteri sono tipici abitanti delle acque calde. Vegetano a temperature di 35–52°C, e in alcuni casi fino a 84°C e oltre, spesso con un maggiore contenuto di sali minerali o sostanze organiche (acque reflue calde fortemente inquinate provenienti da fabbriche, fabbriche, centrali elettriche o centrali nucleari) .

Il fondo dei serbatoi iperalini è talvolta completamente ricoperto di alghe blu-verdi, tra le quali predominano le specie dei generi Phormidium, Oscillatoria, Spirulina ecc. Le alghe blu-verdi vivono sulla corteccia degli alberi (specie dei generi Synechococcus, Afanotheke, Nostoc). Spesso epifite sui muschi, dove si possono osservare, ad esempio, cespi blu-nerastri di specie del genere Schizotrix.

I rappresentanti di Cyanophyta sono i più comuni tra le alghe che vivono sulla superficie delle rocce esposte. Le cianofite e i batteri associati formano l'"abbronzatura di montagna" (pellicole e croste rocciose) sulle rocce cristalline di varie catene montuose. La crescita delle alghe è particolarmente abbondante sulla superficie delle rocce bagnate. Formano film ed escrescenze di vari colori. Di norma qui vivono specie dotate di mucose spesse. Le escrescenze si presentano in diversi colori: verde brillante, dorato, marrone, ocra, viola o blu-verde scuro, bruno, quasi nero, a seconda della specie che le forma. I tipi di generi particolarmente caratteristici delle rocce irrigate sono: Gleocapsa, Gleoteke, Hamesiphon, Calothrix, Tolipothrix, Scytonema.

I rappresentanti di Cyanophyta costituiscono la stragrande maggioranza delle alghe del suolo. Vivono negli strati profondi e superficiali del suolo e sono resistenti alle radiazioni ultraviolette e radioattive. Nei terreni della zona della steppa Nostoc vulgare forma spesse pellicole di colore verde scuro o, nella stagione secca, croste nero-ardesia in superficie. Il massiccio sviluppo di microalghe provoca l'inverdimento dei pendii dei burroni, dei bordi stradali e dei terreni coltivabili.

Le alghe blu-verdi sono componenti del tallo di molti licheni e convivono con piante superiori, ad esempio la felce acquatica Azolla e altre. Come simbionti proteggono il partner dall'elevata intensità luminosa, gli forniscono sostanze organiche e forniscono composti azotati. Allo stesso tempo, ricevono protezione dall'ospite da fattori esterni sfavorevoli, nonché dalle sostanze organiche necessarie per la crescita. Solo poche associazioni simbiotiche di cianofite con vari organismi sono obbligate. La maggior parte delle cianofite sono in grado di crescere in modo indipendente, anche se peggio che in simbiosi. Formano due tipi di associazioni con altri organismi: extracellulari: con funghi e intracellulari: con spugne, diatomee, ecc.

Le alghe blu-verdi sono tra gli organismi più antichi; i loro resti fossili e i prodotti di scarto sono stati rinvenuti in rocce formatesi 3–3,5 miliardi di anni fa, nell’era Archeana. Si ritiene che i primi ecosistemi sulla Terra (Precambriano) fossero costituiti solo da organismi procarioti, compresi i cianobatteri. Lo sviluppo intensivo delle cianofite è stato di enorme importanza per lo sviluppo della vita sulla Terra, e non solo per il loro accumulo di materia organica, ma anche per l'arricchimento dell'atmosfera primaria con l'ossigeno. Anche le alghe blu-verdi hanno avuto un ruolo significativo creando rocce calcaree.

Fissazione dell'azoto. L'atmosfera terrestre è composta per il 78% da azoto, ma la capacità di fissarlo si trova solo nei procarioti e tra le alghe esclusivamente nelle cianofite. Le alghe blu-verdi sono organismi unici in grado di fissare sia l'anidride carbonica che l'azoto atmosferico. Quando l'azoto viene fissato, vengono rilasciati ammoniaca e idrogeno. Questo processo di solito avviene in speciali cellule a pareti spesse con guaine mucose - eterocisti. All'interno delle eterocisti si creano condizioni con basso contenuto di ossigeno. La fissazione dell'azoto avviene più velocemente durante il giorno che di notte, poiché durante la fotosintesi si forma l'ATP necessario per questo processo: l'acido adenosina trifosforico. Fissando l'azoto atmosferico, le alghe blu-verdi ottengono l'azoto di cui hanno bisogno per sintetizzare le loro proteine ​​e continuare a crescere. Altre alghe dipendono interamente dai nitrati e dall'ammonio disciolti nell'acqua.

La fissazione biologica dell'azoto atmosferico è uno dei fattori importanti aumento della fertilità del suolo. Il ruolo principale in questo processo appartiene alle cianofite, che non necessitano di materia organica già pronta per assimilare l'azoto molecolare, ma lo portano esse stesse nel terreno. Ad esempio, per i suoli delle zone temperate, la produzione annuale di alghe blu-verdi che fissano l'azoto è stimata tra 20 e 577 kg/ha (peso secco). Solo le forme eterocistiche delle cianofite (specie dei generi Nostok, Anabena, Calotrix, Tolipothrix E Cilindrospermum).

Alcuni rappresentanti delle alghe blu-verdi sono commestibili (Nostok, Spirulina). In speciali stagni biologici, comunità di alghe e batteri blu-verdi utilizzato per decomporre e disintossicare gli erbicidi. Alcuni cianobatteri decompongono gli erbicidi fenilcarbammato in derivati ​​dell'anilina e del cloro. Le acque reflue, depurate utilizzando i metodi più avanzati, rimangono ancora tossiche per gli organismi acquatici. Solo le comunità algobatteriche utilizzate per il trattamento terziario delle acque reflue consentono di ottenere acqua conforme al GOST "Acqua potabile".

"Fioritura" dell'acqua. Per “fioritura” dell'acqua intendiamo lo sviluppo intensivo di alghe nella colonna d'acqua, a seguito della quale acquisisce colori diversi, a seconda del colore e del numero di organismi che causano la “fioritura”. Il massiccio sviluppo delle alghe fino al punto di “fioritura” dell’acqua è facilitato dall’aumento dell’eutrofizzazione dei corpi idrici, che avviene sia sotto l’influenza di fattori naturali (nel corso di migliaia e decine di migliaia di anni), sia in misura molto maggiore misura maggiore sotto l’influenza di fattori antropici (nel corso di anni, decine di anni). La "fioritura" dell'acqua si osserva sia nei bacini continentali (dolci, salmastri e salini), sia nei mari e negli oceani (principalmente nelle zone costiere). Il Mar Rosso ha preso il nome dall'abbondante sviluppo di alghe blu-verdi al suo interno. Oscillatoria eritrea. I corpi d'acqua dolce a forma di pozzanghera dell'Europa centrale sono spesso colorati di rosso Haematococcus pluvialis. Tra i corpi idrici d'acqua dolce, i grandi fiumi di pianura e i loro bacini idrici, nonché gli stagni per vari scopi, i laghi e gli stagni di raffreddamento sono principalmente suscettibili alla fioritura.

Una vegetazione moderata di cianofite ha un effetto positivo sull'ecosistema del bacino. Con un aumento significativo della biomassa delle alghe (fino a 500 g/m3 e oltre), inizia a comparire l'inquinamento biologico, a seguito del quale la qualità dell'acqua peggiora significativamente. In particolare, il suo colore, il pH, la viscosità cambiano, la trasparenza diminuisce e la composizione spettrale della radiazione solare che penetra nella colonna d'acqua cambia a causa della diffusione e dell'assorbimento dei raggi luminosi da parte delle alghe. Nell'acqua compaiono composti tossici e grandi quantità di sostanze organiche che fungono da terreno fertile per i batteri, compresi quelli patogeni. L'acqua di solito acquisisce un odore di muffa e sgradevole. Si verifica ipossia o carenza di ossigeno disciolto; viene speso per la respirazione delle alghe e la decomposizione della materia organica morta. L'ipossia porta alla morte estiva degli organismi acquatici e rallenta i processi di autodepurazione e mineralizzazione della sostanza organica.

Tra le cianofite vi sono specie patogene (circa 30) che provocano malattie e morte dei coralli del reef; quando l'acqua fiorisce, malattie degli animali domestici e dell’uomo, morte di massa di organismi acquatici, uccelli acquatici e animali domestici, soprattutto nei caldi mesi estivi. L'avvelenamento delle persone è molto meno comune. I bambini e le persone con malattie epatiche e renali sono i più a rischio. In base alla loro modalità di azione, le tossine cianobatteriche si dividono in 4 gruppi: epatotossine, neurotossine, citotossine e dermatotossine. Causano intossicazioni alimentari, allergie, congiuntivite, danni al sistema nervoso centrale, ecc. Nella loro azione, le cianotossine sono molte volte superiori a veleni come il curaro e il botulino. Prevenire la pulizia dei corpi idrici significa prevenire l'accumulo di alghe in prossimità delle prese d'acqua e dei luoghi di riposo o di abbeverata degli animali domestici.

"Reattori solari" e alghe. Recentemente, l'umanità ha dovuto affrontare un problema acuto di uso razionale delle risorse energetiche naturali e di ricerca di fonti energetiche non convenzionali. Tali fonti includono l'energia solare conservata nella biomassa vegetale (bioconservazione dell'energia solare). A differenza dell’energia nucleare, questa fonte energetica è assolutamente sicura; il suo utilizzo non sconvolge l'equilibrio ecologico e non comporta inquinamento radioattivo o termico dell'ambiente.

Il più promettente è l’uso delle alghe blu-verdi per produrre biocarburanti mediante metanizzazione della biomassa di alghe coltivata nelle acque reflue. Negli Stati Uniti e in Giappone sono stati realizzati impianti per la produzione di metano dalle alghe. La loro produttività è rispettivamente di 50 e 80 t/ha (massa secca) all'anno, e 50-60 t di biomassa algale secca possono fornire 74mila kW/h di elettricità.

Domande di controllo

Nomina le caratteristiche caratteristiche della struttura cellulare dei cianobatteri.

Quali pigmenti e tipi nutrizionali sono noti nelle cianofite?

Come si riproducono le alghe blu-verdi? Cosa sono gli ormogoni, le esospore e gli acineti?

A quali gruppi di organismi sono più simili le alghe blu-verdi e quando si sono formate?

Nomina i tratti caratteristici e i rappresentanti tipici delle alghe blu-verdi della classe Chroococcal.

Nomina i tratti caratteristici e i rappresentanti tipici delle alghe blu-verdi della classe Hormogonium.

Nomina i tratti caratteristici e i rappresentanti tipici delle alghe blu-verdi della classe Chamesiphonaceae.

In quali habitat si trovano le alghe blu-verdi? Il loro significato in natura.

Il ruolo delle cianofite nella fissazione biologica dell'azoto atmosferico.

Importanza economica delle cianofite. Valutazione della qualità dell'acqua.

Cosa sono le fioriture algali e le cianotossine?

Alghe blu-verdi come fonti energetiche non tradizionali.