Ціанобактерія - це ... Цианобактерии: будова, загальні відомості

Серед існуючих нині організмів зустрічаються такі, про приналежність яких до якого-небудь царству живої природи йдуть постійні суперечки. Так відбувається і істотами під назвою ціанобактерії. Хоча навіть назви точного у них немає. Занадто багато синонімів:

• синезелениє водорості;
• ціанобіонти;
• фікохромовие дробянкі;
• ціанеі;
• слізіевие водорості та інші.

Ось і виходить, що ціанобактерія - це абсолютно невеликий, але в той же час такий складний і суперечливий організм, який вимагає уважного вивчення та розгляду своєї структури з метою визначення точної таксономічної приналежності.

Історія існування та відкриття

Судячи по викопних залишках, історія існування синезелених водоростей сягає своїм корінням далеко в минуле, на кілька мільйонів років тому. Такі висновки дозволили зробити дослідження вчених-палеонтологів, що проаналізували гірські породи (їх ділянки) тих далеких часів.

На поверхні зразків були виявлені ціанобактерії, будова яких нічим не відрізнялося від такого у сучасних форм. Це свідчить про високий ступінь пристосованості даних істот до різних умов проживання, до їх крайньої витривалості і виживаності. Очевидно, що за мільйони років відбувалося безліч змін в температурному і газовому складі планети. Однак ніщо не вплинуло на життєздатність цианей.

В сучасності ціанобактерія - це одноклітинний організм, який був відкритий одночасно з іншими формами бактеріальних клітин. Тобто Антоні ван Левенгук, Луї Пастером і іншими дослідниками в XVIII-XIX століттях.

Ретельнішого вивчення вони піддалися пізніше, з розвитком електронної мікроскопії і модернізованих способів і методів дослідження. Були виявлені особливості, якими володіють ціанобактерії. Будова клітини включає ряд нових, які не зустрічаються у інших істот, структур.

Класифікація

Питання визначення їх таксономічної приналежності залишається відкритим. Поки відомо тільки одне: ціанобактерії - прокаріоти. Підтвердженням цьому є такі особливості, як:

• відсутність ядра, мітохондрій, хлоропластов;
• наявність в клітинній стінці муреіна;
• молекули S-рибосом у складі клітини.

Проте ціанобактерії - прокаріоти, що налічують близько 1500 тисяч різновидів. Всі їх класифікували і об`єднали в 5 великих морфологічних угруповань.

1. Хроококковие. Досить численна група, що об`єднує поодинокі або колоніальні форми. Високі концентрації організмів утримуються разом за рахунок загальної слизу, що виділяється клітинною стінкою кожної особини. За формою до цієї групи відносяться паличкоподібні і кулясті структури.
2. Плеврокапсовие. Дуже схожі з попередніми формами, однак з`являється особливість у вигляді формування беоцітов (докладніше про це явище пізніше). Вхідні сюди ціанобактерії відносяться до трьох основних класів: Плеврокапси, Дермокапси, Міксосарціни.
3. Оксіллаторіі. Головна особливість цієї групи в тому, що всі клітини об`єднуються в загальну слизову структуру під назвою трихома. Розподіл відбувається, не виходячи за межі цієї нитки, всередині. Осціллаторіі включають в свій склад виключно вегетативні клітини, що діляться безстатевим способом навпіл.
4. Ностоковие. Цікавими за свою Кріофільні. Здатні мешкати на відкритих крижаних пустелях, утворюючи на них кольорові нальоти. Так зване явище "цвітіння крижаних пустель". Форми даних організмів також нитчасті у вигляді трихом, проте розмноження статеве, за допомогою спеціалізованих клітин - гетероцист. Віднести сюди можна наступних представників: Анабі, носток, Калотрікси.
5. Стігонемовие. Дуже схожі з попередньою групою. Головна відмінність в способі розмноження - вони здатні ділитися множественно в межах однієї клітини. Найпопулярніший представник даного об`єднання - Фішерелли.

Таким чином, і класифікують цианей за морфологічним критерієм, так як по решті виникає багато питань і виходить плутанина. Ботаніки та мікробіологи до спільного знаменника в систематики ціанобактерій поки прийти не можуть.

Місця проживання

Завдяки наявності особливих пристосувань (гетероцист, беоцітов, незвичайних тіллакоідов, газових вакуолей, здатності фіксувати молекулярний азот та інших) дані організми розселилися повсюдно. Вони здатні виживати навіть в самих екстремальних умовах, в яких взагалі жоден живий організм існувати не може. Наприклад, гарячі термофільні джерела, анаеробні умови з атмосферою сірководню, кисле середовище з рН менше 4.

Ціанобактерія - це організм, спокійно виживаючий на морському піску і скелястих виступах, крижаних брилах і жарких пустелях. Дізнатися і визначити присутність цианей можна по характерному кольоровому нальоту, який утворюють їх колонії. Колір може бути різним, від синьо-чорного до рожевого та фіолетового.

Синезеленими їх називають за те, що часто на поверхні звичайних прісних або солоних вод вони формують синьо-зелену слизову плівку. Таке явище отримало назву "цвітіння води". Його можна бачити практично на будь-якому озері, яке починає заростати і заболочуватися.

Особливості будови клітини

Ціанобактерії будову мають звичайне для прокаріотів, проте є і деякі особливості.

Загальний план будови клітини наступний:

• клітинна стінка з полісахаридів і муреіна;
• плазматична мембрана билипидного строенія;
• цитоплазма з вільно розподіленим генетичним матеріалом у вигляді молекули ДНК
• тіллакоіди, що виконують функцію фотосинтезу і містять пігменти (хлорофіли, ксантофілли, каротиноїди).

Особливі частини клітини розглянемо далі.

Види спеціалізованих структур

В першу чергу це Гетероцисти. Дані структури - не частини, а самі клітини у складі трихоми (загальною колоніальної нитки, об`єднаної слизом). Вони відрізняються при розгляді в мікроскоп своїм складом, так як основна функція їх - вироблення ферменту, що дозволяє фіксувати молекулярний азот з повітря. Тому пігментів в гетероцистах практично немає, а ось азоту досить багато.

По-друге, це гормогоніі - ділянки, вирвані з трихоми. Служать місцями розмноження.

Беоціти - це своєрідні дочірні клітини, в масі наділів з однієї материнської. Іноді їх число досягає тисячі за один період поділу. До такої особливості здатні Дермокапси та інші Плеврокапсодіевие.

Акінети - особливі клітини, які знаходяться в стані спокою і включені до складу трихоми. Відрізняються більш масивною, багатою полисахаридами клітинною стінкою. Роль їх схожа з Гетероцисти.

Газові вакуолі - їх мають всі ціанобактерії. Будова клітини спочатку має на увазі їх наявність. Роль їх - беруть участь у процесах цвітіння води. Інша назва подібних структур - карбоксісоми.

Клітинні включення. Вони, безумовно, є і в рослинних, і в тварин, і в бактеріальних клітинах. Однак у синьо-зелених водоростей ці включення дещо інші. До них відносяться:

• глікоген;
• гранули поліфосфата;
• ціанофіціна - особлива речовина, що складається з аспартату, аргініну. Служить для накопичення азоту, так як ці включення знаходяться в гетероцистах.

Це те, чим володіє ціанобактерія. Основні частини і спеціалізовані клітини та органели - ось те, що дозволяє ціанея здійснювати фотосинтез, але при цьому ставитися до бактерій.

Розмноження

Даний процес не представляє особливої складності, оскільки такий же, який мають звичайні бактерії. Ціанобактерії можуть ділитися вегетативно, частинами трихом, звичайною кліткою надвоє, або здійснювати статевий процес.

Часто в цих процесах беруть участь спеціалізовані клітини Гетероцисти, акінети, беоціти.

Способи пересування

Клітка ціанобактерії зовні покрита клітинною стінкою, а іноді ще й шаром спеціального полісахариду, здатного формувати слизову капсулу навколо неї. Саме завдяки цій особливості і здійснюється рух цианей.

Джгутиків або спеціальних виростів немає. Рух може здійснюватися тільки по твердій поверхні за допомогою слизу, короткими скороченнями. Деякі осціллаторія мають дуже незвичайний спосіб переміщення - вони крутяться навколо своєї осі і одночасно викликають обертання всієї трихоми. Так відбувається рух по поверхні.

Здатність до фіксації азоту

Даною особливістю володіє практично кожна ціанобактерія. Це можливо, завдяки наявності ферменту нітрогенази, здатної фіксувати молекулярний азот і переводити його в легкотравну форму з`єднань. Відбувається це в структурах гетероцистах. Отже, ті види, що їх не мають, фіксувати азот з повітря не здатні.

Взагалі, цей процес робить ціанобактерії дуже важливими істотами для життя рослин. Поселяясь в грунті, цианеи допомагають представникам флори засвоювати зв`язаний азот і вести нормальний спосіб життя.

Анаеробні види

Деякі форми синьозелених водоростей (наприклад, осціллаторія) здатні жити в абсолютно анаеробних умовах і атмосфері сірководню. У цьому випадку відбувається переробка з`єднання всередині організму і в результаті утворюється молекулярна сірка, яка виходить у навколишнє середовище.