Cianobaktērijas: fotosintēzes baktērijas, kas radīja Zemes skābekli
Cianobaktērijas — fotosintēzes meistari, kas radīja Zemes skābekli: uzzini to evolūciju, fosiliju vēsturi un lomu Lielajā skābekļa veidošanās procesā.
Cianobaktērijas ir baktēriju taksoni, kas veic fotosintēzi. Tās nav aļģes, lai gan savulaik tās sauca par zilaļģēm. Tā ir baktēriju dzimta, kurā ir aptuveni 1500 sugu. Endosimbiontu teorijā hloroplasti (plastīdi) ir cēlušies no cianobaktērijām. To apliecina to DNS profils.
Cianobaktērijām ir ārkārtīgi sena fosilā vēsture, kas aizsākās vismaz pirms 3500 miljoniem gadu. Tās bija galvenie organismi stromatolītos arheā un proterozoja eonos.
Cianobaktēriju spēja veikt skābekļa fotosintēzi ir ļoti nozīmīga. Agrīnā Zemes atmosfēra lielā mērā bija reducējoša, t. i., bez skābekļa. Cianobaktērijas stromatolītos bija pirmie zināmie organismi, kas veica fotosintēzi un ražoja brīvu skābekli. Aptuveni pēc miljarda gadu šīs fotosintēzes ietekmē atmosfērā sākās milzīgas pārmaiņas. Šis process, ko sauc par Lielo skābekļa veidošanos, ilga ilgu laiku. Galu galā tas iznīcināja lielāko daļu organismu, kas nespēja dzīvot skābeklī, un radīja tādu vidi, kādu mēs pazīstam šodien, kur lielākā daļa organismu izmanto skābekli un kam tas ir nepieciešams.
Kas tās ir un kāda ir to bioloģija
Cianobaktērijas ir fotosintējošas prokariotu šūnas, kurās dominē hlorofils a un specifiski pigmenti — fikoeritrīns un fikocianīns (phycobiliproteīni). Daudzas sugas veido vienkāršas vienšūnas populācijas, citas veido pavedienus (filamentus) vai laukumus. Filamentu cianobaktērijām bieži ir specializētas šūnas:
- heterocisti — biezsienu šūnas, kurās norit slāpekļa fiksācija (atmosfēras slāpeklis pārvēršas amonijā),
- akinetes — rezerves, izturīgas šūnas, kas palīdz izdzīvot nelabvēlīgos apstākļos.
Ekoloģiskā loma un izplatība
Cianobaktērijas sastopamas ļoti dažādos biotopos — saldūdenī, piekrastē, jūras ūdeņos, mitros akmeņos, augsnēs un pat karstos avotos. Tās veido stromatolītus un akumulē organisko vielu slāņus, kas fosilizējoties veido mūsu rīcībā redzamo vēsturisko ierakstu. Daudzas sugas spēj fiksēt slāpekli un tādējādi bagātināt ekosistēmas ar būtiskiem barības elementiem.
Blīvumi, ziedēšana un toksicitāte
Intensīva cianobaktēriju savairošanās ūdenskrātuvēs vai piekrastē veido tā sauktos ziedējumus (blooms). Šādos ziedējumos var attīstīties lielas biomasas planktona plāksnes, kas samazina skābekļa daudzumu ūdenī un rada ekoloģiskas problēmas. Dažas cianobaktēriju sugas ražo cianotoksīnus (piemēram, mikroksistīnus, anatoksīnus), kas ir toksiski cilvēkiem un dzīvniekiem, piesārņo dzeramo ūdeni un var izraisīt akūtas vai hroniskas veselības problēmas.
Loma Zemes atmosfēras attīstībā
Cianobaktēriju fotosintēze ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc mūsu planētas atmosfēra kļuva oksidējoša. To darbība stromatolītos un citos ekosistēmu elementos ilgstoši līdz ar laiku palielināja brīvā skābekļa koncentrāciju atmosfērā, izraisot plašas bioloģiskas un ķīmiskas pārmaiņas — procesu, kas tiek saistīts ar Lielo skābekļa veidošanos, ilga ilgu laiku (Great Oxidation Event). Šis pārejas periods radīja priekšnoteikumus daudzveidīgākai dzīvības attīstībai uz sauszemes un okeānos.
Simbioze un izmantošana cilvēku saimniecībā
Cianobaktērijas veido simbiozes attiecības ar daudziem organismiem — piemēram, ar sūnām un sēnēm lišenos, ar augu saknēm (piem., Gunnera un dažiem cikādiem) un ar ūdensaugiem (piem., Azolla). Tās tiek pētītas un izmantotas lauksaimniecībā, biotehnoloģijās un vides apsaimniekošanā:
- Spirulīna (Arthrospira) — cianobaktērijas, kuras izmanto kā pārtikas papildinājumu proteīna un vitamīnu avotam,
- tīrīšanas sistēmās — bioloģiskā notekūdeņu attīrīšanā, kur tās noņem barības vielas,
- klīniskos un rūpnieciskos pētījumos — bioloģisko degvielu, bioplastmasu un bioaktīvo vielu ražošanai.
Secinājums
Cianobaktērijas ir vienas no svarīgākajām mikroskopiskajām dzīvības formām uz Zemes — tās ne tikai veic fotosintēzi un ražo skābekli, bet arī ietekmē barības vielu ciklu, veido ekosistēmu struktūru un iesaistās simbiotiskās attiecībās. Tajā pašā laikā to ziedēšana un toksīnu izdalīšanās var radīt būtiskus cilvēku veselības un vides problēmu riskus, tādēļ to monitoringam un vadībai ūdens resursos ir liela nozīme.
Cianobaktērijas struktūra
O2 uzkrāšanās Zemes atmosfērā. Sarkanā un zaļā līnija attēlo aplēšu diapazonu, bet laiks mērīts miljardos gadu.
Ciānbaktēriju "ziedēšana" dīķī
Gaismas noteikšana
Zilaļģes spēj uztvert gaismu. Londonas Karalienes Marijas Universitātes (Queen Mary University of London) pētnieks Konrāds Mullino (Conrad Mullineaux) teica: "Tās spēj noteikt, kur ir gaisma; mēs to zinām pēc tās kustības virziena."
"Vienšūnas dīķa gļotādā viņi novēroja, kā ienākošos starus izliek vaboles sfēriskā virsma un koncentrē kādā punktā šūnas tālākajā pusē. Šūpojoties pretējā virzienā šim spilgtajam punktam, mikrobs pārvietojas gaismas virzienā".
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir cianobaktērijas?
A: Cianobaktērijas ir baktēriju taksoni, kas veic fotosintēzi. Tās nav aļģes, lai gan kādreiz tās sauca par zilaļģēm. Tā ir baktēriju dzimta, kurā ir aptuveni 1500 sugu.
Jautājums: Cik ilgi ir saglabājušās zilaļģu fosilijas?
A: Cianobaktērijas fosilijas ir saglabājušās vismaz 3500 miljonus gadu.
J: Kāda bija agrīnā atmosfēra uz Zemes?
A: Agrīnā Zemes atmosfēra bija galvenokārt reducējoša, t. i., tajā nebija skābekļa.
J: Kā cianobaktēriju klātbūtne ietekmēja atmosfēru?
A: Cianobaktēriju klātbūtne stromatolītos ļāva tām fotosintezēt un ražot brīvo skābekli, izraisot procesu, ko sauc par Lielo skābekļa veidošanos, kas laika gaitā izmainīja atmosfēru un galu galā iznīcināja lielāko daļu organismu, kuri nespēja dzīvot skābekļa vidē.
J: Kādi pierādījumi apstiprina endosimbiontu teoriju?
A: Endosimbiontu teorija liecina, ka hloroplasti (plastīdi) cēlušies no cianobaktērijām, un to DNS profils ir pierādījums šim apgalvojumam.
J: Ko cianobaktērijām ļauj veikt fotosintēze?
A: Cianobaktēriju fotosintēze ļauj tām ražot apkārtējā vidē brīvu skābekli.
Jautājums: Cik ilgi pēc fotosintēzes sākšanās notika Lielais skābekļa veidošanās notikums? A: Lielā skābekļa veidošanās notikums notika apmēram miljardu gadu pēc tam, kad sācās cianbaktēriju fotosintēze.
Meklēt