Цианобактерии: их строение, роль в биологии и особенности жизни

Цианобактерии, они же сине-зеленные водоросли, эти простые одноклеточные организмы примечательны, прежде всего, своей огромной ролью в формировании атмосферы нашей планеты. Именно они первыми стали вырабатывать кислород из углекислого газа и воды под действием фотосинтеза, вследствие чего вокруг Земли сформировался озоновый слой, защищающий нашу планету от вредного воздействия ультрафиолетовых солнечных лучей. О строении цианобактерий, их питании и особенностях жизни, читайте далее.

История открытия и исследования

Первооткрывателем цианобактерий стал один из знаменитых изобретателей микроскопа, голландский ученый-любитель Антонио Ван Левенгук, живший в Нидерландах XVIII века. Несмотря на то, что по своей основной профессии Антонио Ван Левенгук был успешным торговцем сукном, а наукой занимался как хобби, за свою жизнь он сделал множество важных научных открытий в биологии, одними из которых и были цианобактерии. Обнаружил он их, рассматривая сине-зеленные водоросли через свой микроскоп. Будучи также талантливым художником, он первым зарисовал их в свой блокнот.

Впоследствии уже более детальным изучением цианобактерий занялся другой знаменитый французский биолог Луи Пастер. В ходе ряда занимательных опытов он выявил особенности их строения и жизнедеятельности, а также определил, что цианобактерии способны производить кислород.

Сейчас биологи уже знают наверняка, что первые цианобактерии существовали на нашей планете уже миллионы лет назад, а палеонтологи с интересом изучают останки древних водорослей, сохранившихся на древних горных породах.

Цианобактерии обладают отличными способностями к выживанию в самом разном климате, и даже самом неблагоприятном, благодаря своей высокой выносливости. А строение цианобактерий сохранилось и после значительных температурных изменений на нашей планете, когда динозавры и многие другие древние животные давным-давно вымерли, цианобактерии продолжают спокойно существовать в своем первозданном виде в наши дни, как существовали во времена динозавром и задолго до них.

По биологической классификации цианобактерии отнесены к классу бактерий, где занимают свой отдельный подкласс, собственно и названный «цианобактериями».

Это интересно: по примерным подсчетам именно цианобактерии производят до 40% кислорода в атмосфере нашей планеты.

Строение

По своему строению цианобактерии состоят из шаровидных, эллипсоидных клеток соединенных в цепи. Клетки их покрыты тонкой пленкой из мембран. Некоторые виды цианобактерий обладают характерным слизистым чехлом, играющим определенные соединительные и защитные функции. Также цианобактерии имеют специальные газовые вакуоли, играющие роль жгутиков, благодаря которым они способны перемещаться в пространстве, при этом сохраняя равновесие. Если же цианобактерия по тем или иным причинам потеряет свойства плавучести, как-то повредив вакуоли, то она всплывет вверх.

Стоит отметить, что цианобактерии простейшие одноклеточные прокариоты, а это значит что в отличие от некоторых других одноклеточных организмов, именуемых эукариотами, их клетки не имеют ядра. Также помимо ядра у них отсутствует и ряд других важных органоидов клетки:

• митохондрии,
• хроматофоры,
• эндоплазматическая сеть,
• вакуоли с клеточным соком.

Размножение

Как и многие другие одноклеточные организмы цианобактерии размножаются посредством деления клеток. Но само деление у разных разновидностей может иметь разные формы, такие как

• равновеликое бинарное деление, когда из одной клетки образуются две,
• неравновеликое бинарное деление (почкование), когда дочерние клетки формируются из отростков материнской клетки,
• множественное бесполовое размножение, когда следующее поколение клеток формируется из соматических клеток без участия репродуктивных клеток — гамет.

Все эти разновидности деления клеток присутствуют у разных видов цианобактерий.

Значение и применение

Мы уже упомянули о самой важной роли цианобактерий, именно они первыми стали осуществлять фотосинтез и обогатили атмосферу Земли кислородом, помимо этого они имеют и ряд других полезных свойств – так они наполняют почву азотными удобрениями и полезными органическими веществами. Поэтому не удивительно, что их начали использовать в сельском хозяйстве для повышения урожайности. Благодаря способности насыщать почву азотом, с их помощью можно выращивать культурные растения даже на практически неплодородной земле.

Отдельные разновидности сине-зеленых водорослей используются для кормления домашних животных, так как они доставляют организму набор необходимых питательных веществ: жиров, белков, углеводов и витаминов.

А во многих азиатских странах из этих водорослей делают специальные вкусные и полезные приправы для людей.

Биохимический состав

Само название «сине-зеленные водоросли» говорит за себя, зеленый цвет цианобактериям придает имеющийся в них хлорофилл. Наличие же синего цвета обусловлено воздействием специальных пигментов: фикоцианина и алофикоцианина.

Некоторые подвиды цианобактерий имеют в своем составе такие специальные вещества как лютеин, ксантофил и зеаксантин, которые позволяют им запасаться углеводами и другими важными питательными элементами.

Само собой разумеется, что цианобактерии имеют в себе фотосинтезирующий аппарат, осуществляющий образование органических веществ и кислорода.

Разновидности

Разновидности цианобактерий включают в себя свыше 1500 видов. По некоторым важным общим признакам они объединены в классы:

• Хроококковые, в этот класс входят организмы с одиночной либо колониальной формой. Также отличаются большим количеством слизи, которая выделяется клеточными структурами.
• Плеврокапсовые – только они способны формировать репродуктивные клетки, так званные беоциты.
• Оксиллатории – этот класс объединяет в себе вегетативные клетки, делящиеся бесполым путем.
• Ностоковые – характерны тем, что в отличие от оксилаторий осуществляют половое размножение. Также имеют способность создавать цветные налеты и имеют свойство креофильности, иными словами могут адаптироваться даже к условиям пустыни.
• Стигонемовые – также осуществляют половое размножение, но в отличие от ностковых способны делится много раз в пределах одноклеточного организма.

Питание

Питание цианобактерий смешанное: с одной стороны, будучи автотрофами, они могут синтезировать углеводы из неорганических веществ. Но в условиях измененной среды обитания они могут стать гетеротрофами и питаться как обычные цветковые растения. Также некоторые цианобактерии имеют способность питаться посредством хемосинтеза — необычном способе питания бактерий, основанном на усвоении углекислого газа благодаря окислению неорганических соединений.

Именно благодаря своим способностям к универсальным видам питания цианобактерии могут расти в самых экстремальных условиях и заселять места с недостаточным количеством питательных элементов для других организмов, таким образом, создавая условия для последующего развития жизни.

Ареал обитания

Большая часть цианобактерий находится в пучинах мирового океана, на дне морей, но немалая их часть есть и в пресноводных озерах и реках, горячих источниках, полостях тропических листьев, рисовых полях и даже ледяных озерах Антарктиды. Среда обитания зависит от способа питания и биохимического склада той или иной разновидности цианобактерий. Порой цианобактерии вступают в биологический симбиоз с лишайниками и мхами.

Вред

Некоторые виды цианобактерий могут приносить не только пользу, но и вред, так как имеют в своем составе токсины, отравляющие места их обитания. При массовом размножении таких вредоносных цианобактерий, водоем, который они «захватили» окрашивается в характерный зеленый цвет, и он становится непригодным для обитания других живых существ. Также вредоносные цианобактерии могут завестись в обычном аквариуме при отсутствии надлежащего ухода. Излишне говорить о возможном вреде для рыб в такой ситуации, во избежание этого необходимо тщательно промыть аквариум, полностью заменив воду.

Рекомендованная литература и полезные ссылки

1. Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Баев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — М. : Сов. энциклопедия, 1986. — С. 576. — 831 с. — 100 000 экз.
2. Синезелёные водоросли / Ю. Е. Петров // Сафлор — Соан. — М. : Советская энциклопедия, 1976. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 23).
3. Исторически названия таксонов синезелёных водорослей регулируются МКН, поэтому высший ранг группы — отдел, а не тип, как у остальных бактерий.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора