Ціанобактерії: їх будова, роль в біології та особливості життя

Ціанобактерії, вони ж синьо-зелені водорості, ці прості одноклітинні організми примітні, перш за все, своєю величезною роллю у формуванні атмосфери нашої планети. Саме вони першими стали виробляти кисень з вуглекислого газу і води під дією фотосинтезу, внаслідок чого навколо Землі сформувався озоновий шар, що захищає нашу планету від шкідливого впливу ультрафіолетових сонячних променів. Про будову ціанобактерій, їх харчування та особливості життя, читайте далі.

Історія відкриття та дослідження

Першовідкривачем ціанобактерій став один із знаменитих винахідників мікроскопа, голландський вчений-любитель Антоніо Ван Левенгук, що жив в Нідерландах XVIII століття. Незважаючи на те, що за своєю основною професією Антоніо Ван Левенгук був успішним торговцем сукном, а наукою займався як хобі, за своє життя він зробив безліч важливих наукових відкриттів в біології, одними з яких і були ціанобактерії. Виявив він їх, розглядаючи синьо-зелені водорості через свій мікроскоп. Будучи також талановитим художником, він першим замалював їх у свій блокнот.

Згодом вже більш детальним вивченням ціанобактерій зайнявся інший знаменитий французький біолог Луї Пастер. В ході ряду цікавих дослідів він виявив особливості їх будови і життєдіяльності, а також визначив, що ціанобактерії здатні виробляти кисень.

Зараз біологи вже знають напевно, що перші ціанобактерії існували на нашій планеті вже мільйони років тому, а палеонтологи з цікавістю вивчають останки древніх водоростей, що збереглися на стародавніх гірських породах.

Ціанобактерії володіють відмінними здібностями до виживання в самому різному кліматі, і навіть самому несприятливому, завдяки своїй високій витривалості. А будова ціанобактерій збереглася і після значних температурних змін на нашій планеті, коли динозаври і багато інших стародавніх тварин давним-давно вимерли, ціанобактерії продовжують спокійно існувати в своєму первозданному вигляді в наші дні, як існували за часів динозаврів і задовго до них.

За біологічною класифікацією ціанобактерії віднесені до класу бактерій, де займають свій окремий підклас, власне і названий «ціанобактеріями».

Це цікаво: за приблизними підрахунками саме ціанобактерії виробляють до 40% кисню в атмосфері нашої планети.

Будова

За своєю будовою ціанобактерії складаються з кулястих, еліпсоїдних клітин з’єднаних в ланцюзі. Клітини їх покриті тонкою плівкою з мембран. Деякі види ціанобактерій володіють характерним слизовим чохлом, що грає певні сполучні і захисні функції. Також ціанобактерії мають спеціальні газові вакуолі, що грають роль джгутиків, завдяки яким вони здатні переміщатися в просторі, при цьому зберігаючи рівновагу. Якщо ж ціанобактерія з тих чи інших причин втратить властивості плавучості, якось пошкодивши вакуолі, то вона спливе вгору.

Варто відзначити, що ціанобактерії найпростіші одноклітинні прокаріоти, а це значить що на відміну від деяких інших одноклітинних організмів, іменованих еукаріотами, їх клітини не мають ядра. Також крім ядра у них відсутній і ряд інших важливих органел клітини:

• мітохондрії,
• хроматофори,
• ендоплазматична мережа,
• вакуолі з клітинним соком.

Розмноження

Як і багато інших одноклітинних організмів ціанобактерії розмножуються за допомогою ділення клітин. Але сам поділ у різних різновидів може мати різні форми, такі як

• рівновелике бінарне ділення, коли з однієї клітини утворюється дві,
• нерівновелике бінарне ділення (брунькування), коли дочірні клітини формуються з відростків материнської клітини,
• множинне безстатеве розмноження, коли наступне покоління клітин формується з соматичних клітин без участі репродуктивних клітин — гамет.

Всі ці різновиди поділу клітин присутні у різних видів ціанобактерій.

Значення і застосування

Ми вже згадали про найважливішу роль ціанобактерій, саме вони першими стали здійснювати фотосинтез і збагатили атмосферу Землі киснем, крім цього вони мають і ряд інших корисних властивостей – так вони наповнюють грунт азотними добривами і корисними органічними речовинами. Тому не дивно, що їх почали використовувати в сільському господарстві для підвищення врожайності. Завдяки здатності насичувати грунт азотом, з їх допомогою можна вирощувати культурні рослини навіть на практично неродючій землі.

Окремі різновиди синьо-зелених водоростей використовуються для годування домашніх тварин, так як вони доставляють організму набір необхідних поживних речовин: жирів, білків, вуглеводів та вітамінів.

А в багатьох азіатських країнах з цих водоростей роблять спеціальні смачні і корисні приправи для людей.

Біохімічний склад

Сама назва «синьо-зелені водорості» говорить за себе, зелений колір ціанобактеріям надає наявний в них хлорофіл. Наявність же синього кольору обумовлена впливом спеціальних пігментів: фікоціаніна та алофікоціаніна.

Деякі підвиди ціанобактерій мають в своєму складі такі спеціальні речовини як лютеїн, ксантофіл і зеаксантин, які дозволяють їм запасатися вуглеводами та іншими важливими поживними елементами.

Само собою зрозуміло, що ціанобактерії мають в собі фотосинтезуючий апарат, який здійснює утворення органічних речовин і кисню.

Різновид

Різновиди ціанобактерій включають в себе понад 1500 видів. За деякими важливими загальними ознаками вони об’єднані в класи:

• Хроококові, в цей клас входять організми з одиночною або колоніальною формою. Також відрізняються великою кількістю слизу, що виділяється клітинними структурами.
• Плеврокапсові – тільки вони здатні формувати репродуктивні клітини, так звані беоцити.
• Оксиллаторії – цей клас об’єднує в собі вегетативні клітини, що діляться безстатевим шляхом.
• Ностокові – характерні тим, що на відміну від оксиллаторій здійснюють статеве розмноження. Також мають здатність створювати кольорові нальоти і мають властивість креофільності, іншими словами можуть адаптуватися навіть до умов пустелі.
• Стигонемові – також здійснюють статеве розмноження, але на відміну від носткових здатні ділиться багато разів в межах одноклітинного організму.

Харчування

Харчування ціанобактерій змішане: з одного боку, будучи автотрофами, вони можуть синтезувати вуглеводи з неорганічних речовин. Але в умовах зміненого середовища проживання вони можуть стати гетеротрофами і харчуватися як звичайні квіткові рослини. Також деякі ціанобактерії мають здатність харчуватися за допомогою хемосинтезу – незвичайного способу харчування бактерій, заснованому на засвоєнні вуглекислого газу завдяки окисленню неорганічних сполук.

Саме завдяки своїм здібностям до універсальних видів харчування ціанобактерії можуть рости в самих екстремальних умовах і заселяти місця з недостатньою кількістю поживних елементів для інших організмів, таким чином, створюючи умови для подальшого розвитку життя.

Ареал проживання

Велика частина ціанобактерій знаходиться в безоднях Світового океану, на дні морів, але чимала їх частина є і в прісноводних озерах і річках, гарячих джерелах, порожнинах тропічного листя, рисових полях і навіть крижаних озерах Антарктиди. Середовище проживання залежить від способу харчування і біохімічного складу того чи іншого різновиду ціанобактерій. Часом ціанобактерії вступають в біологічний симбіоз з лишайниками та мохами.

Шкода

Деякі види ціанобактерій можуть приносити не тільки користь, але і шкоду, так як мають в своєму складі токсини, що отруюють місця їх проживання. При масовому розмноженні таких шкідливих ціанобактерій, водойма, яку вони «захопили» забарвлюється в характерний зелений колір, і він стає непридатним для проживання інших живих істот. Також шкідливі ціанобактерії можуть завестися в звичайному акваріумі при відсутності належного догляду. Зайве говорити про можливу шкоду для риб в такій ситуації, щоб уникнути цього необхідно ретельно промити акваріум, повністю замінивши воду.

Рекомендована література та корисні посилання

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: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора