Оглавление
- 1 Cyanobacteria
- 1.1 Общая информация о cyanobacteria
- 1.2 Эволюция и роль в экосистемах
- 1.3 Морфология и разнообразие
- 1.4 Экологическое значение
- 1.5 Применение и исследования
- 1.6 Распространение и симбиоз
- 1.7 Фотосинтез и фиксация углерода
- 1.8 Дыхание и электрон-транспортная цепь
- 1.9 Метаболизм и экология
- 1.10 Влияние на окружающую среду
- 1.11 Симбиотические отношения цианобактерий
- 1.12 Роль цианобактерий в экосистемах
- 1.13 Коллективное поведение цианобактерий
- 1.14 Клеточная смерть цианобактерий
- 1.15 Цианофаги
- 1.16 История открытия и классификация
- 1.17 Движение цианобактерий
- 1.18 Требования к свету
- 1.19 Миграция цианобактерий
- 1.20 Фотодвижение
- 1.21 Эволюция цианобактерий
- 1.22 Происхождение фотосинтеза
- 1.23 Происхождение хлоропластов
- 1.24 Эндосимбиотические процессы
- 1.25 Морское происхождение и геохимия
- 1.26 Генетика и восстановление ДНК
- 1.27 Классификация и таксономия
- 1.28 Отношение к людям и биотехнология
- 1.29 Фотосинтез и биоэнергетика
- 1.30 Медицинские и биотехнологические применения
- 1.31 Пищевые и питательные свойства
- 1.32 Риски для здоровья
- 1.33 Химический контроль
- 1.34 Галерея и дополнительные ресурсы
- 1.35 Полный текст статьи:
- 2 Цианобактерии – Arc.Ask3.Ru
Cyanobacteria
-
Общая информация о cyanobacteria
- Cyanobacteria — это автотрофные грам-отрицательные бактерии, способные к кислородному фотосинтезу.
- Название “cyanobacteria” происходит от их сине-зеленого цвета.
- Они являются самыми многочисленными организмами на Земле и первыми, кто произвел кислород.
-
Эволюция и роль в экосистемах
- Cyanobacteria появились в середине Архея и изменили состав атмосферы Земли.
- Они способствовали эволюции эукариот через эндосимбиоз.
- Cyanobacteria используют различные пигменты для фотосинтеза и имеют внутренние мембраны.
-
Морфология и разнообразие
- Cyanobacteria варьируются от одноклеточных до колониальных форм.
- Филаментные формы имеют функциональную клеточную дифференциацию.
- Некоторые виды образуют гетероцисты для фиксации азота.
-
Экологическое значение
- Cyanobacteria являются важными участниками биогеохимических циклов.
- Они играют ключевую роль в морских экосистемах, обеспечивая первичную продукцию.
- Некоторые виды могут вызывать вредные альгольные цветения, нанося ущерб экосистемам и здоровью человека.
-
Применение и исследования
- Cyanobacteria используются в биотехнологии для производства биоэтанола и пищевых добавок.
- Они также являются важными модельными организмами для исследований.
- Cyanobacteria продолжают изучаться для понимания их роли в экосистемах и их влияния на окружающую среду.
-
Распространение и симбиоз
- Цианобактерии встречаются в воде рисовых полей и на поверхности зеленых водорослей.
- Некоторые виды, такие как Anabaena, могут служить биоудобрением для рисовых плантаций.
-
Фотосинтез и фиксация углерода
- Цианобактерии используют энергию солнечного света для фотосинтеза.
- Они используют карбоксисомы для накопления углекислого газа.
- Фотосинтетический аппарат встроен в тилакоидные мембраны, а фикобилисомы служат антеннами для захвата света.
-
Дыхание и электрон-транспортная цепь
- Цианобактерии могут дышать в тилакоидных мембранах, используя электроны от сукцинатдегидрогеназы.
- Они используют воду как донор электронов, что требует двух фотосистем.
- Фикобилисомы обеспечивают сине-зеленую пигментацию.
-
Метаболизм и экология
- Цианобактерии используют воду как донор электронов и производят кислород.
- Они часто являются симбионтами с другими организмами, такими как грибы и растения.
- Цианобактерии обитают в различных средах, включая океаны, пресные воды и почву.
-
Влияние на окружающую среду
- Цианобактерии могут вызывать токсичные цветения в пресных и морских водах.
- Они могут загрязнять источники питьевой воды и влиять на рыбное хозяйство.
- Цианобактерии играют важную роль в стабилизации почвы и глобальном кислородном цикле.
-
Симбиотические отношения цианобактерий
- Цианобактерии могут взаимодействовать с растениями и другими организмами.
- Примеры: Anabaena spp. колонизирует корни пшеницы и хлопка, Calothrix sp. также найдена на корнях пшеницы.
- Nostoc spp. колонизируют корни монокотов, таких как пшеница и рис.
-
Роль цианобактерий в экосистемах
- Цианобактерии играют важную роль в первичном производстве, особенно в олиготрофных океанах.
- Некоторые цианобактерии фиксируют азот, а не углерод, в организме хозяина.
- Цианобактерии распространены повсеместно и являются самыми многочисленными фотосинтезирующими организмами на Земле.
-
Коллективное поведение цианобактерий
- Цианобактерии образуют колонии, которые могут плавать на воде и выполнять важные экологические функции.
- В прошлом цианобактерии могли способствовать созданию биосферы, но токсичные цианобактериальные цветения становятся проблемой для общества.
- Цианобактерии используют сульфатированные полисахариды и пилии для формирования плавучих агрегатов.
-
Клеточная смерть цианобактерий
- Клеточная смерть является важным процессом для экофизиологии цианобактерий.
- Различные формы клеточной смерти наблюдаются в ответ на биотические и абиотические стрессы.
- Клеточная смерть играет ключевую роль в развитии и выживании популяций.
-
Цианофаги
- Цианофаги — вирусы, инфицирующие цианобактерии.
- Цианофаги регулируют популяции цианобактерий в водных экосистемах.
- Инфекция цианофагами может предотвращать цианобактериальные цветения, опасные для человека и животных.
-
История открытия и классификация
- Первый цианофаг LPP-1 был открыт в 1963 году.
- Цианофаги классифицируются в семействах Myoviridae, Podoviridae и Siphoviridae.
-
Движение цианобактерий
- Филаментные цианобактерии совершают поверхностные движения с помощью пилей типа IV.
- Synechococcus плавает со скоростью 25 мкм/с, используя механизм, отличный от бактериальных жгутиков.
- Цианобактерии могут двигаться методом скольжения и нефототаксического плавания.
-
Требования к свету
- Цианобактерии имеют строгие требования к свету.
- Недостаток света может привести к гетеротрофному дыханию, а избыток света — к повреждению.
- УФ-излучение особенно опасно для цианобактерий.
-
Миграция цианобактерий
- Цианобактерии мигрируют вертикально и горизонтально в микробных матах для поиска оптимальной ниши.
- Примеры: Oscillatoria sp. и Spirulina subsalsa мигрируют вниз в дневные часы и вверх ночью.
- Microcoleus chthonoplastes мигрируют вверх в дневные часы и равномерно распределяются ночью.
-
Фотодвижение
- Цианобактерии используют фотодвижение для поиска оптимальных условий освещения.
- Типы фотодвижения: фотокинез, фототаксис и фотофобные реакции.
-
Эволюция цианобактерий
- Строматолиты — слоистые структуры, образованные цианобактериями.
- Цианобактерии появились 2.1 млрд лет назад и могли вызвать Великое кислородное событие.
- Онколиты — структуры, образованные цианобактериями, индикаторы теплых вод.
-
Происхождение фотосинтеза
- Оксигенный фотосинтез эволюционировал только у цианобактерий.
- Все фотосинтезирующие эукариоты приобрели эту способность через эндосимбиоз с цианобактериями.
-
Происхождение хлоропластов
- Хлоропласты — органеллы, специализированные на фотосинтезе, произошли от эндосимбиотических цианобактерий.
- Три основные группы первичных эндосимбиотических эукариот образуют монофилетическую группу Archaeplastida.
- Морфологическое сходство между хлоропластами и цианобактериями было отмечено в 19 веке.
- Современные данные подтверждают эндосимбиотическое происхождение хлоропластов.
-
Эндосимбиотические процессы
- Хлоропласты имеют много общего с цианобактериями
- Эндосимбиотическая теория предполагает, что фотосинтезирующие бактерии были приобретены ранними эукариотическими клетками
- Хлоропласты обладают собственной ДНК, кодирующей окислительно-восстановительные белки
-
Морское происхождение и геохимия
- Цианобактерии изменили геохимию планеты
- В раннем палеопротерозое произошло Великое окислительное событие
- В неопротерозое произошло неопротерозойское событие насыщения кислородом
- Понимание эволюции планктонных цианобактерий важно для азотного и углеродного циклов
-
Генетика и восстановление ДНК
- Цианобактерии способны к естественной генетической трансформации
- Цианобактерии обладают генами репарации ДНК, подобными E. coli
-
Классификация и таксономия
- Цианобактерии традиционно подразделялись на пять секций
- Большинство таксонов, включенных в тип или отдел цианобактерий, еще не опубликованы в соответствии с ICNP
- Принятая таксономия основана на LPSN и NCBI
-
Отношение к людям и биотехнология
- Одноклеточная цианобактерия Synechocystis sp. PCC6803 была первым фотосинтезирующим организмом с полностью секвенированным геномом
- Цианобактерии могут быть использованы для получения возобновляемой энергии
-
Фотосинтез и биоэнергетика
- Фотосинтетические пути могут быть связаны с химическими медиаторами для передачи электронов на внешние электроды.
- Ведется работа по коммерциализации топлива на основе водорослей, таких как дизельное, бензиновое и реактивное топливо.
- Цианобактерии могут производить этанол, и эксперименты показали, что при экспрессии одного или двух генов CBB выход может быть выше.
-
Медицинские и биотехнологические применения
- Цианобактерии могут производить вещества, которые могут служить противовоспалительными агентами и бороться с бактериальными инфекциями у людей.
- Фотосинтетический выход сахара и кислорода у цианобактерий имеет терапевтическую ценность у крыс с сердечными приступами.
- Цианобактерии могут служить хостами для производства растительных метаболитов благодаря биотехнологическим достижениям.
-
Пищевые и питательные свойства
- Некоторые цианобактерии продаются как еда, такие как Spirulina и Klamath Lake AFA.
- Микроводоросли содержат полиненасыщенные жирные кислоты, аминокислоты, белки, пигменты, антиоксиданты, витамины и минералы.
- Цианобактерии снижают производство провоспалительных цитокинов и обладают иммуномодулирующими, противоопухолевыми, антитромботическими и другими свойствами.
-
Риски для здоровья
- Цианобактерии могут производить нейротоксины, цитотоксины, эндотоксины и гепатотоксины.
- Цианобактериальные цветения могут быть вредны для других видов и опасны для людей и животных.
- Исследования показывают, что длительное воздействие токсинов цианобактерий может вызывать амиотрофический латеральный склероз.
-
Химический контроль
- Для борьбы с цианобактериальными цветениями используются различные химические вещества, такие как гипохлорит кальция, сульфат меди, Cupricide и симазин.
- Климатические изменения могут увеличить частоту и интенсивность цианобактериальных цветения в эвтрофических озерах и водохранилищах.
-
Галерея и дополнительные ресурсы
- В статье представлены фотографии и видео, демонстрирующие активность цианобактерий.
- Приведены ссылки на дополнительные ресурсы и статьи по теме.