История существования и открытия цианобактерий

Судя по ископаемым остаткам, история существования синезеленых водорослей уходит своими корнями далеко в прошлое, на несколько миллиардов лет назад. Такие выводы позволили сделать исследования ученых-палеонтологов, проанализировавших горные породы (их участки) тех далеких времен. На поверхности образцов были обнаружены цианобактерии, строение которых ничем не отличалось от такового у современных форм. Это свидетельствует о высокой степени приспособленности данных существ к различным условиям обитания, к их крайней выносливости и выживаемости. Очевидно, что за миллионы лет происходило множество изменений в температурном и газовом составе планеты. Однако ничто не повлияло на жизнеспособность цианей. В современности цианобактерия - это одноклеточный организм, который был открыт одновременно с остальными формами бактериальных клеток. То есть Антонио Ван Левенгуком, Луи Пастером и другими исследователями в XVIII-XIX веках. Более тщательному изучению они подверглись позже, с развитием электронной микроскопии и модернизированных способов и методов исследования. Были выявлены особенности, которыми обладают цианобактерии. Строение клетки включает ряд новых, не встречающихся у других существ, структур. В биологии определение, что такое цианобактерии, было сформулировано нидерландским ученым Антонио Ван Левенгуком в XVIII столетии. Он занимался изучением бактериальных клеток совместно с французским химиком Луи Пастером и выявил особенности строения и жизнедеятельности водорослей. Во второй половине XX — начале XXI вв. синезеленые водоросли были включены в царство бактерий. Они образовали отдельное подцарство цианобактерий. В нынешнее время эти организмы продуцируют до 40% органических веществ и кислорода на планете.

Жизненные формы, среда и экология цианобактерий

Цианобактерии бывают одноклеточными, колониальными и нитчатыми. Некоторые нитчатые цианофиты (лат. Cyanophytes ) формируют дифференцированные клетки, известные как гетероцисты (англ. Heterocysts ), специализирующихся на фиксации азота, и спящие клетки или споры, так называемые акинеты. Каждая клетка обычно имеет толстые, желатиноподобные клеточные стенки, которые окрашиваются по Граму отрицательно. Средний размер клеток — 2 мкм.

Отличаются способностью адаптировать состав фотосинтетических пигмента к спектральному составу света, так что их цвет варьирует от ярко-зеленого до темно-синего.

Клетка цианобактерии снаружи покрыта клеточной стенкой, а иногда еще и слоем специального полисахарида, способного формировать слизевую капсулу вокруг нее. Именно благодаря этой особенности и осуществляется движение цианей. Жгутиков или специальных выростов нет. Движение может осуществляться только по твердой поверхности при помощи слизи, короткими сокращениями. Некоторые Осциллатории имеют очень необычный способ перемещения - они крутятся вокруг своей оси и одновременно вызывают вращение всей трихомы. Так происходит движение по поверхности.

Большинство видов найдено в пресной воде, тогда как другие живут в морях, во влажной почве, или даже на временно увлажненных скалах в аридных зонах. Некоторые вступают в симбиотические отношения с лишайниками, растениями, протистами или губками, и обеспечивают своего симбионта продуктами фотосинтеза. Некоторые живут в мехах ленивцев, обеспечивая камуфляжный цвет.

Цианобактерии составляют значительную долю океанического фитопланктона. Способны к формированию толстых бактериальных матов.

Некоторые виды токсичные (наиболее изучен токсин — микроцистин, продуцируемый, например, видом Microcystis aeruginosa ) или условно-патогенные (вид Anabaena ). Главные участники цветения воды, вызывают массовые заморы рыбы и отравления животных и людей, например, при цветении воды в водохранилищах Украины. Цианобактерии является уникальной экологической группой, которая сочетает способность к фотосинтетической продукции кислорода и фиксации атмосферного азота (в 2/3 изученных видов). Благодаря наличию особых приспособлений (гетероцист, беоцитов, необычных тиллакоидов, газовых вакуолей, способности фиксировать молекулярный азот и прочих) данные организмы расселились повсеместно. Они способны выживать даже в самых экстремальных условиях, в которых вообще ни один живой организм существовать не может. Например, горячие термофильные источники, анаэробные условия с атмосферой сероводорода, кислая среда с рН меньше 4. Цианобактерия - это организм, спокойно выживающий на морском песке и скалистых выступах, ледяных глыбах и жарких пустынях. Узнать и определить присутствие цианей можно по характерному цветному налету, который образуют их колонии. Цвет может быть различным, от иссиня-черного до розового и фиолетового. Синезелеными их называют за то, что часто на поверхности обычных пресных или соленых вод они формируют сине-зеленую слизевую пленку. Такое явление получило название "цветение воды" (рис.3). Его можно видеть практически на любом озере, которое начинает зарастать и заболачиваться.

Некоторые формы синезеленых водорослей (например, Осциллатории) способны жить в совершенно анаэробных условиях и атмосфере сероводорода. В этом случае происходит переработка соединения внутри организма и в результате образуется молекулярная сера, выходящая в окружающую среду.

Цианобактерии — единственная группа организмов, которые могут связывать азот и углерод в условиях тренировки — факт, который, возможно, отвечает за их эволюционный и экологический успех. Цианобактерии являются экстремофилами, что означает, что они способны выживать в экстремальных условиях. Цианобактерии даже выживали за пределами Международной космической станции (МКС) в течение 16 месяцев.

Цианобактерии были размещены в лотках за пределами МКС, где они подвергались экстремальным уровням радиации и колебаниям температуры. Они не только выжили в течение 16 месяцев, но и хорошо адаптировались к холоду вакуума.