Микроорганизмы, установленные на лотках вне МКС, подвергались воздействию суровой космической среды в течение 16 месяцев.

Цианобактерии были создателями земной атмосферы, теперь они могут стать архитекторами космической цивилизации.

Уникальные свойства цианобактерий в сочетании с их экстремофильной природой вызвали интересные идеи для их применения в исследовании космоса.

Рисунок 2- Цианобактерии

Рисунок 3 – Эвтрофикация водоёма

Особенности строения

Цианобактерии образованы шаровидными, эллипсоидными и цилиндрическими клетками, соединенными в цепи. Клеточные структуры покрыты тонкой пленкой, состоящей из мембран. Для отдельных представителей цианобактерий характерно наличие слизистого чехла, выполняющего защитную и соединительную функции. В состав морских водорослей входят газовые вакуоли, выполняющие роли жгутиков. Они позволяют организмам перемещаться по воде и сохранять равновесие во время передвижения. Если цианобактерии теряют свойство плавучести, то они всплывают на поверхность. В составе цианобактерий отсутствуют следующие элементы эукариотических клеток:

o хроматофоры;

o митохондрии;

o эндоплазматическая сеть;

o клеточное ядро;

o вакуоли с клеточным соком.

Сходство водорослей и эукариотов заключается в идентичном наборе пигментов, наличии питательных веществ и отсутствии жгутиковых связей.

Общий план строения клетки следующий:

§ клеточная стенка из полисахаридов и муреина;

§ плазматическая мембрана билипидного строения;

§ цитоплазма со свободно распределенным генетическим материалом в виде молекулы ДНК;

§ тиллакоиды, выполняющие функцию фотосинтеза и содержащие пигменты (хлорофиллы, ксантофиллы, каротиноиды).

Специализированные структуры:

В первую очередь это гетероцисты. Данные структуры - не части, а сами клетки в составе трихомы (общей колониальной нити, объединенной слизью). Они отличаются при рассмотрении в микроскоп своим составом, так как основная функция их - выработка фермента, позволяющего фиксировать молекулярный азот из воздуха. Поэтому пигментов в гетероцистах практически нет, а вот азота достаточно много. Во-вторых, это гормогонии - участки, вырванные из трихомы. Служат местами размножения. Беоциты - это своеобразные дочерние клетки, в массе наделившиеся из одной материнской. Иногда их число достигает тысячи за один период деления. К такой особенности способны Дермокапсы и другие Плеврокапсодиевые. Акинеты - особые клетки, находящиеся в состоянии покоя и включенные в состав трихомы. Отличаются более массивной, богатой полисахаридами клеточной стенкой. Роль их схожа с гетероцистами. Газовые вакуоли - их имеют все цианобактерии. Строение клетки изначально подразумевает их наличие. Роль их - принимают участие в процессах цветения воды. Другое название подобных структур - карбоксисомы. Клеточные включения. Они, безусловно, есть и в растительных, и в животных, и в бактериальных клетках. Однако у синезеленых водорослей эти включения несколько иные. К ним относятся: гликоген; гранулы полифосфата; цианофицин - особое вещество, состоящее из аспартата, аргинина. Служит для накопления азота, так как эти включения находятся в гетероцистах. Это то, чем обладает цианобактерия. Основные части и специализированные клетки и органоиды - вот то, что позволяет цианеям осуществлять фотосинтез, но при этом относиться к бактериям.

Рисунок 4– Формы цианобактерий

Рисунок 5– Строение цианобактерии

Классификация

Вопрос определения их таксономической принадлежности остается открытым. Пока известно только одно: цианобактерии - прокариоты. Подтверждением этому являются такие особенности, как: отсутствие ядра, митохондрий, хлоропластов; наличие в клеточной стенке муреина; молекулы S-рибосом в составе клетки. Тем не менее цианобактерии - прокариоты, насчитывающие около 1500 тысяч разновидностей. Все их классифицировали и объединили в 5 больших морфологических группировок (порядков). Хроококковые и Плеврокапсовые объединяют одиночные или колониальные сравнительно простые формы, а в Осциллаотриевые, Стигонемовые и Ностоковые входят нитчатые формы.

Хроококковые (Chroococcales). Достаточно многочисленная группа, объединяющая одиночные или колониальные формы. Высокие концентрации организмов удерживаются вместе за счет общей слизи, выделяемой клеточной стенкой каждой особи. По форме к этой группе относятся палочковидные и шаровидные структуры.

Рисунок 6 - Хроококковые

Плеврокапсовые (Pleurocapsales). Очень схожи с предыдущими формами, однако появляется особенность в виде формирования беоцитов (подробнее об этом явлении позже). Входящие сюда цианобактерии относятся к трем основным классам: Плеврокапсы, Дермокапсы, Миксосарцины.

Рисунок 7 - Плеврокапсовые

Оксиллатории (Oscillatoriales). Главная особенность этой группы в том, что все клетки объединяются в общую слизевую структуру под названием трихома. Деление происходит, не выходя за пределы этой нити, внутри. Осциллатории включают в свой состав исключительно вегетативные клетки, делящиеся бесполым способом пополам.

Рисунок 8 - Оксиллатории

Ностоковые (Nostocales). Интересны за свою криофильность. Способны обитать на открытых ледяных пустынях, образуя на них цветные налеты. Так называемое явление "цветения ледяных пустынь". Формы данных организмов также нитчатые в виде трихом, однако размножение половое, при помощи специализированных клеток - гетероцист. Отнести сюда можно следующих представителей: Анабены, Ностоки, Калотриксы.

Рисунок 9 - Ностоковые

Стигонемовые (Stigonematales). Очень схожи с предыдущей группой. Главное отличие в способе размножения - они способны делиться множественно в пределах одной клетки. Самый популярный представитель данного объединения - Фишереллы.

Рисунок 10- Стигонемовые

Эта классификация была представлена американским бактериологом Берджи Дэвидом Хенриксом. Он является создателем справочника по бактериологической систематике, предназначенного для подробного описания всех разновидностей фотосинтезирующих организмов.
Классифицируют цианей по морфологическому критерию, так как по остальным возникает много вопросов и получается путаница. Ботаники и микробиологи к общему знаменателю в систематике цианобактерий пока прийти не могут.

Рисунок 11– Классификация цианобактерий

Размножение

Данный процесс не представляет особой сложности, так как такой же, какой имеют обычные бактерии. Цианобактерии могут делиться вегетативно, частями трихом, обычной клеткой надвое, либо осуществлять половой процесс. Часто в этих процессах участвуют специализированные клетки гетероцисты, акинеты, беоциты.

Рисунок 12 – Размножение цианобактерий

Значение

Цианобактерии, по общепринятой версии, является «создателями» современной кислородсодержащей атмосферы на Земле (согласно другой теории, кислород атмосферы имеет геологическое происхождение), что привело к первой глобальной экологической катастрофы в естественной истории и драматической смене биосферы. Сейчас, будучи в значительной составной частью океанического планктона, цианобактерии стоят в начале большей части пищевых цепей и производят большую часть кислорода (более 90%, но эта цифра признается не всеми исследователями). Цианобактерия Synechocystis стала первым фотосинтезирующими организмом, чей геном был полностью расшифрован (в 1996, Исследовательским институтом Казусы, Япония). В настоящее время цианобактерии служат важнейшими модельными объектами исследований в биологии. В Южной Америке и Китае бактерии родов Spirulina и Nostoc за недостатка других видов продовольствия используют в пищу, высушивая и готовя из них муку. Им приписывают целебные и оздоравливающие свойства, которые, однако, в наше время не нашли подтверждения. Рассматривается возможное применение цианобактерий в создании замкнутых циклов жизнеобеспечения или как массовой кормовой / пищевой добавки.

Arthrospira

Arthrospira (лат.) — род цианобактерий (синезелёных водорослей) класса Cyanophyceae. Человеком и различными видами животных употребляются в пищу в основном два вида: Arthrospira platensis и Arthrospira maxima, имеющие коммерческое название «Спирулина». Название Спирулина (лат. Spirulina), по мнению разных систематиков, либо закреплено за отдельным родом цианобактерий, либо является синонимом рода Arthrospira.

Представители рода Arthrospira культивируются по всему миру, используются в качестве пищевой добавки и самостоятельного продукта, доступна в форме таблеток, хлопьев и порошка, а также в качестве кормовой добавки при разведении рыб и в птицеводстве.

Фотосинтетические пигменты Arthrospira: хлорофиллы и фикоцианины, фикоэритрины

Экология

Представители рода Arthrospira — свободно плавающие нитевидные цианобактерии, характеризующиеся цилиндрическими многоклеточными трихомами в левозакрученной спирали. Перегородки под световым микроскопом неразличимы. Слизистые чехлы не развиты или развиты слабо.

Arthrospira platensis имеет оптимум pH между 8 и 11, встречается в тропических и субтропических озёрах, вода которых обладает высоким рН и концентрацией карбонатов и бикарбонатов. Arthrospira platensis встречается в Африке, Азии и Южной Америке, в то время как ареал Arthrospira maxima ограничен Центральной Америкой. Крупнейшие коммерческие производители спирулины расположены в США, Таиланде, Индии, Тайване, Китае, Бангладеш, Пакистане, Мьянме, Греции и Чили.

Для роста и развития спирулины требуется высокая температура и освещённость. Она может выживать при температуре до 60 °C, а отдельные её пустынные виды выживают, впадая в глубокую спячку, даже если водоём выпарится и она окажется на камнях с температурой 70 °C. Это говорит о том, что, содержащиеся в спирулине белок, аминокислоты, витамины, ферменты даже при такой температуре сохраняются в клетке, тогда как в обычных условиях температура 50—54 °C для большинства ферментов является губительной, а некоторые витамины и аминокислоты в этих условиях начинают терять свои полезные свойства.

Использование человеком

Спирулина являлась источником пищи для ацтеков и других племён Мезоамерики вплоть до XVI века, сбор «урожая» с озера Тескоко и последующая продажа собранной водоросли в виде характерных зелёных лепёшек были описаны одним из солдат Кортеса. Ацтеки называли их tecuitlatl. Несмотря на то, что, по результатам произведённых в 1960-х гг. французских исследований, озеро Тескоко по-прежнему было богато спирулиной, описания использования спирулины в качестве ежедневного источника пищи окрестных племён после XVI века отсутствуют. В качестве возможных факторов называют возникшую после осушения окрестных озёр ради более крупного сельского хозяйства пищевую альтернативу, а также постепенную урбанизацию региона.

Также спирулину традиционно собирают в Чаде из многочисленных озёр и прудов, окружающих озеро Чад. Водорослевую массу прессуют в лепёшки под названием dihé, которые используются в дальнейшем для непосредственного употребления, и в качестве ингредиента для варки супов.

Спирулина активно культивируется, в том числе в России.

Наряду с озером Чад китайское озеро Цинхай является одним из немногих природных ареалов спирулины. После исчезновения озера Тескоко только в озёрах Чад и Цинхай собирается естественно выросшая спирулина.

Содержание питательных веществ и витаминов

Высушенная спирулина содержит около 60 % (51—71 %) белка. Это полноценный белок, содержащий все незаменимые аминокислоты, хотя и с пониженным содержанием метионина, цистеина и лизина по сравнению с белком мяса, яиц и молока. Однако, по данным показателям спирулина превосходит другие растительные источники белка, такие как бобовые.

Исследования у человека

Некоторые исследования были проведены для оценки воздействия спирулины на организм недоедающих детей, в качестве средства лечения косметических аспектов отравления мышьяком, сенной лихорадки и аллергического ринита, при артрите, при гиперлипидемии и гипертонии, как средство повышения выносливости к физическим нагрузкам. Существуют некоторые свидетельства о положительном воздействии спирулины на снижение уровня холестерина в крови, но, перед тем как сделать окончательные выводы о её эффективности, требуется проведение большого объёма дополнительных исследований. Отдельные проведённые эксперименты указывают на перспективность дальнейших исследований эффективности спирулины при синдроме хронической усталости и в качестве противовирусного средства.

Список литературы

· Судьина Е. Г., Шнюкова Е. И., Костлан Н. В. и др. Биохимия сине-зеленых водорослей / Отв. ред. К. М. Сытник. — Киев: Наукова думка, 1978. — 264 с. — 1000 экз.

· Гусев М. В., Никитина А. А. Цианобактерии: (Физиология и метаболизм). — М.: Наука, 1979. — 228 с. — 950 экз.

· Gillian Cribbs (1997) Nature’s Superfood, the Blue-Green Algae Revolution. Newleaf. ISBN 0-7522-0569-2

· Marshall Savage, (1992, 1994) The Millennial Project: Colonizing the Galaxy in Eight Easy Steps. Little, Brown. ISBN 0-316-77163-5

· Dyer, Betsey D. A Field Guide to Bacteria. Ithaca: Comstock Publishing Associates, 2003.

· «Архитекторы земной атмосферы» Введение в биологию цианобактерий Беркли. 03 Feb. 2006.

· Обзор цианобактерий

· Исследовательский сайт по цианобактериям

· Gomont M. (1892): Monographie des Oscillatoriées (Nostocacées homocystées)

· https://fb.ru/article/168965/tsianobakteriya---eto-tsianobakterii-stroenie-obschie-svedeniya

· https://info-farm.ru/alphabet_index/c/cianobakterii.html