Die Cyanobakterien , früher als Blaualgen bekannt, sind ein Stamm von Bakterien, die von den einzigen Prokaryoten gebildet werden, die Sonnenlicht als Energie und Wasser als Elektronenquelle für die Photosynthese nutzen können (sauerstoffhaltige Photosynthese).
Wie höhere Pflanzen enthalten sie Pigmente, die es ihnen ermöglichen, eine sauerstoffhaltige Photosynthese durchzuführen. Dieses Phylum umfasst rund 2000 Arten in 150 Gattungen mit einer Vielzahl von Formen und Größen.
Oscillatoria sp. Von Wiedehopf20 aus Wikimedia Commons
Cyanobakterien sind sehr alte Organismen. Mikrofossilien mit großer Ähnlichkeit zu modernen Cyanobakterien wurden in Lagerstätten gefunden, die 2,1 Milliarden Jahre alt sind. Charakteristische Biomarker-Moleküle von Cyanobakterien wurden auch in 2,7 und 2,5 Milliarden Jahre alten Meeresablagerungen gefunden.
Aufgrund der Fähigkeit von Cyanobakterien, Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese zu produzieren und freizusetzen, wird angenommen, dass sein Auftreten auf der Erde die Veränderung der Atmosphäre ermöglichte und ein großes Oxygenierungsereignis verursachte.
Die Zunahme des Sauerstoffs könnte vor etwa 2,4 bis 2,1 Milliarden Jahren zu einer Abnahme der atmosphärischen Methankonzentration geführt haben, wodurch viele Arten anaerober Bakterien ausgestorben sind.
Einige Stämme von Cyanobakterienarten können in Gewässern starke Toxine produzieren. Diese Toxine sind Sekundärmetaboliten, die bei extremen Umgebungsbedingungen in eutrophen Umgebungen mit hohen Konzentrationen an Mineralstoffen wie Phosphor und bestimmten pH- und Temperaturbedingungen in die Umwelt freigesetzt werden.
Eigenschaften
Cyanobakterien sind gramnegativ färbende Bakterien, die einzellig sein oder Kolonien in Form von Filamenten, Blättern oder Hohlkugeln bilden können.
Innerhalb dieser Vielfalt können verschiedene Zelltypen beobachtet werden:
- Vegetative Zellen sind solche, die unter günstigen Umgebungsbedingungen gebildet werden, in denen die Photosynthese stattfindet.
- Akinetes, Endosporen, die unter schwierigen Umweltbedingungen hergestellt werden.
- Heterozyten, dickwandige Zellen, enthalten das Enzym Stickstoffase, das an der Stickstofffixierung in anaeroben Umgebungen beteiligt ist.
Cyanobakterien sind die einfachsten Organismen, die zirkadiane Zyklen aufweisen, Schwingungen biologischer Variablen in regelmäßigen Zeitabständen, die mit periodischen Umweltveränderungen während des Tages verbunden sind. Die circadiane Uhr in Cyanobakterien arbeitet nach dem KaiC-Phosphorylierungszyklus.
Cyanobakterien sind in einer Vielzahl von terrestrischen und aquatischen Umgebungen verbreitet: nackte Felsen, vorübergehend feuchte Felsen in Wüsten, Süßwasser, Ozeane, feuchter Boden und sogar antarktische Felsen.
Sie können einen Teil des Planktons in Gewässern bilden, auf exponierten Oberflächen phototrophe Biofilme bilden oder eine symbiotische Beziehung zu Pflanzen oder flechtenbildenden Pilzen herstellen.
Einige Cyanobakterien spielen eine wichtige Rolle in Ökosystemen. Microcoleus vaginatus und M. vaginatus stabilisieren den Boden mit einer Polysaccharidhülle, die sich an die Sandpartikel bindet und Wasser aufnimmt.
Bakterien der Gattung Prochlorococcus produzieren mehr als die Hälfte der Photosynthese des offenen Ozeans und leisten einen wichtigen Beitrag zum globalen Sauerstoffkreislauf.
Verschiedene Arten von Cyanobakterien, wie Aphanizomenon flos-aquae und Arthrospira platensis (Spirulina), werden als Nahrungsquellen, Tierfutter, Düngemittel und Gesundheitsprodukte geerntet oder kultiviert.
Morphologie
Cyanobakterienzellen haben eine stark differenzierte, gramnegative Zellwand mit einer Plasmamembran und einer durch einen periplasmatischen Raum getrennten Außenmembran.
Darüber hinaus verfügen sie über ein internes System von Thylakoidmembranen, in denen sich die Elektronentransferketten befinden, die an der Photosynthese und Atmung beteiligt sind. Diese unterschiedlichen Membransysteme verleihen diesen Bakterien eine einzigartige Komplexität.
Sie haben keine Flagellen. Einige Arten haben bewegliche Filamente, die als Hormogonie bezeichnet werden und es ihnen ermöglichen, auf Oberflächen zu gleiten.
Mehrzellige Filamentformen wie die Gattung Oscillatoria können durch Schwingung des Filaments eine wellenförmige Bewegung erzeugen.
Andere Arten, die in Wassersäulen leben, bilden Gasvesikel, die von einer Proteinhülle gebildet werden und ihnen Auftrieb verleihen.
Hormogonien bestehen aus dünnen Zellen mit scharfen Zellen an den Enden. Diese Zellen werden freigesetzt und mobilisiert und sprießen an Orten weit entfernt von der Hauptkolonie, wo neue Kolonien beginnen.
Systematisch
Die Klassifizierung von Cyanobakterien auf den höchsten taxonomischen Ebenen wurde heftig diskutiert. Diese Bakterien wurden ursprünglich nach botanischen Codes als Blaualgen (Cyanophyta) klassifiziert. Diese ersten Studien basierten auf morphologischen und physiologischen Eigenschaften.
Später, in den 1960er Jahren, als die prokaryotischen Eigenschaften dieser Mikroorganismen festgestellt wurden, wurden Cyanobakterien unter dem bakteriologischen Code neu klassifiziert.
1979 wurden 5 Abschnitte vorgeschlagen, die 5 Ordnungen entsprechen: Abschnitt I = Chroococcales, Abschnitt II = Pleurocapsales, Abschnitt III = Oscillatoriales, Abschnitt IV = Nostocales und Abschnitt V = Stigonematales.
Das taxonomische System der Cyanobakterien wurde mit der Einführung der Elektronenmikroskopie sowie molekularer und genetischer Methoden radikal verändert.
Die Taxonomie von Cyanobakterien wurde in den letzten 50 Jahren fast kontinuierlich überprüft, wobei radikal unterschiedliche Vorschläge gemacht wurden. Die Debatte über die Klassifizierung von Cyanobakterien geht weiter.
Die neuesten Vorschläge für phylogenetische Bäume für dieses Phylum schlagen die Verwendung der Ordnungen vor: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Diese Ordnungen bestehen aus monophyletischen Gattungen, die aus vielen Arten bestehen.
Toxizität
Es wird geschätzt, dass es 150 Gattungen von Cyanobakterien gibt, die ungefähr 2000 Arten enthalten, von denen ungefähr 46 einen toxinproduzierenden Stamm aufweisen.
In aquatischen Ökosystemen kann die Häufigkeit von Cyanobakterien sehr hohe Werte erreichen, wenn die Umweltbedingungen für ihr Wachstum geeignet sind, was die Anreicherung von Sekundärmetaboliten im Zytoplasma begünstigt.
Wenn die Umweltbedingungen ungünstig werden und die Konzentrationen an Mineralstoffen wie Phosphor zunehmen, sterben Cyanobakterien ab, was zu einer Zelllyse und der Freisetzung von Toxinen in die Umwelt führt.
Zwei Haupttypen von Toxinen wurden identifiziert: Hepatotoxine und Neurotoxine. Neurotoxine werden hauptsächlich von Arten und Stämmen der Gattungen produziert: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium und Cylindrospermopsis.
Neurotoxine wirken schnell und verursachen innerhalb von Minuten nach Einnahme hoher Toxinkonzentrationen den Tod durch Atemstillstand. Saxitoxin ist ein lähmendes Neurotoxin, das in Anhang 1 des Chemiewaffenübereinkommens aufgeführt ist.
Hepatotoxine werden von den Gattungen Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc und Cylindrospermopsis produziert. Sie verursachen die häufigste Art von Vergiftung im Zusammenhang mit Cyanobakterien. Sie arbeiten langsamer und können einige Stunden oder Tage nach der Vergiftung zum Tod führen.
Verweise
- Dmitry A. Los. (2017). Cyanobakterien: Omics und Manipulation - Buch. Caister Academic Press. Moskau, Russland. 256 Seiten
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Taxonomische Klassifikation von Cyanoprokaryoten (Cyanobakteriengattungen) 2014 nach einem mehrphasigen Ansatz. Preslia 86: 295–335.
- Gupta, RC Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents (2009). Akademische Presse. S. 1168.
- Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, HE Schellhorn und RS Gupta. (2014). Phylogenetische Analyse und molekulare Signaturen, die eine monophyletische Gruppe heterocystöser Cyanobakterien definieren und ihre nächsten Verwandten identifizieren. Photosynthesis Research, 122 (2): 171–185.
- Rosette J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Nachweis von Cyanobakterien und deren Toxinen. Journal of Toxicology, 18: 65 & ndash; 71.
- Wikipedia-Mitwirkende. (2018, 2. Oktober). Cyanobakterien. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Abgerufen am 12. Oktober 2018 um 10:40 Uhr von en.wikipedia.org