Цианобактерии. Классификация. Распространение и роль в природе.

Цианобактерии (Cyanophyceae) ранее объединялись с эукариотными водорослями на основании того, что они осуществляют одина­ковый биохимический процесс - фотосинтез. Однако изучение цитоло­гии этих организмов с помощью электронной микроскопии показало, что сине-зеленые водоросли близки к бактериям, с которыми их объе­диняют признаки, характерные для прокариот. Так, клеточная стенка сине-зеленых водорослей содержит пептидогликан. Нуклеоиды сине-зеленых водорослей и бактерий достаточно близки. Капсулы некоторых бактерий сходны с капсулами сине-зеленых водорослей, а некоторые, как и бактерии, поражаются бактериофагами. Но физиологически эти водоросли очень близки к зеленым растениям, так как в их клетках про­текает процесс фотосинтеза, сопровождающийся выделением кислоро­да. Характерная для большинства цианобактерий окраска связана с на­личием зеленого хлорофилла а и фикобилинов (фикоцианина и фико-эритрина).

В последнее время ученые настаивают на термине «цианобакте­рий», а не на термине «сине-зеленые водоросли». Но достаточно долгое время эту группу микроорганизмов относили к «сене-зеленым водорос­лям», что более привычно, и разные авторы дают определение в своей интерпретации.

Цианобактерий представлены как одноклеточными, так и много­клеточными организмами - колониями и нитями. Крайние типы строе­ния представлены порядками Chroococcates и Hormogonales. У одно­клеточных организмов клетки либо располагаются поодиночке, либо образуют колонии. Многие изученные водоросли размножаются про­стым делением. Считают, что одноклеточные сине-зеленые водоросли являются морфологическими аналогами одноклеточных бактерий.

Большая часть сине-зеленых водорослей имеет многоклеточное образо­вание, которое получило название трихома. Размножаются главным образом многоклеточными образованиями гормогониями, представ­ляющими особенные участки трихома, обладающие подвижностью.

Цианобактерий перемещаются относительно твердого субстрата путем скольжения; являются фотоавтотрофами. Ряд представителей сине-зеленых водорослей обладает способностью фиксировать молеку­лярный азот атмосферы (Anabaena cylindrica, Nostos linckia).

Многие виды образуют неподвижные покоящиеся клетки - акинеты, которые крупнее вегетативных, толстостенны, заполнены белком и запасными веществами.

По морфологическим признакам цианобактерий разделяют на пять групп (Шлегель Г. Общая микробиология.).

Группа 1 - хроококковые цианобактерий. Это одноклеточные палочки и кокки. Клетки существуют по отдельности или в виде агрега­тов (колоний), в которых они объединены капсулами или слизью. Раз­множение клеток происходит исключительно бинарным делением или почкованием. К этой группе относят Synechococeus (прежнее название Anacystis nidulaas), Gloeothece и Gloeobacter violaceus.

Группа 2 - плеврокапсовые цианобактерий. Это также одно­клеточные формы, но только такие, которые могут размножаться мно­жественным делением. При этом внутри делящейся клетки появляется много маленьких клеток, так называемых беоцитов. В качестве приме­ров можно упомянуть роды Pleurocapsa, Dermocapsa и Myxosarcina.

Группа 3 - нитчатые цианобактерий без гетероциспи Трихомы состоят только из вегетативных клеток. Типичными для группы являются Oscillatoria («колебалка», «осциллирующая водо­росль»), Phormidium, Spirulina, Plectonema и Lyngby.

Группа 4 - нитчатые цианобактерий с гетероцистами. В трихомах, растущих в отсутствие связанного азота, происходит диффе­ренциация клеток с образованием гетероцист. У некоторых форм встре­чаются также акинеты. К этой группе относятся роды Nostoc, Anabaena и Calothrix.

Группа 5 - нитчатые цианобактерий с гетероцистами. Представители этой группы отличаются от предыдущего типа делением клеток более чем в одной плоскости. Наиболее известен род Fischerella.

Цианобактерии, по общепринятой версии, явились «творцами» современной кислородсодержащей атмосферы на Земле, что привело к «кислородной катастрофе» — глобальному изменению состава атмосферы Земли, произошедшему в самом начале протерозоя (около 2,4 млрд лет назад) которое привело к последующей перестройке биосферы и глобальному гуронскому оледенению.

В настоящее время, являясь значительной составляющей океанического планктона, цианобактерии стоят в начале большей части пищевых цепей и производят значительную часть кислорода (вклад точно не определен: наиболее вероятные оценки колеблются от 20 % до 40 %).

Цианобактерия Synechocystis стала первым фотосинтезирующим организмом, чей геном был полностью расшифрован.

В настоящее время цианобактерии служат важнейшими модельными объектами исследований в биологии. В Южной Америке и Китае бактерии родов спирулина и носток из-за недостатка других видов продовольствия используют в пищу: их высушивают, а затем готовят муку. Им приписывают целебные и оздоравливающие свойства, которые, однако, в настоящее время не нашли подтверждения. Рассматривается возможное применение цианобактерий в создании замкнутых циклов жизнеобеспечения, а также как массовой кормовой или пищевой добавки.