Серед існуючих нині організмів зустрічаються такі, про приналежність яких до якого-небудь царства живої природи йдуть постійні суперечки. Так відбувається й істотами під назвою ціанобактерії. Хоча навіть назви точної у них немає. Занадто багато синонімів:
- синезелені водорості;
- ціанобіонти;
- фікохромові дробянки;
- ціанеї;
- слизієві водорості та інші.
Ось і виходить, що ціанобактерія - це абсолютно дрібний, але в той же час такий складний і суперечливий організм, який вимагає уважного вивчення і розгляду своєї структури з метою визначення точної таксономічної приналежності.
Історія існування і відкриття
Судячи з викопних залишків, історія існування синезелених водоростей сягає своїм корінням далеко в минуле, на кілька мільйонів років назад. Такі висновки дозволили зробити дослідження вчених-палеонтологів, які проаналізували гірські породи (їх ділянки) тих далеких часів.
На поверхні зразків були виявлені ціанобактерії, будова яких нічим не відрізнялася від такого у сучасних форм. Це свідчить про високий ступінь пристосованості даних істот до різних умов проживання, до їх крайньої витривалості і виживаності. Очевидно, що за мільйони років відбувалося безліч змін у температурному і газовому складі планети. Однак ніщо не вплинуло на життєздатність ціаней.
У сучасності ціанобактерія - це одноклітинний організм, який був відкритий одночасно з іншими формами бактеріальних клітин. Тобто Антоніо Ван Левенгуком, Луї Пастером та іншими дослідниками у XVIII-XIX століттях.
Більш ретельного вивчення вони зазнали пізніше, з розвитком електронної мікроскопії і модернізованих способів і методів дослідження. Були виявлені особливості, якими володіють ціанобактерії. Будова клітини включає ряд нових, не зустрічаються у інших істот, структур.
Класифікація
Питання визначення їх таксономічної приналежності залишається відкритим. Поки відомо тільки одне: ціанобактерії - прокаріоти. Підтвердженням цьому є такі особливості, як:
- відсутність ядра, мітохондрій, хлоропластів;
- наявність у клітинній стінці муреїну;
- молекули S-рібосом у складі клітки.
Проте ціанобактерії - прокаріоти, що налічують близько 1500 тисяч різновидів. Всі їх класифікували і об'єднали в 5 великих морфологічних угруповань.
- Хроококові. Досить численна група, що об'єднує одиночні або колоніальні форми. Високі концентрації організмів утримуються разом за рахунок загальної суті, що виділяється клітинною стінкою кожної особини. За формою до цієї групи належать палочковидні та кулясті структури.
- Плеврокапсові. Дуже схожі з попередніми формами, проте з'являється особливість у вигляді формування беоцитів (докладніше про це явище пізніше). Вхідні сюди ціанобактерії відносяться до трьох основних класів: Плеврокапси, Дермокапси, Міксосарцини.
- Оксилаторії. Головна особливість цієї групи в тому, що всі клітини об'єднуються в загальну слизову структуру під назвою трихома. Поділ відбувається, не виходячи за межі цієї нитки, всередині. Осцилаторії включають до свого складу виключно вегетативні клітини, що діляться безстатевим способом навпіл.
- Ностокові. Цікаві за свою кріофільність. Здатні мешкати на відкритих крижаних пустелях, утворюючи на них кольорові нальоти. Так зване явище "цвітіння крижаних пустель" ". Форми цих організмів також нитчасті у вигляді трихом, проте розмноження статеве, за допомогою спеціалізованих клітин - гетероцист. Віднести сюди можна наступних представників: Анабени, Ностоки, Калотрікси.
- Стигонемові. Дуже схожі з попередньою групою. Головна відмінність у способі розмноження - вони здатні ділитися множинно в межах однієї клітини. Найпопулярніший представник даного об'єднання - Фішерелли.
Таким чином, і класифікують ціаней за морфологічним критерієм, оскільки по інших виникає багато питань і виходить плутанина. Ботаніки і мікробіологи до спільного знаменника в систематиці ціанобактерій поки прийти не можуть.
Місця проживання
Завдяки наявності особливих пристосувань (гетероцист, беоцитів, незвичайних тілакоїдів, газових вакуолів, здатності фіксувати молекулярний азот та інших) дані організми розселилися повсюдно. Вони здатні виживати навіть у найбільш екстремальних умовах, в яких взагалі жоден живий організм існувати не може. Наприклад, гарячі термофільні джерела, анаеробні умови з атмосферою сірководню, кисле середовище з рН менше 4.
Ціанобактерія - це організм, що спокійно виживає на морському піску і скелястих виступах, крижаних брилах і спекотних пустелях. Дізнатися і визначити присутність ціаней можна за характерним кольоровим нальотом, який утворюють їхні колонії. Колір може бути різним, від іссиня-чорного до рожевого і фіолетового.
Синезеленими їх називають за те, що часто на поверхні звичайних прісних або солоних вод вони формують синьо-зелену слизову плівку. Таке явище отримало назву «» цвітіння води «». Його можна бачити практично на будь-якому озері, яке починає заростати і заболочуватися.
Особливості будови клітини
Ціанобактерії будова мають звичайну для прокаріотичних організмів, однак є і деякі особливості.
Загальний план будови клітини наступний:
- клітинна стінка з полісахаридів і муреїну;
- плазматична мембрана біліпідної будови;
- цитоплазма з вільно розподіленим генетичним матеріалом у вигляді молекули ДНК;
- тілакоїди, що виконують функцію фотосинтезу і містять пігменти (хлорофіли, ксантофілли, каротиноїди).
Особливі частини клітини розглянемо далі.
Види спеціалізованих структур
В першу чергу це гетероцисти. Дані структури - не частини, а самі клітини в складі трихоми (загальної колоніальної нитки, об'єднаної слизу). Вони відрізняються при розгляді в мікроскоп своїм складом, оскільки основна функція їх - вироблення ферменту, що дозволяє фіксувати молекулярний азот з повітря. Тому пігментів у гетероцистах практично немає, а ось азоту досить багато.
По-друге, це гормогонії - ділянки, вирвані з трихоми. Служать місцями розмноження.
Беоцити - це своєрідні дочірні клітини, які в масі наділилися з однієї материнської. Іноді їх число досягає тисячі за один період поділу. До такої особливості здатні Дермокапси та інші Плеврокапсодієві.
Акінети - особливі клітини, що перебувають у стані спокою і включені до складу трихоми. Відрізняються більш масивною, багатою полісахаридами клітинною стінкою. Роль їх схожа з гетероцистами.
Газові вакуолі - їх мають усі ціанобактерії. Будова клітини спочатку передбачає їх наявність. Роль їх - беруть участь у процесах цвітіння води. Інша назва подібних структур - карбоксисоми.
Клітинні включення. Вони, безумовно, є і в рослинних, і в тварин, і в бактеріальних клітинах. Однак у синезелених водоростей ці включення дещо інші. До них належать:
- глікоген;
- гранули поліфосфату;
- ціанофіцин - особлива речовина, що складається з аспартату, аргініна. Служить для накопичення азоту, оскільки ці включення знаходяться в гетероцистах.
Це те, чим володіє ціанобактерія. Основні частини і спеціалізовані клітини та органоїди - ось те, що дозволяє ціанеям здійснювати фотосинтез, але при цьому ставитися до бактерій.
Розмноження
Цей процес не становить особливої складності, оскільки такий самий, який мають звичайні бактерії. Ціанобактерії можуть ділитися вегетативно, частинами тріхом, звичайною клітиною надвоє, або здійснювати статевий процес.
Часто в цих процесах беруть участь спеціалізовані клітини гетероцисти, акінети, беоцити.
Способи пересування
Клітина ціанобактерії зовні покрита клітинною стінкою, а іноді ще й шаром спеціального полісахариду, здатного формувати слизову капсулу навколо неї. Саме завдяки цій особливості і здійснюється рух ціаней.
Джгутиків чи спеціальних виростів немає. Рух може здійснюватися тільки по твердій поверхні за допомогою сер, короткими скороченнями. Деякі Осцилаторії мають дуже незвичайний спосіб переміщення - вони крутяться навколо своєї осі і одночасно викликають обертання всієї трихоми. Так відбувається рух по поверхні.
Здатність фіксувати азот
Даною особливістю володіє практично кожна ціанобактерія. Це можливо, завдяки наявності ферменту нітрогенази, здатної фіксувати молекулярний азот і переводити його в зручну форму сполук. Відбувається це в структурах гетероцистах. Отже, ті види, що їх не мають, фіксувати азот з повітря не здатні.
Взагалі, цей процес робить ціанобактерії дуже важливими істотами для життя рослин. Поселяючись у ґрунті, ціанеї допомагають представникам флори засвоювати зв'язаний азот і вести нормальний спосіб життя.
Анаеробні види
Деякі форми синезелених водоростей (наприклад, Осцилаторії) здатні жити в абсолютно анаеробних умовах і атмосфері сірководню. У цьому випадку відбувається переробка сполуки всередині організму і в результаті утворюється молекулярна сірка, що виходить в навколишнє середовище.
