Бактерии - первые организмы, населившие нашу планету. Это мельчайшие прокариотические организмы, имеющие клеточное строение. Размеры бактерий колеблются от нескольких десятых микрона до 10-13 мкм. Они содержатся в воздухе (на высоте до 40 000 м), почве, воде, снегах полярных областей и горячих источниках с температурой около 90 °С. Особенно много их в почве - от 200-500 млн до 2 млрд и более особей в 1 г, в зависимости от типа почв.

По форме и особенностям объединения клеток различают несколько морфологических групп бактерий: шаровидные, называемые кокками, прямые палочковидные - бациллы, изогнутые - вибрионы, спирально изогнутые - спириллы. Кокки, сцепленные попарно, получили название - диплококки , соединенные в виде цепочки - стрептококки , в виде гроздей - стафилококки и др. Реже встречаются нитчатые формы.

Некоторые бактерии имеют органоиды движения - жгутики (от 1 до 50), которые состоят из особого белка - флагеллина. У ряда бактерий они расположены на одном конце клетки, у других - на двух или по всей поверхности. Способ расположения жгутиков является одним из признаков при классификации подвижных бактерий.

Тонкая и эластичная клеточная оболочка, в состав которой входит муреин, придает бактериальной клетке определенную форму, защищает ее содержимое от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды и выполняет ряд других функций. Многие виды бактерий окружены слизистой капсулой.

Плазматическая мембрана способна образовывать выпячивания внутрь цитоплазмы, называемые мезосомами . На мембранах мезосом располагаются окислительно-восстановительные ферменты, а у фотосинтезирующих бактерий - и соответствующие пигменты, благодаря чему мезосомы способны выполнять функции митохондрий, хлоропластов и других органелл.

B центральной части клетки находится одна кольцевая молекула ДНК - геном, состоящий примерно из 5 млн пар нуклеотидов. Многие бактерии имеют мелкие кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Митохондрии, хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и другие мембранные структуры, характерные для всех эукариотических клеток у бактерий отсутствуют. Однако в цитоплазме имеется до 20 тыс. мелких рибосом.

У некоторых лишенных жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли . Регулируя количество газов в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на ее поверхность, а почвенные - передвигаться в капиллярах почвы. Запасные вещества бактериальной клетки - полисахариды (крахмал, гликоген), жиры, полифосфаты, сера.

Бактерии бесцветны (в их цитоплазме нет пигментов ), за исключением зеленых и пурпурных серных.

Размножение бактерий происходит путем простого бинарного деления клетки. Этому предшествует самоудвоение (репликация) молекулы ДНК. Почкование встречается как исключение.

У некоторых бактерий обнаружены упрощенные формы полового процесса (например, у кишечной палочки). Половой процесс напоминает конъюгацию, при которой происходит передача генетического материала из одной клетки в другую при их непосредственном контакте. После этого клетки разъединяются. Количество особей в результате полового процесса остается прежним, но происходит обмен наследственным материалом, т. е. осуществляется генетическая рекомбинация.

Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий бациллам, клостридиуму. В виде спор бактерии переносят неблагоприятные условия. Они выдерживают длительное высыхание, нагревание свыше 100 °C и охлаждение почти до абсолютного нуля. В обычном же состоянии бактерии неустойчивы при высушивании, воздействии прямых солнечных лучей, повышении температуры до 65-80 °C и т. д. В благоприятных условиях споры набухают и прорастают.

К сапротрофам относится бактерия гниения и брожения. Первые расщепляют азотсодержащие, вторые - углеродсодержащие соединения. В обоих случаях выделяется энергия, необходимая для их жизнедеятельности.

Роль бактерий в биосфере достаточно велика. Благодаря их жизнедеятельности происходит разложение и минерализация органических веществ, отмерших растений и животных. Образовавшиеся при этом простые неорганические соединения (аммиак, сероводород, диоксид углерода и др.) вовлекаются в общий круговорот веществ. Бактерии, вместе с грибами и лишайниками, участвуют в начальных стадиях почвообразовательных процессов.

Особую роль в природе играют азотфиксирующие бактерии. Населяя почву, такие бактерии обогащают ее азотом, к ним относятся свободноживущий азотобактер и клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых и мимозовых растений.

Бактерии играют положительную роль в хозяйственной деятельности человека. Молочнокислые бактерии используются в приготовлении разнообразных пищевых продуктов из молока: сметаны, простокваши, кефира, масла, сыра.

Патогенные бактерии - возбудители опасных болезней у человека и животных: чумы, туляремии, сибирской язвы, пневмонии, дизентерии, туберкулеза и др.

Поражают бактерий я растения, вызывая у них так называемые бактериозы (пятнистость, увядание, ожоги, мокрые гнили, опухоли и др.).

Сапротрофные бактерии играют не только положительную роль, обеспечивая круговорот веществ в природе, но и отрицательную, вызывая гниение продуктов питания.

Широко распространенными методами борьбы с гнилостными бактериями являются: высушивание плодов, грибов, мяса, рыбы, зерна; их охлаждение и замораживание в холодильниках и ледниках; маринование продуктов в уксусной кислоте; высокая концентрация сахара, например, при изготовлении варенья, что вызывает плазмолиз в клетках бактерий и нарушает их жизнедеятельность; засолка.

Для уничтожения вегетативных форм бактерий и сохранения молока, вина, фруктовых соков и других продуктов применяется метод пастеризации - нагревание до 65 °С в течение 10-20 мин., а для освобождения среды от спорообразующих бактерий наибольший эффект дает метод стерилизации - кипячение при повышенном давлении в автоклавах. В медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве используют метод дезинфекции (обработка йодом, перекисью водорода, борной кислотой и т. д.).

Цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Они представляют собой древнейшую, уникальную группу организмов. Многие свойства цианобактерий (фиксация азота, прижизненные выделения органических веществ и др.) определяют их чрезвычайно важную роль в биосфере. Отдел включает одноклеточные, колониальные и многоклеточные (нитчатые) организмы различной морфологической структуры: от микроскопических до видимых простым глазом. В цитоплазме расположены фотосинтезирующие ламмедлярные структуры и пигменты: хлорофилл α, каротинонды, фикобилины, пигменты, отсутствующие у других фотосинтетиков. Благодаря разнообразию пигментов цианобактерии способны к поглощению света различных длин волн.

Размножаются цианобактерии бесполым путем (одноклеточные -делением клеток, колониальные и нитчатые - распадением на отдельные участки, способные прорастать в новые организмы). Половой процесс и подвижные жгутиковые формы и стадии не выявлены.

Цианобактерии распространены в пресных и соленых водах, на поверхности почвы, на скалах, в горячих источниках, входят в состав лишайников. Они обогащают почву органикой и азотом, являются кормом для зоопланктона и рыб, могут использоваться для получения ряда ценных веществ, продуцируемых ими в процессе жизнедеятельности (аминокислоты, витамин B 12 , пигменты и др.). Некоторые - носток, спирулина - могут применяться в пищу. В период массового размножения цианобактерий в водоемах (так называемого «цветения воды») происходит процесс их гниения: вода приобретает неприятный запах и становится непригодной для питья; наблюдается массовая гибель рыбы; на поверхности водоема образуется маслянистая грязно-зеленая пленка, состоящая из отмерших цианобактерий.

Читать далее

← Современная система органического мира

Вирусы →

Среди существующих ныне организмов встречаются такие, о принадлежности которых к какому-либо идут постоянные споры. Так происходит и существами под названием цианобактерии. Хотя даже названия точного у них нет. Слишком много синонимов:

• синезеленые водоросли;
• цианобионты;
• фикохромовые дробянки;
• цианеи;
• слизиевые водоросли и прочие.

Вот и получается, что цианобактерия - это совершенно мелкий, но в то же время такой сложный и противоречивый организм, который требует внимательного изучения и рассмотрения своей структуры с целью определения точной таксономической принадлежности.

История существования и открытия

Судя по ископаемым остаткам, история существования синезеленых водорослей уходит своими корнями далеко в прошлое, на несколько миллионов 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.

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.

1. Хроококковые. 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.
2. Плеврокапсовые. 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.
3. Оксиллатории. 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.
4. Ностоковые. 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.
5. Стигонемовые. Очень схожи с предыдущей группой. Главное отличие в способе размножения - они способны делиться множественно в пределах одной клетки. Самый популярный представитель данного объединения - Фишереллы.

Таким образом, и 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.

Места обитания

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, 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". Его можно видеть практически на любом озере, которое начинает зарастать и заболачиваться.

Особенности строения клетки

Цианобактерии строение имеют обычное для прокариотических организмов, однако имеются и кое-какие особенности.

Общий план строения клетки следующий:

• клеточная стенка из полисахаридов и муреина;
• билипидного строения;
• цитоплазма со свободно распределенным генетическим материалом в виде молекулы ДНК;
• тиллакоиды, выполняющие функцию фотосинтеза и содержащие пигменты (хлорофиллы, ксантофиллы, каротиноиды).

Виды специализированных структур

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.

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.

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.

Способы передвижения

Клетка цианобактерии снаружи покрыта 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.

Способность к фиксации азота

Данной особенностью обладает практически каждая цианобактерия. Это возможно, благодаря наличию фермента нитрогеназы, способной фиксировать молекулярный азот и переводить его в удобоваримую форму соединений. Происходит это в структурах гетероцистах. Следовательно, те виды, что их не имеют, из воздуха не способны.

Вообще, этот процесс делает цианобактерии очень важными существами для жизни растений. Поселяясь в почве, цианеи помогают представителям флоры усваивать связанный азот и вести нормальный образ жизни.

Анаэробные виды

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.

Вирусы, бактерии, цианобактерии

Вирусы в современной биологии рассматривают как одно из пяти царств живой природы. Открыты они были в 1892 г. русским ученым Д.И. Ивановским. Термин предложил М. Бейеринк в 1899 г. Вирусы являются неклеточной формой жизни, занимающей промежуточное положение между живой и неживой материей. Они состоят из ДНК (или РНК) и белка и не способны к самостоятельному синтезу белка. Свойства живых организмов они проявляют, только находясь в клетках про- или эукариот и используя их обмен веществ для собственной репродукции.

Размеры вирусов - от 15 до 2 000 нм. В сердцевине находится генетический материал (ДНК или РНК). По строению и размерам вирусы делят на простые (аденовирусы) и сложные (оспа, герпес, грипп). Встречаются собственно вирусы и бактериофаги - вирусы бактерий (описаны в 1917 г. Ф. Д"Эреллем). По влиянию на клетки хозяина встречаются литические и латентные вирусы. Снаружи вирус покрыт белковой оболочкой - капсидом, выполняющим защитную, ферментативную и антигенную функции. Вирусы более сложного строения могут дополнительно включать углеводные и липидные фрагменты.

Геном вируса попадает в бактерию в результате специфической (или неспецифической) абсорбции бактериофага на клетке хозяина. Вирусная нуклеиновая кислота «впрыскивается» в клетку, а белок остается на клеточной оболочке.

ДНК-содержащие вирусы (оспа, герпес) используют обмен веществ клетки-хозяина для синтеза своих иРНК и белков. РНК-содержащие вирусы (СПИД, грипп) инициируют либо синтез РНК вируса и его белка, либо благодаря ферментам - обратной транскриптазе или ревертазе, синтезируют сначала ДНК, а затем уже РНК и белок вируса. Таким образом, геном вируса, встраиваясь в наследственный аппарат клеткихозяина, изменяет его и направляет синтез вирусных компонентов. Вновь синтезированные вирусные частицы выходят из клетки-хозяина и внедряются в другие (соседние) клетки.

Защищаясь от вирусов, клетки вырабатывают защитный белок - интерферон, который подавляет синтез новых вирусных частиц. Интерферон используют для лечения и профилактики некоторых вирусных заболеваний. Организм человека сопротивляется действию вирусов, вырабатывая антитела. Однако к некоторым вирусам, таким как онкогенные или вирус СПИДа, специфических антител нет. Этим обстоятельством осложняется создание вакцин.

Бактерии - самые древние прокариотические клеточные организмы, наиболее широко распространенные в природе. Они играют важнейшую роль редуцентов органического вещества, фиксаторов азота, являются возбудителями заболеваний животных и человека. В медицине бактерии используют для получения антибиотиков (стрептомицин, тетрациклин, грамицидин), в пищевой промышленности - для получения молочнокислых продуктов, спиртов. Бактерии также являются объектами генной инженерии.

Клетка бактерий покрыта муреиновой оболочкой. Некоторые виды бактерий образуют слизистую капсулу, препятствующую высыханию клетки. Клеточная стенка может образовывать выросты - пили, способствующие объединению бактерий в группы, а также их конъюгации. Мембрана бактерий складчатая. На складках локализуются ферменты или фотосинтезирующие пигменты (у фотоавтотрофных бактерий). Роль мембранных органелл выполняют мезосомы - крупные впячивания мембран. В цитоплазме находятся рибосомы и включения (крахмал, гликоген, жиры). Ряд бактерий имеют жгутики. Наследственный материал бактерий содержится в нуклеоиде в виде кольцевой молекулы ДНК.

По форме бактериальной клетки выделяют:

Кокки (сферические): диплококки, стрептококки, стафилококки;

Бациллы (палочковидные): одиночные, объединенные в цепи, бациллы с эндоспорами;

Спириллы;

Вибрионы;

Спирохеты.

По способу использования кислорода бактерии бывают аэробными и анаэробными.

Размножаются бактерии делением клетки без образования веретена. Половой процесс у некоторых из них связан с обменом генетическим материалом при конъюгации. Распространяются бактерии спорами.

Болезнетворные бактерии: холерный вибрион, дифтерийная палочка, дизентерийная палочка и др.

Цианобактерии (именуемые не совсем правильно синезелеными водорослями) возникли свыше 3 млрд лет тому назад. Они представляют собой клетки с многослойными стенками, состоящими из нерастворимых полисахаридов. Встречаются их одноклеточные и колониальные формы. По строению цианобактерии сходны с бактериями. Они - фотоавтотрофы. Хлорофилл находится на свободнолежащих в цитоплазме мембранах. Цианобактерии размножаются путем деления или распада колоний; имеют способность к спорообразованию; широко распространены в биосфере; способны очищать воду, разлагая продукты гниения; вступают в симбиоз с грибами, образуя некоторые виды лишайников; являются первопоселенцами на вулканических островах и скалах.

Цианобактерии (лат. Cyanobacteria) (от греч. Κυανοs — «голубой» и βακτήριον — «палочка») — тип бактерий, которые получают необходимую им энергию через фотосинтез. Их также иногда называют сине-зелеными водорослями, ссылаясь на внешний вид и экологическую нишу этих организмов, однако сейчас термин «водоросли» обычно ограничивается эукариотическими представителями группы. Найденные окаменелые следы цианобактерий (строматолиты) имеют, как считается, возраст до 2.8 миллиардов лет, хотя недавно полученные данные ставят под сомнение это утверждение. Сразу после возникновения, они стали доминирующей группой фотосинтезирующих организмов, производя кислород, углеводы и другие органические соединения. Именно благодаря этим организмам изменился качественный состав атмосферы Земли, в которой постепенно накопился кислород и стало меньше углекислого газа. Также именно представители этой группы были захвачены в результате эндосимбиоза, став хлоропластов растений и других автотрофных эукариот, позволяя им фотосинтезуваты.

Цианобактерии — это крупнейшая и важнейшая по влиянию на биосферу группа живых организмов на Земле — 90% живой массы всей биосферы.

Биохимические особенности

Сине-зеленые водоросли окрашенные преимущественно в голубовато-зеленый цвет, в экстремальных условиях чаще имеют окраску с различными оттенками красного цвета. Зеленого оттенка клеткам предоставляет хлорофилл «а». Красный или голубой цвет обусловлен наличием значительного количества фикобилинових пигментов — фикоцианина, алофикоцианину (синие пигменты) и фикоэритрина (красный пигмент). Каротиноиды представлены только β-каротином, ксантофил лютеиновой цикла (лютеин и зеаксантин) и специфическими ксантофил сине-зеленх водорослей — преимущественно осцилоксантином, миксоксантином, афаницином и афанизофилом. К Cyanophyta относятся также небольшая, но интересная группа зеленых прокариотических водорослей, открытая в 1976 — т.н. прохлорофитови водоросли. Эти водоросли, кроме хлорофилла «а», имеют также хлорофилл «b» или хлорофилл-образный пигмент (дивинил-хлорофилл а-образный Mg-порфирин), иногда также α-каротин. Почти во всех цианобактерий основным продуктом ассимиляции является гликогеноподибний полисахарид — крахмал сине-зеленых водорослей. Кроме углеводов, большинство сине-зеленых водорослей запасает также цианофицин и волютин.

Жизненные формы

Цианобактерии включают одноклеточные, колониальные и нитчатые формы. 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, желатиноподибни 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.

Движение

Цианобактерии не имеют жгутиков, но некоторые из них способны передвигаться вдоль поверхностей с помощью бактериального скольжения. Многие другие также способны двигаться, но механизм этого явления до сих пор не объяснено.

Среда и экология

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).

Цинобактерии — единственная группа организмов, которые могут связывать азот и углерод в условиях тренировки — факт, который, возможно, отвечает за их эволюционный и экологический успех.

Взаимоотношения в хлоропластов

Хлоропласты найдены у эукариот (морские водоросли и высшие растения), более вероятно представляют собой уменьшенные симбиогенеза цианобактерии. Эта симбиогенез поддерживается структурной и генетической сходством. Первичные хлоропласты найдены среди зеленых растений, где они содержат хлорофилл b, и среди красных морских водорослей и глаукофитив, где ионы содержат фикобилины (phycobilins). Сейчас считается, что эти хлоропласты вероятно имели единое происхождение. Другие морские водоросли вероятно взяли свои хлоропласты из этих форм с помощью вторичного ендосимбиозу.

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.

1

Отличия от бактерий

Неспособны усваивать органические
экзогенные соединения
Наличие двух фотосистем расположенных на
мембранах специализированных структур –
тилакоидов.
Возможность протекания двух
взаимоисключающих процессов – оксигенного
фотосинтеза и анаэробной азотфиксации
Отсутствие жгутиков или жгутиковых стадий.
2

В морфологичеком отношении представлены следующими формами:

Одноклеточными. Отдельные
клетки функционируют как
самостоятельные организмы.
Колониальными. Отдельные клетки
объединяются в колонии в которых
связующим материалом является
слизь.
Одноклеточные и
колониальные
формы имеют
коккоидный тип
организации для
которого
характерны
неподвижные,
одетые
оболочками
клетки.
3

Одиночные клетки
Synechocystis
(Chroococcales)
Колонии Microcystis
(Chroococcales)
4

Многоклеточными.
Имеют нитчатый тип организации.
Морфологической единицей у этих цианей
является трихом – нитевидное образование,
состоящие из нескольких рядов симпластно
(посредством плазмодесм –
микроскопических плазматических мостиков)
связанных клеток. Трихом может быть
разветвленным и неразветвленным.
5

Трихом у многоклеточных форм

Разветвленный, например,
Fischielopsis (Stigonematales)
Неразветвленный, например,
Anaebena (Nostocales)
6

Виды трихомов по дифферециации клеток

Гомоцитные – все
клетки одинаковы по
форме и функциям
Гетероцитные – клетки
разные по форме и
функциям
7

Клетки гетероцитных трихомов

Вегетативные (такие же как в гомоцитных
трихомах)
Акинеты (покоящиеся споры) – необходимы
для размножения
Гетероцисты – отвечают за фиксацию
атмосферного азота.
Верхушечные клетки. Только у морфологически
прогрессивных форм. За их счет идет рост
наиболее сложнодифференцированных
талломов.
8

Клеточная стенка

От 35 до 50 нм. Наиболее толстая у акинет и
гетероцист. Сходна по строению с таковой у
граммотрицательных бактерий.
Муреин – специфический пептидогликан. У
отдельных видов есть кальциевые отложения. У
многих – слизистые оболочки и чехлы.
9

10. Муреин

10

11. Запасные вещества

Гликогеноподобный полисахарид
Цианофицин – азотсодержащий полипетид.
Найден только у синезеленых водорослей
11

12. У цианобактерий нет:

Полноценных хлоропластов
Митохондрий
Ядра
12

13. Пигменты

Хлорофилл а (у прохлорофилловых водорослей
встречается хлорофилл b).
Каротиноиды (бета-каротин и зеаксантин,
специфические каротиноиды –
миксоксантофилл, осциллаксантин,
какнтаксантин и эхиненон).
Фикобилины (нет у прохлорофилловых
водорослей): фикоцианин, аллофикоцианин и
фикоэритрин. Работают только в связке с
белками.
Сцитомин (не у всех) – поглощает в
ультрафиолетовой части спектра (212 – 300 нм).
13

14. Размножение

Делением клеток.
С помощью гонидий (эндоспоры – если внутри
материнской клетки, экзоспоры (баеоциты) – если
снаружи).
Нитчатые – с помощью гормогониев. Обычно распад идет
по гетероцистам (сами гетероцисты не способны к
размножению!)
Акинетами – спорами.
Типичного полового разножения нет. Есть
парасексуальные процессы при которых идет обмен
геномами у разных клеток.
14

15. Порядок Хроококковые (Chroococcales)

15

16.

16

17.

17

18. Порядок плеурокапсовые (Pleurocapsales)

18

19. Порядок Осцилаториевые (Oscillaroriales)

19

20. Порядок ностоковые (Nostocales)

20

21. Nostoc paludosum

21

22. Nodularia spumigena

22

23.

23

24. Порядок Стигонемовые (Stigonematales)

24

25. Значение синезеленых водорослей в природе и в жизни человека:

Появление кислорода и озонового слоя.
Сыграли роль в создании горных пород и
почвообразовании.
Являются компонентами слоевища лишайников.
Первичные продуценты.
«Цветение воды».
Выращиваются в качестве источника получения

Применяются как тест-объекты.
Применение для удобрений сельхозугодий как
25
источника азота.

26. Местообитания синезеленых водорослей

Пресные воды
Моря
Почва, скалы
Симбионты некоторых жгутиковых,
корненожек и др.
26

27.

Цветение микроцистиса
Цианобактериальный мат (синехоцистис)
Цианобактериальный мат в разрезе
27

28. ЭВГЛЕНОВЫЕ ВОДОРОСЛИ – EUGLENOPHYTA

Пигменты:
Хлорофиллы «а» и «b»
каротиноиды
Запасное вещество:
парамилон
У многих эвгленовых хлоропластов
нет
Около 1000 видов.
Большинство монадные, есть и коккоидные и
амебоидные.

29.

Тело покрыто пелликулой – эластичный белковый
слой протопласта под плазмолеммой – это позволяет
совершать ползающие движения

30. строение клетки эвгленовых

31. Euglena

32. Phacus

33. Trachelomonas

34. ЗНАЧЕНИЕ ЭВГЛЕНОВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ

Участвуют в процессе самоочищения воды
Индикаторы степени загрязнения воды
Объекты для изучения фотосинтеза, строения
хроматофоров, фототаксиса, движения жгутиков
На них исследуют действие антибиотиков, гербицидов,
ростовых веществ
Их используют для количественного определения
витамина B12

35. Зеленые водоросли (Chlorophyta)

35

36. Типы организации таллома зеленых водорослей

Монадный
Пальмеллоидный
Кокоидный
Нитчатый
Разнонитчатый (гетеротрихальный)
Паренхиматозный
Псевнопаренхиматозный
Сифоновый. В основном у зеленых, есть у некоторых желто-зеленых
Харофитный.
Сифонокладальный. Только у зеленых
Сарциноидный.
!!! Ризопоидальной организации таллома у зеленых водорослей не
обнаружено!!!
36

37. Особенности строения

Клеточная оболочка жесткая, чаще всего целлюлозная. Бывает и
пептидогликановая; спроропеллиновая (продукт деградации
каротиноидов, у высших растений – входит в состав оболочки
пыльцы).
Запасной продукт – крахмал, откладывается внутри хлоропласта (вокруг
пиреноида и в строме). Но не у всех. У дазикладовых – инулин. У
некоторых (например, представители рода дуналиелла - липиды).
Хлоропласт, как правило, один. Расположен в центре клетки. Но есть
исключения как по количеству, так и по расположению хлоропластов в
клетке. Хлоропласты зеленого цвета.
Стигма (светочувствительный глазок) находится внутри хлоропласта и не
связан со жгутиковым аппаратом.
У большинства видов имеется крупная внутриклеточная вакуоль с
клеточным соком.
Подвижные виды имеют жгутики, число их разнится.
37

38. Фотосинтетические пигменты

Хлорофилл а
Хлорофилл b
Каротиноиды (альфа- и бета-каротин,
лютеин, неоксантин, зеаксантин и другие)
38

39. Размножение

Бесполое (деление клетки надвое,
неподвижными апланоспорами,
подвижными зооспорами).
Вегетативное (разрыв нитей).
Половое (изогамия, гетерогамия, оогамия –
чаще всего, коньюгация).
Жизненные циклы: зиготическая редукция,
спорическая редукция (с гетероморфной
сменой поколений).
39

40. Чем отличаются подотделы Chlorophyta?

Особенностями жгутикового аппарата.
Особенностями митоза.
Особенностями цитокинеза.
Особенностями метаболизма.
40

41.

41

42. Подотдел Chlorophytina

Класс празинофиты (Prasinophyceae)
Класс собственно зеленые водоросли
(Chlorophyceae)
Класс требуксиевые (Trebouxiphyceae)
Класс ульвовые (Ulvophyceae)
42

43. Класс празинофиты (Prasinophyceae)

Свободноживущие обитатели морей и
пресноводных водоемов
Tetraselmis sp.
В класс входят формы: монадные,
реже пальмеллодные и коккоидные
формы
43

44. Класс собственно зеленые водоросли (Chlorophyceae)

Типы организации талломов: монадные,
пальмеллоидные, коккоидные, нитчаные,
гетеротрихиальные.
При митозе телофазное тело не сохраняется, нити
веретена в анафазе всегда укорачиваются.
Деление клетки всегда происходит с бороздой
или образованием пластинки с участием
фикопласта (пластинки из микротрубочек). Из-за
наличия такой структуры предполагается, что
данный класс – тупиковая ветвь эволюции.
Жизненные циклы гаплоидные с зиготической
44
редукцией.

45. Порядок вольвоксовые (Volvocales)

Одноклеточные, колониальные и ценобиальные монадные формы.
При неблагоприятных условия – пальмеллоидное состояние.
45
Размножение: вегетативное, бесполое, половое – изогамия (реже гетеро- и оогам

46.

Dunaliella salina
46

47.

Haematococcus pluvialis
Chlamydomonas reinhardtii
47

48. Порядок хлорококковые (Chlorococcales)

Коккоидные формы как одноклеточные,
так и колониальные.
Chloroccocum acidum
Бесполое размножение – безжгутиковыми
зооспорами и автоспорами. Половой процесс
изогамный, оогамный и гетерогамный.
Hydrodictyon sp.
48

49.

Scenedesmus quadricauda
Pediastrum
49

50. Порядок эдогониевые (Oedogoniales)

Нитчатый тип организации таллома.
Нити чаще ветвящиеся.
Бесполое размножение –
зооспорами. Половой процесс оогамный.
50

51. Порядок хетофоровые (Chaetophorales)

Разнонитчатые талломы
Fritschiella tuberosa
Изо-, гетеро- и оогамия
51

52.

52

53. Класс требуксиевые (Trebouxiphyceae)

Eremosphaera viridis
Коккоидные, нитчатые и пластинчатые.
Бесполое размножение – автоспорами, деление клетки
. Половой процесс оогамный.
Prasiola stiputata
53

54. Класс ульвовые (Ulvophyceae) Порядок улотриксовые (Ulothricales)

.
Класс ульвовые (Ulvophyceae)
Порядок улотриксовые
(Ulothricales)
Талломы коккоидные, нитчатые, пластинчатые.
Бесполое размножение –автоспорами, половой процесс изогамный.
54

55. Порядок ульвовые (Ulvales)

Таллом пластинчатый или трубчатый
Бесполое размножение – зооспорами, вегетативное - участками таллома.
Половой процесс изогамный,и гетерогамный.
55

56. Порядок бриопсидовые (Bryopsidales)

Caulerpa
Bryopsis
Таллом сифоновый.
Без радиальной симметрии.
Бесполое размножение – почти нет.
Половой процесс гетерогамный, реже изогамный.
Codium
56

57. Порядок дазикладовые (Dasicladales)

Половой процесс изогамный.
Таллом сифоновый.
С радиальной симметрией.
57

58. Порядок сифонокладовые (Siphonocladales)

Таллом сифонокладальный
Cladophora
Бесполое размножение – зооспорами
Половой процесс гетерогамный.
58

59. Подотдел Charophytina

Класс трентеполиевые (Trentepohliophyceae)
Класс клебсормидиевые (Klebsormidiophyceae)
Класс коньюгаты или сцеплянки
(Zygnematophyceae, Conjugatophyceae)
Класс харовые (Charophyceae)
59

60. Класс трентеполиевые (Trentepohliophyceae)

Таллом гетеротрихальный, но редуцированный
Бесполое размножение – зооспорами.
Вегетативное – основное.
60

61. Класс клебсормидиевые (Klebsormidiophyceae) Порядок клебсормидиевые

Кокоидные, сарциноидные и нитчатые талломы.
Бесполое размножение – зооспоры.
Вегетативное.
61

62. Порядок колеохетовые (Coleochaetales)

Нитчатый таллом.
Бесполое размножение – зооспоры
Половой процесс оогамный.
62

63. Класс коньюгаты или сцеплянки (Zygnematophyceae, Conjugatophyceae) Порядок Zygnematales

Одноклеточные и нитчатые формы.
Вегетативное.
Половой процесс коньюгация.
63

64. Порядок десмидиевые (Desmidiales)

Вегетативное.
Одноклеточные и нитчатые формы.
Cosmarium
Половой процесс коньюгация.
Straurastum
64

65. Класс харовые (Charophyceae)

Таллом гетеротрихиальный, усложненный.
Вегетативное с помощью клубеньков, половой процесс усложненный.
65

66. Значение зеленых водорослей в природе и жизни человека

Первичные продуценты. Основа пищевых
цепей.
Продуценты кислорода.
Тест-объекты.
Выращиваются для получения
биологически-активных веществ.
Служат пищей для человека и
сельскохозяйственных животных.
66

67. Местообитания

Моря
Пресные воды
На деревьях, зданиях.
Почва