Что такое оксифотобактерии в биологии
ПОДЦАРСТВО ОКСИФОТОБАКТЕРИИ — OXYPHOTOBACTERIA
Подцарство оксифотобактерии включает отдел очень древних живых организмов – цианобактерий, называемых также сине-зелеными водорослями.
Цианобактериb, или сине-зеленые водоросли (Cyanobacteria), относятся к фототрофным прокариотам. Несмотря на то что их организация близка к прокариотам (строение клеток, наличие муреина, способность фиксировать азот), имеются и отличия от бактерий: наличие фотосистемы II; организация пигментной системы, аналогичной красным водорослям; фотосинтез с выделением кислорода; водный (в основном пресноводный) образ жизни.
Строение.Клетки – по форме округлые, эллиптические, цилиндрические, бочонковидные – могут оставаться одиночными, объединяться в колонии или образовывать многоклеточные нити.
Клеточная стенка довольно толстая, содержит некоторое количество целлюлозы. Но главными её компонентами являются иные полисахариды и пектиновые вещества. Подобно многим прокариотам, клеточная стенка сине-зеленых водорослей содержит муреин (гликопептид). В клеточной стенке есть поры для сообщения между клетками. Поверх клеточной стенки часто выделяется слизь в виде толстого чехла, предохраняющего от высыхания и облегчающего скольжение.
Кроме того, в цианобактериях возможно фиксирование атмосферного азота. Настоящие вакуоли с клеточным соком редки, но в цитоплазме многих видов этих водорослей имеются газовые вакуоли, или псевдовакуоли Нитчатые формы водорослей (например, осциллятория, носток) помимо обычных клеток имеют более крупные вакуоли, наполненные азотом – гетероцисты (рис.4). Гетероцисты способны фиксировать азот, снабжая таким образом, азотистыми веществами прочие клетки. Считается, что эти вакуоли регулируют плавучесть клетки и позволяют ей парить в толще воды.
У цианобактерий найдены пигменты: хлорофилл a,несколько каротинов и ксантофиллов, а также фикобиллины, модифицирующие их окраску от сине-зеленой, фиолетовой и красноватой почти до черной (синие – фикоцианин и красный фикоэритрин). Пигменты располагаются в одиночных тилакоидах. Фотосинтезирующий аппарат цианобактерий имеет фотосистемы I и II, поэтому способен к аэробному фотосинтезу с выделением кислорода. Продукты фотосинтеза могут накапливаться, хотя и в небольших количествах. Чаще всего это гликопротеид, похожий по химическому составу на гликоген. Большинство цианобактерий, будучи автотрофными организмами, могут синтезировать все вещества клетки за счёт энергии света. Однако они способны и к смешанному типу питания (как гетеротрофы).
Рис. 4. Сине-зеленые водоросли (цианобактерии – Cyanophyta):
А – осциллатория (Oscillatoria); Б – носток (Nostoc); В – анабена (Anabaena); Г – лингбия (Lyngbya); Д – ривулярия (Rivularia); E – глеокапса (Gleocapsa); Ж — хроококк (Chroococcus); 1 –общий вид; 2 – вид при малом увеличении микроскопа; 3 – отдельная нить при большом увеличении; 4 – гетероцисты
Дли цианобактерий, как и для бактерий, характерно наличие нуклеоида в центральной части клетки. B качестве запасных включений в цитоплазме имеются гликоген, волютин, белок цианофицин.
Размножение.И отличие от настоящих бактерий у цианобактерий, не имеющих жгутиков, полового процесса нет.
Вегетативное размножение одноклеточных и колониальных форм происходит за счёт деления клетки пополам (как у бактерии); у нитчатых форм разделение происходит по гетероцистам.
Распространение и значение.За счет своей миксотрофности (авто- и гетеротрофный способ питания), а также азотфиксации сине-зеленые водоросли встречаются и в воде, и на суше. Их массовое развитие в воде вызывает «цветение» воды. При гниении клеток в воду выделяются токсические вещества, поэтому вода приобретает неприятный запах. Благодаря газовым вакуолям цианеи всплывают на поверхность воды, на которой образуется маслянистая пленка, не пропускающая воздух. Вода становится непригодной для питья и вызывает массовую гибель рыб (замор). На суше образуют налеты на камнях и коре деревьев, входя в симбиоз с грибами и образуя лишайники. Среди относительно немногих случаев полезного использования человеком цианобактерий – искусственное разведение видов анабена (Anabena oryza) на рисовых полях в тропиках с целью обогащения почвы соединениями азота. Внесение в почву перед посевом анабены повышает урожайность риса на 50 % за счет фиксации азота из атмосферы. Некоторые виды спирулины (Spirulina maxima) содержат физиологически активные вещества, йодсодержащие гормоны и простагландины и рекомендуются для использования в качестве пищевых добавок.
Подцарство оксифотобактерии включает отдел очень древних живых организмов – цианобактерий, называемых также сине-зелеными водорослями.
Цианобактериb, или сине-зеленые водоросли (Cyanobacteria), относятся к фототрофным прокариотам. Несмотря на то что их организация близка к прокариотам (строение клеток, наличие муреина, способность фиксировать азот), имеются и отличия от бактерий: наличие фотосистемы II; организация пигментной системы, аналогичной красным водорослям; фотосинтез с выделением кислорода; водный (в основном пресноводный) образ жизни.
Строение.Клетки – по форме округлые, эллиптические, цилиндрические, бочонковидные – могут оставаться одиночными, объединяться в колонии или образовывать многоклеточные нити.
Клеточная стенка довольно толстая, содержит некоторое количество целлюлозы. Но главными её компонентами являются иные полисахариды и пектиновые вещества. Подобно многим прокариотам, клеточная стенка сине-зеленых водорослей содержит муреин (гликопептид). В клеточной стенке есть поры для сообщения между клетками. Поверх клеточной стенки часто выделяется слизь в виде толстого чехла, предохраняющего от высыхания и облегчающего скольжение.
Кроме того, в цианобактериях возможно фиксирование атмосферного азота. Настоящие вакуоли с клеточным соком редки, но в цитоплазме многих видов этих водорослей имеются газовые вакуоли, или псевдовакуоли Нитчатые формы водорослей (например, осциллятория, носток) помимо обычных клеток имеют более крупные вакуоли, наполненные азотом – гетероцисты (рис.4). Гетероцисты способны фиксировать азот, снабжая таким образом, азотистыми веществами прочие клетки. Считается, что эти вакуоли регулируют плавучесть клетки и позволяют ей парить в толще воды.
У цианобактерий найдены пигменты: хлорофилл a,несколько каротинов и ксантофиллов, а также фикобиллины, модифицирующие их окраску от сине-зеленой, фиолетовой и красноватой почти до черной (синие – фикоцианин и красный фикоэритрин). Пигменты располагаются в одиночных тилакоидах. Фотосинтезирующий аппарат цианобактерий имеет фотосистемы I и II, поэтому способен к аэробному фотосинтезу с выделением кислорода. Продукты фотосинтеза могут накапливаться, хотя и в небольших количествах. Чаще всего это гликопротеид, похожий по химическому составу на гликоген. Большинство цианобактерий, будучи автотрофными организмами, могут синтезировать все вещества клетки за счёт энергии света. Однако они способны и к смешанному типу питания (как гетеротрофы).
Рис. 4. Сине-зеленые водоросли (цианобактерии – Cyanophyta):
А – осциллатория (Oscillatoria); Б – носток (Nostoc); В – анабена (Anabaena); Г – лингбия (Lyngbya); Д – ривулярия (Rivularia); E – глеокапса (Gleocapsa); Ж — хроококк (Chroococcus); 1 –общий вид; 2 – вид при малом увеличении микроскопа; 3 – отдельная нить при большом увеличении; 4 – гетероцисты
Дли цианобактерий, как и для бактерий, характерно наличие нуклеоида в центральной части клетки. B качестве запасных включений в цитоплазме имеются гликоген, волютин, белок цианофицин.
Размножение.И отличие от настоящих бактерий у цианобактерий, не имеющих жгутиков, полового процесса нет.
Вегетативное размножение одноклеточных и колониальных форм происходит за счёт деления клетки пополам (как у бактерии); у нитчатых форм разделение происходит по гетероцистам.
Распространение и значение.За счет своей миксотрофности (авто- и гетеротрофный способ питания), а также азотфиксации сине-зеленые водоросли встречаются и в воде, и на суше. Их массовое развитие в воде вызывает «цветение» воды. При гниении клеток в воду выделяются токсические вещества, поэтому вода приобретает неприятный запах. Благодаря газовым вакуолям цианеи всплывают на поверхность воды, на которой образуется маслянистая пленка, не пропускающая воздух. Вода становится непригодной для питья и вызывает массовую гибель рыб (замор). На суше образуют налеты на камнях и коре деревьев, входя в симбиоз с грибами и образуя лишайники. Среди относительно немногих случаев полезного использования человеком цианобактерий – искусственное разведение видов анабена (Anabena oryza) на рисовых полях в тропиках с целью обогащения почвы соединениями азота. Внесение в почву перед посевом анабены повышает урожайность риса на 50 % за счет фиксации азота из атмосферы. Некоторые виды спирулины (Spirulina maxima) содержат физиологически активные вещества, йодсодержащие гормоны и простагландины и рекомендуются для использования в качестве пищевых добавок.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Презентация к уроку «Подцарство Оксифотобактерии» с занимательным материалом
Описание презентации по отдельным слайдам:
Подцарство Оксифотобактерии Подготовила учитель биологии Баринова А.А.
План 1.Характеристика 2. Места обитания 3.Значение
1.Характеристика подцарства Оксибактерии Подцарство Оксифотобактерии Oxyphotobacteriobionta делится на два отдела: Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и Хлороксибактерии. К последнему отделу относят прокариот, объединенных в род прохлорон, открытый в 70-х годах 20 века. Происхождение их неясно. Набор фотосинтетических пигментов идентичен зеленым водорослям и высшим растениям (хлорофиллы а и b). Обитают в симбиозе с асцидиями в тропических и субтропических морях.
Древние цианобактерии, возможно, помогли появиться на Земле новым формам жизни. (Фото Dr. Ron Dengler.) Миллионы лет назад на Земле внезапно возникло множество новых видов живых существ, от членистоногих до иглокожих. Этот феномен назваликембрийским взрывом, и учёные до сих пор пытаются найти ему объяснение. Одним из важных факторов кембрийского взрыва считают увеличение кислорода в атмосфере, что подтверждается и геологическими данными. Правда, не совсем понятно, почему уровень кислорода повысился именно в это время. Исследователи из Бристольского университета (Великобритания) полагают, что дело тут было не столько в кислороде, сколько в азоте. Используя генетические данные, они попытались восстановить взаимоотношения между сине-зелёными водорослями, кои, благодаря своему фотосинтезу, могли вызвать в атмосфере значительные перемены и повлиять тем самым на пути эволюции.
Цианобактерия V, Озеро Роксен (c) okidoki kommunikation
Цианобактерия носток Синезелёная водоросль
Распространены цианобактерии в различных водоемах, в почве и на рисовых полях. Их протопласт окружен клеточной стенкой, в которой поверх пептидогликанового слоя имеются «наружная мембрана» и липополисахаридный слой. Фотосинтетический аппарат представлен тилакоидами, которые либо расположены параллельно плазматической мембране, либо сильно извиты и помещаются в периферических участках цитоплазмы. У цианобактерий имеются сильно дифференцированные клетки, которым нет аналогов ни в одной другой группе бактерий:гетероцисты – имеют толстые клеточные стенки, слабую пигментацию и полярные гранулы, являющиеся местом фиксации азота (N2) в аэробных условиях; акинеты – покоящиеся клетки, выделяющиеся размерами, сильной пигментацией и толстой клеточной стенкой; гормогонии – короткие отрезки, служащие для размножения; баеоциты («мелкие клетки») – репродуктивные клетки, образующиеся при бинарном делении материнской клетки (из одной материнской клетки получается от 4 до 1000 баеоцитов).
Цианобактерии В горячих источниках могут жить и цианобактерии, и пурпурные, и серные бактерии — их многообразие и создает удивительную палитру этих необычных водоемов. Возможно, именно такие горячие водоемы населяли первые жители нашей планеты. (На снимке — один из горячих источников Йеллоустонского национального парка.) Фото с сайта www.mrfs.net
Яд для фотосинтеза В высокогорном озере Моно на востоке американского штата Калифорния обитают удивительные цианобактерии. При фотосинтезе они используют не кислород, а мышьяк, ядовитый практически для всех остальных форм жизни. Возможно, именно с них и начался процесс фотосинтеза на нашей планете, а тот фотосинтез, что снабжает нас всех кислородом и энергией, появился позже. Ученые исследовали расположенное на высоте 2 км щелочное и сильносоленое озеро, когда обнаружили на камнях крупные колонии бактерий в виде налётов зеленого и красного цвета. Ими оказались пурпурные Ectothiorhodospira и цианобактерии, похожие на известную группу Oscillatoria.
В озерах часто бывают вспышки массового размножения цианобактерий. Данный процесс получил название «цветение воды». При этом водоемы перенасыщаются продуктами жизнедеятельности цианобактерий и лишаются запасов кислорода, что отрицательно сказывается на жизни остальных обитателей.
О. Атитлан располагается в горах, выше 3000 м над уровнем моря. Озеро занимает запруженную вулканическим пеплом долину.
Цианобактерии: первое семя космической колонизации
Способ биологического терраформирования колонизируемых планет
Вот график, который показывает уровень кислорода в атмосфере Земли за последние 4 миллиарда лет:
Пояснение к рисунку:
Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.
1. (3,85–2,45 млрд лет назад) — Кислород не генерировался
2. (2,45–1,85 млрд лет назад) Кислород генерировался, но поглощался океаном и породами морского дна
3. (1,85–0,85 млрд лет назад) Кислород выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4. (0,85–0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере
5. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) современный период, содержание кислорода в атмосфере стабилизировалось
Как вы видите, еще 2,5 млрд лет назад в атмосфере Земли практически не было кислорода. Затем уровень кислорода в атмосфере резко увеличился. Что привело к такому росту? Цианобактерии!
Цианобактерии и их уникальная история
Цианобактерии, называемые также как синезелёные водоросли, или оксифотобактерии, или цианопрокариоты, или цианеи — это одноклеточные бактерии, которые получают энергию от фотосинтеза. Считается, что они являются первым видом на Земле, который развил способности фотосинтеза. Генерация кислорода в качестве побочного продукта фотосинтеза в конечном итоге привела к распространению многоклеточных организмов и, следовательно, к появлению животной жизни на Земле. Более того, цианобактерии — единственный вид в истории нашей планеты, который начал использовать фотосинтез — все растения и водоросли получили эту способность от них.
Выжившие за миллиарды лет и имеющие широкое генетическое разнообразие, цианобактерии встречаются практически везде, будь то на суше или в воде. Они могут цвести в океанской воде или выживать в сухих пустынях. Некоторые виды цианобактерий даже прижились в антарктических породах.
Цианобактерии являются экстремофилами, что означает, что они способны выживать в экстремальных условиях. Цианобактерии даже выживали за пределами Международной космической станции (МКС) в течение 16 месяцев.
Цианобактерии были размещены в лотках за пределами МКС, где они подвергались экстремальным уровням радиации и колебаниям температуры. Они не только выжили в течение 16 месяцев, но и хорошо адаптировались к холоду вакуума.
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.
Как цианобактерии могут использоваться для космических поселений
Полезные применения цианобактерий в освоении космоса охватывают широкий диапазон:
3. Сельское хозяйство: виды цианобактерий под названием Microcoleus vaginatus сохраняют воду в почве и предотвращают эрозию. Это потенциально делает их очень полезными для сельского хозяйства на инопланетных почвах, где вода не будет легко доступна.
Исследования Lab2Moon
Любые известные виды цианобактерий могут быть использованы только в том случае, если они смогут надежно работать во враждебных условиях космического пространства. Хотя цианобактерии были тщательно протестированы в суровых условиях в нескольких экспериментальных установках на Земле, космическая среда гораздо более враждебна. Поэтому, следующий шаг — увидеть, как они реагируют на экстремальные космические среды. Это и есть цель трех экспериментов Lab2Moon на борту посадочного модуля TeamIndus Moon.
№ 1: Space4Life — Разработка радиационного щита с использованием цианобактерий
Электроника и люди на борту космического корабля должны быть надежно защищены от разрушительной радиации и космических лучей космического пространства. Стандартным материалом для достижения этого традиционно был свинец. Тем не менее, ученые, стоящие за Space4Life, хотят использовать экстремальные свойства радиационно-стойких цианобактерий. Вот как они сравниваются с свинцом и алюминием:
Свинцовые экраны эффективны, но они тяжелые, а алюминиевые экраны легкие, но неэффективны. Цианобактериальный радиационный щит может быть как легким, так и эффективным, будучи при этом дешевле свинца. Испытания будут проведены после посадки корабля TeamIndus на лунную поверхность в следующем году. В случае успеха, это будет иметь потрясающие последствия для будущего освоения космоса.
№2: Biocon Team ZΩI: фотосинтез цианобактерий на Луне
Смогут ли цианобактерии, выжившие за пределами Международной космической станции в течение 16 месяцев, фотосинтезировать на лунной поверхности — это следующий шаг экспериментов. Команда Biocon @Team ZΩI хочет наблюдать, как цианобактерии фотосинтезируют в такой экстремальной среде. Потенциальные преимущества этого эксперимента огромны. Если цианобактерии могут эффективно фотосинтезировать в суровых условиях поверхности Луны, то они могут быть использованы для терраформирования планет, как описано выше.
№ 3: Killa LAB: тестирование роста цианобактерий при радиации
Ультрафиолетовое излучение и космические лучи могут повредить ДНК различных форм жизни. На лунной поверхности именно такие условия.
Идея Killa LAB состоит в том, чтобы узнать, как цианобактерии изменяются в ответ на жесткое излучение. Это поможет нам понять, как цианобактерии приспосабливаются и растут в такой среде и использовать их при исследовании космоса.
Вывод
Учитывая их генетическое разнообразие, глобальное присутствие и фундаментальное значение, цианобактерии являются, возможно, одним из самых, если не самым успешным биологическим видом на Земле. При помощи цианобактерий мы можем совершить прыжок к терраформированию других планет. Первые шаги начинаются прямо сейчас.
Подцарство оксифотобактерии – Oxyphotobacteria
Подцарство объединяет два таксона – отделы цианобактерии и хлороксибактерии.
К хлороксибактериям (Chloroxybacteria) относятся бактерии, обитающие в симбиозе с морскими животными в тропических и субтропических морях, и свободноживущие в северной части Атлантического и Тихого океанов. Открыты в начале 70-х годов. Объединены в род Prochloron. Имеют набор фотосинтезирующих пигментов, сходный с набором пигментов зеленых водорослей и растений.
Цианобактерии (Cyanobacteria) – самая обширная, наиболее богатая формами и самая распространенная группа фотосинтезирующих прокариот (существует около 2000 видов). Они также известны под названием сине-зеленых водорослей (благодаря содержанию хлорофилла и способности осуществлять фотосинтез с выделением кислорода).
Цианобактерии включают одноклеточные и многоклеточные формы (рис. 8. 3).
Рис. 8. 3. Схематическое изображение некоторых цианобактерий.
Распространены цианобактерии в различных водоемах, в почве и на рисовых полях. Их протопласт окружен клеточной стенкой, в которой поверх пептидогликанового слоя имеются «наружная мембрана» и липополисахаридный слой. Фотосинтетический аппарат представлен тилакоидами, которые либо расположены параллельно плазматической мембране, либо сильно извиты и помещаются в периферических участках цитоплазмы.
У цианобактерий имеются сильно дифференцированные клетки, которым нет аналогов ни в одной другой группе бактерий: гетероцисты – имеют толстые клеточные стенки, слабую пигментацию и полярные гранулы, являющиеся местом фиксации азота (N2) в аэробных условиях; акинеты – покоящиеся клетки, выделяющиеся размерами, сильной пигментацией и толстой клеточной стенкой; гормогонии – короткие отрезки, служащие для размножения; баеоциты («мелкие клетки») – репродуктивные клетки, образующиеся при бинарном делении материнской клетки (из одной материнской клетки получается от 4 до 1000 баеоцитов).
В озерах часто бывают вспышки массового размножения цианобактерий. Данный процесс получил название «цветение воды». При этом водоемы перенасыщаются продуктами жизнедеятельности цианобактерий и лишаются запасов кислорода, что отрицательно сказывается на жизни остальных обитателей.
Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 2698 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ