Sinice, dříve známý jako sinic, jsou kmen bakterií tvořených pouze prokaryot moci použít sluneční záření jako energie a vody, jako je zdroj elektronů v fotosyntézy (obsahující kyslík fotosyntézy).
Stejně jako vyšší rostliny obsahují pigmenty, které jim umožňují provádět okysličenou fotosyntézu. Tento kmen zahrnuje asi 2000 druhů ve 150 rodech, se širokou škálou tvarů a velikostí.
Oscillatoria sp. Wiedehopf20, z Wikimedia Commons
Cyanobacteria jsou velmi staré organismy. Mikrofosílie s velkou podobností s moderními sinicemi byly nalezeny v ložiscích s dobou trvání 2,1 miliardy let. Charakteristické molekuly biomarkerů sinic byly také nalezeny ve 2,7 a 2,5 miliard let starých mořských ložiscích.
Vzhledem ke schopnosti sinic produkovat a uvolňovat kyslík jako vedlejší produkt fotosyntézy se věří, že jeho vzhled na Zemi umožnil modifikaci atmosféry, což způsobilo velkou okysličení.
Zvýšení kyslíku mohlo způsobit přibližně přibližně 2,4 až 2,1 miliardy let snížení koncentrace metanu v atmosféře, což způsobilo zánik mnoha druhů anaerobních bakterií.
Některé kmeny druhů sinic mohou ve vodném prostředí produkovat silné toxiny. Tyto toxiny jsou sekundární metabolity, které se uvolňují do životního prostředí v extrémních podmínkách prostředí, v eutrofickém prostředí, s vysokou koncentrací minerálních živin, jako je fosfor, a za určitých podmínek pH a teploty.
vlastnosti
Cyanobacteria jsou gramnegativní barvicí bakterie, které mohou být jednobuněčné nebo mohou tvořit kolonie ve tvaru vláken, listů nebo dutých koulí.
V rámci této rozmanitosti lze pozorovat různé typy buněk:
- Vegetativní buňky jsou buňky, které se vytvářejí za příznivých podmínek prostředí, ve kterých dochází k fotosyntéze.
- Akinetes, endospory produkované v obtížných podmínkách prostředí.
- Heterocyty, tlusté stěny, obsahují enzym dusičnan, který se podílí na fixaci dusíku v anaerobním prostředí.
Cyanobacteria jsou nejjednodušší organismy, které vykazují cirkadiánní cykly, oscilace biologických proměnných v pravidelných časových intervalech spojených s periodickými změnami prostředí během dne. Cirkadiánní hodiny v sinicích fungují z fosforylačního cyklu KaiC.
Cyanobakterie jsou rozmístěny ve velké rozmanitosti suchozemských a vodních prostředí: holé skály, dočasně mokré skály v pouštích, sladká voda, oceány, vlhká půda a dokonce i antarktické horniny.
Mohou tvořit část planktonu ve vodních útvarech, na exponovaných površích mohou tvořit fototrofní biofilmy nebo navazovat symbiotický vztah s rostlinami nebo lišejníky vytvářejícími houby.
Některé sinice hrají v ekosystémech důležitou roli. Microcoleus vaginatus a M. vaginatus stabilizují půdu pomocí polysacharidového obalu, který se váže na částice písku a absorbuje vodu.
Bakterie rodu Prochlorococcus produkují více než polovinu fotosyntézy otevřeného oceánu, což významně přispívá do globálního kyslíkového cyklu.
Několik druhů sinic, jako je Aphanizomenon flos-aquae a Arthrospira platensis (Spirulina), se sklízí nebo kultivuje jako potravinové zdroje, krmivo pro zvířata, hnojiva a výrobky pro zdraví.
Morfologie
Cyanobakteriální buňky mají vysoce diferencovanou, gramnegativní buněčnou stěnu s plazmovou membránou a vnější membránou oddělenou periplazmatickým prostorem.
Kromě toho mají vnitřní systém tylakoidních membrán, kde jsou uloženy řetězce přenosu elektronů, které se podílejí na fotosyntéze a dýchání. Tyto různé membránové systémy dávají těmto bakteriím jedinečnou složitost.
Nemají bičíky. Některé druhy mají pohyblivá vlákna zvaná hormonogonie, která jim umožňují klouzat po površích.
Mnohobuněčné vláknité formy, jako je rod Oscillatoria, jsou schopné generovat zvlněný pohyb oscilací vlákna.
Jiné druhy, které žijí ve sloupcích vody, tvoří plynové váčky, tvořené proteinovým obalem, které jim dávají vztlak.
Hormogonie se skládá z tenkých buněk s ostrými buňkami na koncích. Tyto buňky se uvolňují a mobilizují a klíčí na místech daleko od hlavní kolonie, kde začínají nové kolonie.
Systematický
Klasifikace cyanobakterií na nejvyšší taxonomické úrovni byla velmi diskutována. Tyto bakterie byly původně klasifikovány jako modrozelené řasy (Cyanophyta) podle botanických kódů. Tyto počáteční studie byly založeny na morfologických a fyziologických charakteristikách.
Později, v 60. letech, kdy byly prokaryotické vlastnosti těchto mikroorganismů stanoveny, byly cyanobakterie překlasifikovány podle bakteriologického kódu.
V roce 1979 bylo navrženo 5 sekcí, které odpovídají 5 řádům: sekce I = Chroococcales, sekce II = Pleurocapsales, sekce III = Oscillatoriales, sekce IV = Nostocales a sekce V = Stigonematales.
Taxonomický systém sinic byl radikálně změněn zavedením elektronové mikroskopie a molekulárních a genetických metod.
Taxonomie sinic byla v posledních 50 letech přezkoumávána téměř nepřetržitě, v níž byly vytvořeny radikálně odlišné návrhy. Debata o klasifikaci sinic pokračuje.
Nejnovější návrhy pro fylogenetické stromy pro tento kmen navrhují použití řádů: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Tyto řády jsou tvořeny monofyletickými rody složenými z mnoha druhů.
Toxicita
Odhaduje se, že existuje 150 rodů sinic obsahujících přibližně 2 000 druhů, z nichž asi 46 má nějaký kmen produkující toxiny.
Ve vodních ekosystémech může hojnost cyanobakterií dosáhnout velmi vysokých hodnot, pokud jsou podmínky prostředí vhodné pro jejich růst, což zvýhodňuje hromadění sekundárních metabolitů v cytoplazmě.
Když se podmínky prostředí stanou nepříznivými, se zvyšováním koncentrací minerálních živin, jako je fosfor, cyanobakterie umírají, což vede k lýze buněk a uvolňování toxinů do životního prostředí.
Byly identifikovány dva hlavní typy toxinů: hepatotoxiny a neurotoxiny. Neurotoxiny jsou produkovány hlavně druhy a kmeny rodů: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium a Cylindrospermopsis.
Neurotoxiny působí rychle a způsobují smrt při zástavě dýchacích cest během několika minut po požití vysokých koncentrací toxinu. Saxitoxin je paralyzující neurotoxin, uvedený v příloze 1 Úmluvy o chemických zbraních.
Hepatotoxiny jsou produkovány rody Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc a Cylindrospermopsis. Způsobují nejčastější typ otravy související s cyanobakteriemi. Pracují pomaleji a mohou způsobit smrt několik hodin nebo dnů po otravě.
Reference
- Dmitry A. Los. (2017). Cyanobacteria: Omics and Manipulation - Book. Caister Academic Press. Moskva, Rusko. 256 pp.
- Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. Y & JOhansen, JR (2014). Taxonomická klasifikace kyanoprokaryotů (cyanobakteriální rody) 2014 pomocí polyfázického přístupu. Preslia 86: 295–335.
- Gupta, RC Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents. (2009). Academic Press. Str. 1168.
- Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, HE Schellhorn a RS Gupta. (2014). Fylogenetická analýza a molekulární podpisy definující monofyletický klast heterocystózní cyanobakterie a identifikující jeho nejbližší příbuzné. Photosynthesis Research, 122 (2): 171–185.
- Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Detekce sinic a jejich toxinů. Journal of Toxicology, 18: 65-71.
- Přispěvatelé Wikipedie. (2018, 2. října). Cyanobacteria. V Wikipedii, Encyklopedie zdarma. Citováno z 10:40, 12. října 2018, z en.wikipedia.org