Cianobaktériumok — meghatározás, fotoszintézis és a Nagy Oxigenizáció
Cianobaktériumok: fotoszintézisük, szerepük a kloroplasztiszok eredetében és a Nagy Oxigenizáció, amely átalakította a Föld légkörét és életét.
A cianobaktériumok a fotoszintézist végző baktériumok egy taxonja. Nem algák, bár egykor kék-zöld algáknak nevezték őket. A baktériumok egy törzse, körülbelül 1500 fajjal. Az endoszimbionta-elmélet szerint a kloroplasztiszok (plasztidok) a cianobaktériumoktól származnak. DNS-profiljuk ezt bizonyítja.
A cianobaktériumoknak rendkívül hosszú, legalább 3500 millió évvel ezelőtti fosszilis múltjuk van. Ők voltak a fő organizmusok az archea és a proterozoikum korszakok strómatolitjaiban.
A cianobaktériumok oxigénes fotoszintézisre való képessége igen jelentős. A Föld korai légköre nagyrészt redukáló, azaz oxigénmentes volt. A sztromatolitokban élő cianobaktériumok voltak az első ismert organizmusok, amelyek fotoszintetizáltak és szabad oxigént termeltek. Körülbelül egymilliárd év elteltével ennek a fotoszintézisnek a hatására hatalmas változás kezdődött a légkörben. A folyamat, amelyet Nagy Oxigenizációs Eseménynek nevezünk, hosszú ideig tartott. Végül elpusztította a legtöbb olyan élőlényt, amely nem tudott oxigénben élni, és a ma ismert környezethez vezetett, ahol a legtöbb élőlény oxigént használ és oxigénre van szüksége.
Alak, felépítés és életmód
A cianobaktériumok változatos formákat ölthetnek: egysejtűek, kolóniákban élők vagy fonalas (filamentózus) szervezetek. Egyes fajok közösségeket alkotva nyálkás bevonatot képeznek, mások sziklákhoz vagy üledékekhez tapadva sztromatolitokat hoznak létre. Jellemző sejtszerkezeti vonásuk, hogy prokarióták: nincs elkülönült sejtmagszerkezetük.
Fotoszintézis és pigmentek
A cianobaktériumok oxigéntermelő (oxygenikus) fotoszintézist végeznek, amelyben a fényenergia segítségével vízből elektronokat vonnak ki és oxigént szabadítanak fel. Klorofill-a-t tartalmaznak, valamint jellegzetes segédpigmenteket, például fikoeritrint és fikocianint (a phycobiliproteineket), amelyek a kék-zöld színt adják és más hullámhosszúságú fényt is képesek hasznosítani. Fotoszintetikus gépezetük két fotoszisztémából (PSI és PSII) áll, hasonlóan a növényekéhez, ezért tekintik őket a kloroplasztiszok őseinek.
Nitrogénkötés és speciális sejttípusok
Sok cianobaktérium képes légköri nitrogén (N2) megkötésére, ami különösen fontos tápanyagforrás szegény vizekben. Egyes filamentózus fajok speciális, vastag falú sejtekre, úgynevezett heterocisztákra differenciálódnak, amelyek anaerob környezetet biztosítanak a nitrogénfixáló enzim (nitrogénáz) működéséhez. Más tartósító (túlélő) sejtek az akinetek, amelyek extrém körülmények között is fennmaradnak.
Ökológiai szerep és hatások
- Elsődleges termelők: a cianobaktériumok fontos elsődleges termelők a számos édesvízi és tengeri ökoszisztémában, alapjául szolgálnak a táplálékláncnak.
- Sztromatolitképzés: réteges üledékes képződményeket hoznak létre, amelyekhez fosszilis nyomok is kapcsolódnak.
- Virágzások és toxikus kitörések: bizonyos körülmények között (tápanyagdús, állóvizek, magas hőmérséklet) tömeges elszaporodásuk cianobaktérium‑virágzást (algal bloom) okozhat. Egyes fajok mérgező anyagokat (pl. mikrocisztin) termelnek, amelyek veszélyesek lehetnek emberekre és állatokra.
- Szimbiózisok: sok cianobaktérium él együtt más szervezetekkel, például zuzmók fotobiontájaként vagy korallokban, ahol tápanyagcserével járulnak hozzá a gazdaszervezethez.
Történeti jelentőség: a Nagy Oxigenizációs Esemény
A cianobaktériumok fokozatosan növelték a légkör szabad oxigéntartalmát a fotoszintézis révén. A Nagy Oxigenizációs Esemény (GOE) körülbelül 2,4–2,1 milliárd éve zajlott le, és alapvetően átalakította a Föld kémiai és biológiai környezetét: oxidálta az óceánok és a légkör összetételét, lehetővé tette az aerob légzést és elindította új evolúciós irányokat. Ugyanakkor az esemény sok anaerob organizmus kihalásához is vezetett.
Humán kapcsolatok és alkalmazások
- Az ipar és a biotechnológia gyűjt pigmenteket, feed‑kiegészítőket és bioaktív anyagokat cianobaktériumokból.
- Egyes fajokat bioföldtrágyaként, bioremediációra és potenciálisan bioüzemanyag‑előállításra vizsgálják.
- Közegészségügyi szempontból fontos a vizek monitorozása a cianotoxinok kitöréseinek megelőzése érdekében.
Összefoglalás
A cianobaktériumok kulcsfontosságú, ősi baktériumcsoport, amelyek fotoszintézissel oxigént termelnek, formálták a korai földi környezetet és továbbra is alapvető szerepet töltenek be a globális biogeokémiai ciklusokban. Egyszerre jelentenek természeti értéket és potenciális kockázatot, ezért érdemes ismerni biológiájukat, életmódjukat és hatásukat az ökoszisztémákra és az emberi egészségre.
Egy cianobaktérium szerkezete
O 2felhalmozódása a Föld légkörében. A piros és zöld vonalak a becslések tartományát jelölik, míg az időt évmilliárdokban mérik.
A cianobaktériumok "virágzása" egy tóban.
Fényérzékelés
A cianobaktériumok képesek érzékelni a fényt. Conrad Mullineaux, a londoni Queen Mary Egyetem munkatársa elmondta: "Van egy módja annak, hogy érzékelje, hol van a fény; ezt abból tudjuk, hogy milyen irányban mozog".
"Egy egysejtű tavi nyálkában megfigyelték, hogy a beérkező sugarakat a bogár gömbölyű felülete meghajlítja, és a sejt túlsó oldalán lévő pontra fókuszálja. Azzal, hogy a mikroba ezzel a fényes ponttal ellentétes irányba csoszog, a fény felé mozog".
Kapcsolódó oldalak
Kérdések és válaszok
K: Mi az a cianobaktérium?
V: A cianobaktériumok a baktériumok egy olyan taxonja, amelyek fotoszintézist végeznek. Nem algák, bár egykor kék-zöld algáknak nevezték őket. A baktériumok egy törzse, körülbelül 1500 fajjal.
K: Mióta léteznek a cianobaktériumok fosszilis emlékei?
V: A cianobaktériumokra vonatkozó fosszilis adatok legalább 3500 millió éve léteznek.
K: Milyen volt a Föld korai légköre?
V: A Föld korai légköre nagyrészt redukáló volt, ami azt jelenti, hogy nem tartalmazott oxigént.
K: Hogyan befolyásolta a cianobaktériumok jelenléte a légkört?
V: A cianobaktériumok jelenléte a sztromatolitokban lehetővé tette számukra a fotoszintézist és a szabad oxigén előállítását, ami a Nagy Oxigéneseménynek nevezett folyamathoz vezetett, amely idővel megváltoztatta a légkört, és végül elpusztította a legtöbb olyan organizmust, amely nem tudott oxigénes környezetben élni.
K: Milyen bizonyítékok támasztják alá az endoszimbionta-elméletet?
V: Az endoszimbionta-elmélet szerint a kloroplasztiszok (plasztidok) a cianobaktériumoktól származnak, és DNS-profiljuk bizonyítékot szolgáltat erre az állításra.
K: Mire képes a cianobaktériumok fotoszintézise?
V: A cianobaktériumok fotoszintézise lehetővé teszi számukra, hogy szabad oxigént termeljenek a környezetükben.
K: Mennyi időbe telt, amíg a Nagy Oxigénesemény bekövetkezett a fotoszintézis kezdete után? V: Körülbelül egymilliárd évbe telt, amíg a Nagy Oxigénesemény bekövetkezett, miután a cianobaktériumok által megkezdődött a fotoszintézis.
Keres