¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre las cianobacterias, las plantas verdes y otras bacterias fotosintéticas? preguntas de respuesta corta
Las cianobacterias también se llaman cianobacterias o algas verdiazules. Al igual que las plantas verdes superiores y las algas superiores, contiene el pigmento fotosintético clorofila a. Antes de la década de 1960, cuando se llevaba a cabo la fotosíntesis oxigenada, también era un grupo de algas. La aplicación de la tecnología moderna muestra que su núcleo no tiene membrana nuclear ni aparato mitótico y su pared celular es similar a la de las bacterias. Consiste en un complejo mucoso (peptidoglicano) que contiene ácido diaminopimélico y es Gram negativo, por lo que actualmente se prefiere clasificarlo como microorganismo procariótico.
Las cianobacterias están ampliamente distribuidas, desde los trópicos hasta los polos, desde el océano hasta las montañas, por todas partes. El suelo, las rocas e incluso la corteza de los árboles u otros objetos pueden crecer en láminas; muchas cianobacterias crecen en estanques y lagos, formando micelas que flotan en la superficie del agua. Algunos son organismos fotosintéticos dominantes o únicos en aguas termales, lagos de agua salada u otros ambientes extremos por encima de los 80°C.
La morfología de las cianobacterias varía mucho. Se conocen filamentos y células individuales esféricas o en forma de varilla, con diámetros celulares que varían desde el tamaño de las bacterias ordinarias (0,5-1 micrómetro) hasta 60 micrómetros. Las células de este tamaño probablemente sean raras entre los microorganismos procarióticos. Sin embargo, el diámetro o ancho de las cianobacterias individuales es generalmente de 3 a 10 micrones. Cuando muchos individuos se reúnen, pueden formar grandes grupos visibles a simple vista. Si el crecimiento es vigoroso, el color del agua puede cambiar con el color de las bacterias.
En comparación con otros procariotas, la característica más singular de las cianobacterias en su composición química es que contienen ácidos grasos insaturados compuestos de dos o más dobles enlaces, mientras que casi todas las bacterias contienen ácidos grasos saturados y ácidos grasos insaturados simples ( un doble enlace).
La fina estructura de la pared celular de las cianobacterias es similar a la de las bacterias Gram-negativas. Muchas de ellas pueden secretar una sustancia pegajosa de forma continua fuera de la pared celular, similar a la envoltura de las bacterias, y combinarse con grupos de células o filamentos para formar micelas o vainas. La mayoría de ellos pueden "deslizarse" sin utilizar flagelos. El movimiento de deslizamiento de algunas cianobacterias no es una simple transferencia sino una rotación, inversión y curvatura de filamentos. Algunos también pueden hacer ejercicios para evitar la luz.
El mecanismo fotosintético de las cianobacterias tiene una original estructura estratificada, formada por múltiples capas de membranas distribuidas en el citoplasma. La estructura en capas contiene pigmentos fotosintéticos como clorofila a, ficobiliproteínas y carotenoides. La ficobilina desempeña un papel de pigmento auxiliar en la fotosíntesis y es exclusiva de las cianobacterias. Las ficobilinas también incluyen ficocianina y ficocianina. En la mayoría de las células de cianobacterias, la ficocianina es dominante y se mezcla con otros pigmentos para dar a las células un color azul especial, de ahí el nombre de cianobacterias.
Muchas células de cianobacterias tienen burbujas en el lado sur. Su función puede ser mantener las bacterias a flote, manteniéndolas donde la fotosíntesis es más abundante. Las cianobacterias pueden fijar nitrógeno por sí solas o pueden fijar nitrógeno por sí solas. Algunas especies tienen células redondas irregulares, generalmente distribuidas a lo largo de los filamentos o en un solo lugar en un extremo (ver 2-71). Los experimentos han demostrado que es allí donde las cianobacterias fijan el nitrógeno. Las células heteromorfas tienen contactos intercelulares con células vegetativas adyacentes e intercambian materiales entre estas células. Por ejemplo, los productos de la fotosíntesis pasan de células vegetativas a células vegetativas, mientras que los productos de la fijación de nitrógeno pueden pasar de células vegetativas a células vegetativas. Las células heteromorfas contienen una pequeña cantidad de ficobiliproteína y tienen el sistema fotosintético I, que puede realizar la fotosíntesis anaeróbica y producir enlaces ATP de alta energía y sustancias reductoras. El sistema nitrogenasa existe en los heterocistos. Cuando crece en condiciones anaeróbicas, produce nitrogenasa y fija nitrógeno en las células vegetativas normales. Sin embargo, algunas algas que no forman heterocistos, como varias algas unicelulares del género Myxococcus (filo Cianobacterias) que pueden producir vainas, pueden fijar nitrógeno incluso en condiciones aeróbicas. Posiblemente, se haya desarrollado un mecanismo diferente en las cianobacterias para mantener el estado anóxico de sus enzimas nitrogenasas.
La nutrición de las cianobacterias es muy sencilla. No se requieren vitaminas y se utiliza nitrato o amoníaco como fuente de nitrógeno. Son comunes las especies capaces de fijar nitrógeno. La mayoría de ellos son fotótrofos obligados, algunos son fotoautótrofos obligados y algunos son heterótrofos quimiotácticos.
Debido a que las cianobacterias son fotoautótrofas, pueden producir oxígeno y fotosíntesis como las plantas verdes, asimilar CO2 en materia orgánica y muchas especies también tienen fijación de nitrógeno. Por tanto, sus condiciones de vida y requerimientos nutricionales no son elevados. Mientras haya aire, luz solar, agua y una pequeña cantidad de sales inorgánicas, pueden crecer en grandes cantidades. Además, la superficie de las bacterias está cubierta con una capa de gelatina para retener la humedad y es muy resistente al secado. Incluso el hongo Auricularia seco (también conocido como Nodida) que se ha conservado durante 87 años puede seguir creciendo después de ser trasplantado a un medio adecuado. Las características fisiológicas anteriores pueden ser la razón principal de la amplia distribución de las cianobacterias.
Las cianobacterias no se reproducen sexualmente, se reproducen principalmente por fisión y pocas especies presentan esporas.
Existen más de 20 tipos de cianobacterias que se sabe que tienen efectos fijadores de nitrógeno, por lo que la agricultura, especialmente la entusiasmo, se ha convertido en el principal factor para mantener los niveles de nutrición de nitrógeno del suelo. El cultivo de cianobacterias en campos de arroz como fuente de biofertilizante puede mejorar la fertilidad del suelo. En los últimos años, se ha informado que algunos estudiosos han utilizado cianobacterias como alimento humano o nutrientes complementarios y han obtenido resultados experimentales ideales. Clínicamente se puede utilizar para tratar la cirrosis hepática, anemia, cataratas, glaucoma, pancreatitis y otras enfermedades. También tiene ciertos efectos sobre la diabetes y la hepatitis. Además, las cianobacterias pueden ser los primeros organismos fotosintéticos en producir oxígeno, que es la primera razón por la que el aire cambia de anaeróbico a aeróbico. Por su importancia, funciones prácticas y características estructurales, es un microorganismo con enormes beneficios económicos y valor teórico, que ha despertado gran interés entre los biólogos y realizado numerosos trabajos de investigación.
Características biológicas de las bacterias fotosintéticas
Las bacterias fotosintéticas están ampliamente distribuidas en suelos naturales, arrozales, pantanos, lagos, ríos y océanos. , distribuido principalmente en zonas anóxicas que pueden transmitir luz en ambientes acuáticos. La temperatura óptima del agua para las bacterias fotosintéticas es de 15 a 400 °C, y la temperatura óptima del agua es de 28 a 360 °C. La PSB es rica en nutrientes. La materia seca de las células contiene más del 65 % de proteínas y aminoácidos proteicos. La composición es relativamente completa. Las células también contienen una variedad de vitaminas, especialmente vitamina B, Vb2, ácido fólico, ácido pantoténico y biotina, así como una gran cantidad de carotenoides, coenzima Q y otras sustancias fisiológicamente activas. Por lo tanto, las bacterias fotosintéticas tienen un alto valor nutricional, que es la base material para su uso como piensos hidropónicos y aditivos alimentarios para la acuicultura.
Las bacterias fotosintéticas pueden realizar la fotosíntesis en un ambiente luminoso y anóxico, utilizar energía luminosa para realizar la fotosíntesis y utilizar energía luminosa para asimilar dióxido de carbono. A diferencia de las plantas verdes, su fotosíntesis no produce oxígeno. Sólo hay un fotosistema PSI en las células bacterianas fotosintéticas. El donante inicial de hidrógeno para la fotosíntesis es H2S (o alguna materia orgánica), no agua. Como resultado de la fotosíntesis, produce H2, descompone la materia orgánica y fija nitrógeno molecular en el aire para producir amoníaco. En el proceso de su propia asimilación y metabolismo, las bacterias fotosintéticas completan tres procesos químicos extremadamente importantes en el ciclo natural de la materia: producción de hidrógeno, fijación de nitrógeno y descomposición de la materia orgánica. Estas características fisiológicas únicas las hacen extremadamente importantes en el ecosistema.
Las bacterias fotosintéticas utilizadas en la acuicultura son principalmente algunas especies de la familia Rhodospirillaceae, como Rhodopseudomonas palustris;
En la naturaleza, el agua dulce de mar suele contener casi 100 bacterias PSB por mililitro. Las células de las bacterias fotosintéticas utilizan ácidos orgánicos, aminoácidos, amoníaco, azúcares y otras sustancias orgánicas y sulfuro de hidrógeno como suministro de oxígeno para obtener energía mediante la fosforilación fotosintética. Bajo la luz del agua, pueden degradar directamente la materia orgánica y el sulfuro de oxígeno y multiplicarse, purificando así el cuerpo de agua.