Tsüanobakterid – fotosünteesi tegijad ja kloroplastide eelkäijad
Tsüanobakterid: fotosünteesi eestvedajad ja kloroplastide eelkäijad — tootsid vaba hapnikku, muutes Maa atmosfääri ja võimaldades elu uue arengu.
Tsüanobakterid on bakterite takson, mis tegelevad fotosünteesiga. Nad ei ole vetikad, kuigi neid nimetati kunagi sinivetikaks — see on rahvapärane nimetus, mis tuleneb nende tüüpilisest sinakasrohelisest värvusest. Tegemist on bakterite tüvega, millel on umbes 1500 liiki, mille hulgas on nii üksikuid rakke, kolooniaid kui ka niidikujulisi (filamentseid) vorme. Paljudel tsüanobakteritel on spetsiaalsed diferentseerunud rakud, näiteks heterotsüstid, mis võimaldavad neil fikseerida lämmastikku (muuta atmosfäärilist lämmastikku taimedele kasutatavaks vormiks). Fotosünteesi aparaat erineb eukarüootide omast: klorofüll a ja phükobiliproteiinid (näiteks fükotsüaniin ja fükorütriin) paiknevad tsüanobakterite raku sees olevatel thülaakoididel, mitte eraldatud organellides.
Morfoloogia ja elupaigad
Tsüanobakterid elavad väga mitmekesistes elupaikades: meres, magevees, soodes, mulla pinnal, kivipindadel ja isegi kuumaveeallikates. Neid võib leida nii rändrahude, samblike- ja seente koosluste kui ka teiste organismide (nt korallid) küljes. Mõned liigid moodustavad nähtavaid rohelisi või sinakasrohelisi limaseid kihte ja kaseete, teised aga osalevad biofiltrites või kivisaadetes. Osad liigid toodavad talve- või kuivaperioodiks vastupidavaid sporetaolisi struktuure (akinetid).
Fossiilne ajalugu ja stromatoliidid
Tsüanobakteritel on äärmiselt pikk fossiilne ajalugu, mis algab vähemalt 3500 miljonit aastat tagasi. Nad olid peamised organismid arhea- ja proterosoikumi ajastute stromatoliitides, millest on säilinud paksud kivistunud kihid ja jäädvustused fotosünteesivatest mikrobikooslustest. Stromatoliidid annavad olulist teavet Maa varase elu ja biogeokeemiliste protsesside kohta.
Fotosüntees ja atmosfääri muutus
Tsüanobakterite võime teostada hapnikuga seotud fotosünteesi on väga oluline. Maa varajane atmosfäär oli suures osas redutseeriv, st ilma hapnikuta. Stromatoliitide tsüanobakterid olid esimesed teadaolevad organismid, kes fotosünteesisid ja tootsid vaba hapnikku. Umbes miljardi aasta pärast algas selle fotosünteesi mõjul tohutu muutus atmosfääris. See protsess, mida nimetatakse suureks hapnikusündmuseks, võttis kaua aega. Lõpuks tappis see enamiku organisme, mis ei suutnud hapniku tingimustes elada, ja viis meid tänapäeval tuntud keskkonnani, kus enamik organisme kasutab ja vajab hapnikku. Hapniku vabanemine muutis ka keemilisi tsükleid (nt raudu ja väävlit) ning võimaldas tekkida uutel rühmadel, sealhulgas eukarüootidel, keerukamal viisil areneda.
Kloroplastide eelkäijad — endosümbioosi teooria
Endosümbiontide teooria kohaselt pärinevad tsüanobakteritest kloroplastid ehk lehe-rohelised organellid eukarüootsetes rakkudes. Tõenditeks on mitmed molekulaarsed ja anatoomilised sarnasused: kloroplastidel on ringikujuline DNA, fotosünteesiensüümid ja ribosoomid, mis on filogeneetiliselt lähemal tsüanobakteritele kui teistele bakteritele. Mõned tänapäevased sümbiootilised juhtumid ja rakkudevahelised suhted annavad aimu, kuidas selline endosümbioos võis aset leida.
Ökoloogiline ja majanduslik tähtsus
Tsüanobakterid mõjutavad tugevalt vee kvaliteeti ja toiteaineid. Mõned liigid fikseerivad lämmastikku, rikastades veekogusid ja muldasid kergesti kasutatavate lämmastikühenditega. Teisalt põhjustavad tsüanobakterite massilised õitsengud (nn sinivetikate õitsengud) vee- ja toiduohutuse probleeme, sest paljud neist toodavad toksilisi ühendeid (näiteks mikrotsüstiinid), mis on ohtlikud loomadele ja inimestele. Inimtegevus — liigsed toitained, soojem vesi ja staatiline suplus — soodustavad selliste õitsengute tekkimist.
Samal ajal kasutatakse mõningaid tsüanobakterite liike ka teaduses ja tööstuses: toidulisandina tuntud spirulina (Arthrospira) on tegelikult tsüanobakter ning neid uuritakse biokütuste, bioremediatsiooni ja biosünteetiliste toodete potentsiaalina.
Kokkuvõte
Tsüanobakterid on vanad ja mitmekesised fotosünteesivate bakterite rühmad, kelle tegevus on kujundanud Maa keemiat ja eluajalugu. Nad on olulised nii globaalsete biogeokeemiliste protsesside kui ka kohalikul tasandil veekvaliteedi ja ökosüsteemide toimimise seisukohalt. Endosümbioosi kaudu on neil olnud keskne roll ka eukarüootsete fotosünteesivate organellide, kloroplastide, tekkes.
Tsüanobakteri struktuur
O 2kogunemine Maa atmosfääris. Punased ja rohelised jooned tähistavad hinnangute vahemikku, samal ajal kui aega mõõdetakse miljardites aastates.
Tsüanobakterite "õitsemine" tiigis
Valguse tuvastamine
Tsüanobakteritel on võimalus valguse tuvastamiseks. Conrad Mullineaux Londoni Queen Mary ülikoolist ütles: "Ta suudab tuvastada, kus valgus on; me teame seda sellepärast, et ta liigub selles suunas".
"Ühe raku tiigilihas jälgisid nad, kuidas sissetulevad kiired painutatakse putuka kerakujulise pinna tõttu ja koonduvad raku kaugemal asuvasse punkti. Sellele heledale kohale vastupidises suunas tassides liigub mikroob valguse suunas".
Seotud leheküljed
Küsimused ja vastused
K: Mis on tsüanobakterid?
V: Tsüanobakterid on bakterite takson, mis teostavad fotosünteesi. Nad ei ole vetikad, kuigi neid nimetati kunagi sinivetikaks. Tegemist on bakterite tüvega, millel on umbes 1500 liiki.
K: Kui kaua on tsüanobakterite fossiilseid andmeid olnud?
V: Tsüanobakterite fossiilsed andmed on säilinud vähemalt 3500 miljonit aastat.
K: Milline oli Maa varajane atmosfäär?
V: Maa varajane atmosfäär oli suures osas redutseeriv, mis tähendab, et see ei sisaldanud hapnikku.
K: Kuidas mõjutas tsüanobakterite olemasolu atmosfääri?
V: Tsüanobakterite olemasolu stromatoliitides võimaldas neil fotosünteesida ja toota vaba hapnikku, mis viis protsessini, mida nimetatakse suureks hapnikusündmuseks, mis muutis aja jooksul atmosfääri ja tappis lõpuks enamiku organisme, mis ei suutnud hapnikukeskkonnas elada.
K: Millised tõendid toetavad endosümbiontide teooriat?
V: Endosümbiontide teooria kohaselt pärinevad kloroplastid (plastid) tsüanobakteritest ja nende DNA-profiil annab selle väite kohta tõendeid.
K: Mida võimaldab tsüanobakterite fotosüntees?
V: Tsüanobakterite fotosüntees võimaldab neil toota oma keskkonnas vaba hapnikku.
Küsimus: Kui kaua kulus pärast fotosünteesi algust suure hapnikusündmuse toimumiseks? V: Pärast fotosünteesi algust kulus tsüanobakterite poolt toimuva suure hapnikusündmuse toimumiseks umbes miljard aastat.
Otsige