Ten artykuł omawia pochodzenie, cechy i efekty działania cyjanobakterii. Dowiesz się o fitobilisomach, bakteriach fotosyntetyzujących i toksycznych zakwitach sinic.
Fikobilisomy
Sinice, znane również jako niebiesko-zielone algi, są mikroskopijnymi organizmami, które żyją w słodkiej wodzie i estuariach. Produkują one naturalne toksyny, gdy umierają lub rozpadają się, co czyni je potencjalnym zagrożeniem dla środowiska i zdrowia ludzi. Z tego powodu ważne jest, aby zrozumieć oznaki i objawy zakwitu sinic, aby można było podjąć odpowiednie działania.
Sinice są znane z produkcji neurotoksyn, cytotoksyn i endotoksyn. Niektóre gatunki wytwarzają mikrocysty, rodzaj bakterii, które mogą powodować choroby. Sinice są również ważnymi uczestnikami biogeochemicznego cyklu azotu w środowisku tropikalnym i lądowym.
Sinice rozmnażają się poprzez rozszczepienie binarne i wielokrotne. Na przykład jeden typ sinic, Pleurocapsa sp., ma komórki reprodukcyjne, które są większe od komórek wegetatywnych i ulegają wielokrotnym podziałom. Jak większość protistów, mają one zdolność do wykorzystywania światła słonecznego do produkcji energii, chociaż brakuje im prawdziwego systemu korzeniowego lub łodygi i liści.
Sinice są znane z zabijania dzikich zwierząt, w tym ryb, ptaków i bydła. Powodują one również objawy żołądkowo-jelitowe u ludzi, a także mogą wpływać na centralny układ nerwowy i wątrobę. Objawy narażenia na cyjanotoksyny zależą od rodzaju organizmu i miejsca zakwitu.
Zakwitom sinic towarzyszy zwykle nieprzyjemny zapach. Zakwity mają zwykle niebiesko-zielony kolor, ale mogą być również czerwone lub brązowe. Są najbardziej widoczne w wodzie stojącej i mogą zmienić kolor wody w ciągu kilku dni.
Wiele gatunków cyjanobakterii jest zdolnych do wiązania azotu atmosferycznego. Organizmy te przekształcają gazowy azot znajdujący się w powietrzu w związki. Są nitkowate i zawierają wyspecjalizowane komórki zwane heterocystami. Zapewnia im to symbiotyczne środowisko. Często są uprawiane na ryżowiskach w celu wiązania azotu.
Sinice są szeroko rozpowszechnione w ekosystemach świata. Występują w wielu siedliskach wodnych i lądowych. Organizmy te żyją pojedynczo lub w koloniach i często są wystarczająco duże, aby je zobaczyć. Należą one również do najstarszych form życia na naszej planecie. Istnieją od miliardów lat i ewoluowały w ekstremalnych środowiskach.
Bakterie fotosyntetyzujące
Sinice to organizmy, które rosną na powierzchni zbiorników wodnych. Organizmy te mają grube, galaretowate ściany komórkowe i nie mają flagelli, ale posiadają ruchliwość ślizgową. Niektóre gatunki, jak morska cyjanobakteria Synechococcus, mogą pływać z prędkością 25 mm/s i tworzyć nitkowate ciała zwane hormoniami. Sinice mogą również unosić się w powietrzu, tworząc pęcherzyki gazu, które nie mają błony lipidowej, a raczej osłonę białkową.
Sinice rosną w nieruchomych lub wolno poruszających się zbiornikach wodnych, które mają wystarczającą ilość światła i składników odżywczych. Większość zakwitów ma miejsce latem i może zmienić wygląd czystej wody na mętny, niebiesko-zielony kolor. Wiele gatunków wydaje się nawet przypominać farbę unoszącą się na wodzie.
Zakwity sinic występują zwykle w zbiornikach wodnych o dużym stężeniu sinic. Algi te zwykle produkują toksyny i mogą być szkodliwe dla ludzi i środowiska. W przeszłości zakład wodociągowy w Toledo, Ohio, wydał ostrzeżenie Nie pij/ Nie gotuj przez trzy dni podczas zakwitu sinic. Toksyny z sinic mogą wpływać na układ nerwowy, wątrobę i skórę. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) ustanowiła poziomy niepokoju dla toksyn z alg w 1998 roku, a Agencja Ochrony Środowiska (EPA) wydała projekt wytycznych na początku 2017 roku. Niektóre stany ustanowiły już mechanizmy wydawania porad, ale większość wciąż czeka na sfinalizowanie wytycznych przez EPA.
Sinice to fotosyntetyzujące bakterie, które żyją w wielu środowiskach wodnych i lądowych. Są małe i jednokomórkowe, ale mogą tworzyć duże kolonie. Należą również do najstarszych żyjących organizmów na Ziemi, z dowodami, że żyły miliardy lat temu w najbardziej ekstremalnych środowiskach.
Sinice to fascynująca grupa organizmów. Mają długą historię ewolucyjną i szeroki zakres cech metabolicznych. Jedną z najciekawszych cech jest ich zdolność do przeprowadzania fotosyntezy z udziałem tlenu. Proces ten odpowiada za bogatą w tlen atmosferę, którą się dziś cieszymy. Odgrywają również ważną rolę w powstaniu plastydów u roślin. Występują w wielu różnych ekosystemach i mogą wiązać azot w glebie oraz symbiotycznie współistnieć z innymi organizmami. Mogą nawet tworzyć maty i biofilmy.
Cyjanobakterie są wszechobecne w zbiornikach wodnych na całym świecie. Te mikroskopijne organizmy występują w jeziorach, rzekach, stawach, estuariach i oceanach. Mogą rosnąć w wodzie jako gęste kolonie, przekształcając wodę w zielony lub brązowy kolor. Choć same w sobie nie są szkodliwe, mogą być niebezpieczne, gdy w zbiorniku wodnym rośnie ich duża liczba.
Toksyczne zakwity sinic
W ostatnich trzech dekadach toksyczne zakwity sinic znacznie się nasiliły, powodując znaczne szkody środowiskowe w obszarach przybrzeżnych. Zakwity te zostały powiązane ze zwiększoną eutrofizacją i zmianami klimatycznymi. Zmiany klimatyczne i podwyższone temperatury zmieniły również wzorce deszczowe i długość czasu pozostawania zbiorników wodnych w ich odpowiednich siedliskach, co może powodować wzrost sinic i wytwarzanych przez nie toksyn.
Najczęściej występującymi zakwitami są typy dyspersyjne. Charakteryzują się one słabym wiatrem, niskimi opadami atmosferycznymi i wysokim promieniowaniem słonecznym. Z kolei zakwity typu dyspersyjnego charakteryzują się silnym wiatrem, niskimi opadami i wysokim poziomem NO3. Od zakwitów szumowinowych różnią się również temperaturą, która waha się od 11 do 24 stopni Celsjusza.
Fitoplankton nie może tworzyć znaczących zakwitów, jeśli nie są dostępne składniki odżywcze. Globalne ocieplenie i eutrofizacja są uważane za główne czynniki powodujące toksyczne zakwity sinic. Jednak nowe badanie przeprowadzone przez Ho i współpracowników wykazało, że istnieje kilka innych czynników wpływających na ilość fitoplanktonu w zbiornikach wodnych.
Obfitość sinic w jeziorze Michigan jest szczególnie problematyczna, ponieważ organizm ten wytwarza toksynę, która zabija psy i powoduje zaburzenia neurologiczne. Ze względu na te zagrożenia, wiele miast usunęło wodę pitną z jeziora, aby chronić mieszkańców. W północno-zachodnim Ohio, 2,000 osób zostało wezwanych do niepicia wody z kranu w zeszłym miesiącu z powodu ryzyka.
Oprócz tych toksyn przenoszonych przez wodę, istnieją również cyjanoHAB, które powodują znaczne szkody ekonomiczne i środowiskowe dla ludzi. Istnieją trzy główne drogi narażenia: spożycie, kontakt ze skórą i wdychanie. Spożycie jest najczęstszą formą narażenia na cyjanotoksyny. Toksyny są naturalnie uwalniane przez komórki cyjanobakterii. W większości przypadków, cyjanotoksyny są uwalniane z komórek do otaczającej je wody. Gdy zakwit zaczyna się zmniejszać, komórki sinicowe zwalniają i uwalniają do wody toksyny wewnątrzkomórkowe.
Pochodzenie sinic
Sinice mają wspólnego przodka z innymi bakteriami, a ich ewolucja, jak się uważa, rozpoczęła się około 2,9 miliarda lat temu. Ich przodkowie wyewoluowali z innych bakterii gdzieś podczas Eonu Archeańskiego, a fotosynteza tlenowa rozwinęła się około 3,4 miliarda lat temu.
Cyanobakterie to tlenowe, fototroficzne prokarionty, które wykształciły chloroplasty. Pomogły one podnieść poziom tlenu w atmosferze w całej historii Ziemi i zapewniły podstawę dla oddychania tlenowego. Są morfologicznie zróżnicowane i można je znaleźć w środowisku lądowym, słodkowodnym i morskim.
Genomy cyjanobakterii zawierają wiele genów podobnych do genów eukariontów. Niektóre z tych genów zostały przeniesione do genomu eukariotycznego. Cyjanobakterie mają odrębne fotosystemy (fotosystemy), ale nie mają fotosystemu-II.
Fotosynteza wyewoluowała u cyjanobakterii 400 milionów lat przed Wielkim Wydarzeniem Utleniającym, kiedy to tlen po raz pierwszy pojawił się w atmosferze. Te starożytne fotoautotrofy zmieniły parametry ekologiczne i geochemiczne planety i odegrały główną rolę w ewolucji atmosfery tlenowej. Dzięki temu mogły powstać złożone społeczności i eukarionty.
Chociaż transfer fotosyntezy nie jest prosty, możliwe jest, że sinice nabyły te zdolności od swoich głębokich przodków. Aby zrozumieć czas tego procesu, konieczne jest zrozumienie wczesnej ewolucji fotochemicznego centrum reakcji. Przed ostatnim wspólnym przodkiem prawdopodobnie doszło do duplikacji podjednostek alfa i beta syntazy ATP.
Cyjanobakterie wyewoluowały z grupy jednokomórkowych diazotrofów. Przodkowie tych organizmów dzielili pulę genetyczną z innymi organizmami, ale rozeszli się, gdy podzieliła się Pangea. Chociaż nie ma jednoznacznych dowodów na filogenezę tych organizmów, skamieniałości są cennym źródłem informacji.
Filogeneza cyjanobakterii została oparta na analizie 1,254 sekwencji 16S rDNA z GenBanku. Morfologicznie, morfotypy sinic zostały przypisane do czterech grup (A-D) w oparciu o ich najbardziej dominujący kształt. Na podstawie różnic morfologicznych wśród czterech grup morfologicznych wyodrębniono 14 podgrup.
Sinice wyewoluowały w gatunki zdolne do fotosyntezy tlenowej. Proces ten zapoczątkował uwalnianie tlenu do atmosfery i oceanów. Przyczynił się też do zróżnicowania życia na Ziemi. Naukowcy z MIT oszacowali, że najwcześniejsze przypadki fotosyntezy tlenowej miały miejsce 2,9 mld lat temu.