Cyanobacteria combină într-o singură celulă fotosinteza și fixarea azotului atmosferic • Alexander Markov • Stiri științifice despre "Elemente" • Științele vieții

Cianobacteriile combină într-o singură celulă fotosinteza și fixarea azotului atmosferic.

cianobacteriei Synechococcus în procesul de împărțire. Acest microb fotosinteza în timpul zilei și captează azotul atmosferic pe timp de noapte (foto de la www.lbl.gov)

Cianobacteriile – inventatorii fotosintezei oxigenice și creatorii atmosferei de oxigen a Pământului – s-au dovedit a fi chiar mai versatile "fabrici biochimice" decât se credea anterior. Sa dovedit că pot combina fotosinteza și fixarea azotului atmosferic în aceeași celulă – procese considerate anterior incompatibile.

Cianobacteriile sau, după cum se numea, algele albastre-verzi, au jucat un rol-cheie în evoluția biosferei. Ei au inventat cel mai eficient tip de fotosinteză – fotosinteza oxigenului, mergând cu eliberarea oxigenului. Fotosinteza anoxigenică mai veche, care apare cu eliberarea de sulf sau sulfați, poate să apară numai în prezența compușilor cu sulf redus (cum ar fi hidrogen sulfurat) – substanțe care sunt destul de limitate. Prin urmare, fotosinteza anoxigenică nu a putut asigura producerea de materie organică într-o cantitate necesară pentru dezvoltarea unei varietăți de heterotrofe (utilizatori organici), inclusiv a animalelor.

Eterogistii rotunzi printre celulele fotosintetice cilindrice din colonia filamentoasă a cianobacteriilor (photo botit.botany.wisc.edu)

Cianobacteriile au învățat să utilizeze apă curată în loc de hidrogen sulfurat, care le-a furnizat o distribuție largă și o biomasă enormă. Un efect secundar al activității lor a fost saturarea atmosferei cu oxigen. Fără cianobacterii, nu ar exista plante, deoarece celula de plante este rezultatul simbiozei unui organism non-fotosintetic cu celulă cu cianobacterii. Toate plantele efectuează fotosinteza folosind organele speciale – plastide, care nu sunt decât cianobacterii simbiotice. Și încă nu este clar cine se ocupă de această simbioză. Unii biologi spun, folosind limbajul metaforic, că plantele sunt doar "case" convenabile pentru a trăi cianobacterii.

Hot Spring în Parcul Național Yellowstone. De-a lungul marginilor rezervorului, se dezvoltă covoare cianobacteriene, în care cianobacteriile Synechococcus joacă rolul principalului producător de materie organică (foto de la www.carnegieinstitution.org)

Cyanobacteriile nu numai că au creat biosfera "de tip modern", dar până în prezent continuă să o mențină, producând oxigen și sintetizând materia organică din dioxid de carbon. Dar acest lucru nu-și epuizează responsabilitățile în ciclul biosferei globale.Cianobacteriile sunt unul dintre puținele lucruri vii care pot fixa azotul atmosferic, traducându-l într-o formă accesibilă tuturor lucrurilor vii. Fixarea azotului este absolut necesară pentru existența unei vieți pământești, iar numai bacteriile sunt capabile să o execute, și asta nu este în totalitate.

Principala problemă cu care se confruntă cianobacteriile de fixare a azotului este că enzimele cheie ale fixării azotului, azotază, nu pot funcționa în prezența oxigenului, care este eliberat în timpul fotosintezei. Prin urmare, cianobacteriile de fixare a azotului au dezvoltat o diviziune a funcțiilor între celule. Aceste tipuri de cianobacterii formează colonii filamentoase, în care unele celule sunt implicate doar în fotosinteză și nu fixează azotul, altele – acoperite cu o membrană densă "heterocist" – nu fac fotosinteza și doar fixează azotul. Aceste două tipuri de celule, desigur, sunt schimbate între produsele pe care le produc (materie organică și compuși de azot).

Suprafața ciano-bacteriană în tăietură. Stratul verde de top include cianobacteriile Synechococcus. Plăcile microbiene sunt comunități complexe care includ multe microorganisme diferite care împărtășesc funcții biochimice.Asemenea covorașe, în multe privințe asemănătoare cu întregul organism, au fost forma dominantă a vieții în epocile arheene și proterozoice. Fotografii de pe www.carnegieinstitution.org

Până de curând, se credea că este imposibil să se combine fotosinteza și fixarea azotului în aceeași celulă. Cu toate acestea, pe 30 ianuarie, Arthur Grossman și colegii săi de la Institutul Carnegie (Washington, SUA) au raportat o descoperire importantă care arată că oamenii de știință au subestimat până acum puternic abilitățile metabolice ale cianobacteriilor. Sa dovedit că cianobacteriile genului care trăiesc în izvoare termale Synechococcus (cianobacterii primitivi, vechi, extrem de răspândiți, aparțin acestui gen) reușesc să combine ambele procese în celula lor unică, împărțindu-le în timp. În timpul zilei, ei fotosinteresc, iar noaptea, când concentrația de oxigen din comunitatea microbiană (coaobă bacteriană) scade brusc, acestea trec la fixarea azotului.

Descoperirea oamenilor de știință americani nu a fost o surpriză totală. În genomul mai multor specii citiți în ultimii ani Synechococcus au fost găsite genele de proteine ​​asociate cu fixarea azotului. Tot ce lipsea era o dovadă experimentală că genele funcționează de fapt.

Astfel, am reușit să aflăm unde sunt luate covorașele microbiene termofile, care trăiesc la temperaturi nepotrivite pentru creșterea cianobacteriilor obișnuite de fixare a azotului filamentos cu heterocist. În plus, descoperirea vă permite să vă uitați în cele mai vechi stadii ale dezvoltării vieții microbiene pe planeta noastră. La urma urmei, primele rămășițe fosile cunoscute ale organismelor vii (vârsta lor este de aproximativ 3,5 miliarde de ani) se aseamănă cu cianobacteriile unicelulare aproape de Synechococcus.

Cele mai vechi microorganisme fosile în vârstă de 3,5 miliarde de ani din Africa de Sud seamănă cu cianobacteriile unicelulare (foto de la macroevolution.narod.ru)

Sursa lui: Bacterii de primăvară caldă Răsturnați un întrerupător metabolic.

Vezi și:
B. V. Gromov. Cianobacteriile din biosferă.
Bacteriile fosile.
Originea vieții. Biosfera procariotică.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: