I cianobatteri , precedentemente noti come alghe blu-verdi, sono un phylum di batteri formati dagli unici procarioti in grado di utilizzare la luce solare come energia e l'acqua come fonte di elettroni nella fotosintesi (fotosintesi ossigenata).
Come le piante superiori, contengono pigmenti che consentono loro di effettuare la fotosintesi ossigenata. Questo phylum comprende circa 2000 specie in 150 generi, con un'ampia gamma di forme e dimensioni.
Oscillatoria sp. Di Wiedehopf20, da Wikimedia Commons
I cianobatteri sono organismi molto antichi. Microfossili con grande somiglianza con i moderni cianobatteri sono stati trovati in depositi risalenti a 2,1 miliardi di anni. Molecole di biomarcatori caratteristici di cianobatteri sono state trovate anche in depositi marini di 2,7 e 2,5 miliardi di anni fa.
A causa della capacità dei cianobatteri di produrre e rilasciare ossigeno come sottoprodotto della fotosintesi, si ritiene che la sua comparsa sulla terra abbia permesso la modifica dell'atmosfera, provocando un grande evento di ossigenazione.
L'aumento dell'ossigeno potrebbe aver causato una diminuzione della concentrazione atmosferica di metano da circa 2,4 a 2,1 miliardi di anni fa, causando l'estinzione di molte specie di batteri anaerobici.
Alcuni ceppi di specie di cianobatteri possono produrre potenti tossine negli ambienti acquatici. Queste tossine sono metaboliti secondari che vengono rilasciati nell'ambiente quando le condizioni ambientali sono estreme, in ambienti eutrofici, con alte concentrazioni di nutrienti minerali come il fosforo e particolari condizioni di pH e temperatura.
caratteristiche
I cianobatteri sono batteri che colorano gram-negativi che possono essere unicellulari o formare colonie a forma di filamenti, fogli o sfere cave.
All'interno di questa diversità, si possono osservare diversi tipi di cellule:
- Le cellule vegetative sono quelle che si formano in condizioni ambientali favorevoli, in cui si verifica la fotosintesi.
- Akinete, endospore prodotte in condizioni ambientali difficili.
- Gli eterociti, cellule a pareti spesse, contengono l'enzima nitrogenasi, che è coinvolto nella fissazione dell'azoto in ambienti anaerobici.
I cianobatteri sono gli organismi più semplici che esibiscono cicli circadiani, oscillazioni di variabili biologiche ad intervalli regolari di tempo associate a cambiamenti ambientali periodici durante il giorno. L'orologio circadiano nei cianobatteri funziona dal ciclo di fosforilazione KaiC.
I cianobatteri sono distribuiti in una grande diversità di ambienti terrestri e acquatici: rocce nude, rocce temporaneamente bagnate nei deserti, acqua dolce, oceani, suolo umido e persino nelle rocce antartiche.
Possono formare parte del plancton nei corpi idrici, formare biofilm fototrofici su superfici esposte o stabilire una relazione simbiotica con piante o funghi che formano licheni.
Alcuni cianobatteri svolgono un ruolo importante negli ecosistemi. Microcoleus vaginatus e M. vaginatus stabilizzano il terreno utilizzando una guaina polisaccaridica che si lega alle particelle di sabbia e assorbe l'acqua.
I batteri del genere Prochlorococcus producono più della metà della fotosintesi dell'oceano aperto, fornendo un importante contributo al ciclo globale dell'ossigeno.
Diverse specie di cianobatteri, come Aphanizomenon flos-aquae e Arthrospira platensis (Spirulina), vengono raccolte o coltivate come fonti di cibo, mangime per animali, fertilizzanti e prodotti per la salute.
Morfologia
Le cellule cianobatteriche hanno una parete cellulare gram-negativa altamente differenziata con una membrana plasmatica e una membrana esterna separata da uno spazio periplasmatico.
Inoltre, hanno un sistema interno di membrane tilacoidi in cui risiedono le catene di trasferimento di elettroni che sono coinvolte nella fotosintesi e nella respirazione. Questi diversi sistemi a membrana conferiscono a questi batteri una complessità unica.
Non hanno flagelli. Alcune specie hanno filamenti mobili chiamati ormogonia, che consentono loro di scivolare sulle superfici.
Le forme filamentose multicellulari, come il genere Oscillatoria, sono in grado di generare un movimento ondulatorio attraverso l'oscillazione del filamento.
Altre specie che vivono in colonne d'acqua formano vescicole di gas, formate da una guaina proteica, che conferisce loro galleggiabilità.
L'ormogonia è costituita da cellule sottili con cellule appuntite alle estremità. Queste cellule vengono rilasciate e mobilitate, germogliando in luoghi lontani dalla colonia principale, dove iniziano le nuove colonie.
Sistematico
La classificazione dei cianobatteri ai livelli tassonomici più elevati è stata oggetto di accesi dibattiti. Questi batteri sono stati inizialmente classificati come alghe blu-verdi (Cyanophyta), secondo i codici botanici. Questi studi iniziali erano basati su caratteristiche morfologiche e fisiologiche.
Successivamente, negli anni '60, quando furono stabilite le caratteristiche procariotiche di questi microrganismi, i cianobatteri furono riclassificati sotto il codice batteriologico.
Nel 1979 furono proposte 5 sezioni che corrispondono a 5 ordini: sezione I = Chroococcales, sezione II = Pleurocapsales, sezione III = Oscillatoriales, sezione IV = Nostocales e sezione V = Stigonematales.
Il sistema tassonomico dei cianobatteri è stato radicalmente cambiato con l'introduzione della microscopia elettronica e dei metodi molecolari e genetici.
La tassonomia dei cianobatteri è stata rivista quasi continuamente negli ultimi 50 anni, in cui sono state generate proposte radicalmente diverse. Il dibattito sulla classificazione dei cianobatteri continua.
Le ultime proposte di alberi filogenetici per questo phylum propongono l'utilizzo degli ordini: Gloeobacterales, Synechococcales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales y Nostocales. Questi ordini sono costituiti da generi monofiletici, costituiti da molte specie.
Tossicità
Si stima che esistano 150 generi di cianobatteri contenenti circa 2000 specie, di cui circa 46 hanno un ceppo produttore di tossine.
Negli ecosistemi acquatici, l'abbondanza di cianobatteri può raggiungere livelli molto elevati quando le condizioni ambientali sono appropriate per la loro crescita, il che favorisce l'accumulo di metaboliti secondari nel citoplasma.
Quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli, con l'aumento delle concentrazioni di nutrienti minerali come il fosforo, i cianobatteri muoiono, producendo la lisi cellulare e il rilascio di tossine nell'ambiente.
Sono stati identificati due tipi principali di tossine: epatotossine e neurotossine. Le neurotossine sono prodotte principalmente da specie e ceppi dei generi: Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, Trichodesmium e Cylindrospermopsis.
Le neurotossine agiscono rapidamente, causando la morte per arresto respiratorio entro pochi minuti dall'ingestione di alte concentrazioni di tossina. La sassitossina è una neurotossina paralizzante, elencata nell'Allegato 1 della Convenzione sulle armi chimiche.
Le epatotossine sono prodotte dai generi Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscillatoria, Nostoc e Cylindrospermopsis. Causano il tipo più comune di avvelenamento correlato ai cianobatteri. Funzionano più lentamente e possono causare la morte poche ore o giorni dopo l'avvelenamento.
Riferimenti
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