Cyanobakterier

Cyanobakterier
Cellefilamenter fra Nostoc sp.

Cellefilamenter fra Nostoc sp.

Systematik
Klassificering : Væsen
Domæne : Bakterier (Bakterier)
Afdeling : Cyanobakterier
Klasse : Cyanobakterier
Videnskabelige navn på  afdeling
"Cyanobakterier"
(ex Stanier 1974) Cavalier-Smith 2002
Videnskabelige navn for  klassen
Cyanobakterier

Den cyanobakterier (fra græsk κυανός Kyanos , "blå", dermed også blågrønne bakterier ) danner en opdeling af den Bakterier domæne . De adskiller sig fra alle andre bakterier ved deres mest, men ikke altid eksisterende, evne til oxygenisk fotosyntese . Tidligere blev de regnet blandt Phycophyta ( alger ) og opført som klassen Cyanophyceae (blågrønne alger). Nogle cyanobakterier indeholder blå phycocyanin udover andre fotosyntetiske farvestoffer, og deres farve er derfor blågrøn. Derfor blev de kaldt "blågrønne alger", og dette udtryk blev brugt om alle cyanobakterier-også for dem, der ikke indeholder phycocyanin og ikke er farvet blågrønne. I modsætning til alger har cyanobakterier ikke en reel cellekerne og er som prokaryoter ikke relateret til de eukaryote organismer kendt som "alger" , men tilhører bakterier. Cyanobakterier er blandt de ældste livsformer. Du kan opfatte retningen af ​​forekomsten af ​​lys.

Omkring 2000 typer cyanobakterier navngives, som er opdelt i fem til syv ordrer . Cyanobakterier med oxygenisk fotosyntese kaldes også Oxyphotobacteria. Sericytochromatia og Melainabacteria tæller som ikke-fotosyntetiske cyanobakterier .

Funktioner og forekomster

Cyanobakterier er gram-negative og én til flercellede. I flercellede cyanobakterier er cellerne arrangeret efter hinanden i lange tråde (for eksempel Anabaena og Oscillatoria ), flade (for eksempel Merismopedia ) eller tredimensionelle (for eksempel Pleurocapsa og Microcystis ).

Cyanobakterier forekommer allestedsnærværende hovedsageligt i ferskvand og våd jord, men også i havvand, på træbark og på stenoverflader.

Fotosyntese i oxyfotobakterier

Blå og sorte "blækstriber" på den nordlige flanke af Alpspitze
Blåalger i den blå grotte (Malta)

Den fotosyntese af cyanobakterier finder sted på eller i deres thylakoidmembranerne og foregår der på lignende måde til thylakoider af chloroplaster af eukaryot alger, mosser , bregner og frøplanter . Cyanobakterierne bruger ikke kun den del af lysspektret, som de grønne planter bruger til deres fotosyntese , men udover klorofyl a har de et ekstra antennekompleks i form af phycobilisomer , hvor phycobiliner , nemlig phycocyanin (blå) eller phycoerythrin (rød), indeholde er. Phycocyanin giver mange cyanobakterier deres blålige farve, nogle (f.eks. Spirulina , Planktothrix rubescens ) giver phycoerythrin en rød farve. Da forholdet mellem de enkelte pigmenter til hinanden kan svinge meget, forekommer cyanobakterier nogle gange grønne eller endda sorte ('blækstriber'). Phycobiliner muliggør brug af et større område af lysspektret (i planternes grønne rum varierer bølgelængden fra ca. 500 til 600 nm). Effektiviteten af ​​lysudnyttelse er endnu større med phycoerythrin end med klorofyl. På denne måde kan cyanobakterier med succes kolonisere udtalte svage lysområder, såsom z. B. undersiden af ​​flodrester eller dybe lag i søer .

Nogle cyanobakterier kan også udføre anoxygen fotosyntese med hydrogensulfid som reduktionsmiddel, så de ikke danner ilt (O 2 ). For nylig blev der opdaget et cyanobakterium (UCYN-A, engelske encellede N2-fikserende cyanobakterier i "gruppe A" ), hvor fotosystem II mangler. Fotosystem II indeholder vandspaltningskomplekset, så denne cyanobakterie ikke kan udføre oxygenisk fotosyntese. I modsætning til at iltet fotoautotrof liv bliver repareret , er denne stamme ikke kuldioxid (CO 2 ) i Calvin-Benson-cyklus Basham og photoheterotroph. UCYN-A assimilerer imidlertid elementært nitrogen (N 2 ) ved at reducere det .

Ikke -fotosyntetiske cyanobakterier

Genomanalyser af 16S ribosomalt RNA identificerede cyanobakterier, der ikke fotosyntetiserer. De er opført i litteraturen som Melainabacteria og Sericytochromatia . Yderligere genomanalyser har vist, at generne til fotosyntese mangler i begge stammer. Som et resultat blev de adskilt fra forstadierne til de nuværende Oxyphotobacteria, før de kunne fotosyntetisere via vandret genoverførsel . Dette tyder også på, at den fælles forløber for alle cyanobakterier i sig selv ikke var fotosyntetisk aktiv.

stofskifte

"Blåalger blomstrer" i en mudringsdam, stærkt koncentreret i et hjørne af vandet på grund af vinddrift
Kugleformede kolonier af gelatinøse ferskvandscyanobakterier, såkaldte damblommer

Mange cyanobakterier kan fiksere nitrogen : i heterocyster omdanner de molekylært nitrogen (N 2 ), afhængigt af pH -værdien, til ammonium (NH 4 + ) eller ammoniak (NH 3 ).

Cyanobakterier producerer meget forskellige toksiner . Mikrocystinerne er bedst kendt blandt repræsentanter for slægten Microcystis . Desuden kunne et neurotoksin , den toksiske aminosyre β-methylamino-alanin (BMAA), påvises selv hos arter, der ikke er nært beslægtede . Baseret på den ofte øgede forekomst af cyanobakterier i såkaldte " algeblomster ", når fisk eller muslinger indtages, kan sådanne toksiner og også BMAA trænge ind i den menneskelige organisme via fødekæden og lejlighedsvis føre til dødelig forgiftning.

Cyanobakterier er blevet undersøgt meget intensivt inden for naturlig produktkemi. De identificerede sekundære metabolitter viser meget forskellige farmakologiske virkninger.

Forskere ved Carnegie Institution fandt i begyndelsen af ​​2006, at cyanobakterier, der lever i Yellowstone National Park, driver et stofskifte, der ændrer dag og nat: fotosyntese i løbet af dagen og nitrogenfiksering om natten. Så vidt vi ved i dag, er dette unikt.

Systematik

Der er flere systemer til taksonomi af cyanobakterier.

Taksonomi ifølge NCBI

Filamenter (trådkolonier) af Trichodesmium sp. fra Det Indiske Ocean . Forskellige metoder til farvning, til højre deres overlejring.
Forskellige aggregater af Trichodesmium -filamenter fra Nordatlanten .

Taksonomidatabasen for US National Center for Biotechnology Information (NCBI) klassificerer kun to af i alt 7 ordrer i familier . Bergeys manual for systematisk bakteriologi bruger de selvopfundne rækker Underafdeling og Undergruppe i stedet for orden og familie , der er betegnet med romertal i stedet for navne, da ikke alle almindelige ordener og familier er blevet gyldigt beskrevet i henhold til det bakteriologiske kodeks .

Taksonomi ifølge NCBI

  • Ordre Gloeobacterales (klasse Gloeobacteria): 1 slægt, Gloeobacter

Slægten Acaryochloris er ikke klassificeret i nogen rækkefølge af NCBI.

Taksonomi fra Cavalier-Smith

Thomas Cavalier-Smith navngiver 6 ordrer, hvoraf han sætter Gloeobacterales (med den eneste slægt Gloeobacter ) i sin egen underafdeling Gloeobacteria og den anden underinddeling, Phycobacteria , i klasserne Chroobacteria (orders Chroococcales, Pleurocapsales, Oscillatoriales) og Hormogoconeae, .

Betydning for atmosfæren

For omkring 2,5 milliarder år siden ændrede forløberne for nutidens cyanobakterier, som spredte sig massivt i vandet, afgørende livsvilkårene på jorden. De brugte sollys til fotosyntese og frigjorde ilt (O 2 ) som affaldsprodukt . Denne massive iltproduktion førte i sidste ende til en afgørende ændring fra den iltfri atmosfære til en iltholdig atmosfære ( Great Oxygen Catastrophe ).

Ifølge den endosymbiotiske teori var forfædrene til nutidens cyanobakterier forløberne for kloroplasterne i grønne planter. Dette understøttes af den matchende celleanatomi samt et sæt af matchende biokemiske egenskaber, som adskiller cyanobakterierne fra de eukaryote cellers egenskaber på samme måde som kloroplasterne.

Vandforurening og betydning for dyreverdenen

" Blå alger blomstrer " i en fiskedam (detaljer i billedbeskrivelsen)
Streaklignende "blåalgerblomstring" med fløde på overfladen af ​​vandet i en fiskedam

En masseudvikling af cyanobakterier kan i høj grad reducere vandkvaliteten og markant begrænse brugen af ​​vand. De producerer en lang række sekundære metabolitter, der fungerer som allelokemikalier , antibiotika , hormoner og toksiner , såsom: B. Kan skade fisk og zooplankton . Nogle af toksinerne er blandt de mest kraftfulde naturlige giftstoffer og kan også være skadelige for menneskers sundhed. For eksempel kan allergiske hudreaktioner og betændelse udvikle sig hos badegæster. Hvis du sluger vand, der indeholder cyanobakterier, kan der også forekomme mave- og tarminfektioner.

I 2017 var koncentrationen af ​​det cyanobakterielle toksin anatoxin A så høj i Tegeler See i Berlin og i 2019 i Mandichosee nær Augsburg, at dyr døde af det. Disse var cyanobakterier af slægten Tychonema , som også blev påvist mikroskopisk i søerne. I sommeren 2020 døde 6 hunde efter badning i Neuchâtel-søen som følge af mistanke om øget 'blågrøn algenkoncentration', så der blev udstedt et badeforbud.

I Afrika døde flere hundrede elefanter af cyanobakterier inden for få måneder i 2020.

I USA har fugle, fisk og krybdyr udviklet en dødelig neurologisk sygdom kaldet aviær vakuolær myelinopati i det sydøstlige USA siden 1990'erne . Ansvarlig for dette er et toksin af en type cyanobakterier, et bi- indolalkaloid med fem bromatomer . Med brom alene syntetiserer cyanobakterierne dog endnu ikke store mængder af neurotoksinet, men kun under stressfaktorer såsom faldet i vandtemperaturen.

Efter at de cyanobakterielle masser dør af, forbruges ilt under deres mikrobielle nedbrydning. Dette reducerer ofte iltkoncentrationen i vandet kraftigt, hvilket kan føre til fiskedødsfald .

Betingelserne for stærk reproduktion af cyanobakterier er forskellige og kan ikke altid klart afklares. Højt fosfat - og muligvis nitrogenindhold i vandet - f.eks. Forårsaget af ubehandlet spildevand med vaskemiddelrester eller udskillelse af dyr - kan i forbindelse med højere vandtemperaturer fremme udviklingen af ​​bakterier. Som modforanstaltning z. B. i Schweiz Greifensee siden 2009 kunstigt ventileret .

Se også

litteratur

  • Thomas Börner : Cyanobakteriernes toksiner: Nye bioaktive forbindelser. I: Biologi i vor tid , bind 31, nummer 2, 2001, s. 108-115, ISSN  0045-205X
  • Toksindannende cyanobakterier (blågrønne alger) i bayerske farvande-masseudvikling, farepotentiale, henvisning til vandforvaltning. Materialemængde 125, bayersk statskontor for miljø, Augsburg december 2006, ISBN 3-940009-08-3 .

Weblinks

Commons : Cyanobakterier  - Samling af billeder, videoer og lydfiler
Wikibooks: Cyanobakterier  - lærings- og undervisningsmateriale

Individuelle beviser

  1. ^ Navnet Cyanophyceae for den eneste klasse i Cyanobacteria -afdelingen bruges stadig i dag, for eksempel af Algaebase .
  2. ^ Nils Schuergers et al.: Cyanobakterier bruger mikrooptik til at fornemme lysets retning . I: eLife . tape 5 , 2016, ISSN  2050-084X , s. e12620 , doi : 10.7554 / eLife.12620 , PMID 26858197 , PMC 4758948 (gratis fuld tekst) - ( elifesciences.org [åbnet 26. april 2016]). Cyanobakterier bruger mikrooptik til at fornemme lysets retning ( Memento fra 26. april 2016 i internetarkivet )
  3. ↑ Cyanobakterier i Compact Lexicon of Biology , adgang til 31. januar 2017.
  4. ^ Y. Cohen et al.: Sulfidafhængig anoxygen fotosyntese i cyanobacterium Oscillatoria limnetica. I: Nature , bind 257, 1975, s. 489-492.
  5. ↑ Etana Paddan: Fakultativ anoxygenic fotosyntese i cyanobakterier. I: Årlig gennemgang af plantefysiologi , bind 30, 1979, s. 27-40.
  6. ↑ JP Zehr et al.: Globalt distribuerede ikke-dyrkede oceaniske N2-fikserende cyanobakterier mangler oxygenisk fotosystem II. I: Science , bind 322 (5904), 2008, s. 1110–1112, PMID 19008448 , doi : 10.1126 / science.1165340
  7. ^ EF DeLong: Interessante ting kommer i små pakker. I: Genome Biology , bind 11, nummer 5, 2010, s. 118, doi : 10.1186 / gb-2010-11-5-118
  8. ^ Rochelle M. Soo, et al.: Om oprindelsen til oxygenisk fotosyntese og aerob respiration i Cyanobakterier . I: Videnskab . tape 355 , nr. 6332 , 31. marts 2017, s. 1436-1440 , doi : 10.1126 / science.aal3794 , PMID 28360330 .
  9. ↑ Robert E. Blankenship: Hvordan blev cyanobakterier grønne . I: Videnskab . tape 355 , nr. 6332 , 31. marts 2017, s. 1372-1373 , doi : 10.1126 / science.aam9365 , PMID 28360281 .
  10. ↑ Falch B.: Hvad er der i cyanobakterier? I: Apotek i vor tid . Bind 25, nr. 6, 1996, s. 311-321, doi.org/10.1002/pauz.19960250608
  11. ^ George M. Garrity (red.): Bergeys manual for systematisk bakteriologi . 2. udgave, bind 1: Archaea og de dybt forgrenede og fototrofiske bakterier. Springer, New York 2001. Citeret fra JP Euzéby: Liste over prokaryote navne med status i Nomenklatur (LPSN) ( Memento af 28. november 2008 i internetarkivet ).
  12. ↑ NCBI (National Center for Biotechnology Information) Taxonomy Browser: Cyanobacteria , åbnet 27. oktober 2007
  13. ^ T. Cavalier-Smith: Archaebakteriens neomuranske oprindelse, det universelle træs negibakterielle rod og bakteriel megaklassificering. I: Int J Syst Evol Microbiol . Pp 7-76,, bind 52, del 1, 2002, PMID 11.837.318 ( PDF  ( side ikke længere tilgængelig søge i web-arkiver )  Info: . Linket blev automatisk markeret som defekt Tjek venligst link i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. ).@1@ 2Skabelon: Dead Link / ijs.sgmjournals.org  
  14. ^ Heinrich D. Holland: iltning af atmosfæren og havene . I: Philosophical Transactions of the Royal Society B , bind 361, s. 903-915. doi : 10.1098 / rstb.2006.1838 .
  15. ↑ JM Olson: Fotosyntese i den arkeiske æra. I: Fotosynteseforskning , bind 88, nummer 2, 2006, s. 109-117. PMID 16453059 .
  16. ^ Fare for blågrønne alger i svømmesøer SWR.de. Hentet 17. november 2019
  17. ^ Gönül Frey: Død hund: Det var faktisk giftige alger. Lechtstaustufe 23: Dødsårsagen er klart bevist hos et ud af tre døde dyr . I: Augsburger Allgemeine , 23. august 2019, s. 29. Online .
  18. ↑ Nye blåalger i Tegeler See dræbte tre hunde Morgenpost.de. Hentet 27. juli 2018
  19. ↑ Sådan beskytter du dig selv mod blågrønne alger tagesspiegel.de. Hentet 27. juli 2018
  20. ↑ Jutta Fastner, Camilla Beulker, Britta Geiser, Anja Hoffmann, Roswitha Kröger, Kinga Teske, Judith Hoppe, Lars Mundhenk, Hartmud Neurath, Daniel Sagebiel, Ingrid Chorus: Fatal Neurotoxicosis in Dogs Associated with Tychoplanktic, Anatoxin-a Producing Tychon . i den mesotrofiske sø Tegel, Berlin . I: Toksiner 2018, 10, 60, doi : 10.3390 / toksiner10020060 .
  21. ^ Cyanobakterier mistænkt i søen - Neuchâtel lukker flere strande srf.ch. Adgang 31. juli 2020
  22. ↑ Cyanobakterier dræbte elefanter. I: schweizisk landmand. 22. september 2020, adgang til den 26. april 2021 (tysk).
  23. ↑ Hvad er forgiftning af Amerikas havørn? I: FAZ. Hentet 26. april 2021 .
  24. ↑ Steffen Breinlinger, Tabitha J. Phillips, Brigette N. Haram, Jan Mareš, José A. Martínez Yerena: Jagt på ørnemorderen : Et cyanobakterielt neurotoksin forårsager vakuolær myelinopati . I: Videnskab . tape 371 , nr. 6536 , 26. marts 2021, ISSN  0036-8075 , doi : 10.1126 / science.aax9050 , PMID 33766860 ( sciencemag.org [adgang 26. april 2021]).
  25. ↑ Giftdannende cyanobakterier (blågrønne alger) i bayerske farvande-masseudvikling, farepotentiale, henvisning til vandforvaltning. Materialemængde 125, bayersk statskontor for miljø, Augsburg december 2006, ISBN 3-940009-08-3 .