Te niedobre sinice czyli cyjanobakterie nie muszą być złe

Pocket

Czy cyjanobakterie to jedynie zanieczyszczające wodę sinice? Wiemy już, że organizmy te odegrały ogromną rolę w kształtowaniu przebiegu ewolucji i zmian ekologicznych w całej historii Ziemi oraz mają coraz szersze zastosowania praktyczne.

Na dźwięk słowa Cyjanobakterie co lepiej wykształcony plażowicz wzdryga się i ogląda kolor fal nadbrzeżnych” czy pojawiły się już sinice? A jednak cyjanobakterie to nie tylko one. O nich wiemy? Co można z nimi zrobić?

Nature” donosi, że naukowcy z Narodowego Uniwersytetu Australijskiego (ANU) przenieśli mechanizm wychwytujący węgiel z cyjanobakterii do roślin. Ulepszyli w ten sposób zachodzący w nich proces fotosyntezy. Odkrycie zwiększy wydajności współczesnego rolnictwa.

Czym są cyjanobakterie?

Sinice (Cyanobacteria) to grupa prokariotycznych glonów rozprzestrzenionych na całej Ziemi, mających cechy zarówno bakterii, jak i roślin samożywnych a to, dzięki umiejętności tlenowej fotosyntezy. Cyjanobakterie są najstarszymi znanymi skamieniałościami, mają w rzeczywistości ponad 3,5 miliarda lat. Nie tylko nadal istnieją, ale są jedną z największych najważniejszych grup bakterii na ziemi.

Występują w glebie, na skałach, na korze drzew, na lodowcach, a nawet w gorących źródłach, gdzie temperatura może dochodzić do +90°C. Niektóre gatunki wchodzą w skład porostów, żyją w symbiozie z roślinami wodnymi (takimi jak paprocie czy sagowce). Tworzą symbiotyczne relacje z roślinami, grzybami i porostami.

Występują zarówno w wodach słonych jak i śródlądowych. Stanowią część fitoplanktonu i tworzą maty bentosowe (maty bentosowe to zespół organizmów zwierzęcych związanych z dnem zbiorników wodnych). Są różnorodne. Mogą być jednokomórkowe(np. Synechococcus), kolonijne(np. Microcystis, Woronichinia) lub wielokomórkowe w postaci trychomów i nici(np. Aphanizomenon, Nodularia). Ich kolonie i nici są duże i dobrze widoczne dla człowieka.

Fotosyntetyzują i wykorzystują do tego szerokie spektrum światła. Są odporne na złe warunki tlenowe, tolerują wysokie wartości pH.

Co potrafią? Dają nam tlen!

Atmosfera miała pierwotnie skład nieodpowiedni dla ziemskiego życia, jakie znamy dzisiaj. Powstanie atmosfery tlenowej podczas wielkiego zdarzenia oksydacyjnego (ang.Great Oxygenation Event, w skrócie GOE). Około 2,5 miliarda lat temu zawdzięczamy właśnie fotosyntetyzującym cyjanobakteriom, które uwalniały tlen, jako produkt uboczny tego procesu.

Działalności cyjanobakterii Gloeocapsomorpha przypisuje się powstanie wielu złóż ropy proterozoicznej. Stworzyły też w proterozoiku (ok. 2,5 mld lat temu do ok. 540 mln lat temu) pierwsze rafy oraz pisolity (skały złożone z kulistych ziaren węglanów wapnia).

Rośliny także powstały dzięki istnieniu cyjanobakterii. Według teorii endosymbiozy w późnym proterozoiku lub we wczesnym kambrze cyjanobakterie (sinice) skolonizowały komórki eukariotów (złożone komórki zawierające jądro komórkowe zawierające DNA) w zamian wytwarzając pożywienie dla gospodarza. Tak sinice stworzyły w roślinach chloroplast, z którego wytwarzają pożywienie współczesne rośliny. Chloroplast jest w rzeczywistości żyjącą w komórkach roślinnych cyjanobakterią.

Jak cyjanobakterie odnalazły się relacji z człowiekiem?

Każdego lata docierają do nas komunikaty o zanieczyszczeniu wody toksycznymi sinicami. To oczywiście prawda. Cyjanobakterie(sinice) powodują w sprzyjających warunkach zakwity wody. Wpływa to no jej zmętnienie i ogranicza rozrost roślin wodnych. Z około 2000 znanych gatunków sinic około 40 jest toksycznych. Dotychczas zidentyfikowano w nich około 120 metabolitów wtórnych działających cytotoksycznie (toksycznie dla komórek). Szacuje się, iż ponad 50% zakwitów wodnych sinic tworzonych jest właśnie przez gatunki toksyczne. Kontakt z taką wodą może prowadzić do poważnych zatruć, a w wypadku jej wypicia, nawet do śmierci.

Coroczne newsy o zakwicie sinic tworzą cyjanobakteriom niezasłużoną złą sławę. Przysłaniają bowiem ich ogromne znaczenie dla rolnictwa, przemysłu i ekologii. Sinice są jedną z nielicznych grup organizmów, które mogą przekształcić obojętny azot atmosferyczny w formę organiczną, taką jak azotan lub amoniak. Takich form azotu do swojego wzrostu potrzebują rośliny. Gleba dostarcza ich tylko w ograniczonym zakresie.

Cyjanobakterie zostały wykorzystane przez człowieka jako naturalne nawozy i dostarczają związków azotowych w uprawie ryżu i fasoli.

Na plantacje ryżu wprowadzana jest pływająca paproć Azolla. Gromadzi ona w liściach kolonie sinic Anabaena. Gdy obumiera pod koniec sezonu, staje się dla ryżu naturalnym i tanim źródłem azotu. Na tej samej zasadzie zasila się rośliny strączkowe.

Cyjanobakteria na talerzu

Popularna ostatnio w sklepach ze zdrową żywnością Spirulina też jest cyjanobakterią.

Cyjanobacteria spirulina stanowi pożywienie bogate w białko. Była spożywana przez Azteków i jest elementem kuchni orientalnej. Służy do uzupełniania niedoborów żywieniowych i jest nawet z uwagi na swoje właściwości podawana dzieciom, które dotknęła plaga głodu.

Sinice można też wykorzystać jako biokatalizatory. Sinice można wykorzystywać w procesach biotransformacji (katalizowaniu przez enzymy reakcji chemicznej, w wyniku, której następuje przekształcenie określonego związku chemicznego). Otrzymane tą drogą cząstki chiralne(symetryczne, ale naruszające symetrię zwierciadlaną) są alternatywą dla mniej ekonomicznej i ekologicznej drogi syntezy tych cząstek. Otrzymywane cząstki służą, jako blok budulcowy w syntezach związków przydatnych w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym oraz jako wzorce do analizy.

To nie wszystko!

Atak na Marsa

Astrobiolodzy od dawna badają cyjanobakterie żyjące pod przezroczystymi skałami pustynnymi. Twierdzą, że jest to model beztlenowego życia, które może istnieć na innych planetach. Naukowcy z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego uznali sinice za klucz do terraformowania Marsa twierdząc, że te bakterie mogą stworzyć tam tlenową atmosferę.

Zespól z AUN badał umiejętności przetrwania cyjanobakterii w ekstremalnych warunkach. Niektóre rodzaje cyjanobakterii potrafiły przetrwać nawet w kosmosie na powierzchni Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Wykazano, że kluczem do ich przetrwania jest zdolność do fotosyntezy (a to generuje tlen) nawet przy bardzo słabym oraz czerwonym świetle. Według badaczy z ANU analiza czerwonych chlorofilów zawartych w niektórych cyjanobakteriach może dostarczyć wskazówek, gdzie znaleźć obce życie.

W roku 2020 absolwentka Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley odkryła na pustyni Mojave mech Syntrichia caninervis, który zwykle rośnie na odsłoniętej glebie w biopierścieniach. Na pustyni rósł także pod półprzezroczystą skałą kwarcową w symbiozie z porostami i cyjanobakteriami. Dzięki kwarcowi mech utrzymywał konieczną wilgotność, temperaturę i dostawał mniejszą ilość światła słonecznego (pustynia Mojave to niezwykle gorące miejsce). Syntrychia canveris wypracowała unikatowe mechanizmy przetrwania przy minimalnym poziomie wilgotności i w skrajnych warunkach klimatycznych. Na Mojave związki azotu pozyskiwała dzięki symbiozie z cyjanobakteriami.

Rodzi to pytania o inne, niż dotychczas wyobrażane, możliwości organicznego życia pozaziemskiego w niesprzyjających warunkach klimatycznych rozwijające się przy minimalnej ilości wody i tlenu i odżywiające się dzięki cyjanobakteriom.

Jak znaleźć życie na Marsie? Szukajmy czerwonego chlorofilu. A jeśli nie znajdziemy, wyślijmy tam ziemskie cyjanobakterie. Może potem wyślemy mech?

Chyba, że już mają własny.

Ilustracja by Christian Fischer, CC BY-SA 3.0

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.