5.2 Царства бактерии и цианобионты

Царство бактерии. Бактерии – это чрезвычайно мелкие одноклеточные микроскопические организмы, размеры которых около 0,002 мм. Морфологическое строение бактерий чрезвычайно простое. Протоплазма клетки окружена довольно твердой оболочкой, которая по составу ближе к белковым веществам, чем в клетчатке. Протоплазма – плотная, в ней имеются очень маленькие вакуоли и зернышки различной величины. Бактерии лишены хлорофилла.

Одноклеточные бактерии могут иметь нитевидную, палочковидную, спиральную форму. Среди бактерий встречаются автотрофные, гетеротрофные формы и сапрофиты (питаются органическими веществами, которые содержатся в телах мертвых организмов). Первые создают органические вещества из неорганических веществ; вторые используют готовые органические вещества. Большинство бактерий являются автотрофными.

К автотрофным бактериям относятся нитрифицирующие бактерии, некоторые серные бактерии, железные бактерии и бактерии, окисляющие водород. Нитрифицирующие бактерии, живя в почве, переводят аммиак, образующийся в результате разложения белков гниющих органических остатков, в соли азотистой, а затем – в соли азотной кислоты. Серные бактерии окисляют сероводород, водородные окисляют водород в воду, а железные разлагают соединения железа.

Процессы обмена веществ у бактерий идут либо без использования света – хемосинтез, либо только на свету – фотосинтез. По типам обмена веществ бактерии чрезвычайно разнообразны. Различают серообразующие, железисто-марганцевые, азотные, ацетатные, углеродообразующие и другие группы бактерий. Роль бактерий в геологических процессах велика. С деятельностью бактерий связано образование различных полезных ископаемых: железных руд (джеспилитов, железистых конкреций), пирита, серы, графита, фосфоритов, нефти, газа и других.

Достоверные находки бактерий известны из кремнистых пород, возраст которых 3,5 млрд. лет. Скорее всего, бактерии появились независимо в различных средах обитания. В настоящее время они населяют все водные бассейны от литорали до абиссали, а также обитают в почве, в воздухе, внутри других организмов. Они живут в горячих источниках при температуре превышающей 100С и в соленых водах с концентрацией хлорида натрия до 32 г/л.

Представители: тип Coccus, тип Bacillus, тип Spitillum.

Царство Цианобионты. До недавнего времени эта группа организмов носила название «сине-зеленые водоросли». Однако в общей иерархии живых организмов цианобионты стоят на более низкой ступени, чем водоросли (клетка не имеет ядра, и поэтому их рассматривают среди прокариот – доядерных), и на более высокой, чем бактерии (более сложная структура и наличие пигментов, способствующих окраске и выделению молекулярного кислорода при фотосинтезе). Поэтому от названия «сине-зеленые водоросли» отказались. Представляется более правильным использовать термин «цианобионты», или «цианеи». Наряду с этим употребляют название «цианобактерии».

Эти организмы имеют относительно постоянную форму клеток, но без обособленного ядра. Среди них встречаются как одиночные, так и колониальные формы. Колониальные формы обычно покрыты общей, слизистой оболочкой (чехол). В слизи, а также в самом организме или на его поверхности может происходить накопление карбонатов, что приводит к образованию мощных толщ известняков (строматолиты). Наличие нескольких пигментов (хлорофилла, фикоциана, фикоэритрина и каротина) определяет сине-зеленую или розоватую, желтую или почти черную окраску.

Строматолиты или «слоистые камни» – известковые слоистые образования. Строматолиты различаются по форме построек, типу структуры, они могут иметь пластовую, желваковую, столбчатую форму. Онколиты, в отличие от строматолитов, представлены небольшими округлыми образованиями с диаметром до нескольких сантиметров.

Строматолиты являются результатом симбиоза цианобионтов и бактерий. Образование строматолитов происходит следующим образом. В слизистой оболочке выделяется кальций. После гибели организма остаётся карбонатная корочка, которая засыпается осадками. Повторные циклы роста цианобионтов и бактерий приводят к формированию сложных карбонатных толщ мощностью до 1000 м.

Кроме линейных строматолитов образуются сферические – онколиты и узорчатые в виде неправильных звезд, называемые катаграфии. Форма всех построек строматолитов зависит от экологических факторов и поэтому их можно использовать для восстановления физико-географической обстановки прошлых бассейнов: солености, температуры, глубины, гидродинамики. Цианобионты принимали активное участие в строительстве биостромов и биогермов.

Строматолиты имеют важное стратиграфическое значение. Их используют для расчленения и корреляции верхнепротерозойских пород в России, Северной Америке, Африке, Индии и Австралии. Строматолиты наиболее многочисленны и разнообразны в позднем докембрии, чем в другое время. Это вероятно связано с широким распространением мелководных шельфовых морей в протерозое, а также с отсутствием сверлильщиков и тех, кто использовал цианобионты в качестве пищи. Возможно, что массовое появление в кембрии карбонатных раковинных организмов привело к понижению кальция в морях и его стало недостаточно для цианобионтов.

Цианобионты появились около 3,5 млрд. лет назад. Благодаря наличию хлорофилла они являются первыми фотосинтезирующими организмами, которые вырабатывали молекулярный кислород. Современные цианобионты живут в пресных и морских водоемах, в основном на глубине до 20 м. Они переносят загрязнение и резкие колебания физико-химических условий. Диапазон температур, в которых они живут, от ледниковой минусовой до почти кипящей (+85⁰С) в горячих источниках. По отсутствию ядра цианобионты сближаются с бактериями, по наличию хлорофилла и способности к фотосинтезу – с водорослями. Время существования архей и поныне. Представители: род Baicalia, род Conophyton.