3. Особливості будови і процесів життєдіяльності ціанобактерій.

Ціанобактерії (лат. Cyanobacteria, — синьо-зелений) — значна група великих грамнегативних еубактерій, здатних до фотосинтезу, який супроводжується виділенням кисню.

Ціанобактерії найбільш близькі до найдавніших мікроорганізмів, залишки яких (строматоліти, вік більш 3,5 млрд. років) виявлені на Землі. Ціанобактерії дуже поширені в природі. Існують морські і прісноводні, ґрунтові види, учасники симбіозів (наприклад, у лишайників). Ціанобактерії складають значну частку океанічного фітопланктону.

Серед ціанобактерій зустрічаються одноклітинні, нитчасті і колоніальні форми. Розмір ціанобактерій коливається від 0,2 мкм до декількох сантиметрів. Ціанобактерії відрізняються здатністю адаптувати склад фотосинтетичних пігментів до спектрального складу світла, тому їхній колір варіює від зеленого до темно-синього.

Будова клітини ціанобактерії подібна до будови клітини бактерії. Але в клітинах ціанобактерій немає органел руху і виявлені хроматофори — кулясті мембранні структури, в яких знаходяться фотосинтетичні пігменти.

Основним способом розмноження є поділ в одній чи декількох площинах, множинний поділ. Життєвий цикл в одноклітинних форм при оптимальних умовах росту коливається у межах 6—12 годин.

Для ціанобактерій притаманне сполучення двох важкопоєднуваних процесів: фотосинтетичної продукції кисню і фіксації атмосферного азоту.

Ціанобактерії володіють повноцінним фотосинтетичним апаратом, характерним для кисневиділяючих фотосинтетиків. Кінцевим акцептором електронів служить ферредоксин, донором електронів — вода, що розщеплюється в системі окиснювання води, аналогічній системі вищих рослин.

Фотосинтетичні пігменти представлені фікобілінами (як і в червоних водоростей). При відключенні фотосинтетичних пігментів ціанобактерії здатні до використання інших, ніж вода, екзогенних донорів електронів: відновлених з'єднань сірки, органічних сполук. Однак ефективність такого шляху фотосинтезу невелика, і він використовується переважно для переживання несприятливих умов. Накопичена енергія використовується в темнових процесах фотосинтезу для синтезу органічних речовин з атмосферного CO₂.

Азотфіксація забезпечується ферментом нітрогеназой, яких відрізняється високою чутливістю до молекулярного кисню. Оскільки кисень виділяється при фотосинтезі, в еволюції ціанобактерій реалізовані дві стратегії: просторового і тимчасового роз'єднання цих процесів. В одноклітинних ціанобактерій пік фотосинтетичної активності спостерігається у світлий, а пік нитрогеназної активності — у темний час доби. У нитчастих ціанобактерій процес азотфіксації локалізований у спеціалізованих диференційованих клітинах — гетероцистах, що відрізняються товстими покривами, що перешкоджають проникненню кисню (у середовищі колонії може нараховуватися 5-15 % гетероцист). Гетероцисти одержують органічні речовини від фотосинтезуючих членів колонії.

4. Роль бактерій і ціанобактерій у природі і житті людини.

Важлива роль багатьох видів бактерій у процесах гниття та різних типів бродіння, тобто у виконанні санітарної ролі на Землі. Бактерії також мають велике значення у кругообігу вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки, кальцію та інших елементів.

Багато видів бактерій сприяють активній фіксації атмосферного азоту і переводять його в органічну форму, що підвищує родючість ґрунтів.

Велике значення мають бактерії, що розкладають целюлозу й пектинові речовини, які є основним джерелом вуглецю для життєдіяльності мікроорганізмів ґрунту.

Сульфатредукуючі бактерії беруть участь в утворенні нафти і сірководню в лікувальних грязях, грунтах і морях. Так, насичений сірководнем шар води в Чорному морі є результатом життєдіяльності сульфатредукуючих бактерій. Діяльність цих бактерій у грунтах призводить до утворення соди і содового засолювання ґрунтів. Сульфатредукуючі бактерії переводять поживні речовини в грунтах рисових плантацій у форму, доступну для коренів цієї культури. Ці бактерії можуть спричинювати корозію металевих підземних і підводних споруд.

Бактеріальні препарати успішно використовують для боротьби з багатьма видами комах шкідників (кукурудзяним метеликом та ін.).

Багато видів бактерій використовують у різних галузях промисловості для добування ацетону, етилового й бутилового спиртів, оцтової кислоти, ферментів, гормонів, вітамінів, антибіотиків, білково-вітамінних препаратів тощо.

Завдяки успіхам генної інженерії нині з'явилась можливість широко використовувати кишкову паличку для вироблення інсуліну, інтерферону, а інші бактерії — для одержання кормового й харчового білків.

Без бактерій неможливі процеси дублення шкіри, сушіння листків тютюну, виготовлення шовку, каучуку, оброблення какао, кави, мочіння конопель, льону та інших лубоволокнистих рослин, квашення капусти, очищення води, вилужування металів тощо.

Важливу роль у природі і житті людини відіграють і ціанобактерії. Ціанобактерії є «творцями» сучасної кисневовмісної атмосфери на Землі. В даний час, будучи значної складової океанічного планктону, ціанобактерії знаходяться на початку більшої частини харчових ланцюгів і виробляють значну частина кисню.

Ціанобактерії є головною причиною, яка призводить до цвітіння води, що викликає масові замори риби й отруєння тварин і людей.

Ціанобактерії є найважливішими об'єктами досліджень у біології.

У Південній Америці і Китаї бактерії родів Спіруліна і Носток використовуються в їжу (їх висушують і готують борошно). Їм приписують цілющі й оздоровлюючі властивості. Розглядається можливість застосування ціанобактерій як масової кормової та харчової добавки.