البكتيريا الزرقاء: الخصائص ، التشكل ، علم اللاهوت النظامي ، السمية
البكتيريا الزرقاء ، المعروفة سابقا باسم الطحالب الخضراء الزرقاء ، هي مجموعة من البكتيريا التي تشكلها بدائيات النوى الوحيدة القادرة على استخدام أشعة الشمس كطاقة وماء كمصدر للإلكترونات في عملية التمثيل الضوئي (التمثيل الضوئي الأكسجين).
كما تحتوي النباتات العلوية على أصباغ تسمح لها بإجراء التمثيل الضوئي المؤكسج. تضم هذه الفئة حوالي 2000 نوعًا في 150 جنسًا ، مع مجموعة واسعة من الأشكال والأحجام.
البكتيريا الزرقاء كائنات حية قديمة جدا. تم العثور على أحافير مجهرية بتشابه كبير مع البكتيريا الزرقاء الحديثة في الودائع التي يعود تاريخها إلى 2.1 مليار سنة. تم العثور على جزيئات العلامات البيولوجية المميزة للبكتيريا الزرقاء أيضًا في الرواسب البحرية التي تبلغ 2700 و 2500 مليون عام.
نظرًا لقدرة البكتيريا الزرقاء على إنتاج وإطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي ، يُعتقد أن ظهورها على الأرض سمح بتعديل الغلاف الجوي ، مما تسبب في حدوث أكسجين كبير.
ربما تسببت الزيادة في الأكسجين في انخفاض تركيز الميثان في الغلاف الجوي منذ حوالي 2400 إلى 2100 مليون عام ، مما تسبب في انقراض العديد من أنواع البكتيريا اللاهوائية.
يمكن لبعض سلالات أنواع البكتيريا الزرقاء إنتاج سموم قوية في البيئات المائية. هذه السموم هي مستقلبات ثانوية يتم إطلاقها في البيئة عندما تكون الظروف البيئية شديدة ، في البيئات المغذية ، مع تركيزات عالية من العناصر الغذائية المعدنية مثل الفسفور وظروف درجة الحموضة الخاصة ودرجة الحرارة.
الخصائص العامة
البكتيريا الزرقاء هي بكتيريا تلوين سالبة الجرام ، والتي يمكن أن تكون أحادية الخلية أو تشكل مستعمرات في شكل خيوط أو صفائح أو كرات مجوفة.
ضمن هذا التنوع ، يمكن ملاحظة أنواع مختلفة من الخلايا:
- الخلايا النباتية هي تلك التي تتشكل في ظل ظروف بيئية مواتية ، والتي يحدث فيها التمثيل الضوئي.
- و akinetes ، endospores المنتجة في ظروف بيئية صعبة.
- خلايا غير متجانسة ، هي خلايا ذات جدران سميكة ، والتي تحتوي على إنزيم النيتروجين ، والذي يشارك في تثبيت النيتروجين في البيئات اللاهوائية.
البكتيريا الزرقاء هي أبسط الكائنات الحية التي تقدم دورات يومية ، وتذبذبات المتغيرات البيولوجية على فترات زمنية منتظمة مرتبطة بالتغيرات البيئية الدورية خلال اليوم. تعمل الساعة اليومية في البكتيريا الزرقاء من دورة الفسفرة في KaiC.
يتم توزيع البكتيريا الزرقاء في مجموعة كبيرة ومتنوعة من البيئات الأرضية والمائية: الصخور العارية والصخور المبللة مؤقتًا في الصحاري والمياه العذبة والمحيطات والتربة الرطبة وحتى في الصخور في أنتاركتيكا.
يمكن أن تكون جزءًا من العوالق في المسطحات المائية ، وتشكيل أغشية حيوية ضوئية على الأسطح المكشوفة أو إقامة علاقة تكافلية مع النباتات أو الأشنات المكونة للفطريات.
تلعب بعض البكتيريا الزرقاء دورًا مهمًا في النظم البيئية. تقوم Microcoleus vaginatus و M. vaginatus بتثبيت التربة باستخدام غلاف السكاريد الذي يرتبط بجزيئات الرمل ويمتص الماء.
تنتج بكتيريا Prochlorococcus أكثر من نصف التمثيل الضوئي للمحيط المفتوح ، مما يسهم مساهمة مهمة في دورة الأكسجين العالمية.
يتم حصاد أو زراعة عدة أنواع من البكتيريا الزرقاء ، مثل Aphanizomenon flos-aquae و Arthrospira platensis (سبيرولينا) ، كمصادر للأغذية والأعلاف الحيوانية والأسمدة والمنتجات الصحية.
مورفولوجيا
تحتوي خلايا البكتيريا الزرقاء على جدار خلية متباين للغاية ، من النوع السلبي للجرام مع غشاء البلازما والغشاء الخارجي مفصولة بمسافة محيط بالمنظار.
بالإضافة إلى ذلك ، لديهم نظام داخلي لأغشية الثايلاكويد حيث توجد سلاسل نقل الإلكترون التي تتدخل في التمثيل الضوئي والتنفس. هذه الأنظمة الغشائية المختلفة تعطي هذه البكتيريا تعقيدًا فريدًا.
ليس لديهم سوط. بعض الأنواع لها خيوط متنقلة تسمى الهرمونات ، والتي تسمح لها بالانزلاق على الأسطح.
الأشكال الخيطية متعددة الخلايا ، مثل جنس المذبذب ، قادرة على توليد حركة متموجة من خلال تذبذب الخيط.
الأنواع الأخرى التي تعيش في أعمدة الماء تشكل حويصلات غازية ، مكونة من جراب من البروتينات ، والتي تمنحها الطفو.
تتكون هرمونيا من خلايا رقيقة مع خلايا حادة في النهايات. يتم إطلاق هذه الخلايا وتعبئتها ، تنتشر في أماكن بعيدة عن المستعمرة الرئيسية ، حيث تبدأ مستعمرات جديدة.
النظاميات
وقد نوقش بشدة تصنيف البكتيريا الزرقاء على أعلى المستويات التصنيفية. تم تصنيف هذه البكتيريا في البداية كطحالب خضراء زرقاء (Cyanophyta) ، وفقًا للرموز النباتية. واستندت هذه الدراسات الأولية على الخصائص المورفولوجية والفسيولوجية.
في وقت لاحق ، في 1960s ، عندما تم تأسيس الخصائص بدائية النواة لهذه الكائنات الحية الدقيقة ، تم إعادة تصنيف البكتيريا الزرقاء تحت الرمز الجرثومي.
في عام 1979 ، تم اقتراح 5 أقسام تتوافق مع 5 أوامر: القسم I = Chroococcales ، القسم II = Pleurocapsales ، القسم III = المذبذبات ، القسم IV = Nostocales والقسم V = Stigonematales.
تم تغيير جذري في نظام تصنيف البكتيريا الزرقاء مع إدخال المجهر الإلكتروني والأساليب الجزيئية والوراثية.
تمت مراجعة تصنيف البكتيريا الزرقاء بشكل مستمر تقريبًا في الخمسين عامًا الماضية ، حيث تم إنشاء مقترحات مختلفة تمامًا. يستمر النقاش حول تصنيف البكتيريا الزرقاء.
تقترح آخر مقترحات شجرة النشوء والتطور لهذه الفئة استخدام الطلبيات: Gloeobacterales و Synechococcales و Oscillatoriales و Chroococcales و Pleurocapsales و Spirulinales و Rubidibacter / Halothece و Chroococcidiopsidales و Nostocales. هذه الأوامر تتكون من أجناس أحادية اللون ، تتكون من أنواع كثيرة.
سمية
تشير التقديرات إلى أن هناك 150 أجناس من البكتيريا الزرقاء التي تحتوي على حوالي 2000 نوع ، منها حوالي 46 لديها بعض السلالة المنتجة للسموم.
في النظم الإيكولوجية المائية ، يمكن أن تصل وفرة البكتيريا الزرقاء إلى مستويات عالية للغاية عندما تكون الظروف البيئية مناسبة لنموها ، مما يدعم تراكم المستقلبات الثانوية في السيتوبلازم.
عندما تصبح الظروف البيئية غير مواتية ، مع زيادة في تركيزات العناصر الغذائية المعدنية مثل الفسفور ، تموت البكتيريا الزرقاء ، مسببة تحلل الخلايا وإطلاق السموم في البيئة.
تم تحديد نوعين رئيسيين من السموم: السموم الكبدية والسموم العصبية. يتم إنتاج السموم العصبية بشكل رئيسي من خلال الأنواع والسلالات من الأجناس: Anabaena ، Aphanizomenon ، Oscillatoria ، Trichodesmium و Cylindrospermopsis .
تعمل السموم العصبية بسرعة ، وتنتج الموت عن طريق توقف التنفس بعد بضع دقائق من تناول تركيزات عالية من السم. الساكسيتوكسين هو سم عصبي مشلول ، مُدرج في الملحق 1 من اتفاقية الأسلحة الكيميائية.
يتم إنتاج السموم الكبدية بواسطة أجناس Microcystis و Anabaena و Nodularia و Oscillatoria و Nostoc و Cylindrospermopsis. أنها تسبب النوع الأكثر شيوعا من التسمم المتعلقة البكتيريا الزرقاء. إنهم يتصرفون ببطء أكبر ويمكن أن يتسببوا في الوفاة بعد عدة ساعات أو أيام من التسمم.
