Cyanobakterier: Fotosyntesens pionerer, Jordens ilt og stromatolitter
Opdag cyanobakteriernes rolle som fotosyntesens pionerer — fra stromatolitter til Jordens iltproduktion og kloroplasternes oprindelse. Historie, betydning og evolution.
Cyanobakterier er en takson af bakterier, der udfører fotosyntese. De er ikke alger, selv om de engang blev kaldt blågrønalger. Det er en stamme af bakterier med ca. 1500 arter. I endosymbiont-teorien stammer kloroplaster (plastider) fra cyanobakterier. Deres DNA-profil er bevis for dette. Cyanobakterier er prokaryote organismer uden membranbundne organeller som i eukaryoter, men de har indre membransystemer (thylakoider), hvor fotosyntesen foregår. Deres vigtigste pigment er chlorofyl a, og mange har også phycobiliproteiner (der giver blålige eller rødlige farvetoner). Formerne varierer fra encellede og kolonidannende til store, trådformede filamenter; nogle har specialiserede celler (fx heterocyster) til kvävefiksering, og mange kan regulere opdrift med gasvakuoler.
Fossilhistorie og stromatolitter
Cyanobakterier har en ekstremt lang fossilhistorie, der begynder for mindst 3.500 millioner år siden. De var de vigtigste organismer i stromatolitterne i de arkaiske og proterozoiske æoner. Stromatolitter er lagdelte, kalkrige strukturer dannet af mikrobieller samfund (mikrobielle måtter), hvor cyanobakterier fangede og bindede sediment og byggede store koloniale formationer over geologisk tid. Moderne stromatolitter findes stadig i særlige miljøer og giver et vindue til fortidens økosystemer.
Fotosyntese og den store iltningsbegivenhed
Cyanobakteriers evne til at udføre iltproducerende fotosyntese er afgørende for Jordens kemiske udvikling. Den tidlige atmosfære på Jorden var stort set reducerende, dvs. uden >ilt. Cyanobakterierne i stromatolitterne var nogle af de første kendte organismer, der producerede fri ilt som biprodukt af fotosyntesen. Efter mange hundrede millioner år — og groft sagt efter ca. en milliard år med udbredt fotosyntese — begyndte produktionen af ilt at ændre atmosfærens sammensætning markant. Processen, der kaldes den store iltningsbegivenhed, fandt sted for omkring 2,4 milliarder år siden og var en gradvis proces over lang tid. Konsekvenserne omfattede udryddelse af mange strikt anaerobe organismer, dannelse af ozonlaget (som senere beskyttede livet mod UV-stråling) og dannelsen af store geologiske aflejringer som jernformationer (bandede jernformationer).
Økologi, toksiner og menneskelig betydning
Cyanobakterier er utroligt udbredte og lever i ferskvand, havet, jord, varme kilder og ekstreme miljøer. De spiller vigtige roller i kulstof- og kvælstofkredsløbene — nogle arter binder atmosfærisk kvælstof (N2) og gør det biologisk tilgængeligt. Samtidig kan cyanobakterier under gunstige betingelser danne tætte blomstrer (algeopblomstringer). Disse blomstrer kan producere cyanotoksiner (fx microcystiner, anatoxiner), som er skadelige for fisk, dyr og mennesker og kan forringe drikkevandskvaliteten. Derfor overvåges og håndteres cyanobakterieudbrud i mange søer og reservoirer.
Deres egenskaber udnyttes også positivt: visse cyanobakterier anvendes i bioteknologi til produktion af biofuel-prækurser, pigmenter, enzymer og som biologiske gødninger. Et kendt eksempel er kostenserstatningen/tilskuddet spirulina (Arthrospira), som er en cyanobakterie, der høstes som næringstilskud. Forskning i cyanobakterier bidrager desuden til forståelsen af fotosyntese, klimasystemer og muligheder for bæredygtig bioproduktion.
Sammenfatning
- Cyanobakterier er prokaryote fotosyntetiske organismer med stor evolutionær og økologisk betydning.
- De var centrale i dannelsen af stromatolitter og i iltningen af Jordens atmosfære (den store iltningsbegivenhed).
- De medvirker til væsentlige biogeokemiske kredsløb (kulstof, kvælstof) og har både gavnlige anvendelser og negative effekter (toksiske blomstrer).
Struktur af en cyanobakterie
2 O-opbygning i Jordens atmosfære. De røde og grønne linjer repræsenterer intervallet af skøn, mens tiden er målt i milliarder af år siden.
"Bloom" af cyanobakterier i en dam
Lysdetektion
Cyanobakterier har en måde at opfange lys på. Conrad Mullineaux fra Queen Mary University of London sagde: "Den har en måde at registrere, hvor lyset er; det ved vi på grund af den retning, den bevæger sig i".
"I en encellet damslim observerede de, hvordan indkommende stråler bøjes af insektets kugleformede overflade og fokuseres på et punkt på den anden side af cellen. Ved at skubbe sig i den modsatte retning af dette lyse punkt bevæger mikroben sig mod lyset".
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er cyanobakterier?
A: Cyanobakterier er en taxon af bakterier, som udfører fotosyntese. De er ikke alger, selv om de engang blev kaldt blågrønalger. Det er en stamme af bakterier med ca. 1500 arter.
Sp: Hvor længe har der været fossile optegnelser af cyanobakterier?
Svar: Fossilerne af cyanobakterier har eksisteret i mindst 3 500 millioner år.
Spørgsmål: Hvordan var den tidlige atmosfære på Jorden?
Svar: Den tidlige atmosfære på Jorden var stort set reducerende, hvilket betyder, at den ikke indeholdt ilt.
Spørgsmål: Hvordan påvirkede tilstedeværelsen af cyanobakterier atmosfæren?
Svar: Tilstedeværelsen af cyanobakterier i stromatolitter gjorde det muligt for dem at lave fotosyntese og producere fri ilt, hvilket førte til en proces kaldet den store ilthændelse, som ændrede atmosfæren over tid og til sidst dræbte de fleste organismer, der ikke kunne leve i iltmiljøer.
Spørgsmål: Hvilke beviser støtter endosymbiont-teorien?
Svar: Endosymbiont-teorien antyder, at kloroplaster (plastider) nedstammer fra cyanobakterier, og deres DNA-profil er bevis for denne påstand.
Spørgsmål: Hvad gør cyanobakteriernes fotosyntese dem i stand til at gøre?
Svar: Cyanobakteriernes fotosyntese gør det muligt for dem at producere gratis ilt i deres omgivelser.
Spørgsmål: Hvor lang tid gik der, før den store iltningsevent fandt sted, efter at fotosyntesen begyndte? Svar: Det tog ca. en milliard år, før den store iltningshændelse fandt sted, efter at cyanbakterier begyndte at lave fotosyntese.
Søge