Cyanobacteria menggabungkan dalam satu fotosintesis sel dan penetapan nitrogen atmosfera • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Elemen" • Sains hayat

Cyanobacteria menggabungkan dalam satu fotosintesis sel dan penetapan nitrogen atmosfera.

Cyanobacteria Synechococcus dalam proses pembahagian. Mikroba ini menimbulkan fotosintesis pada siang hari dan menangkap nitrogen atmosfera pada waktu malam (gambar dari www.lbl.gov)

Cyanobacteria – pencipta fotosintesis oksigen dan pencipta suasana oksigen Bumi – ternyata menjadi "kilang biokimia" yang lebih serba boleh daripada yang difikirkan sebelumnya. Ternyata mereka dapat menggabungkan fotosintesis dan penetapan nitrogen atmosfera dalam sel yang sama – proses yang sebelum ini dianggap tidak serasi.

Cyanobacteria, atau, seperti yang biasa dipanggil, alga biru-hijau, memainkan peranan penting dalam evolusi biosfera. Mereka mencipta jenis fotosintesis yang paling berkesan – fotosintesis oksigen, dengan pelepasan oksigen. Fotosintesis anoksigenik yang lebih kuno, yang berlaku dengan pelepasan sulfur atau sulfat, boleh berlaku hanya di hadapan senyawa sulfur yang dikurangkan (seperti hidrogen sulfida) – bahan-bahan yang agak langka. Oleh itu, fotosintesis anoksigenik tidak dapat memastikan pengeluaran bahan organik dalam jumlah yang diperlukan untuk pembangunan pelbagai heterotrof (pengguna organik), termasuk haiwan.

Heterocysta bulat di antara sel-sel fotosintesis silinder dalam koloni filamen cyanobacteria (foto botit.botany.wisc.edu)

Cyanobacteria telah belajar untuk menggunakan air kosong dan bukannya hidrogen sulfida, yang telah menyediakannya dengan biomass yang luas dan besar. Kesan sampingan aktiviti mereka ialah tepu atmosfera dengan oksigen. Tanpa sianobakteria, tidak akan ada tumbuhan, kerana sel tumbuhan adalah hasil dari simbiosis organisma sel tunggal bukan fotosintetik dengan sianobakteria. Semua tumbuh-tumbuhan menjalankan fotosintesis menggunakan organ-organ khas – plastid, yang mana-mana kecuali cyanobacteria simbiotik. Dan belum jelas lagi siapa yang menjaga simbiosis ini. Sesetengah ahli biologi berkata, menggunakan bahasa metafora, bahawa tumbuhan hanya mudah "rumah" untuk sianobakteria hidup.

Air panas di Taman Negara Yellowstone. Di sepanjang tepi takungan, tikar cyanobacterial berkembang, di mana cyanobacteria Synechococcus memainkan peranan pengeluar utama bahan organik (gambar dari www.carnegieinstitution.org)

Cyanobacteria bukan sahaja mencipta biosfera "jenis moden", tetapi hingga ke hari ini terus mengekalkannya, menghasilkan oksigen dan mensintesis bahan organik daripada karbon dioksida. Tetapi ini tidak menanggung tanggungjawab mereka dalam kitaran biosfera global.Cyanobacteria adalah salah satu daripada beberapa makhluk hidup yang dapat memperbaiki nitrogen atmosfera, menerjemahkannya ke dalam bentuk yang dapat diakses oleh semua makhluk hidup. Penetapan nitrogen sangat diperlukan untuk kewujudan kehidupan duniawi, dan hanya bakteria yang dapat mengerjakannya, dan itu bukanlah semuanya.

Masalah utama yang dihadapi oleh cyanobacteria yang membetulkan nitrogen adalah bahawa enzim utama penetapan nitrogen, nitrogenase, tidak dapat berfungsi dengan kehadiran oksigen, yang dikeluarkan semasa fotosintesis. Oleh itu, cyanobacteria yang membetulkan nitrogen menghasilkan pembahagian fungsi antara sel. Jenis-jenis cyanobacteria ini membentuk jajahan filamen, di mana beberapa sel hanya terlibat dalam fotosintesis dan tidak membetulkan nitrogen, yang lain – ditutup dengan membran padat "heterocyst" – tidak fotosintesis dan hanya berurusan dengan penahan nitrogen. Kedua-dua jenis sel, tentu saja, ditukar antara produk yang mereka hasilkan (bahan organik dan sebatian nitrogen).

Mat tikus-bakteria di potong. Lapisan hijau teratas termasuk cyanobacteria Synechococcus. Tikar mikrob adalah komuniti yang kompleks yang merangkumi pelbagai mikroorganisma yang berkongsi fungsi biokimia.Tikar sedemikian, dalam banyak aspek yang sama dengan seluruh organisma, adalah bentuk kehidupan yang dominan dalam zaman Archean dan Proterozoik. Foto dari www.carnegieinstitution.org

Sehingga baru-baru ini, ia dipercayai bahawa adalah mustahil untuk menggabungkan fotosintesis dan penetapan nitrogen dalam sel yang sama. Walau bagaimanapun, pada 30 Januari, Arthur Grossman dan rakan-rakannya di Institut Carnegie (Washington, Amerika Syarikat) melaporkan penemuan penting yang menunjukkan bahawa para saintis setakat ini sangat meremehkan kemampuan metabolik cyanobacteria. Ternyata cyanobacteria genus yang hidup di mata air panas Synechococcus (primitif, kuno, cyanobacteria uniselular yang sangat luas tergolong dalam genus ini) berjaya menggabungkan kedua-dua proses dalam sel tunggal mereka, membahagikannya dalam masa. Pada siang hari mereka photosynthesize, dan pada waktu malam, apabila kepekatan oksigen dalam komuniti mikrob (cyanobacterial mate) turun secara mendadak, mereka beralih kepada penetapan nitrogen.

Penemuan saintis Amerika bukan kejutan yang lengkap. Dalam genom beberapa spesies yang dibaca dalam beberapa tahun kebelakangan ini Synechococcus gen protein yang dikaitkan dengan penebalan nitrogen telah dijumpai. Semua yang hilang adalah bukti eksperimen bahawa gen ini sebenarnya berfungsi.

Oleh itu, kita dapat mengetahui di mana matriks mikrob termal, yang hidup pada suhu yang tidak sesuai untuk pertumbuhan cyanobacteria penentu nitrogen filamen biasa dengan heterosist, diambil dari. Di samping itu, penemuan ini membolehkan anda melihat pada tahap yang paling purba tentang perkembangan kehidupan mikrob di planet kita. Lagipun, sisa-sisa fosil yang diketahui oleh organisma hidup (umur mereka kira-kira 3.5 bilion tahun) menyerupai cyanobacteria uniselular yang dekat dengan Synechococcus.

Mikroorganisma fosil tertua berusia 3.5 bilion tahun dari Afrika Selatan menyerupai cyanobacteria uniselular (gambar dari macroevolution.narod.ru)

Sumber: Bakteria Hot-Spring Flip Switch Metabolik.

Lihat juga:
B. V. Gromov. Cyanobacteria dalam biosfera.
Bakteria fosil.
Asal kehidupan. Biosfer prokariotik.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: