Introducción a las Cianobacterias, arquitectos de la atmósfera terrestre.


Las cianobacterias son acuáticas y fotosintéticas, es decir, viven en el agua, y pueden fabricar su propia comida. Debido a que son bacterias, son muy pequeñas y generalmente unicelulares, aunque a menudo crecen en colonias lo suficientemente grandes para verlas. Tienen la distinción de ser los fósiles conocidos más viejos, tienen más de 3.5 mil millones de años, como lo indicado en el siguiente dibujo,

 Puede sorprenderle entonces saber que las cianobacterias todavía están en la Tierra. Son uno de los grupos más grandes y más importantes de bacterias en la Tierra.

Muchos depósitos de petróleo proterozóico se atribuyen a la actividad de las cianobacterias. También son importantes proveedores de fertilizantes nitrogenados en el cultivo de arroz y frijoles. Las cianobacterias también han sido tremendamente importantes en la configuración del curso de la evolución y el cambio ecológico en toda la historia de la Tierra. La atmósfera de oxígeno de la que dependemos fue generada por numerosas cianobacterias durante las Eras Arqueanas y Proterozoicas. Antes de ese tiempo, la atmósfera tenía una química muy diferente, inadecuada para la vida como la conocemos hoy en día.

La otra gran contribución de las cianobacterias es el origen de las plantas. El cloroplasto con el que las plantas producen alimento es en realidad una cianobacteria que vive dentro de las células de la planta. En algún momento en el Proterozoico tardío, o en el Cámbrico temprano, las cianobacterias comenzaron a tomar residencia dentro de ciertas células de eucariota, haciendo el alimento para el anfitrión de eucariota a cambio de un hogar. Este evento se conoce como endosimbiosis, y es también el origen de la mitocondria eucariótica.

Debido a que son fotosintéticas y acuáticas, las cianobacterias se llaman a menudo "algas verde-azuladas". Este nombre es conveniente para hablar de organismos en el agua que hacen su propia comida, pero no refleja ninguna relación entre las cianobacterias y otros organismos llamados algas. Las cianobacterias son parientes de las bacterias, no eucariotas, y es sólo el cloroplasto en las algas eucariotas al que están relacionadas las cianobacterias.

Además de reducir el CO2 a compuestos orgánicos a través de la fotosíntesis, muchas cianobacterias mineralizan CO2 a un carbonato, como el CaCO3, como se indica en siguiente figura,

Descripción de una cianobacteria.

 

Numerosos poros están presentes en la célula que actúan como paso para la secreción de mucílago por la célula. El mucílago es una sustancia viscosa, que coagula en alcohol.

 Químicamente, la pared celular de la eubacterias y cianobacterias son muy similares.

La pared celular es seguida por una membrana bicapa llamada membrana plasmática o lema plasmático. Tiene 70 ångström de espesor, es una unidad de longitud empleada principalmente para expresar longitudes de onda, distancias moleculares y atómicas. equivalente a 0.000,000,000,1 metros. En un centímetro caben 100 millones de angstroms.

Es selectivamente permeable y mantiene la integridad fisiológica de la célula. La membrana plasmática invagina a veces localmente y se funde con las láminas fotosintéticas (thylakoids) para formar una estructura llamada lamellosomes. La membrana plasmática envuelve citoplasma y las otras inclusiones.

El citoplasma se distingue en las dos regiones, la región periférica externa que se denomina cromoplast y la región central incolora llamada centroplasma.

El cromoplasma contiene las estructuras vesiculares aplanadas denominadas laminillas fotosintéticas o tilakoides. Los  tilakoides pueden ser periféricos, paralelas o centrales. Además de la fotosíntesis, los tilakoides tienen la capacidad de fotofosforilación )photophosphorylation(, reacción de Hill y respiración. Dependiendo de las condiciones fisiológicas se organizan en consecuencia.

Varios pigmentos fotosintéticos como la clorofila a, clorofila c, xantofila y carotenoides están presentes dentro de las láminas. En su superficie superior los ficobilisomas (biliproteínas) de aproximadamente 40 nm de diámetro están anclados por una proteína.

Por lo general, la célula de cianobacterias están cubiertas por una vaina mucilaginosa higroscópica que proporciona protección a la célula de condiciones desfavorables y mantiene las células húmedas. El espesor, la consistencia y la naturaleza de la vaina están influenciados por las condiciones ambientales. La envoltura consiste en sustancias pécticas.

El centroplasma es incoloro y se considera como núcleo primitivo carente de membrana nuclear bicapa y nucléolo. Varios granos que pueden tomar mancha se dispersan en centroplasma. Algunas personas son de la opinión de que el centroplasma es el almacén de alimentos y de acuerdo a los demás es un núcleo incipiente.

Varios gránulos de glicógeno, gotitas de aceite y otras inclusiones se dispersan en cloroplasto así como en regiones centroplasmáticas:

Las cianobacterias acumulan material de reserva nitrogenada llamado cianoficina o gránulos cianófilos cuando se cultivan en condiciones de nitrógeno excedente. Estos se construyen con iguales moléculas de arginina y ácido aspártico. Estos representan hasta un 8% del peso seco celular total. Se pueden observar bajo un microscopio de luz, ya que aceptan rojo neutro o carmín.

Gas vacuolas:

En muchas cianobacterias, p. Anabaena, Gloeotrichia, Microcystis, Oscillatoria, etc. se encuentran las vesículas de gas de pseudo vacuolas viscosas de diferentes dimensiones.

El citoplasma carece de vacuolas. Las vesículas son cilindros huecos, rígidos y alargados (75 nm de diámetro, 200-1000 nm de longitud) cubiertos por un límite de proteínas de 2 nm de espesor. Los extremos de las vacuolas son cónicos (Fig. 4.32). El límite proteico es impermeable al agua y libremente permeable a los gases. Bajo presión se derrumban, y por lo tanto, pierden la refractividad.

La función de las vesículas de gas es mantener la flotabilidad de modo que la célula pueda permanecer a cierta profundidad de agua donde puedan obtener suficiente luz, oxígeno y nutrientes. El fenómeno flotante y hundido es una característica clave que se encuentra en las cianobacterias flotantes libres. A través de este mecanismo pueden escapar de los efectos nocivos de la luz brillante.

Al igual que otros procariotas, las cianobacterias también contienen fibrillas de ADN desnudas dispersas en el centroplasma. El material de ADN carece de nucleoplasma, y como E. coli contiene una proteína similar a la histona que se une con el ADN. El número total de genomas aún no se conoce, pero en Agmenellum 2 a 3 genomas han sido reportados.

 

 

Al igual que las bacterias, la célula de las cianobacterias también consiste en una capa mucilaginosa llamada vaina, la pared celular, la membrana plasmática y el citoplasma. Por lo general, la célula de cianobacterias está cubierta por una vaina mucilaginosa higroscópica que proporciona protección a la célula de condiciones desfavorables y mantiene las células húmedas . El espesor, la consistencia y la naturaleza de la vaina están influenciados por las condiciones ambientales. La envoltura consiste en sustancias pécticas, que son polisacáridos localizados en los espacios intercelulares y de aspecto fibrilar.  Después de observar la célula de la cianobacteria bajo microscopio electrónico, aparece una multicapa presente entre la vaina y la membrana plasmática.

Las cianobacterias presentan dos modos diferentes de captura de CO2, uno a través de la fotosíntesis y el ciclo de Calvin-Benson-Bassham (CBB), donde el CO2 es capturado y convertido a compuestos orgánicos y otro a través de mineralización de carbonatos , hay ejemplos de calcificación de las cianobacterias, en los llamados estromatolitos, precipitaciones muy rápidas y a gran escala de CaCO3 de grano fino junto con compuestos, como en el Lago Erie ,como se muestra a continuación,




Referencias.

Galileo.




Eduardo Ghershman, 18.1.2017