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Cianobatteri

Cosa sono i cianobatteri?

I cianobatteri fanno parte del Regno delle Monere, che comprende organismi procarioti, unicellulari o formanti colonie, caratterizzati da una grande diversità metabolica.

Esistono infatti batteri sia eterotrofi (che ricavano i composti organici da altri organismi), sia autotrofi (organismi in grado di produrre autonomamente i composti organici nutrienti a partire da molecole inorganiche).

Gli autotrofi si dividono in chemiosintetici e fotosintetici. 

I primi, detti anche chemioautotrofi, producono glucosio a partire dall’anidride carbonica (CO2)  grazie all’ossidazione di composti inorganici.

I batteri fotosintetici utilizzano invece l’energia del sole per produrre glucosio producendo o meno ossigeno.

I fotosintetici anossigenici non producono ossigeno, altre linee evolutive hanno invece una fotosintesi ossigenica, come quella delle piante ed includono: i cianobatteri, le proclorofite e i cloroplasti (ovvero gli organismi batterici da cui si sono sviluppati gli organelli fotosintetici delle piante).

I cianobatteri, batteri fotosintetici sono noti anche come alghe azzurre, si tratta di organismi evolutivamente antichi, la loro origine risale a 3,5 miliardi di anni fa e che presentano una grande adattabilità.

La maggior parte sono aerobi e svolgono una fotosintesi ossigenica (con produzione di ossigeno molecolare), ma in condizioni particolari possono comportarsi da anaerobi (respirazione senza utilizzo di ossigeno) e dunque anche fotosintetizzare senza produzione di O2 (fotosintesi anossigenica).

Alcuni cianobatteri sono in grado di fissare l’azoto atmosferico, cioè di trasformarlo in ioni inorganici assorbibili ed utilizzabili da altri organismi come le piante.

Struttura della cellula dei cianobatteri

Struttura della cellula dei cianobatteri.

I cianobatteri si trovano in tutti gli ambienti terrestri, dagli oceani alle acque dolci, dal suolo alle zone artiche e nelle sorgenti termali; sono tra i primi colonizzatori di ambienti estremi.

Classificazione dei cianobatteri

I cianobatteri comprendono due principali gruppi: Cyanophyta (Cianofite) e Prochlorophyta (Proclorofille).

Cianofite

Le cianofite sono i cianobatteri maggiormente diffusi sulla Terra infatti spesso il termine cianobatteri è utilizzato per indicare questo gruppo.

Possono essere unicellulari (cellule isolate o riunite in colonie amorfe o con cellule disposte secondo piani regolari tenute insieme da una guaina mucillaginosa)

Merismopedia

Merismopedia (colonie su piani regolari).

oppure filamentose (cellule unite le une alle altre a formare un filamento che in alcuni casi è avvolto da una guaina mucillaginosa).

Microcoleus

Microcoleus (filamentoso).

La guaina mucillaginosa è costituita da polisaccaridi complessi ed è presente soprattutto nelle cianofite che non vivono in acqua e possiede diverse funzioni tra cui: adesione al substrato, protezione dall’essiccamento e dai raggi ultravioletti del Sole (grazie a particolari pigmenti della guaina).

All’interno della cellula delle cianofite si trovano i tilacoidi che sono singoli e liberi nel citoplasma.

I tilacoidi sono le strutture membranose in cui trovano posto le molecole (foto sistemi) responsabili della cattura e dell’utilizzo dei raggi solari per la fotosintesi.

Nelle cianofite i tilacoidi sono singoli nel citoplasma, a differenza di quanto accade negli altri batteri cioè non si tratta di invaginazioni della membrana plasmatica.

L’interno della cellula contiene il cosiddetto nucleoide cioè una regione in cui si trovano i ribosomi, le sostanze di riserva azotate e gli enzimi necessari per le fasi non dipendenti dalla luce della fotosintesi (carbonico-anidrasi e Rubisco, enzimi in grado di concentrare la CO2 e di organicarla in molecole organiche saccaridiche).

Le cianofite acquatiche presentano all’interno della loro cellula dei vacuoli gassosi utilizzati per il galleggiamento.

I pigmenti presenti nei tilacoidi, utilizzati nella fase luminosa (che dipende cioè dai raggi solari e ne utilizza l’energia) possono essere uguali o diversi a quelli delle piante superiori, si tratta di clorofilla a, carotenoidi e ficobiline legate a proteine a formare le ficobiliproteine.

Queste ultime sono costituite da tre tipi di molecole diverse: ficoeritrina (assorbe nel verde), ficocianina (assorbe nel rosso-arancio) e alloficocianina (assorbe nel rosso).

La più abbondante è la ficocianina che conferisce alle cianofite il loro colore verde-azzurro che dà loro il nome di alghe azzurre.

Ficocianina

Struttura della Ficocianina.

Alcuni cianobatteri sono azoto fissatori liberi o simbiotici, possiedono cellule specializzate nella fissazione dell’azoto, dette etero cisti.

In questi cianobatetri è  comparsa la pluricellularità, essi presentano due diversi tipi cellulari: cellule che svolgono la fotosintesi e cellule che fissano l’azoto  (eterocisti).

La simbiosi più nota è quella tra il cianobatterio Anabaena azollae e la felce d’acqua Azolla molto abbondante nelle risaie asiatiche.

Felce d’acqua Azolla.

I composti azotati sono trasferiti dal ciano batterio alla felce e da questa, quando muore, al terreno da dove sono assorbiti dalle piante di riso.

Questa simbiosi è fondamentale per aumentare il contenuto in azoto delle risaie.

Proclorofille

Le proclorofille sono unicellulari marini, possiedono cellule ovoidali o tondeggianti e contengono clorofilla a e clorofilla b ma non ficobiline.

Nelle cellule delle proclorofille i tilacoidi possono impilarsi a formare delle pile in maniera simile a quanto accade nei cloroplasti delle piante, proprio per questo motivo questi cianobatteri erano indicati come i possibili antenati degli organelli fotosintetici delle piante.

Analisi filogenetiche successive hanno invece stabilito che le proclorofille non sono antenati dei cloroplasti ma si è ipotizzata l’esistenza di un antenato comune da cui si sono originati le proclorofille, le cianofite e i cloroplasti.

La perdita di alcuni tipi di pigmenti sarebbe conseguente alla loro evoluzione in ambienti diversi.

Proclorofilla

Prochloron (Proclorofilla).

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