Подцарство Оксифотобактерии

Определения и обозначения

Подцарство Оксифотобактерии — группа организмов, способных к фотосинтезу с выделением кислорода; к ней относятся цианобактерии. Название подчёркивает эту особенность, а не принадлежность организмов к растениям. Цианобактерии встречаются в разных средах и могут быть устроены по-разному.

Цианобактерии — бактерии, которые используют свет для фотосинтеза. Бактериями их называют потому, что их клетки не имеют оформленного ядра и хлоропластов. Способность фотосинтезировать не меняет прокариотического типа строения клетки.

Гетероциста — специализированная клетка у некоторых нитчатых цианобактерий, связанная с фиксацией азота. Она помогает организму использовать атмосферный азот, который большинство живых существ не может усваивать напрямую. Такие клетки нужны не каждому виду, а только некоторым цианобактериям.

Акинет — покоящаяся устойчивая клетка, которую образуют некоторые цианобактерии. Она помогает пережить неблагоприятные условия, например недостаток влаги или питательных веществ. Когда условия улучшаются, клетка может снова участвовать в росте организма.

Как это устроено

Клетка цианобактерии устроена проще, чем клетка растения или животного: у неё нет оформленного ядра, отделённого оболочкой от остальной части клетки. В ней также отсутствуют хлоропласты, поэтому цианобактерии нельзя считать растительными клетками. При этом наследственный материал и другие необходимые для жизни вещества находятся внутри клетки. Такое строение — один из признаков, по которым их относят к бактериям.

Для фотосинтеза цианобактериям нужны свет и пигменты — вещества, которые поглощают световые лучи. Главный пигмент, хлорофилл, улавливает свет, а дополнительные пигменты помогают использовать свет разных оттенков. Пигменты находятся во внутренних мембранных структурах, а не в хлоропластах. Энергия света позволяет образовывать органические вещества; при этом фотосинтез сопровождается выделением кислорода.

Цианобактерии различаются тем, как устроены их клетки и как они связаны друг с другом. Одноклеточная форма существует в виде отдельной клетки, а колониальная — как группа клеток, остающихся вместе. Нитчатая форма состоит из клеток, расположенных цепочкой. Такое разнообразие помогает цианобактериям жить в разных условиях, но не означает, что каждый вид образует колонии или нити.

Размножение цианобактерий обычно происходит делением клетки: из одной клетки образуются две. У нитчатых форм нить может распадаться на отдельные фрагменты, и каждый фрагмент продолжает расти. Некоторые виды образуют акинеты, которые сохраняются в неблагоприятный период и помогают возобновить рост позже. Гетероцисты выполняют другую задачу и связаны не с размножением, а с фиксацией азота.

Во время фотосинтеза цианобактерии создают органические вещества, которые могут служить пищей другим организмам, и выделяют кислород. Поэтому они важны как организмы-производители и участники круговорота веществ. У отдельных видов есть дополнительная возможность — фиксация атмосферного азота. Так они помогают включать азот в соединения, доступные живым организмам; этот процесс не является частью фотосинтеза.

Особенности цианобактерий

Сначала определите тип клетки и наличие фотосинтеза — это помогает узнать основные признаки цианобактерий. Затем сравните форму организации и способы размножения. Последние строки показывают, какие специальные функции и экологическую роль могут иметь эти организмы.

Разбор задач

Задача 1. В образце обнаружены клетки без оформленного ядра, содержащие фотосинтезирующие пигменты. Можно ли отнести организм к цианобактериям? Нужно проверить оба признака: отсутствие оформленного ядра указывает на прокариотическое строение, а пигменты позволяют фотосинтезировать. Одного фотосинтеза недостаточно, чтобы назвать организм растением.

1. Отметим, что ядро не оформлено: клетка относится к прокариотам.
2. Проверим, есть ли пигменты, необходимые для фотосинтеза: по условию они обнаружены.
3. Сопоставим признаки: они соответствуют цианобактериям, хотя окончательное определение организма может требовать дополнительных данных.

Ответ: организм можно отнести к цианобактериям по указанным признакам.

Задача 2. На рисунках показаны одиночные клетки, колония и нить из клеток. Нужно распределить изображения по формам организации и назвать возможный способ размножения нитчатой формы. Сначала важно отличить отдельную клетку от группы клеток, связанных между собой. Затем по цепочке клеток распознаётся нить.

1. Одну самостоятельную клетку относим к одноклеточной форме.
2. Группу клеток, остающихся вместе, называем колониальной формой.
3. Последовательность клеток, образующую цепочку, определяем как нитчатую форму.
4. Для нити называем возможный способ размножения: распад на фрагменты, каждый из которых продолжает рост.

Ответ: формы — одноклеточная, колониальная и нитчатая; нитчатая цианобактерия может размножаться фрагментами нити.

Задача 3. В нитчатом организме найдены клетки, отличающиеся от остальных строением. Нужно определить их возможную функцию и объяснить её значение для экосистемы. Среди специальных клеток цианобактерий гетероцисты связаны с фиксацией атмосферного азота. Поэтому сначала проверим, подходит ли описание к этой функции.

1. Замечаем, что особые клетки находятся в нитчатом организме, где могут встречаться гетероцисты.
2. Связываем их с фиксацией атмосферного азота, а не с фотосинтезом или размножением.
3. Объясняем значение: фиксация переводит азот в соединения, доступные для живых организмов, и помогает его включению в круговорот веществ.

Ответ: это могут быть гетероцисты; их функция помогает включать атмосферный азот в круговорот веществ экосистемы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать цианобактерии водорослями. Так думают из-за их способности к фотосинтезу и сходства с фотосинтезирующими организмами. Но фотосинтез не означает, что клетка имеет ядро и хлоропласты. Проверьте тип клетки: у цианобактерий он прокариотический.

Ошибка: утверждать, что фотосинтез происходит в хлоропластах. Хлоропласты часто связывают с фотосинтезом, поскольку именно в них он происходит у растений. У цианобактерий таких органоидов нет, а пигменты расположены во внутренних мембранных структурах. Чтобы проверить себя, сначала выясните, есть ли у организма хлоропласты.

Ошибка: считать, что все цианобактерии образуют нити или имеют гетероцисты. Нитчатые формы заметны и часто приводятся как пример, но существуют также одиночные и колониальные цианобактерии. Гетероцисты есть только у некоторых видов. Уточняйте, относится ли признак ко всей группе или лишь к её части.

Ошибка: путать фиксацию азота с фотосинтезом. Оба процесса связаны с жизнедеятельностью цианобактерий, поэтому их могут смешивать. Фотосинтез использует свет и сопровождается образованием органических веществ и кислорода, а фиксация связана с использованием атмосферного азота. Проверьте, о каком веществе и процессе говорится в условии.

Связь с другими темами

Перед изучением цианобактерий полезно повторить различия между прокариотической и эукариотической клетками, а также основные признаки бактерий. Это поможет понять, почему фотосинтезирующий организм всё равно относят к бактериям. Сравнение клеточного строения здесь особенно важно.

Связь с темой фотосинтеза объясняет, как цианобактерии используют свет и создают органические вещества. В экосистемах они выступают производителями, то есть организмами, создающими органические вещества из неорганических. Выделяемый ими кислород также важен для жизни на Земле.

Гетероцисты помогают перейти к изучению круговорота азота, а участие цианобактерий в фотосинтезе — к разговору о ранней эволюции жизни. Эти примеры показывают, как деятельность микроорганизмов влияет на состав среды и доступность веществ для других организмов. Поэтому тема связана и с устройством клетки, и с экологией.

Что запомнить

• Цианобактерии относятся к прокариотам.
• У цианобактерий нет оформленного ядра и хлоропластов.
• Они способны к фотосинтезу с выделением кислорода.
• Цианобактерии бывают одиночными, колониальными и нитчатыми.
• Некоторые нитчатые формы размножаются фрагментами.
• Гетероцисты связаны с фиксацией азота, а акинеты помогают пережить неблагоприятные условия.
• Цианобактерии участвуют в образовании органических веществ и круговороте веществ.