"Биология", Сивоглазов В.И., Сапин М.Р., Каменский А.А.
Оксифотобактерии, или цианобактерии, — бактерии, которые используют энергию света для образования органических веществ и при этом выделяют кислород. Они относятся к прокариотам: у их клеток нет оформленного ядра и хлоропластов. Оксифотобактерии бывают одиночными, объединяются в скопления и образуют нити. Некоторые нитчатые формы связывают атмосферный азот. Благодаря фотосинтезу эти бактерии участвуют в круговороте веществ и изменении состава атмосферы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксифотобактерии — группа бактерий, осуществляющих фотосинтез с выделением кислорода. Название указывает на особенность их фотосинтеза: они используют свет и выделяют кислород в окружающую среду. Благодаря этому такие бактерии создают органические вещества и участвуют в круговороте веществ.
Цианобактерии — распространённое название оксифотобактерий, связанное с наличием сине-зелёных пигментов. Их окраска может быть заметна в скоплениях в воде или на влажной поверхности. Это название не означает, что перед нами водоросли: по строению клетки цианобактерии остаются бактериями.
Гетероциста — специализированная клетка нитчатых цианобактерий, участвующая в связывании атмосферного азота. Она отличается от соседних клеток строением и выполняет особую функцию в нити. Благодаря этому некоторые цианобактерии могут получать азот из воздуха и обогащать им среду.
Гормогоний — участок нитчатой колонии, отделяющийся и дающий начало новой колонии. Отделившаяся нить или её часть может расселяться и продолжать рост в подходящих условиях. Так цианобактерии распространяются, не образуя специальных спор.
Оксифотобактерии относят к прокариотам, потому что их наследственный материал не заключён в ядро с оболочкой. Он находится в цитоплазме, где расположены и другие клеточные компоненты. Мембранных органоидов, характерных для эукариотических клеток, у них тоже нет, поэтому цианобактерии не являются растениями или водорослями.
Клетка оксифотобактерии окружена клеточной стенкой, которая помогает сохранять форму и защищает её. Снаружи у многих видов есть слизистая оболочка: она удерживает влагу и может помогать клеткам скрепляться в колонии. В цитоплазме находятся рибосомы, на которых образуются белки, и мембранные структуры с фотосинтетическими пигментами.
Фотосинтез возможен благодаря пигментам, которые улавливают энергию света. Она используется для образования органических веществ из неорганических, поэтому фотосинтезирующие клетки сами создают часть необходимого им питания. При этом процессе выделяется кислород; он не образуется в хлоропластах, потому что у цианобактерий таких органоидов нет.
Оксифотобактерии могут жить поодиночке, собираться в скопления или образовывать длинные нити. В нитчатой колонии клетки располагаются последовательно, а у некоторых видов отдельные клетки выполняют разные функции. Например, гетероцисты участвуют в связывании азота, поэтому колония может эффективнее использовать доступные ресурсы.
Новые клетки появляются преимущественно при делении клетки, а колонии могут распадаться на части. У нитчатых форм отделяются гормогонии — участки нити, способные начать новую колонию. Споры и половой процесс для оксифотобактерий не характерны, поэтому деление и отделение фрагментов служат основными способами размножения и расселения.
| Признак | Одиночные формы | Колониальные формы | Нитчатые формы |
|---|---|---|---|
| Внешний вид | Отдельные клетки | Скопления клеток, иногда в общей слизистой оболочке | Цепочки клеток, образующие нити |
| Способ существования | Живут независимо друг от друга | Клетки находятся рядом и образуют объединение | Клетки соединены в одну или несколько нитей |
| Особенности клеточного строения | Каждая клетка выполняет основные функции самостоятельно | Клетки могут быть сходными по строению | У некоторых видов есть клетки с особыми функциями, например гетероцисты |
| Размножение | Деление клетки | Деление клеток и распад скопления | Деление клеток и отделение гормогониев |
| Способ питания | Фотосинтез с использованием энергии света | Фотосинтез с использованием энергии света | Фотосинтез; у некоторых форм отдельные клетки связывают азот |
| Примеры местообитаний | Вода, влажная почва | Водоёмы, влажные поверхности | Вода, влажная почва и другие увлажнённые места |
Сначала определите форму организма по внешнему виду: отдельная клетка, скопление или нить. Затем сравните особенности строения и способы размножения в соответствующем столбце. Таблица показывает общие варианты, но у разных видов отдельные признаки могут различаться.
Задача 1. Одноклеточный прокариот имеет фотосинтетические пигменты, выделяет кислород и образует сине-зелёные скопления в воде. Нужно определить организм и отличить его от водорослей и других бактерий. Для этого сопоставим признаки из условия с особенностями разных групп.
Ответ: это оксифотобактерия, или цианобактерия. Ключевое отличие от зелёной водоросли — прокариотическое строение клетки, а не способность к фотосинтезу. Другие бактерии не подходят, если они не имеют описанного кислородного фотосинтеза.
Задача 2. Нужно объяснить, почему появление оксифотобактерий повлияло на состав атмосферы Земли. Из условия важно не просто упоминание древних бактерий, а их способность к фотосинтезу с выделением кислорода. Проследим, как продукт клеточного процесса может изменить окружающую среду.
Ответ: оксифотобактерии постепенно пополняли окружающую среду кислородом, поэтому их фотосинтез мог изменить состав атмосферы. Это не означало мгновенного изменения: накопление происходило в течение длительного времени. Кислородный фотосинтез также связан с круговоротом углерода и образованием органического вещества.
Задача 3. В нитчатой колонии часть клеток превращается в гетероцисты. Нужно определить роль этих клеток и объяснить значение процесса для экосистемы. Условие подсказывает, что клетки неодинаковы и выполняют разные функции. Свяжем это с азотом, необходимым живым организмам.
Ответ: гетероцисты помогают нитчатой цианобактерии связывать азот из атмосферы. Это важно для экосистемы, потому что азот входит в состав веществ живых организмов, а его соединения могут обогащать почву или воду. Следовательно, такие цианобактерии участвуют в круговороте азота.
Ошибка — называть оксифотобактерии растениями или водорослями только потому, что они фотосинтезируют. Так ошибаются, если считают способ питания главным признаком группы. Проверьте строение клетки: у цианобактерий нет оформленного ядра, поэтому это прокариоты, а не растения или водоросли.
Ошибка — считать, что фотосинтез обязательно происходит в хлоропластах. Такое представление связано с тем, что фотосинтез растений происходит именно там. У оксифотобактерий хлоропластов нет, а пигменты находятся во внутренних мембранных структурах клетки; это помогает проверить себя.
Ошибка — смешивать размножение с образованием колонии. Колония — объединение клеток, а не отдельный способ размножения: клетки могут делиться, и их число увеличивается. Чтобы не путать понятия, спросите себя, что именно произошло: появилась новая клетка или несколько клеток просто оказались вместе.
Ошибка — утверждать, что все клетки нитчатой колонии одинаковы. Это обобщение возникает при знакомстве с простыми нитями, где клетки внешне похожи. У некоторых видов есть гетероцисты с особой функцией; значит, перед выводом нужно учитывать специализированные клетки.
Для понимания темы нужно знать признаки прокариотической клетки и отличия бактерий от эукариот. Также пригодится представление о фотосинтезе: он позволяет использовать энергию света для образования органических веществ. Эти знания помогают понять, почему фотосинтезирующая бактерия всё равно не становится растением.
Тема связана с круговоротами кислорода и углерода, а также с образованием органического вещества. Выделение кислорода оксифотобактериями влияет на окружающую среду. Поэтому изучение этих организмов помогает объяснить развитие жизни и изменения атмосферы Земли.
Связь гетероцист с фиксацией азота важна при изучении плодородия почв и круговорота азота. Оксифотобактерии также входят в состав экосистем, поэтому их роль пригодится при изучении микроорганизмов и отношений между живыми организмами и средой.
Почему оксифотобактерии не относят к растениям, если они фотосинтезируют?
Фотосинтезируют не только растения: это умеют и некоторые бактерии. Оксифотобактерии — прокариоты, у них нет оформленного ядра и мембранных органоидов, в том числе хлоропластов.
Где в клетке оксифотобактерии происходит фотосинтез?
Фотосинтетические пигменты находятся во внутренних мембранных структурах клетки. Там энергия света используется для образования органических веществ, а в окружающую среду выделяется кислород.
Чем цианобактерии отличаются от зелёных водорослей?
Цианобактерии — прокариоты, а зелёные водоросли относятся к эукариотам и имеют оформленное ядро. У водорослей фотосинтез идёт в хлоропластах, у цианобактерий хлоропластов нет.
Зачем нитчатым цианобактериям нужны гетероцисты?
Гетероцисты — специализированные клетки, в которых некоторые нитчатые цианобактерии связывают атмосферный азот. Полученные соединения азота могут использоваться организмом и обогащать ими окружающую среду.
Какую пользу и какой вред могут приносить оксифотобактерии?
Они выделяют кислород, создают органические вещества и участвуют в круговороте азота. При массовом размножении цианобактерий вода может менять цвет и качество, а некоторые виды способны выделять вредные вещества.
Подцарство Оксифотобактерии
