Cianobacteria

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Cianobacterias
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Algascianoficeas.jpg
Nombre Científico:'
Reino:Plantae
Subreino:Monera
División:Talofita
Clase:Esquizofícea o Cianofícea.
Subclase:hormogonales, camesifóneas y croococales
Especie:Cyanophyta
Hábitat:Se encuentran en ríos y lagos tropicales. Pueden encontrarse tanto en el agua como en la tierra, pueden vivir también en zonas de altas temperaturas y bajas. Pueden dar lugar a estructuras calcareas e incluso vivir en aguas residuales.

Las cianobacterias son organismos antiguos que se caracterizan por conjugar el proceso de la fotosíntesis oxigénica con una estructura celular típicamente bacteriana. Antiguamente se las conocía, vulgarmente, con el nombre de algas verde-azuladas por el colorido verde y azul.

Son procariotas, sin núcleo verdadero. Autótrofas. Constituidas por elementos idénticos aislados, unicelulares, o en cenobios filamentosos, planos o globulares. Viven en medios húmedos o acuáticos con una gran adaptabilidad. El tamaño oscila desde una micra a varios micrómetros. Es la clase de diferentes especies de Algas Azules.

Son un filo del dominio Bacteria, que comprende las bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica. Son los únicos procariontes que llevan a cabo ese tipo de fotosíntesis, por ello también se les llamó oxifotobacterias (Oxyphotobacteria). Son una división del reino Monera, que comprende las bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica y, en algún sentido, a sus descendientes por endosimbiosis, los plastos.

También se las conocía con el nombre de cianofíceas: algas unicelulares, coloniales o filamentosas, procariotas y autótrofas. Los pigmentos no están contenidos en plastidios definidos. Se reproducen asexualmente. Como reservas nutritivas almacenan glúcidos y prótidos. Las cianofíceas, también llamadas cianófitas o cianobacterias, son un filo de móneras microorganismos procarióticos, puesto que carecen de membrana nuclear. También se llaman cianofíceas o algas verde-azuladas, debido a que poseen sustancias fotosintéticas del tipo de la clorofila y ficocianina, un pigmento de color azulado. Como pueden realizar la fotosíntesis, desprenden oxígeno.

El término griego «cyanobacteria» proviene de κυανός [kyanós] (‘azul’).

  • Dominio: Bacteria
  • Superfilo: Terrabacteria, Cyanobacteria/Melainabacteria
  • Filo: Cyanobacteria (Stanier, 1973)

Características

Cianofíceas.

Las cianobacterias presentan membranas internas llamadas laminillas fotosintetizadoras (lo que las hace autótrofas) dispuestas en un complejo multilaminar homologable a los tilacoides de los cloroplastos y son las responsables de realizar el metabolismo fotosintético ya que poseen toda la maquinaria necesaria para hacerlo (clorofila, pigmentos fotosintéticos accesorios, factores ATP sintetasa y en general todo el complejo enzimático).

Las cianobacterias poseen sólo una forma de clorofila,la clorofila a (lo que se considera que gran importancia en la clasificación filogenética), y todas poseen pigmentos biliprotéicos como las ficobilinas entre las que se encuentra la ficocianina, que participan como pigmentos accesorios en la fotosíntesis y son responsables del color azuloso característico de las mayoría de cianobacterias.

Representan una de las líneas filogenéticas principales del dominio bacteria y al parecer tienen un parentezco lejano con las bacterias Gram positivas.

En cuanto a su pared celular no contiene celulosa pero es muy resistente debido a la presencia de polisacáridos unidos a polipéptidos. Además secretan una sustancia mucilaginosa que les confiere la defensa contra predadores ya que puede ser tóxica. Por otra parte une grupos de células formando filamentos (cianobacterias filamentosas).

En cuanto a su membrana plasmática es importante anotar la presencia de ácidos grasos con dos o más enlaces dobles en la cadena hidrocarbonada a diferencia de los demás procariotes que poseen ácidos grasos saturados.

A su vez las cianobacterias, en especial las especies planctónicas,se caracterizan por poseer vesículas de gas en su citoplasma que son las encargadas de mantener el organismo en flotación para ubicarse en la zona de máxima iluminación.

Clasificación

  • Prochloron
  • Cianofitas: crococales, nostocales

Descubrimiento

Las cianobacterias son algas verde-azuladas.

Cuando se descubrió la distinción entre célula procariota y eucariota se constató que éstas son las únicas "algas" procarióticas, y el término "Cyanobacteria" (se había llamado siempre bacterias a los procariontes conocidos) empezó a ganar preferencia. Los análisis genéticos recientes han venido a situar a las cianobacterias entre las bacterias gramnegativas.

Anatomía y morfología

Las cianobacterias son microorganismos cuyas células miden sólo unos micrómetos (µm) de diámetro, pero son más grandes que la mayoría de las otras bacterias. El citoplasma suele presentar estructuras reconocibles como los carboxisomas (corpúsculos que contienen la enzima ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa RuBisCO, que realiza la fijación el CO2), gránulos de glucógeno, gránulos de cianoficina, gránulos de polifosfato, vesículas gasíferas (llenas de gas) y tilacoides, vesículas aplastadas formadas por invaginación de la membrana plasmática (con la que suelen conservar comunicación o contacto) donde reside el aparato molecular de la fotosíntesis. Con medios más sofisticados se pueden reconocer agregados moleculares como ribosomas, microtúbulos (no homólogos de los eucarióticos).

La envoltura está constituida, como en todas las bacterias gramnegativas, por una membrana plasmática y una membrana externa, situándose entre ambas una pared de mureína (peptidoglucano).

Las cianobacterias más comunes son unicelulares cocoides (esferoidales), a veces agregadas en una cápsula mucilaginosa, o formando filamentos simples. Los filamentos pueden aparecer agregados en haces, envueltos por mucílago, o de una manera que aparenta ramificación. Existen además cianobacterias que forman filamentos con ramificación verdadera. Las cianobacterias contradicen, como las mixobacterias, el prejuicio según el cual los procariontes no son nunca genuinamente pluricelulares.

Entre las células de un filamento hay una comunicación íntima, en forma de microplasmodesmos, y existe además algún grado de especialización de funciones. La diferencia más notable la ofrecen los heterocistes,células especiales que sólo se presentan en un clado de cianobacterias. Los heterocistes aparecen como células más grandes y de pared engrosada intercaladas en los filamentos. Recientemente se ha confirmado que su pared presenta celulosa, el polímero más abundante en las paredes celulares de las plantas. Los heterocistes contienen la maquinaria de fijación del nitrógeno, proceso que es relativamente incompatible con la de la fotosíntesis.

Otro tipo de células especializadas son los acinetos; son células que vuelven más grandes, con una pared más gruesa que las células vegetativas, a veces con pequeñas protuberancias; poseen un citoplasma granuloso debido a la acumulación de gran cantidad de cianoficina como sustancia de reserva. Entre la pared y las capas mucilaginosas segregan una nueva capa fibrosa. Tienen un metabolismo reducido y soportan condiciones de vida desfavorables.

  • Estado Cocal: el más sencillo. En el género Chroococcus. generan esporas.
  • Estado capsal: grupo de células que forman pequeñas colonias. Género Gloeocapsa.
  • Estado cenobial: Un aumento en el nivel de organización. Géneros Merismopedia y Microcystis.
  • Estado trical: Género Lyngbia, ramificado.

Fisiología

Las cianobacterias son en general organismos fotosintetizadores, pero algunas viven heterotróficamente, como descomponedoras, o con un metabolismo mixto. Las cianobacterias comparten con algunas otras bacterias la capacidad de usar N2 atmosférico como fuente de nitrógeno.

Las cianobacterias fueron las primeras en realizar una variante de la fotosíntesis que ha llegado a ser la predominante, y que ha determinado la evolución de la biosfera terrestre. Se trata de la fotosíntesis oxigénica. La fotosíntesis necesita un reductor (una fuente de electrones), que en este caso es el agua (H2O). Al tomar el H del agua se libera oxígeno. La explosión evolutiva y ecológica de las cianobacterias, hace miles de millones de años, dio lugar a la invasión de la atmósfera por este gas, que ahora la caracteriza, sentando las bases para la aparición del metabolismo aerobio y la radiación de los organismos eucariontes.

Las cianobacterias comparten con algunas otras bacterias la habilidad de tomar el N2 del aire, donde es el gas más abundante, y reducirlo a amonio (NH4+), una forma de nitrógeno que todas las células pueden aprovechar. Los autótrofos que no pueden fijar el N2, tienen que tomar nitrato (NO3-), que es una sustancia escasa; este es el caso de las plantas. La enzima que realiza la fijación del nitrógeno es la nitrogenasa, que es inhibida por el oxígeno, con lo cual se hace incompatible con la fotosíntesis y, por tanto, en muchas cianobacterias los dos procesos se separan en el tiempo, realizándose la fotosíntesis durante las horas de luz y la fijación de nitrógeno solamente por la noche.

Algunas especies han solucionado el problema mediante los heterocistes, unas células más grandes y con una pared engrosada con celulosa y que se encargan de la fijación del nitrógeno; en los heterocistes no hay fotosistema II, de modo que no hay desprendimiento de oxígeno y la nitrogenasa puede actuar sin problemas. Algunas cianobacterias son simbiontes de plantas acuáticas, como los helechos del género Azolla, a las que suministran nitrógeno. Dada su abundancia en distintos ambientes, las cianobacterias son importantes para la circulación de nutrientes, incorporando nitrógeno a la cadena alimentaria, en la que participan como productores primarios o como descomponedores.

Hábitats

Los hábitats preferidos por las cianobacterias son los ambientes lénticos (lagos y lagunas), suelos húmedos, troncos muertos y cortezas de árboles. Algunas especies son halófilas y habitan en los océanos, mientras que otras, termófilas se encuentran en los géiseres.

Debido a la antiguedad de los organismos, han colonizado ambientes muy diferentes, son poco exigentes al medio en cambio si lo son para el agua. Pueden encontrarse tanto en el agua como en la tierra, pueden vivir también en zonas de altas temperaturas y bajas. Pueden dar lugar a estructuras calcareas e incluso vivir en aguas residuales.

Importancia ecológica

La importancia ecológica y evolutiva de estos organismos radica en la capacidad de generar oxígeno formado durante el proceso fotosintético, esto confirma que especies ancestrales similares a ellas fueron los primeros organismos fototróficos responsables de generar la atmósfera primitiva en el planeta. Además generan materia orgánica para otros organismos, son de utilidad económica en suelos donde se cultiva arroz, ya que al incorporar el nitrógeno atmosférico en compuestos utilizables por estas plantas, se evita la utilización de fertilizantes, se mejora la calidad del suelo y se incrementa el rendimiento agrícola. Algunas cianobacterias establecen relaciones simbióticas con otros organismos tales como, protozoarios, hongos (líquenes) y algunas plantas. Cabe resaltar un dato interesante: en los líquenes las cianobacterias carecen de pared celular y funcionan como cloroplastos que producen alimentos para el socio simbiótico.

Reproducción

Solo se conoce reproducción asexual, y se puede llevar a cabo de tres formas:

  • Bipartición, división binaria en organismos unicelulares.
  • Fragmentación de filamentos (tricomas, filamentos sin vaina), a partir de células especializadas o modificadas, los fragmentos liberados son los hormogonios, que regeneran al individuo completo, las células especializadas pueden ser de tres tipos.
  • Esporas, reproducción por elementos de resistencia. Las esporas son células que modifican su contenido, se rodean de una cubierta espesa aislante de dos capas, la externa puede presentar ornamentación variada, el contenido es espeso, rico en reservas y desprovisto de pigmentos, durante la germinación la pared se rompe o gelifica.

Reproducción

La reproducción se da por fragmentación de los filamentos dando origen a hormogonios que se separan de los filamentos originales y se mueven deslizándose, además algunas especies forman células especiales con pared exterior engrosada (acinetos) que les permite permanecer latentes cuando las condiciones ambientales son desfavorables (sequía, oscuridad, congelación). Los acinetos se rompen durante la germinación para dar paso a la formación de nuevos filamentos vegetativos.

Reproducción asexual. De forma vegetativa. Pueden aparecer esporas que son fragmentos de la propia célula, o bien exosporas las cuales salen al exterior al romperse la pared. Establecen intercambio de material genético llamados estados de resistencia o aquinetos, cuando las condiciones del medio no son favorables.

Floración

Las cianobacterias colonizan numerosos ecosistemas terrestres y acuáticos. Sin embargo, en ambientes acuáticos es donde especialmente se agregan, dando lugar a formaciones típicas conocidas como floraciones o blooms. Estas proliferaciones en masa ocurren en aguas eutróficas ricas en nutrientes (particularmente fosfatos, nitratos y amoníaco) bajo temperaturas medianamente altas (15 a 30 °C) y donde el pH oscila entre 6 y 9. Con todo, las floraciones cianobacterianas necesitan aguas poco removidas y sin vientos para poder desarrollarse. Dichos blooms, resultan muy antiestéticos e indeseables en aguas de recreo ya que cambian el aspecto del agua y causan turbidez.

Es más, está bien documentado que las cianobacterias, gracias a un metabolismo secundario muy activo, son capaces de sintetizar un gran número de compuestos orgánicos como antibióticos, antivirales, antitumorales, y también otros compuestos nefastos como la geosmina y el 2-metil-isoborneol, que confiere al agua de grifo un sabor execrable. Hay que añadir a todos estos compuestos toxinas responsables de varios episodios conocidos de mortandad de vertebrados (peces, así como ganado y otros animales que beben de las aguas afectadas por el bloom) por ingestión de cianobacterias concentradas en la orilla por la acción del viento.

Movilidad de la cianofitas

No tienen flagelos verdaderos, algunas se mueven ligeramente con la ayuda de unas estructuras de tipo filiforme.

Los géneros Oscillatoria,Nostoc, Anabaena, Spirulina y Rivularia presentan movimiento los filamentos, que se caracteriza por:

  • Es un movimiento por deslizamiento.
  • No hay orgánulos ni estructuras responsables.
  • No aparecen cambios de forma.

El mecanismo aún no se comprende del todo, se plantean dos hipótesis:

  • Debido a la producción de mucílago, ya que en Oscillatoria el moviento está confinado a las especies que producen mucílago.
  • Por contracción rítmica del tricoma.

Métodos de nutrición

  • La mayoría son autótrofas.
    Algas microscrópica cianofitas
  • Algunas son heterótrofas o saprofíticas.
  • Algunas son parásitas, en el tubo digestivo de herbívoros (cobayas) y en batracios anuros.
  • Algunas son heterótrofas pero poseen clorofila y viven en simbiosis

Enfermedades causadas por algas cianofitas

El desarrollo excesivo de estas algas también produce enfermedades en el camarón. Los dinoflagelados constituyen un extenso grupo de protistas (generalmente algas planctónicas) que habitan normalmente en aguas dulces y saladas, pero en determinado momento se produce un crecimiento acelerado de estos microorganismos, conocido como floraciones algales, o marea roja que pueden llegar a dar coloración al agua (desde rojo hasta verdoso). Existen mareas rojas inocuas, mientras que otras pueden causar intoxicaciones que llegan a ser muy severas, en este último caso los microorganismos contienen endotoxinas que causan daño al ser ingeridas por bivalvos filtradores, llegando hasta el hombre por la ingestión.

Las cianofitas más frecuentes son Chroococcus, Microcystis, Gloeocapsa, Merismopedia, Nostoc y Anabaena.

Se asegura que cuando se produce un crecimiento muy elevado de cianofitas en el agua salada que es incluida en los estanques de cultivo de engorde, llevando consigo estas algas, se produce la Enteritis Hemocítica. Las Cianofitas contienen endotoxinas que afectan directamente al intestino del camarón.

Las algas pueden llegar a cubrir la mayoría de la superficie del cuerpo (exoesqueleto), incluyendo los ojos, hacen menos activo al camarón y eventualmente lo conducen a la muerte. Cuando la infestación es generalizada, los animales tienen limitada movilidad, reflejos lentos y en algunos casos ceguera funcional, la que podría ocasionar la muerte de los individuos debido a la depredación por las aves, ya que pueden ser vistos en las áreas superficiales del estanque a la luz del día (Ponce et al., 2005).


Toxicidad

Algunas cianobacterias producen toxinas y pueden envenenar a los animales que habitan el mismo ambiente o beben el agua. Se trata de una gran variedad de géneros y especies; algunas producen toxinas muy específicas y otras producen un espectro más o menos amplio de tóxicos. El fenómeno se hace importante sólo cuando hay una floración (una explosión demográfica), lo que ocurre a veces en aguas dulces o salobres, si las condiciones de temperatura son favorables y abundan los nutrientes, sobre todo el fósforo (eutrofización de las aguas). Los géneros más frecuentemente implicados en floraciones son Microcystis, Anabaena y Aphanizomenon. Los mecanismos fisiológicos de la intoxicación son variados, con venenos tanto citotóxicos (atacantes de las células), como hepatotóxicos (atacantes del hígado) o neurotóxicos (atacantes del sistema nervioso).

Fuentes