I Cianobatteri: tassonomia, morfologia ed ecologia

Cianobatteri: organizzazione cellulare
Organizzazione cellulare dei Cianobatteri

Col termine Cianobatteri (o alghe azzurre) si è soliti indicare un phylum di organismi procariotici (Cyanophyta) che hanno rappresentato un elemento di svolta nella storia della vita sulla terra. Si ritiene infatti che i primi ed unici organismi che abbiano sviluppato l‘apparato fotosintetico per la realizzazione della fotosintesi ossigenica siano appartenuti a questo gruppo.

La loro inclusione, per endosimbiosi, in organismi più complessi, avrebbe dato origine agli organismi fotosintetici eucariotici, da cui si sono sviluppate alghe e piante superiori. I cianobatteri, avendo elaborato la capacità di consumare CO2 e produrre ossigeno, hanno determinato, con la loro comparsa, una enorme modificazione dell’atmosfera terrestre.

Prima della comparsa dei Cianobatteri, infatti, in atmosfera la CO2 era presente in un ordine di grandezza 10¹ºº volte superiore, mentre l‘ossigeno era inferiore di 10⁸ volte. L’enorme immissione di ossigeno in atmosfera, inoltre, ha permesso la formazione dello strato di ozono che, offrendo protezione dai raggi ultravioletti, ha consentito alla vita di poter uscire dall’acqua e conquistare la terraferma.

Struttura cellulare dei Cianobatteri

Cianobatteri dell'ordine chrococcales
Cianobatteri Chrococcales. A destra si noti come le vescicole di gas, nella visione al microscopio, facciano apparire la colonia di colore nero

L’organizzazione cellulare basilare dei cianobatteri è quella degli organismi procariotici: i ribosomi sono del tipo 70S, non sono presenti organelli cellulari, il DNA è reticolare e non presenta istoni. Esternamente alla membrane cellulare è presente una parete pluristratificata simile a quella dei batteri Gram –, con la presenza di almeno uno strato di peptidoglicano. Le cellule dei Cianobatteri filamentosi sono inoltre avvolte in una guaina di mucillagine composta da mucopolisaccaridi e acidi pectici che spessa ricorda la capsula di alcuni batteri

Il citoplasma dei Cianobatteri presenta una tipologia di organizzazione specifica: al centro è possibile individuare il centroplasma e il nucleoplasma dove è localizzato il DNA. La porzione periferica delle cellule invece è detta cromoplasma e ospita i tilacoidi.

I tilacoidi dei cianobatteri sono privi di membrana, contengono clorofilla A , β-carotene, xantofille e ficobiline.

Classificazione morfologica dei Cianobatteri

Dal punto di vista morfologico, i Cianobatteri possono essere suddivisi in categorie, le quali rispecchiano, in parte, la classificazione tassonomica.

Alcune specie di Cianobatteri si presentano come cellule isolate, altre possono aggregarsi secondo due modalità: Cianobatteri coloniali o Cianobatteri filamentosi.

I Cianobatteri coloniali si organizzano in gruppi amorfi e privi di alcuna specializzazione cellulare, in cui le cellule sono tenute insieme da una matrice gelatinosa. In questi agglomerati possono ritrovarsi unite centinaia di cellule di cianobatteri e al proprio interno possono essere intrappolate vescicole di Gas che rendono la colonia nera quando osservata al microscopio

Altri Cianobatteri formano filamenti uniseriati in cui un Tricosoma (ossia la fila di cellule) è rivestito da una guaina di mucillagine. I filamenti dei Cianobatteri possono essere ramificati o meno e possono presentare cellule differenziate con compiti specifici: gli Acineti e le Eterocisti

Gli Acineti si originano da normali cellule vegetative che si ingrossano, inspessiscono la parete e assumono il ruolo di spore di resistenza. Le Eterocisti, invece, sono cellule in grado di effettuare la fissazione dell’azoto, consegnando ai Cianobatteri un ruolo essenziale nell’ecologia di molti ecosistemi

Cianobatteri nostocales
Cianobatterio “Anabaena sp”, ordine Nostocales, con eterocisti

Classificazione tassonomica dei cianobatteri

Una prima distinzione all’interno del phylum Cyanophyta viene realizzata dividendo questi organismi in tre categorie: i “cianobatteri rossi” sono caratterizzati dalla presenza di ficobilisomi ricchi di ficoeritrina; i ficobilisomi dei “cianobatteri verde-azzurri” sono invece ricchi di ficocianina. Un terzo gruppo è formato dalle cosiddette proclorofite, che non hanno ficobilisomi né ficobiline, hanno come pigmento accessorio la clorofilla B e hanno tilacoidi impilati a gruppi di due. La presenza, in queste cellule, di caratteristiche assolutamente sovrapponibili a quelle dei cloroplasti delle alghe verdi, fa supporre che queste siano discendenti proprio di questo gruppo, il cui nome rispecchia il loro ruolo di predecessori delle clorofite.

Tra i Cianobatteri propriamente detti (rossi e verde-azzurri) è possibile distinguere tre principali ordini:

  • All’ordine Chrococcales appartengono le forme unicellulari o coloniali formate da cellule sferiche o ovoidali
  • All’ordine Oscillatoriales apartengono invece quei cianobatteri che sviluppano filamenti uniseriati non ramificati senza cellule specializzate
  • All’ordine Nostocales, infine, appartengono quegli organismi che formano filamenti uniseriati provvisti di Acineti ed Eterocisti

Distribuzione e ruolo ecologico

I Cianobatteri sono organismi ubiquitari, presenti in ogni ambiente della terra e in tutte le acque, sia dolci che salate.

La maggior parte delle specie, comunque, è acquatica e va a formare una parte cosistente del pico-fitoplancton ma anche una componente non trascurabile del fitobenthos. I Cianobatteri sono organismi molto adattabili, in grado di colonizzare gli ambienti estremi sia terrestri che marini. Alcuni gruppi sono in grado di effettuare la chemiosintesi in maniera analoga ai batteri sulfurei; la capacità di fissare l’azoto conferisce ai cianobatteri un ruolo indispensabile, soprattutto in quei sistemi in cui l’azoto inorganico può rappresentare un fattore limitante. In questi contesti, i Cianobatteri non solo riescono a portare avanti la produzione primaria, ma rendono disponibili sali di Azoto prelevando questo elemento dalla sua forma molecolare, quella che costituisce il 70% dell’atmosfera. Così facendo contribuiscono al mantenimento delle condizioni sufficienti alla crescita di altri organismi autotrofi che diversamente non potrebbero sopravvivere.

Per la grande capacità di adattamento e la possibilità di attingere a vie metaboliche uniche, i Cianobatteri sono spesso simbionti di altri organismi: nei tessuti delle piante superiori possono vivere fornendo a queste l’azoto di cui necessitano: in combinazione con funghi unicellulari formano i licheni, organismi in grado di colonizzare ambienti inospitali per qualsiasi altra forma di vita autotrofa.

Immagini:

Kelvinsong, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons

M. Lorenz: 2016-08-18, CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0, via Wikimedia Commons (modificato)

T.Voekler, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons (modificato)

Bdcarl, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons (modificato)

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