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Cyanobacteria

Las cianobacterias (Cyanobacteria, gr. κυανός kyanós, "azul"), es 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 llama oxifotobacterias (Oxyphotobacteria).[4]

 
Cianobacterias
Rango temporal: 2500–0Ma Sidérico - Holoceno[1]

Cianobacteria filamentosa del género Lyngbya sp., recolectada en Baja California, México.
Taxonomía
Dominio: Bacteria
Superfilo: Terrabacteria
Cyanobacteria/Melainabacteria
Filo: Cyanobacteria
Stanier 1973
Clases y órdenes[2][3]

La taxonomía de las cianobacterias está actualmente en revisión y dista mucho de ser definitiva. Ver [1]

Las cianobacterias fueron designadas durante mucho tiempo como algas cianófitas (Cyanophyta, literalmente "plantas azules") o cianofíceas (Cyanophyceae, literalmente "algas azules"),[5]​ castellanizándose a menudo como algas verde-azuladas o azul verdosas. Cuando se descubrió la distinción entre célula procariota y eucariota se constató que éstas eran las únicas "algas" procariotas, y el término "Cyanobacteria" (se había llamado siempre bacterias a los procariontes conocidos) empezó a ganar preferencia. Los análisis morfológicos y genéticos recientes han venido a situar a las cianobacterias entre las bacterias gramnegativas,[6]​ y lo son también, en algún sentido, sus descendientes que por endosimbiosis dieron lugar a los plastos.

Anatomía

 
Morfología de una cianobacteria ideal
a.- Membrana externa; b.- Capa de peptidoglucano; c.- Membrana plasmática; d.- Citosol; e.- Gránulo de cianoficina; f.- Ribosoma; g.- Gránulo de glucógeno; h.- Cuerpo lipídico; i.- Carboxisoma; j.- Ficobilisoma. k.- Gránulo polifosfato; l.- Vacuola gasífera; m.- Tilacoide; n.- ADN.

Las cianobacterias han sido conocidas también por los nombres de algas verdeazules, verde-azuladas o cloroxibacterias, debido tanto a la presencia de pigmentos clorofílicos que le confieren ese tono característico, como a su similitud con la morfología y el funcionamiento de las algas. Son microorganismos cuyas células miden sólo unos micrómetros (µm) de diámetro, pero su longitud es muy superior a la de la mayoría de las otras bacterias.

Carboxisomas

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. por medio del mecanismo de concentración de carbono que usa la energía producida previamente por la fotosíntesis.

Gránulos de almacenamiento

En el citoplasma se encuentran cuerpos lipídicos, gránulos de glucógeno, gránulos de cianoficina, gránulos de polifosfato, que se usan para almacenar energía en forma de carbohidratos y después ser consumidos mediante la respiración celular.

Vesículas de gas

Algunas cianobacterias presentan vesículas gasíferas (llenas de gas) que usan para cambiar su flotabilidad según requieran migrar a zonas de mayor o menor luz. Este comportamiento es típico de cianobacterias que forman parte de la columna de agua.

Tilacoides

Los tilacoides se encuentran postrados en la membrana tilacoidal, formadas por invaginación de la membrana plasmática (con la que suelen conservar comunicación o contacto) y es donde reside el aparato molecular de la fotosíntesis llamado ficobilosoma (un conjunto de proteínas que sirven principalmente como antenas recolectoras de luz)

Todas las cianobacterias presentan membrana tilacoidal a excepción de Gloeobacter sp., debido a que es una cianobacteria ancestral, sus tilacoides se encuentran de manera segregada en el citoplasma.

 
Ficobilosoma de una cianobacteria, se muestra las ficobiloproteinas asociadas y la longitud de onda a la que absorben.

Ribosomas

Con medios más sofisticados se pueden reconocer estructuras bacterianas como ribosomas (no homólogos de los eucarióticos).

Pronúcleo

El ADN de las cianobacterias se encuentra condensado y compactado en un pronúcleo.

Membrana o pared

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).

Vaina de mucílago

Las cianobacterias más comunes son unicelulares cocoides (esferoidales), a veces agregadas en una vaina mucilaginosa, o formando filamentos simples o tricomas. Los filamentos pueden aparecer agregados envueltos por mucílago, o de una manera que aparenta ramificación (ramas falsas). Existen además cianobacterias que forman filamentos con ramificación verdadera. El mucilago también tiene excreciones de sustancias poliméricas extracelulares o EPS (por sus siglas en inglés), lo que le confiere a la cianobacteria capacidad de adhesión al substrato, protección contra UV, atrapamiento de detritos y exclusión competitiva de otros microorganismos.

Clorofilas y foto pigmentos

La producción de clorofilas y foto pigmentos en cianobacterias varían en dominancia y proporción, pero generalmente incluyen Clorofila a, ficocianina, aloficocianina, ficoeritrina, carotenoides, scytonemina clorofila d y clorofila f. Como resultado, su color celular puede variar del rojo al verde, del cian al azul, así como marrón y esencialmente negro. Tal variación puede estar influenciada por la luz disponible en cualquier microhábitat particular, por lo que las cianobacterias tienen plasticidad y adaptación cromática.

El espectro electromagnético absorbible de clorofilas y foto pigmentos de cianobacterias en sumatoria va desde los 420 a 700 nm aunque se han descrito ejemplos de clorofila f en algunas cyanobacterias como Acaryochlorys marina que es capaz de absorber en infrarrojo hasta los 750 nm

Fisiología y células especializadas

Las cianobacterias contradicen, como las mixobacterias, el prejuicio según el cual los procariontes no son nunca genuinamente pluricelulares. Son uno de los procariontes más complejos presentando especialización de células y multicelularidad.

Heterocistos

 
Células especializadas de las cianobacterias, se consideran de los procariontes más complejos, debido a la diferenciación y especialización de alguna de sus células.

Son células especializadas en la fijación de nitrógeno. 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 heterocistos, células especiales que sólo se presentan en un clado de cianobacterias. Los heterocistos 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 heterocistos contienen la maquinaria de fijación del nitrógeno, proceso que es incompatible con la fotosíntesis, ya que el oxígeno inhibe a la nitrogenasa.

Acinetos

Los acinetos; son células de reserva que se 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.[7]

Beocitos

Son células donde se lleva a cabo la fisión múltiple, un tipo de reproducción asexual. También son conocidos como exocitos o nanocitos

Necridios

Son células que se sacrifican haciendo un tipo de pseudo-apoptosis, para que un tricoma de cianobacteria pueda dividirse y seguir creciendo en otra dirección, estos pueden formar ramas falsas cuando no se rompe por completo el mucilago, o formar hormogonios cuando las ceulas resultantes se separan por completo del tricoma.

Hormogonios

Son filamentos cortos móviles con fototaxis de células formadas durante la reproducción asexual en la partición del tricoma (fila de ceulas) de cianobacterias del orden Oscillatoriales y Nostocales,

Calcicito

Son células que almacenan calcio para su desecho, ya que algunas especies endolíticas pueden eliminar el calcio de sustratos calcáreos para perforar y enterrarse en el sedimento.[8]

Metabolismos

 
Anabaena flosaquae (Nostocales), una cianobacteria filamentosa.

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

Fotosíntesis oxigénica

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, presentes desde hace al menos 2700 millones de años,[9]​ dio lugar a la acumulación de oxígeno en la atmósfera, donde alcanzó concentraciones similares a las actuales hace unos 2470 millones de años,[10]​ sentando las bases para la aparición del metabolismo aerobio y la radiación de los organismos eucariontes.

Fotosíntesis anoxigénica

Algunas cianobacterias aun son capaces de realizar fotosíntesis anoxigénica (puesto que sus antecesores evolutivos realizaban este metabolismo) en presencia de ácido sulfhídrico (H2S) liberando azufre molecular S2 en el proceso, también pueden usar arsénico (As III) o hidrógeno (H+) como donador de electrones. Se ha reportado a Pseudanabaena, Aphanothece y a Oscillatoria limnetica con esta capacidad a la vez que también llevan a cabo fotosíntesis oxigénica dependiendo de los compuestos disponibles podrán realizar una u otra fotosíntesis, los mecanismos de alternenancia de metabolismo aún no están descritos a nivel molecular. [11]

Fijación de carbono

Debido a que son organismos acuáticos, las cianobacterias emplean "mecanismos de concentración de carbono" para incroporar el carbono inorgánico (CO2 o bicarbonato) disuelto en medio acuoso. Entre las estrategias más específicas está la prevalencia generalizada de microcompartimentos bacterianos conocidos como carboxisomas. Estas estructuras icosaédricas están compuestas de proteínas que se ensamblan en estructuras parecidas a jaulas. Se sabe que estas estructuras fuerzan en su interior la unión de la enzima RuBisCO con CO2, así como la enzima anhidrasa carbónica, ya que los carboxisomas utilizan transportadores membranales para elevar las concentraciones locales internas de CO2 y así aumentar la eficiencia de la enzima RuBisCO.

Fijación de nitrógeno

 
Chroococcus turgidis se clasifica dentro del orden Chroococcales, es una cianobacteria indicadora de ambientes acuáticos oligotróficos.

Las cianobacterias comparten con distintas 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.[12]

Algunas cianobacterias son simbiontes de plantas acuáticas, como los helechos del género Azolla, a las que suministran nitrógeno. Esto es fácilmente apreciable en cultivos de arroz ubicados en China y Vietnam, en los que en 1988 se notó un incremento del 5 % en la producción del cereal antes mencionado debido principalmente a la mejora de la calidad del nitrógeno fijado y a que las cianobacterias funcionan como reguladores ecológicos, por lo que adquieren funciones de herbicidas y plaguicidas.[13]​ 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

Fermentación

Algunas cianobacterias son mixótrofas, es decir pueden ser tanto autótrofas (obtener energía de la luz) como heterótrofas (obtener energía de materia orgánica). Se ha documentado que especies como Synechococcus pueden hacer fermentación en la noche para obtener energía, entre los genes de fermentación de Synechococcus se encuentran pflB, pflA, adhE, and acs.[14]

Respiración

La respiración en las cianobacterias puede ocurrir en la membrana tilacoide donde también se lleva la fotosíntesis. Si bien el objetivo de la fotosíntesis es almacenar energía y la construcción de carbohidratos a partir de CO2, en la respiración pasa lo contrario, la energía obtenida previamente se se usa para romper los carbohidratos y obtener más energía liberando CO2.

Las cianobacterias parecen separar estos dos procesos con su membrana plasmática que contiene solo componentes de la cadena respiratoria, mientras que la membrana tilacoide alberga una cadena de transporte de electrones respiratoria y fotosintética interconectada. Las cianobacterias usan electrones de la succinato deshidrogenasa en lugar de NADPH para la respiración.[15]

Las cianobacterias solo respiran durante la noche (o en la oscuridad) porque las instalaciones utilizadas para el transporte de electrones se usan en reversa para la fotosíntesis mientras están a la luz.

Metanogénesis

El paradigma de que la metanogénesis biogénica, considerada un proceso estrictamente anaerobio, es exclusiva de arqueas cambió en 2020. Un trabajo demostró que las cianobacterias que viven en ambientes marinos, de agua dulce y terrestres producen metano a tasas sustanciales en condiciones de luz, oscuridad, oxígeno y anoxigenia, vinculando la producción de metano con la productividad primaria. La producción de metano, atribuida a las cianobacterias mediante técnicas de etiquetado de isótopos estables, mejora durante la fotosíntesis oxigénica. La formación de metano por las cianobacterias contribuye a la acumulación de metano en aguas superficiales marinas y zonas saturadas de oxígeno. En estos entornos se predice que las floraciones de cianobacterias aumentarán aún más debido a que el calentamiento global puede tener una retroalimentación positiva. Las cianobacterias probablemente han estado produciendo metano desde que evolucionaron por primera vez en la Tierra.[16]

Reducción Asimilatoria de Sulfato

Las cianobacterias pueden reducir sulfato para incorporarlo en la síntesis de proteínas y coenzimas para la síntesis de sulfolipidos que se usa en las membranas fotosintéticas en la fotosíntesis anoxigénica.[17]

Reproducción

 
Cianobacterias del orden Pleurocpasales presentan estructuras llamadas beocitos, producto de la fision múltiple donde una célula madre se divide repentinamente en varias células hijas.

Las cianobacterias al ser bacterias solo tienen reproducción asexual, sin embargo, algunas cianobacterias tienen mecanismos de reproducción únicos dentro de las bacterias, presentando células especializadas para esta función.

Fisión binaria

La fisión binaria es cuando una célula madre crece y entonces se divide a la mitad dando lugar a dos células hijas, es el tipo de reproducción más común dentro del orden Synechococcales pudiendo ser de manera bipolar o apolar.

Fisión múltiple

La fisión múltiple es cuando una célula madre se divide en fragmentos irregulares llamados beocitos. La división puede darse de manera instantánea o secuencial y se diferencia de la fisión binaria ya que la célula madre no tiene un crecimiento o incremento de volumen previo. Este tipo de reporoduccion solo se presenta en cianobacterias del orden Pleurocapsales. Se cree que este tipo de división es una adaptación a ambientes hipersalinos ya que la célula madre protege a las células pequeñas de una ruptura por equilibrio osmótico.

Gemación

La gemación es cuando una célula madre se fragmenta secuencialmente por los extremos dando lugar a los nanocitos o exocitos que después se liberan, este tipo de reproducción solo se ha observado en Chamaesiphon.

Fragmentación

Cuando el tricoma de un filamento se quiebra en dos, esto es posible gracias a una célula que se sacrifica llamada necridio, entonces los extremos pueden separarse formando dos filamentos o bien, pueden quedarse unidos dentro del mismo mucilago formando una rama falsa. Se cree que esta reproducción es una adaptación que confiere a las células hijas una protección parental ya que los nuevos tricomas pueden permanecer unidos a las células madre y evitar depredacion.

Evolución

 
Evolución de las cianobacterias.[18]

Los ancestros de las cianobacterias posiblemente se originaron hace 3500 millones de años, aunque hay evidencia de que pudieron haber surgido hace 3700 millones de años.[19]

Su origen y su capacidad de evolucionar la fotosíntesis oxigénica, significó un cambio eminentemente en los ciclos biogeoquímicos de la tierra, ya que cambiaron la atmósfera de un estado reducido a un estado oxidado.

Una hipótesis sugiere que las cianobacterias pudieron evolucionar de un ancestro en común, de una protocianobacteria del grupo Melainabacteria, que son bacterias no fotosintéticas. Las cianobacterias también pudieron divergir cuando las protocianobacterias del grupo Sericytochromatia tuvieron la capacidad de hacer algún tipo de fotosíntesis.[20][21]

 
Microbialitos vivos en Highbourne Cay (Bahamas). Los microbialitos fueron una de las primeras comunidades microbianas en albergar cianobacterias.

Otra hipótesis propone que el ancestro de la cianobacteria debió ser una bacteria fotosintética anoxigénica parecida a una bacteria púrpura del azufre, que posteriormente incorporó un genoma parecido al de las bacteria verdes sin azufre, ya que las cianobacterias poseen fotosistemas análogos al de estas dos bacterias, incluso algunas cianobacterias aún conservan la capacidad de realizar fotosíntesis anoxigénica y pueden usar como donador de electrones hidrógeno (H+) o ácido sulfhídrico (H2S).[22][23]

La capacidad de usar el agua (H2O) como donador de electrones en la fotosíntesis involucra acoplar dos fotosistemas, y es un proceso bioquímico muy costoso, debido la fuerza con la que el hidrógeno se enlaza al oxígeno. Sin embargo, al desprenderse estas moléculas, se libera una cantidad de energía 10 veces mayor al de la fotosíntesis anoxigénica, lo que se traduce en una obtención de energía más rápida. El desecho de este proceso es el oxígeno, que es muy tóxico para la mayoría de las bacterias. Sin embargo, las cianobacterias pudieron hacerse resistentes a su propio desecho.[24]​ La evolución de la fotosíntesis oxigénica marco un hito en la historia evolutiva de la tierra, siendo las cianobacterias los únicos organismos que han podido generar la fotosíntesis oxigénica a partir de cero. La cuestión de cuándo evolucionó la fotosíntesis oxigénica exactamente sigue siendo motivo de debate e investigación, aunque se tiene evidencias de que evolucionó mucho antes del gran evento de oxidación (2450-2320 millones de años atrás) coincidiendo con la evidencia geoquímica y molecular.[25]

 
Formación fósil de Oncolitos y Estromatolitos de Vendían, Bolivia en el museo de ciencia natural de Houston.

Las cianobacterias tuvieron un papel clave en la acumulación paulatina de oxígeno en la atmósfera terrestre, como resultado hubo un cambio trascendental en las condiciones ecológicas para la vida en la Tierra y es posible que hayan causado una de las primeras extinciones masivas del mundo microbiano, al cambiar tan dramáticamente el medio también se propone que este cambio de condiciones atmosféricas favoreció que la tierra se cubriera completamente en nieve, dando origen a una glaciación global al menos dos veces.[26]​ Esto a la vez permitió que surgieran otras formas de vida más complejas como los primeros organismos eucariontes, que empezaban a usar oxígeno de manera heterótrofa.[27]

Las cianobacterias fueron los principales productores primarios de la biosfera durante al menos 1500 millones de años, y lo siguen siendo en los océanos, aunque desde hace 300 millones de años han cobrado importancia distintos grupos de algas eucarióticas (las diatomeas, los dinoflagelados y los haptófitos o cocolitofóridos). Es importante remarcar que la novedad evolutiva de realizar fotosíntesis oxigénica no ha podido ser desarrollada por ningún otro organismo fotosintético, en cambio esta capacidad ha pasado a los diferentes organismos por simbiosis, como es el caso de los cloroplastos de las algas y las plantas. Los cloroplastos son en realidad cianobacterias simbiontes con organismos eucariontes.[28]

Se tienen claras evidencias que hace unos 2000 millones existía ya una biota diversa de cianobacterias, que fueron los principales productores primarios durante el eón Proterozoico (2500-543 millones de años atrás), en parte porque la estructura redox de los océanos favoreció a los fotoautótrofos y la fijación del nitrógeno. Al final del Proterozoico, se les unieron las algas verdes, pero no fue hasta el Mesozoico (251-65 millones de años) que la radiación de los dinoflagelados, cocolitoforales y diatomeas restaron parte del protagonismo a las cianobacterias. Las cianobacterias adquirieron la capacidad de fijar nitrógeno del aire para convertirlo en amonio aproximadamente hace 2500 millones de años.[29]

En la actualidad, las cianobacterias son claves en los ecosistemas acuáticos como productores primarios y como agentes fijadores de nitrógeno.[30]

Adaptaciones en cianobacterias

Los trabajos sobre adaptación en cianobacterias se han centrado en estudiar la protección a la radiación solar y UV mediante la producción de pigmentos como micoesporinas y scitonemina, también se ha evaluado su adaptación a resistir el forrajeo mediante la producción de cianotoxinas, su adaptación para la alelopatía y la señalización química para competir con otros organismos heterótrofos y fotótrofos en la obtención de alimento, sin embargo muy pocos trabajos han hablado sobre su adaptación para la facilitación y mutualismo con otras especies para el ensamble de comunidades y construcción de nichos.

Los estudios genéticos más recientes han encontrado que los genomas de cianobacterias han integrado en los últimos miles de años, genes (la mayoría sin caracterizar) de resistencia a condiciones ambientales hostiles y han ganado una gran cantidad de plásmidos y secuencias relacionadas con la resistencia a virus.

Se han encontrado un core genómico cianobacteriano formado por 323 genes, donde la tasa de mutación es baja, debido a que son genes que sintetizan proteínas del aparato fotosintético y ribosómico. Sin embargo, los estudios genómicos y de fisiología celular se han realizado apenas sobre el 0.01% de los géneros de cianobacterias descritos, lo que deja una laguna en la base de datos de anotación funcional para estudios de genómica comparativa. La llamada materia oscura cianobacteriana representa el 23% de los genomas anotados.

Estudios ecogenómicos han encontrado que las cianobacterias de ambientes marinos han adaptado sus genomas a ser más pequeños, mientras que las cianobacterias de agua dulce tienen genomas medianos, siendo las cianobacterias terrestres las que contienen los genomas más grandes. Esto es debido a que en ambientes marinos hay pocos disturbios y cambios ambientales, donde su nicho lumínico se distribuye por miles de kilómetros, mientras que los sistemas de agua dulce las cianobacterias tienen mayores restricciones geográficas y cambios leves como los ciclos de mezcla y estratificación de lagos. Por otra parte, las cianobacterias terrestres están expuestas a grandes cantidades de estrés ambiental y disturbios, esto ha generado que integren más secuencias por transferencia horizontal de genes (THG) y tengan un repertorio de genes accesorios más amplio. Este reciente descubrimiento, es consistente con teorías ecológicas, ya que las cianobacterias con genomas más grandes ocupan espacios ecológicos más complejos, donde existe más interacciones de mutualismo y construcción de nicho mientras que las cianobacterias con genomas pequeños ocupan espacios ecológicos más simples donde existe más interacciones de inhibición competitiva.

Evolución de clorofilas

La evolución de las clorofilas y bacterioclorofilas es un tema que sigue en discusión por la complejidad de eventos simbiogeneticos y de transferencia horizontal de genes involucrados. En general las cianobacterias se distinguen de otros organismos fotosintéticos por presentar mayor producción de ficoeritrina y ficocianina, su nicho lumínico esta separado de las bacterias verdes y púrpuras del azufre ya que que usan otras bacterioclorofilas y foto pigmentos.

Algunas cianobacterias tienen, como las algas verdes y las plantas, clorofila b, a la vez que carecen de ficobilinas. Su color es el verde típico de las plantas. Algunos supusieron, con buenos motivos, que éstas son las cianobacterias de las que derivarían los plastos verdes de plantas y algas verdes, por lo que fueron llamadas Prochlorophyta. Los análisis genéticos no han confirmado esta hipótesis. Los tres géneros conocidos, Prochloron (simbionte de tunicados), Prochlorococcus (unicelular de vida libre), y Prochlorothrix (filamentosa de vida libre) no guardan entre sí un parentesco estrecho; ello demuestra que, de alguna forma, la condición «verde» se adquiere fácilmente y ha aparecido independientemente en las tres líneas y en la de los plastos. El aparato fotosintético «verde» es favorecido por un ambiente luminoso y rico en oxígeno. Lo último fue producido precisamente por la expansión de cianobacterias y plastos y lo segundo se requiere (por intermedio de la ozonosfera) para hacer habitables los ambientes luminosos, protegidos así de la radiación ultravioleta. No es extraño que, una vez generadas tales condiciones, se haya producido una evolución convergente repetida.[cita requerida].

Origen de los plastos

 
Filogenia de los plastos que se originaron a partir de una cianobaceria ancestral.

Los plastos o cloroplastos son orgánulos que se encuentran en el citoplasma de las células de las plantas y de las algas. Su función inicial es la de permitir la transformación de energía lumínica en energía química (fotosíntesis). Ya a finales del siglo XIX se postuló su origen como células independientes adquiridas por una forma de simbiosis. Se propuso que los cloroplastos podrían haberse originado a partir de Prochlorales, debido a sus semejanzas. Investigaciones realizadas en los 80 consideraron que derivan de cianobacterias próximas a Synechococcus, que contiene clorofila a y ficobiliproteínas al igual que los cloroplastos de las algas rojas. Análisis genéticos (proteína RuBisCO y ARN 16S) se inclinan por una relación con Chroococcales,[31]​ mientras que análisis a nivel de proteínas plastidiales encontró que los plastos resultarían ser un clado hermano de la cianobacteria de agua dulce Gloeomargarita.[32]

La captura de una cianobacteria que condujo a los plastos ocurrió una sola vez, hace aproximadamente 1400 millones de años en un ancestro del clado llamado Primoplantae, posiblemente la cianobacterias que originó el plástido original ancestral fue hermana directa Gloeomargarita lithophora teniendo relación con la rama basal de los Synechococcus,[33]​ originando la estirpe que conduce a las algas rojas (Rhodophyta) y las algas verdes (Chlorophyta), pero luego en la evolución plastidial se han producido fenómenos de simbiosis secundaria que han originado la gran diversidad actual de los plastos. Hay un grupo de algas eucariotas, los glaucocistófitos (Glaucocystophyta), cuyos plastos conservan el máximo parecido con una cianobacteria de vida libre, incluida la pared de mureína entre las dos membranas de la envoltura. Las algas rojas tienen en su aparato fotosintético la misma clase de pigmentos auxiliares, las ficobilinas, que caracterizan a las cianobacterias.

Clasificación y sistemática

Como ya se ha comentado, las cianobacterias son un grupo muy heterogéneo, y su clasificación responde más a criterios didácticos que sistemáticos.

Filogenia

La filogenia de las cianobacterias aún no está consensuada, los estudios filogenéticos coinciden en que Gloeobacter tiene la posición basal más temprana,[30]​ pero los demás grupos han dado diversos resultados. Una versión sobre las relaciones filogenéticas sobre la base de secuencias moleculares (2008) es la siguiente[34]​ (los grupos en comillas figuran como parafiléticos):

Cyanobacteria 

 Gloeobacter

 

 Synechococcales (inc. Prochlorales)

 
simbiogénesis

 cloroplastos

 Chroococcales (inc. Pleurocapsales)

 

 "Oscillatoriales"

 

 "Nostocales"

 

 Stigonematales

Otro estudio filogenético (2010) da el siguiente resultadoː[31]

Cyanobacteria 

 Gloeobacter

 

 "Oscillatoriales"

con heterocistos

 "Nostocales"

 

 Stigonematales

 unicelulares

 cloroplastos

 "Chroococcales"

 Pleurocapsales

Un estudio más reciente (2014) propone otra taxonomía, absorbe las Stigonematales dentro de las Nostocales[35]​ː

Cyanobacteria 

 Gloeobacterales

 

 "Synechococcales"

 

 "Oscillatoriales"

 Spirulinales

 Chroococcales

 Pleurocapsales

 Chroococcidiopsidales

 Nostocales

Taxonomía

La taxonomía de las cianobacterias está regida por dos códigos, el Código Internacional de Nomenclatura de Bacterias y el Código Internacional de Nomenclatura Botánica; esta duplicidad de nomenclatura causa una gran confusión.[36]​ Se estima que existen alrededor de 5000 a 6280 especies.[37]

La taxonomía de las cianobacterias está actualmente en revisión. La clasificación que sigue, con nomenclatura botánica, es la propuesta por Cavalier-Smith en 2002:[38]

Reino Bacteria

Ecología

Las cianobacterias son el grupo fotosintético de bacterias más exitoso en la tierra. Tienen un papel evidente como moldeadores/productores primarios en la mayoría de los ecosistemas acuáticos y terrestres, contribuyen de manera importante en los ciclos globales de carbono, oxígeno y nitrógeno en toda la hidrosfera y suelo.

Hábitat y Nicho

Las cianobacterias se consideran cosmopolitas, se han adaptado a casi todos los hábitats acuáticos y muchos hábitats terrestres, se encuentran principalmente en océanos, agua dulce y agua subterránea, pero también están en suelo, sistemas hipersalinos, lagos alcalinos, humedales, aguas termales, ventilas hidrotermales, cuevas, costras de desierto, sistemas travertinos, sinterizados silíceos, rocas antárticas, bajo el hielo incluso han sobrevivido al espacio exterior. Su capacidad de dispersión es alta dispersándose por lluvia, corrientes marinas, aire o por animales y sus desechos.

Las cianobacterias además de ocupar nichos lumínicos y adaptarse a condiciones ambientales hostiles, también son capaces de modificar su ambiente y construir nichos, facilitando la presencia de otros organismos.

Interacciones y estilos de vida

Las cianobacterias pueden tener diferentes interacciones biológicas y estilos de vida, pueden ser planctónicas donde tienen interacciones mayormente de competencia al distribuirse en toda la columna de agua y en la zona fótica pero también pueden ser bentónicas y formar tapetes o biopelículas, donde sus interacciones pueden ser de cooperación o de competencia dependiendo si las condiciones ambientales son o no favorables, también hay grupos de cianobacterias que tienen estilos de vida endolíticas viviendo dentro de sistemas rocosos y kársticos o epilíticas cuando habitan la parte superficial de rocas. Otras cianobacterias pueden tener estilos de vida parasitaria y ser epifitas al crecer sobre plantas, algas u otras cianobacterias, también pueden ser epizooticas al crecer encima de animales. Se pueden encontrar algunas cianobacterias como endosimbiontes en líquenes, plantas, protistas o esponjas proporcionando energía para el huésped. Los cloroplastos de las plantas y algas en realidad son cianobacterias que hicieron simbiogénesis (simbiosis a largo plazo) con eucariontes, un ejemplo de simbiogénesis moderna es Paullinela chromatophora. Algunas cianobacterias también pueden ser comensalistas o amensalistas cuando viven en el pelaje, piel o tejido de animales (perezosos, osos, murciélagos, reptiles, peces, moluscos), proporcionando una forma de camuflaje, aunque también pueden tener otras funciones aun desconocidas.

Se ha encontrado que las costras de cianobacterias terrestres ayudan a estabilizar el suelo para evitar la erosión y retener el agua, además de fijar el nitrógeno que otros organismos necesitan. Un ejemplo es Microcoleus vaginatus que estabiliza el suelo usando una vaina de polisacárido que crea una matriz donde se adhieren partículas de arena que absorben agua, en esta esfera también crecen otras bacterias fijadoras de nitrógeno con las que tienen interacciones de mutualismo e intercambio de nutrientes.

Las pico cianobacterias marinas (cianobacterias con tamaños menores a 1 micrómetro) son importantes ya que son la base trófica de todos los océanos. Prochlorococcus una pico-cianobacteria representa más de la mitad de la fotosíntesis del océano abierto y se estima que produce entre el 50 y 70% del oxígeno que se produce en los mares.

Se ha descrito que las cianobacterias tienen comportamientos fototaxicos y ritmos circadianos.

Proliferaciones de cianobacterias (blooms)

 
Florecimiento de Nodularia sp. en el mar Báltico (fotografía NASA)

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, proliferaciones o blooms. Estas proliferaciones en masa ocurren en aguas eutróficas ricas en nutrientes (particularmente fosfatos, nitratos y amoníaco) en temperaturas cálidas (15 a 30 °C) y donde el pH oscila entre 6 y 9. Con todo, las proliferaciones cianobacterianas necesitan aguas poco revueltas 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 además de que la materia orgánica que generan causa que otras bacterias heterotróficas se coman sus productos secundarios formando gases como CO2 y CH4. También se sabe que las cianobacterias pueden respirar durante la noche lo que causa un estado anoxigénico del cuerpo de agua, si el cuerpo de agua es muy reducido como un lago poco profundo o una pecera, el oxígeno se consume con mayor rapidez lo que puede provocar la muerte de animales acuáticos.

Gracias a un metabolismo secundario muy activo, las cianobacterias en floración son capaces de sintetizar un gran número de compuestos orgánicos como antibióticos, antivirales, antitumorales, y también otros compuestos como la geosmina y el 2-metil-isoborneol, que confiere al agua de grifo un sabor desagradable. Además de estos compuestos, las cianobacterias en floración producen toxinas responsables de la mortandad de vertebrados (peces, así como ganado y otros animales que beben de las aguas afectadas por el bloom) por la ingestión accidental de cianobacterias concentradas en las orillas por la acción del viento.

Los blooms de cianobacterias planctónicas son importantes en el secuestro y exportación de carbono de la atmósfera.[39]​ Después de un bloom de cianobacterias ocurre una precipitación de materia orgánica al fondo del cuerpo de agua, también se han descrito fenómenos de blanqueamiento o whitening, donde las cianobacterias catalizan la precipitación in situ de partículas de CaCO3 de grano fino en sus superficies celulares, lo que conduce a la precipitación de carbonato en el fondo del océano o de lagos.[40]

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 efectos tanto citotóxicos (atacantes de las células), como hepatotóxicos (atacantes del hígado) o neurotóxicos (atacantes del sistema nervioso).

Entre las toxinas más comunes se encuentran las microcistinas, las nodularinas, las cilindrospermopsinas, anatoxinas, saxitoxinas, la beta-metilamino-L-alanina (BMAA) y algunos lipopolisacáridos.

Según los modelos y observaciones ambientales sugieren que las cianobacterias probablemente aumentarán su dominio en los ambientes acuáticos por el calentamiento global. Esto puede tener graves consecuencias, en particular la contaminación de las fuentes de agua potable. Las cianobacterias pueden interferir con el tratamiento del agua de varias maneras, principalmente al taponar los filtros (a menudo grandes lechos de arena y medios similares) y al producir cianotoxinas, que pueden causar enfermedades graves si se consumen.

Las consecuencias también pueden recaer en las prácticas de pesca y gestión de residuos. La eutrofización antropogénica, el aumento de las temperaturas, la estratificación vertical y el aumento del dióxido de carbono atmosférico contribuyen a que las cianobacterias dominen cada vez más los ecosistemas acuáticos.

Aplicaciones de las cianobacterias

 
Arthrospira, una cianobacteria usada como complemento dietético.

Hay géneros como Spirulina, que se pueden consumir debido a su alto contenido de caroteno, que es utilizado como antioxidante y se transforma en vitamina A al entrar en el organismo.[41]

Se ha comprobado en los campos de cultivo de arroz al introducir cianobacterias junto con su simbionte Azolla se han desarrollado cardúmenes de peces, que se alimentan a su vez del exceso de cianobacterias que habiten el cultivo, fomentando indirectamente la pesca.[42]

Las cianobacterias Synechocystis y Cyanothece son organismos modelo importantes con aplicaciones en biotecnología para la producción de bioetanol, colorantes alimentarios, como fuente de alimentos para humanos y animales, suplementos dietéticos y otas materias primas.[43]

Existe interés de usar cianobacterias del orden Chroococcidiopsidales para la colonización de marte, ya que por su ecología endolítica, resisten bajas temperaturas, alta radiación UV y alta desecación.[44]​ Investigadores de varias agencias espaciales argumentan que las cianobacterias podrían usarse para producir bienes para el consumo humano en futuros puestos de avanzada tripulados en Marte, transformando los materiales disponibles en este planeta.

También se ha propuesto a algunas cianobacterias con capacidad de precipitación de carbonatos como una herramienta en el secuestro de carbón atmosférico o como sumideros de carbono.[45][46]

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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cyanobacteria, cianobacterias, κυανός, kyanós, azul, filo, dominio, bacteria, comprende, bacterias, capaces, realizar, fotosíntesis, oxigénica, únicos, procariontes, llevan, cabo, tipo, fotosíntesis, ello, también, llama, oxifotobacterias, oxyphotobacteria, ci. Las cianobacterias Cyanobacteria gr kyanos kyanos azul es un filo del dominio Bacteria que comprende las bacterias capaces de realizar fotosintesis oxigenica Son los unicos procariontes que llevan a cabo ese tipo de fotosintesis por ello tambien se les llama oxifotobacterias Oxyphotobacteria 4 CianobacteriasRango temporal 2500 0Ma Had Arcaico Proterozoico Fan Siderico Holoceno 1 Cianobacteria filamentosa del genero Lyngbya sp recolectada en Baja California Mexico TaxonomiaDominio BacteriaSuperfilo TerrabacteriaCyanobacteria MelainabacteriaFilo CyanobacteriaStanier 1973Clases y ordenes 2 3 Cyanobacteriia o Cyanophyceae Gloeobacterales Stigonematales Nostocales Spirulinales Chroococcidiopsidales Pleurocapsales Chroococcales Oscillatoriales Prochlorales Gloeomargaritales Synechococcales Candidatos Melainabacteria SericytochromatiaLa taxonomia de las cianobacterias esta actualmente en revision y dista mucho de ser definitiva Ver 1 editar datos en Wikidata Las cianobacterias fueron designadas durante mucho tiempo como algas cianofitas Cyanophyta literalmente plantas azules o cianoficeas Cyanophyceae literalmente algas azules 5 castellanizandose a menudo como algas verde azuladas o azul verdosas Cuando se descubrio la distincion entre celula procariota y eucariota se constato que estas eran las unicas algas procariotas y el termino Cyanobacteria se habia llamado siempre bacterias a los procariontes conocidos empezo a ganar preferencia Los analisis morfologicos y geneticos recientes han venido a situar a las cianobacterias entre las bacterias gramnegativas 6 y lo son tambien en algun sentido sus descendientes que por endosimbiosis dieron lugar a los plastos Indice 1 Anatomia 1 1 Carboxisomas 1 2 Granulos de almacenamiento 1 3 Vesiculas de gas 1 4 Tilacoides 1 5 Ribosomas 1 6 Pronucleo 1 7 Membrana o pared 1 8 Vaina de mucilago 1 9 Clorofilas y foto pigmentos 2 Fisiologia y celulas especializadas 2 1 Heterocistos 2 2 Acinetos 2 3 Beocitos 2 4 Necridios 2 5 Hormogonios 2 6 Calcicito 3 Metabolismos 3 1 Fotosintesis oxigenica 3 2 Fotosintesis anoxigenica 3 3 Fijacion de carbono 3 4 Fijacion de nitrogeno 3 5 Fermentacion 3 6 Respiracion 3 7 Metanogenesis 3 8 Reduccion Asimilatoria de Sulfato 4 Reproduccion 4 1 Fision binaria 4 2 Fision multiple 4 3 Gemacion 4 4 Fragmentacion 5 Evolucion 5 1 Adaptaciones en cianobacterias 5 2 Evolucion de clorofilas 5 3 Origen de los plastos 6 Clasificacion y sistematica 6 1 Filogenia 6 2 Taxonomia 7 Ecologia 7 1 Habitat y Nicho 7 2 Interacciones y estilos de vida 7 3 Proliferaciones de cianobacterias blooms 7 4 Toxicidad 8 Aplicaciones de las cianobacterias 9 Vease tambien 10 Referencias 11 Enlaces externosAnatomia Editar Morfologia de una cianobacteria ideal a Membrana externa b Capa de peptidoglucano c Membrana plasmatica d Citosol e Granulo de cianoficina f Ribosoma g Granulo de glucogeno h Cuerpo lipidico i Carboxisoma j Ficobilisoma k Granulo polifosfato l Vacuola gasifera m Tilacoide n ADN Las cianobacterias han sido conocidas tambien por los nombres de algas verdeazules verde azuladas o cloroxibacterias debido tanto a la presencia de pigmentos clorofilicos que le confieren ese tono caracteristico como a su similitud con la morfologia y el funcionamiento de las algas Son microorganismos cuyas celulas miden solo unos micrometros µm de diametro pero su longitud es muy superior a la de la mayoria de las otras bacterias Carboxisomas Editar El citoplasma suele presentar estructuras reconocibles como los carboxisomas corpusculos que contienen la enzima ribulosa 1 5 bisfosfato carboxilasa RuBisCO que realiza la fijacion el CO2 por medio del mecanismo de concentracion de carbono que usa la energia producida previamente por la fotosintesis Granulos de almacenamiento Editar En el citoplasma se encuentran cuerpos lipidicos granulos de glucogeno granulos de cianoficina granulos de polifosfato que se usan para almacenar energia en forma de carbohidratos y despues ser consumidos mediante la respiracion celular Vesiculas de gas Editar Algunas cianobacterias presentan vesiculas gasiferas llenas de gas que usan para cambiar su flotabilidad segun requieran migrar a zonas de mayor o menor luz Este comportamiento es tipico de cianobacterias que forman parte de la columna de agua Tilacoides Editar Los tilacoides se encuentran postrados en la membrana tilacoidal formadas por invaginacion de la membrana plasmatica con la que suelen conservar comunicacion o contacto y es donde reside el aparato molecular de la fotosintesis llamado ficobilosoma un conjunto de proteinas que sirven principalmente como antenas recolectoras de luz Todas las cianobacterias presentan membrana tilacoidal a excepcion de Gloeobacter sp debido a que es una cianobacteria ancestral sus tilacoides se encuentran de manera segregada en el citoplasma Ficobilosoma de una cianobacteria se muestra las ficobiloproteinas asociadas y la longitud de onda a la que absorben Ribosomas Editar Con medios mas sofisticados se pueden reconocer estructuras bacterianas como ribosomas no homologos de los eucarioticos Pronucleo Editar El ADN de las cianobacterias se encuentra condensado y compactado en un pronucleo Membrana o pared Editar La envoltura esta constituida como en todas las bacterias gramnegativas por una membrana plasmatica y una membrana externa situandose entre ambas una pared de mureina peptidoglucano Vaina de mucilago Editar Las cianobacterias mas comunes son unicelulares cocoides esferoidales a veces agregadas en una vaina mucilaginosa o formando filamentos simples o tricomas Los filamentos pueden aparecer agregados envueltos por mucilago o de una manera que aparenta ramificacion ramas falsas Existen ademas cianobacterias que forman filamentos con ramificacion verdadera El mucilago tambien tiene excreciones de sustancias polimericas extracelulares o EPS por sus siglas en ingles lo que le confiere a la cianobacteria capacidad de adhesion al substrato proteccion contra UV atrapamiento de detritos y exclusion competitiva de otros microorganismos Clorofilas y foto pigmentos Editar La produccion de clorofilas y foto pigmentos en cianobacterias varian en dominancia y proporcion pero generalmente incluyen Clorofila a ficocianina aloficocianina ficoeritrina carotenoides scytonemina clorofila d y clorofila f Como resultado su color celular puede variar del rojo al verde del cian al azul asi como marron y esencialmente negro Tal variacion puede estar influenciada por la luz disponible en cualquier microhabitat particular por lo que las cianobacterias tienen plasticidad y adaptacion cromatica El espectro electromagnetico absorbible de clorofilas y foto pigmentos de cianobacterias en sumatoria va desde los 420 a 700 nm aunque se han descrito ejemplos de clorofila f en algunas cyanobacterias como Acaryochlorys marina que es capaz de absorber en infrarrojo hasta los 750 nmFisiologia y celulas especializadas EditarLas cianobacterias contradicen como las mixobacterias el prejuicio segun el cual los procariontes no son nunca genuinamente pluricelulares Son uno de los procariontes mas complejos presentando especializacion de celulas y multicelularidad Heterocistos Editar Articulo principal Heterocisto Celulas especializadas de las cianobacterias se consideran de los procariontes mas complejos debido a la diferenciacion y especializacion de alguna de sus celulas Son celulas especializadas en la fijacion de nitrogeno Entre las celulas de un filamento hay una comunicacion intima en forma de microplasmodesmos y existe ademas algun grado de especializacion de funciones La diferencia mas notable la ofrecen los heterocistos celulas especiales que solo se presentan en un clado de cianobacterias Los heterocistos aparecen como celulas mas grandes y de pared engrosada intercaladas en los filamentos Recientemente se ha confirmado que su pared presenta celulosa el polimero mas abundante en las paredes celulares de las plantas Los heterocistos contienen la maquinaria de fijacion del nitrogeno proceso que es incompatible con la fotosintesis ya que el oxigeno inhibe a la nitrogenasa Acinetos Editar Articulo principal Acineto Los acinetos son celulas de reserva que se vuelven mas grandes con una pared mas gruesa que las celulas vegetativas a veces con pequenas protuberancias poseen un citoplasma granuloso debido a la acumulacion 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 7 Beocitos Editar Articulo principal Beocito Son celulas donde se lleva a cabo la fision multiple un tipo de reproduccion asexual Tambien son conocidos como exocitos o nanocitos Necridios Editar Articulo principal Necridio Son celulas que se sacrifican haciendo un tipo de pseudo apoptosis para que un tricoma de cianobacteria pueda dividirse y seguir creciendo en otra direccion estos pueden formar ramas falsas cuando no se rompe por completo el mucilago o formar hormogonios cuando las ceulas resultantes se separan por completo del tricoma Hormogonios Editar Articulo principal Hormogonio Son filamentos cortos moviles con fototaxis de celulas formadas durante la reproduccion asexual en la particion del tricoma fila de ceulas de cianobacterias del orden Oscillatoriales y Nostocales Calcicito Editar Son celulas que almacenan calcio para su desecho ya que algunas especies endoliticas pueden eliminar el calcio de sustratos calcareos para perforar y enterrarse en el sedimento 8 Metabolismos Editar Anabaena flosaquae Nostocales una cianobacteria filamentosa Las cianobacterias son en general organismos autotrofos fotosintetizadores pero algunas viven heterotroficamente como descomponedoras o con un metabolismo mixto mixotrofas Las cianobacterias comparten con algunas otras bacterias la capacidad de usar N2 atmosferico como fuente de nitrogeno Fotosintesis oxigenica Editar Las cianobacterias fueron las primeras en realizar una variante de la fotosintesis que ha llegado a ser la predominante y que ha determinado la evolucion de la biosfera terrestre Se trata de la fotosintesis oxigenica La fotosintesis necesita un reductor una fuente de electrones que en este caso es el agua H2O Al tomar el H del agua se libera oxigeno La explosion evolutiva y ecologica de las cianobacterias presentes desde hace al menos 2700 millones de anos 9 dio lugar a la acumulacion de oxigeno en la atmosfera donde alcanzo concentraciones similares a las actuales hace unos 2470 millones de anos 10 sentando las bases para la aparicion del metabolismo aerobio y la radiacion de los organismos eucariontes Fotosintesis anoxigenica Editar Algunas cianobacterias aun son capaces de realizar fotosintesis anoxigenica puesto que sus antecesores evolutivos realizaban este metabolismo en presencia de acido sulfhidrico H2S liberando azufre molecular S2 en el proceso tambien pueden usar arsenico As III o hidrogeno H como donador de electrones Se ha reportado a Pseudanabaena Aphanothece y a Oscillatoria limnetica con esta capacidad a la vez que tambien llevan a cabo fotosintesis oxigenica dependiendo de los compuestos disponibles podran realizar una u otra fotosintesis los mecanismos de alternenancia de metabolismo aun no estan descritos a nivel molecular 11 Fijacion de carbono Editar Debido a que son organismos acuaticos las cianobacterias emplean mecanismos de concentracion de carbono para incroporar el carbono inorganico CO2 o bicarbonato disuelto en medio acuoso Entre las estrategias mas especificas esta la prevalencia generalizada de microcompartimentos bacterianos conocidos como carboxisomas Estas estructuras icosaedricas estan compuestas de proteinas que se ensamblan en estructuras parecidas a jaulas Se sabe que estas estructuras fuerzan en su interior la union de la enzima RuBisCO con CO2 asi como la enzima anhidrasa carbonica ya que los carboxisomas utilizan transportadores membranales para elevar las concentraciones locales internas de CO2 y asi aumentar la eficiencia de la enzima RuBisCO Fijacion de nitrogeno Editar Chroococcus turgidis se clasifica dentro del orden Chroococcales es una cianobacteria indicadora de ambientes acuaticos oligotroficos Las cianobacterias comparten con distintas bacterias la habilidad de tomar el N2 del aire donde es el gas mas abundante y reducirlo a amonio NH4 una forma de nitrogeno que todas las celulas pueden aprovechar Los autotrofos 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 fijacion del nitrogeno es la nitrogenasa que es inhibida por el oxigeno con lo cual se hace incompatible con la fotosintesis y por tanto en muchas cianobacterias los dos procesos se separan en el tiempo realizandose la fotosintesis durante las horas de luz y la fijacion de nitrogeno solamente por la noche Algunas especies han solucionado el problema mediante los heterocistes unas celulas mas grandes y con una pared engrosada con celulosa y que se encargan de la fijacion del nitrogeno en los heterocistes no hay fotosistema II de modo que no hay desprendimiento de oxigeno y la nitrogenasa puede actuar sin problemas 12 Algunas cianobacterias son simbiontes de plantas acuaticas como los helechos del genero Azolla a las que suministran nitrogeno Esto es facilmente apreciable en cultivos de arroz ubicados en China y Vietnam en los que en 1988 se noto un incremento del 5 en la produccion del cereal antes mencionado debido principalmente a la mejora de la calidad del nitrogeno fijado y a que las cianobacterias funcionan como reguladores ecologicos por lo que adquieren funciones de herbicidas y plaguicidas 13 Dada su abundancia en distintos ambientes las cianobacterias son importantes para la circulacion de nutrientes incorporando nitrogeno a la cadena alimentaria en la que participan como productores primarios o como descomponedores Fermentacion Editar Algunas cianobacterias son mixotrofas es decir pueden ser tanto autotrofas obtener energia de la luz como heterotrofas obtener energia de materia organica Se ha documentado que especies como Synechococcus pueden hacer fermentacion en la noche para obtener energia entre los genes de fermentacion de Synechococcus se encuentran pflB pflA adhE and acs 14 Respiracion Editar La respiracion en las cianobacterias puede ocurrir en la membrana tilacoide donde tambien se lleva la fotosintesis Si bien el objetivo de la fotosintesis es almacenar energia y la construccion de carbohidratos a partir de CO2 en la respiracion pasa lo contrario la energia obtenida previamente se se usa para romper los carbohidratos y obtener mas energia liberando CO2 Las cianobacterias parecen separar estos dos procesos con su membrana plasmatica que contiene solo componentes de la cadena respiratoria mientras que la membrana tilacoide alberga una cadena de transporte de electrones respiratoria y fotosintetica interconectada Las cianobacterias usan electrones de la succinato deshidrogenasa en lugar de NADPH para la respiracion 15 Las cianobacterias solo respiran durante la noche o en la oscuridad porque las instalaciones utilizadas para el transporte de electrones se usan en reversa para la fotosintesis mientras estan a la luz Metanogenesis Editar El paradigma de que la metanogenesis biogenica considerada un proceso estrictamente anaerobio es exclusiva de arqueas cambio en 2020 Un trabajo demostro que las cianobacterias que viven en ambientes marinos de agua dulce y terrestres producen metano a tasas sustanciales en condiciones de luz oscuridad oxigeno y anoxigenia vinculando la produccion de metano con la productividad primaria La produccion de metano atribuida a las cianobacterias mediante tecnicas de etiquetado de isotopos estables mejora durante la fotosintesis oxigenica La formacion de metano por las cianobacterias contribuye a la acumulacion de metano en aguas superficiales marinas y zonas saturadas de oxigeno En estos entornos se predice que las floraciones de cianobacterias aumentaran aun mas debido a que el calentamiento global puede tener una retroalimentacion positiva Las cianobacterias probablemente han estado produciendo metano desde que evolucionaron por primera vez en la Tierra 16 Reduccion Asimilatoria de Sulfato Editar Las cianobacterias pueden reducir sulfato para incorporarlo en la sintesis de proteinas y coenzimas para la sintesis de sulfolipidos que se usa en las membranas fotosinteticas en la fotosintesis anoxigenica 17 Reproduccion Editar Cianobacterias del orden Pleurocpasales presentan estructuras llamadas beocitos producto de la fision multiple donde una celula madre se divide repentinamente en varias celulas hijas Las cianobacterias al ser bacterias solo tienen reproduccion asexual sin embargo algunas cianobacterias tienen mecanismos de reproduccion unicos dentro de las bacterias presentando celulas especializadas para esta funcion Fision binaria Editar La fision binaria es cuando una celula madre crece y entonces se divide a la mitad dando lugar a dos celulas hijas es el tipo de reproduccion mas comun dentro del orden Synechococcales pudiendo ser de manera bipolar o apolar Fision multiple Editar La fision multiple es cuando una celula madre se divide en fragmentos irregulares llamados beocitos La division puede darse de manera instantanea o secuencial y se diferencia de la fision binaria ya que la celula madre no tiene un crecimiento o incremento de volumen previo Este tipo de reporoduccion solo se presenta en cianobacterias del orden Pleurocapsales Se cree que este tipo de division es una adaptacion a ambientes hipersalinos ya que la celula madre protege a las celulas pequenas de una ruptura por equilibrio osmotico Gemacion Editar La gemacion es cuando una celula madre se fragmenta secuencialmente por los extremos dando lugar a los nanocitos o exocitos que despues se liberan este tipo de reproduccion solo se ha observado en Chamaesiphon Fragmentacion Editar Cuando el tricoma de un filamento se quiebra en dos esto es posible gracias a una celula que se sacrifica llamada necridio entonces los extremos pueden separarse formando dos filamentos o bien pueden quedarse unidos dentro del mismo mucilago formando una rama falsa Se cree que esta reproduccion es una adaptacion que confiere a las celulas hijas una proteccion parental ya que los nuevos tricomas pueden permanecer unidos a las celulas madre y evitar depredacion Evolucion Editar Evolucion de las cianobacterias 18 Los ancestros de las cianobacterias posiblemente se originaron hace 3500 millones de anos aunque hay evidencia de que pudieron haber surgido hace 3700 millones de anos 19 Su origen y su capacidad de evolucionar la fotosintesis oxigenica significo un cambio eminentemente en los ciclos biogeoquimicos de la tierra ya que cambiaron la atmosfera de un estado reducido a un estado oxidado Una hipotesis sugiere que las cianobacterias pudieron evolucionar de un ancestro en comun de una protocianobacteria del grupo Melainabacteria que son bacterias no fotosinteticas Las cianobacterias tambien pudieron divergir cuando las protocianobacterias del grupo Sericytochromatia tuvieron la capacidad de hacer algun tipo de fotosintesis 20 21 Microbialitos vivos en Highbourne Cay Bahamas Los microbialitos fueron una de las primeras comunidades microbianas en albergar cianobacterias Otra hipotesis propone que el ancestro de la cianobacteria debio ser una bacteria fotosintetica anoxigenica parecida a una bacteria purpura del azufre que posteriormente incorporo un genoma parecido al de las bacteria verdes sin azufre ya que las cianobacterias poseen fotosistemas analogos al de estas dos bacterias incluso algunas cianobacterias aun conservan la capacidad de realizar fotosintesis anoxigenica y pueden usar como donador de electrones hidrogeno H o acido sulfhidrico H2S 22 23 La capacidad de usar el agua H2O como donador de electrones en la fotosintesis involucra acoplar dos fotosistemas y es un proceso bioquimico muy costoso debido la fuerza con la que el hidrogeno se enlaza al oxigeno Sin embargo al desprenderse estas moleculas se libera una cantidad de energia 10 veces mayor al de la fotosintesis anoxigenica lo que se traduce en una obtencion de energia mas rapida El desecho de este proceso es el oxigeno que es muy toxico para la mayoria de las bacterias Sin embargo las cianobacterias pudieron hacerse resistentes a su propio desecho 24 La evolucion de la fotosintesis oxigenica marco un hito en la historia evolutiva de la tierra siendo las cianobacterias los unicos organismos que han podido generar la fotosintesis oxigenica a partir de cero La cuestion de cuando evoluciono la fotosintesis oxigenica exactamente sigue siendo motivo de debate e investigacion aunque se tiene evidencias de que evoluciono mucho antes del gran evento de oxidacion 2450 2320 millones de anos atras coincidiendo con la evidencia geoquimica y molecular 25 Formacion fosil de Oncolitos y Estromatolitos de Vendian Bolivia en el museo de ciencia natural de Houston Las cianobacterias tuvieron un papel clave en la acumulacion paulatina de oxigeno en la atmosfera terrestre como resultado hubo un cambio trascendental en las condiciones ecologicas para la vida en la Tierra y es posible que hayan causado una de las primeras extinciones masivas del mundo microbiano al cambiar tan dramaticamente el medio tambien se propone que este cambio de condiciones atmosfericas favorecio que la tierra se cubriera completamente en nieve dando origen a una glaciacion global al menos dos veces 26 Esto a la vez permitio que surgieran otras formas de vida mas complejas como los primeros organismos eucariontes que empezaban a usar oxigeno de manera heterotrofa 27 Las cianobacterias fueron los principales productores primarios de la biosfera durante al menos 1500 millones de anos y lo siguen siendo en los oceanos aunque desde hace 300 millones de anos han cobrado importancia distintos grupos de algas eucarioticas las diatomeas los dinoflagelados y los haptofitos o cocolitoforidos Es importante remarcar que la novedad evolutiva de realizar fotosintesis oxigenica no ha podido ser desarrollada por ningun otro organismo fotosintetico en cambio esta capacidad ha pasado a los diferentes organismos por simbiosis como es el caso de los cloroplastos de las algas y las plantas Los cloroplastos son en realidad cianobacterias simbiontes con organismos eucariontes 28 Se tienen claras evidencias que hace unos 2000 millones existia ya una biota diversa de cianobacterias que fueron los principales productores primarios durante el eon Proterozoico 2500 543 millones de anos atras en parte porque la estructura redox de los oceanos favorecio a los fotoautotrofos y la fijacion del nitrogeno Al final del Proterozoico se les unieron las algas verdes pero no fue hasta el Mesozoico 251 65 millones de anos que la radiacion de los dinoflagelados cocolitoforales y diatomeas restaron parte del protagonismo a las cianobacterias Las cianobacterias adquirieron la capacidad de fijar nitrogeno del aire para convertirlo en amonio aproximadamente hace 2500 millones de anos 29 En la actualidad las cianobacterias son claves en los ecosistemas acuaticos como productores primarios y como agentes fijadores de nitrogeno 30 Adaptaciones en cianobacterias Editar Los trabajos sobre adaptacion en cianobacterias se han centrado en estudiar la proteccion a la radiacion solar y UV mediante la produccion de pigmentos como micoesporinas y scitonemina tambien se ha evaluado su adaptacion a resistir el forrajeo mediante la produccion de cianotoxinas su adaptacion para la alelopatia y la senalizacion quimica para competir con otros organismos heterotrofos y fototrofos en la obtencion de alimento sin embargo muy pocos trabajos han hablado sobre su adaptacion para la facilitacion y mutualismo con otras especies para el ensamble de comunidades y construccion de nichos Los estudios geneticos mas recientes han encontrado que los genomas de cianobacterias han integrado en los ultimos miles de anos genes la mayoria sin caracterizar de resistencia a condiciones ambientales hostiles y han ganado una gran cantidad de plasmidos y secuencias relacionadas con la resistencia a virus Se han encontrado un core genomico cianobacteriano formado por 323 genes donde la tasa de mutacion es baja debido a que son genes que sintetizan proteinas del aparato fotosintetico y ribosomico Sin embargo los estudios genomicos y de fisiologia celular se han realizado apenas sobre el 0 01 de los generos de cianobacterias descritos lo que deja una laguna en la base de datos de anotacion funcional para estudios de genomica comparativa La llamada materia oscura cianobacteriana representa el 23 de los genomas anotados Estudios ecogenomicos han encontrado que las cianobacterias de ambientes marinos han adaptado sus genomas a ser mas pequenos mientras que las cianobacterias de agua dulce tienen genomas medianos siendo las cianobacterias terrestres las que contienen los genomas mas grandes Esto es debido a que en ambientes marinos hay pocos disturbios y cambios ambientales donde su nicho luminico se distribuye por miles de kilometros mientras que los sistemas de agua dulce las cianobacterias tienen mayores restricciones geograficas y cambios leves como los ciclos de mezcla y estratificacion de lagos Por otra parte las cianobacterias terrestres estan expuestas a grandes cantidades de estres ambiental y disturbios esto ha generado que integren mas secuencias por transferencia horizontal de genes THG y tengan un repertorio de genes accesorios mas amplio Este reciente descubrimiento es consistente con teorias ecologicas ya que las cianobacterias con genomas mas grandes ocupan espacios ecologicos mas complejos donde existe mas interacciones de mutualismo y construccion de nicho mientras que las cianobacterias con genomas pequenos ocupan espacios ecologicos mas simples donde existe mas interacciones de inhibicion competitiva Evolucion de clorofilas Editar La evolucion de las clorofilas y bacterioclorofilas es un tema que sigue en discusion por la complejidad de eventos simbiogeneticos y de transferencia horizontal de genes involucrados En general las cianobacterias se distinguen de otros organismos fotosinteticos por presentar mayor produccion de ficoeritrina y ficocianina su nicho luminico esta separado de las bacterias verdes y purpuras del azufre ya que que usan otras bacterioclorofilas y foto pigmentos Algunas cianobacterias tienen como las algas verdes y las plantas clorofila b a la vez que carecen de ficobilinas Su color es el verde tipico de las plantas Algunos supusieron con buenos motivos que estas son las cianobacterias de las que derivarian los plastos verdes de plantas y algas verdes por lo que fueron llamadas Prochlorophyta Los analisis geneticos no han confirmado esta hipotesis Los tres generos conocidos Prochloron simbionte de tunicados Prochlorococcus unicelular de vida libre y Prochlorothrix filamentosa de vida libre no guardan entre si un parentesco estrecho ello demuestra que de alguna forma la condicion verde se adquiere facilmente y ha aparecido independientemente en las tres lineas y en la de los plastos El aparato fotosintetico verde es favorecido por un ambiente luminoso y rico en oxigeno Lo ultimo fue producido precisamente por la expansion de cianobacterias y plastos y lo segundo se requiere por intermedio de la ozonosfera para hacer habitables los ambientes luminosos protegidos asi de la radiacion ultravioleta No es extrano que una vez generadas tales condiciones se haya producido una evolucion convergente repetida cita requerida Origen de los plastos Editar Filogenia de los plastos que se originaron a partir de una cianobaceria ancestral Los plastos o cloroplastos son organulos que se encuentran en el citoplasma de las celulas de las plantas y de las algas Su funcion inicial es la de permitir la transformacion de energia luminica en energia quimica fotosintesis Ya a finales del siglo XIX se postulo su origen como celulas independientes adquiridas por una forma de simbiosis Se propuso que los cloroplastos podrian haberse originado a partir de Prochlorales debido a sus semejanzas Investigaciones realizadas en los 80 consideraron que derivan de cianobacterias proximas a Synechococcus que contiene clorofila a y ficobiliproteinas al igual que los cloroplastos de las algas rojas Analisis geneticos proteina RuBisCO y ARN 16S se inclinan por una relacion con Chroococcales 31 mientras que analisis a nivel de proteinas plastidiales encontro que los plastos resultarian ser un clado hermano de la cianobacteria de agua dulce Gloeomargarita 32 La captura de una cianobacteria que condujo a los plastos ocurrio una sola vez hace aproximadamente 1400 millones de anos en un ancestro del clado llamado Primoplantae posiblemente la cianobacterias que origino el plastido original ancestral fue hermana directa Gloeomargarita lithophora teniendo relacion con la rama basal de los Synechococcus 33 originando la estirpe que conduce a las algas rojas Rhodophyta y las algas verdes Chlorophyta pero luego en la evolucion plastidial se han producido fenomenos de simbiosis secundaria que han originado la gran diversidad actual de los plastos Hay un grupo de algas eucariotas los glaucocistofitos Glaucocystophyta cuyos plastos conservan el maximo parecido con una cianobacteria de vida libre incluida la pared de mureina entre las dos membranas de la envoltura Las algas rojas tienen en su aparato fotosintetico la misma clase de pigmentos auxiliares las ficobilinas que caracterizan a las cianobacterias Clasificacion y sistematica EditarComo ya se ha comentado las cianobacterias son un grupo muy heterogeneo y su clasificacion responde mas a criterios didacticos que sistematicos Filogenia Editar La filogenia de las cianobacterias aun no esta consensuada los estudios filogeneticos coinciden en que Gloeobacter tiene la posicion basal mas temprana 30 pero los demas grupos han dado diversos resultados Una version sobre las relaciones filogeneticas sobre la base de secuencias moleculares 2008 es la siguiente 34 los grupos en comillas figuran como parafileticos Cyanobacteria Gloeobacter Synechococcales inc Prochlorales simbiogenesis cloroplastos Chroococcales inc Pleurocapsales Oscillatoriales Nostocales Stigonematales Otro estudio filogenetico 2010 da el siguiente resultadoː 31 Cyanobacteria Gloeobacter Oscillatoriales con heterocistos Nostocales Stigonematales unicelulares cloroplastos Chroococcales Pleurocapsales Un estudio mas reciente 2014 propone otra taxonomia absorbe las Stigonematales dentro de las Nostocales 35 ː Cyanobacteria Gloeobacterales Synechococcales Oscillatoriales Spirulinales Chroococcales Pleurocapsales Chroococcidiopsidales Nostocales Taxonomia Editar La taxonomia de las cianobacterias esta regida por dos codigos el Codigo Internacional de Nomenclatura de Bacterias y el Codigo Internacional de Nomenclatura Botanica esta duplicidad de nomenclatura causa una gran confusion 36 Se estima que existen alrededor de 5000 a 6280 especies 37 La taxonomia de las cianobacterias esta actualmente en revision La clasificacion que sigue con nomenclatura botanica es la propuesta por Cavalier Smith en 2002 38 Reino Bacteria Subreino Negibacteria Infrareino Glycobacteria Division Cyanobacteria Subdivision Gloeobacteria Clase Gloeobacteria Orden Gloeobacterales Subdivision Phycobacteria clase Cyanophyceae en otros sistemas Clase Chroobacteria Orden Chroococcales Unicelulares o coloniales con pocas celulas Grupo heterogeneo Algunos ejemplos son Chroococcus Microcystis colonias irregulares Eucapsis colonias cubicas Merispopedia colonias planas Orden Pleurocapsales Orden Oscillatoriales Oscillatoria Spirulina Clase Hormogoneae Orden Nostocales Nostoc Anabaena Orden StigonematalesEcologia EditarLas cianobacterias son el grupo fotosintetico de bacterias mas exitoso en la tierra Tienen un papel evidente como moldeadores productores primarios en la mayoria de los ecosistemas acuaticos y terrestres contribuyen de manera importante en los ciclos globales de carbono oxigeno y nitrogeno en toda la hidrosfera y suelo Habitat y Nicho Editar Las cianobacterias se consideran cosmopolitas se han adaptado a casi todos los habitats acuaticos y muchos habitats terrestres se encuentran principalmente en oceanos agua dulce y agua subterranea pero tambien estan en suelo sistemas hipersalinos lagos alcalinos humedales aguas termales ventilas hidrotermales cuevas costras de desierto sistemas travertinos sinterizados siliceos rocas antarticas bajo el hielo incluso han sobrevivido al espacio exterior Su capacidad de dispersion es alta dispersandose por lluvia corrientes marinas aire o por animales y sus desechos Las cianobacterias ademas de ocupar nichos luminicos y adaptarse a condiciones ambientales hostiles tambien son capaces de modificar su ambiente y construir nichos facilitando la presencia de otros organismos Interacciones y estilos de vida Editar Las cianobacterias pueden tener diferentes interacciones biologicas y estilos de vida pueden ser planctonicas donde tienen interacciones mayormente de competencia al distribuirse en toda la columna de agua y en la zona fotica pero tambien pueden ser bentonicas y formar tapetes o biopeliculas donde sus interacciones pueden ser de cooperacion o de competencia dependiendo si las condiciones ambientales son o no favorables tambien hay grupos de cianobacterias que tienen estilos de vida endoliticas viviendo dentro de sistemas rocosos y karsticos o epiliticas cuando habitan la parte superficial de rocas Otras cianobacterias pueden tener estilos de vida parasitaria y ser epifitas al crecer sobre plantas algas u otras cianobacterias tambien pueden ser epizooticas al crecer encima de animales Se pueden encontrar algunas cianobacterias como endosimbiontes en liquenes plantas protistas o esponjas proporcionando energia para el huesped Los cloroplastos de las plantas y algas en realidad son cianobacterias que hicieron simbiogenesis simbiosis a largo plazo con eucariontes un ejemplo de simbiogenesis moderna es Paullinela chromatophora Algunas cianobacterias tambien pueden ser comensalistas o amensalistas cuando viven en el pelaje piel o tejido de animales perezosos osos murcielagos reptiles peces moluscos proporcionando una forma de camuflaje aunque tambien pueden tener otras funciones aun desconocidas Se ha encontrado que las costras de cianobacterias terrestres ayudan a estabilizar el suelo para evitar la erosion y retener el agua ademas de fijar el nitrogeno que otros organismos necesitan Un ejemplo es Microcoleus vaginatus que estabiliza el suelo usando una vaina de polisacarido que crea una matriz donde se adhieren particulas de arena que absorben agua en esta esfera tambien crecen otras bacterias fijadoras de nitrogeno con las que tienen interacciones de mutualismo e intercambio de nutrientes Las pico cianobacterias marinas cianobacterias con tamanos menores a 1 micrometro son importantes ya que son la base trofica de todos los oceanos Prochlorococcus una pico cianobacteria representa mas de la mitad de la fotosintesis del oceano abierto y se estima que produce entre el 50 y 70 del oxigeno que se produce en los mares Se ha descrito que las cianobacterias tienen comportamientos fototaxicos y ritmos circadianos Proliferaciones de cianobacterias blooms Editar Florecimiento de Nodularia sp en el mar Baltico fotografia NASA Las cianobacterias colonizan numerosos ecosistemas terrestres y acuaticos Sin embargo en ambientes acuaticos es donde especialmente se agregan dando lugar a formaciones tipicas conocidas como floraciones proliferaciones o blooms Estas proliferaciones en masa ocurren en aguas eutroficas ricas en nutrientes particularmente fosfatos nitratos y amoniaco en temperaturas calidas 15 a 30 C y donde el pH oscila entre 6 y 9 Con todo las proliferaciones cianobacterianas necesitan aguas poco revueltas y sin vientos para poder desarrollarse Dichos blooms resultan muy antiesteticos e indeseables en aguas de recreo ya que cambian el aspecto del agua y causan turbidez ademas de que la materia organica que generan causa que otras bacterias heterotroficas se coman sus productos secundarios formando gases como CO2 y CH4 Tambien se sabe que las cianobacterias pueden respirar durante la noche lo que causa un estado anoxigenico del cuerpo de agua si el cuerpo de agua es muy reducido como un lago poco profundo o una pecera el oxigeno se consume con mayor rapidez lo que puede provocar la muerte de animales acuaticos Gracias a un metabolismo secundario muy activo las cianobacterias en floracion son capaces de sintetizar un gran numero de compuestos organicos como antibioticos antivirales antitumorales y tambien otros compuestos como la geosmina y el 2 metil isoborneol que confiere al agua de grifo un sabor desagradable Ademas de estos compuestos las cianobacterias en floracion producen toxinas responsables de la mortandad de vertebrados peces asi como ganado y otros animales que beben de las aguas afectadas por el bloom por la ingestion accidental de cianobacterias concentradas en las orillas por la accion del viento Los blooms de cianobacterias planctonicas son importantes en el secuestro y exportacion de carbono de la atmosfera 39 Despues de un bloom de cianobacterias ocurre una precipitacion de materia organica al fondo del cuerpo de agua tambien se han descrito fenomenos de blanqueamiento o whitening donde las cianobacterias catalizan la precipitacion in situ de particulas de CaCO3 de grano fino en sus superficies celulares lo que conduce a la precipitacion de carbonato en el fondo del oceano o de lagos 40 Toxicidad Editar 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 generos y especies algunas producen toxinas muy especificas y otras producen un espectro mas o menos amplio de toxicos El fenomeno se hace importante solo cuando hay una floracion una explosion demografica lo que ocurre a veces en aguas dulces o salobres si las condiciones de temperatura son favorables y abundan los nutrientes sobre todo el fosforo eutrofizacion de las aguas Los generos mas frecuentemente implicados en floraciones son Microcystis Anabaena y Aphanizomenon Los mecanismos fisiologicos de la intoxicacion son variados con efectos tanto citotoxicos atacantes de las celulas como hepatotoxicos atacantes del higado o neurotoxicos atacantes del sistema nervioso Entre las toxinas mas comunes se encuentran las microcistinas las nodularinas las cilindrospermopsinas anatoxinas saxitoxinas la beta metilamino L alanina BMAA y algunos lipopolisacaridos Segun los modelos y observaciones ambientales sugieren que las cianobacterias probablemente aumentaran su dominio en los ambientes acuaticos por el calentamiento global Esto puede tener graves consecuencias en particular la contaminacion de las fuentes de agua potable Las cianobacterias pueden interferir con el tratamiento del agua de varias maneras principalmente al taponar los filtros a menudo grandes lechos de arena y medios similares y al producir cianotoxinas que pueden causar enfermedades graves si se consumen Las consecuencias tambien pueden recaer en las practicas de pesca y gestion de residuos La eutrofizacion antropogenica el aumento de las temperaturas la estratificacion vertical y el aumento del dioxido de carbono atmosferico contribuyen a que las cianobacterias dominen cada vez mas los ecosistemas acuaticos Aplicaciones de las cianobacterias Editar Arthrospira una cianobacteria usada como complemento dietetico Hay generos como Spirulina que se pueden consumir debido a su alto contenido de caroteno que es utilizado como antioxidante y se transforma en vitamina A al entrar en el organismo 41 Se ha comprobado en los campos de cultivo de arroz al introducir cianobacterias junto con su simbionte Azolla se han desarrollado cardumenes de peces que se alimentan a su vez del exceso de cianobacterias que habiten el cultivo fomentando indirectamente la pesca 42 Las cianobacterias Synechocystis y Cyanothece son organismos modelo importantes con aplicaciones en biotecnologia para la produccion de bioetanol colorantes alimentarios como fuente de alimentos para humanos y animales suplementos dieteticos y otas materias primas 43 Existe interes de usar cianobacterias del orden Chroococcidiopsidales para la colonizacion de marte ya que por su ecologia endolitica resisten bajas temperaturas alta radiacion UV y alta desecacion 44 Investigadores de varias agencias espaciales argumentan que las cianobacterias podrian usarse para producir bienes para el consumo humano en futuros puestos de avanzada tripulados en Marte transformando los materiales disponibles en este planeta Tambien se ha propuesto a algunas cianobacterias con capacidad de precipitacion de carbonatos como una herramienta en el secuestro de carbon atmosferico o como sumideros de carbono 45 46 Vease tambien EditarEstera microbiana Tapete microbiano Gran evento oxidativo Fitoplancton Cloroplasto Estromatolito Microbialito Oncolito Floracion algal Fotosintesis Bacteria Nutricion autotrofaReferencias Editar Zhu Q Mai U Pfeiffer W et al 2019 Phylogenomics of 10 575 genomes reveals evolutionary proximity between domains Bacteria and Archaea Nature Communications 10 5477 Donovan H Parks Maria Chuvochina David W Waite Christian Rinke Adam Skarshewski Pierre Alain Chaumeil Philip Hugenholtz 2018 A proposal for a standardized bacterial taxonomy based on genome phylogeny Biorxiv Genome database Cyanobacteria Laboratorio de Plantas Vasculares Facultad de Ciencias UNAM CIANOBACTERIAS CYANOBACTERIA UNAM Consultado el 21 de septiembre de 2015 Cianoficeas www duiops net Consultado el 16 de octubre de 2017 Algas Cianofitas EcuRed www ecured cu Consultado el 16 de octubre de 2017 Llimona X 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