Mogą zatruć morza, ale bez nich nie byłoby tlenu. Sinice zmieniły historię życia na Ziemi

Spis treści:

1. Sinice: architekci atmosfery i najstarsze organizmy na Ziemi
2. Nie do końca bakterie, prawie rośliny – osobliwa budowa sinic
3. Pływające mistrzynie łapania azotu
4. Sinice to tysiące różnorodnych gatunków
5. Światowy problem zakwitów wód – największe zagrożenie ze strony sinic
6. Od suplementów po loty w kosmos. Wielki potencjał sinic

Sinice (cyjanobakterie) to jedna z najbardziej fascynujących i kluczowych grup organizmów na Ziemi. Są to samożywne bakterie, które jako pierwsze organizmy w historii naszej planety wykształciły zdolność do fotosyntezy. Choć początkowo uważano je za należące do roślin glony, współczesna nauka klasyfikuje je jako prokarionty, czyli pozbawione jądra komórkowego, jednokomórkowe mikroorganizmy. Bez sinic nie byłoby na Ziemi ani tlenu, ani roślin. Mimo, że słyszymy o nich głównie w kontekście toksycznych zakwitów wód, np. Bałtyku, sinice są fascynującymi, wszechstronnymi organizmami. Trwają badania nad wykorzystaniem ich m.in. jako biopaliw, żywności, nawozów a nawet w podróżach kosmicznych.

Sinice: architekci atmosfery i najstarsze organizmy na Ziemi

Sinice są uznawane za najstarsze znane formy życia. Zachowały się w zapisach kopalnych w postaci tzw. stromatolitów, datowanych na ponad 3,5 miliarda lat. Ich rola w kształtowaniu ziemskiej biosfery jest absolutnie kluczowa.

Około 2,4 miliarda lat temu, dzięki ciągłej produkcji tlenu jako produktu ubocznego fotosyntezy, doprowadziły do tzw. katastrofy tlenowej. Proces ten przekształcił pierwotną, beztlenową atmosferę Ziemi w powietrze, jakie znamy dzisiaj, co pchnęło ewolucję na zupełnie nowe tory i ostatecznie doprowadziło do powstania organizmów wielokomórkowych.

Kolejnym fundamentalnym wkładem sinic w historię życia jest endosymbioza. Uważa się, że chloroplasty w roślinach i glonach powstały w wyniku wchłonięcia wolno żyjących sinic. Dowodzą tego liczne podobieństwa strukturalne i genetyczne, takie jak obecność własnego, kolistego DNA i rybosomów typu bakteryjnego wewnątrz chloroplastów. Czyli: gdyby nie sinice, rośliny nigdy by nie powstały.

Nie do końca bakterie, prawie rośliny – osobliwa budowa sinic

Komórki sinic mają złożoną strukturę, niespotykaną u innych bakterii. Posiadają wewnętrzne membrany zwane tylakoidami, w których osadzony jest aparat fotosyntetyczny. Głównym barwnikiem asymilującym światło jest chlorofil (podobnie jak u roślin), ale towarzyszą mu barwniki pomocnicze: niebieska fikocyjanina, czerwona fikoerytryna oraz żółte karotenoidy. To właśnie specyficzna kombinacja barwników nadaje im charakterystyczny sinozielony kolor, skąd wzięła się zarówno polska (sinice) jak i angielska (blue-green algae) nazwa zwyczajowa.

Pływające mistrzynie łapania azotu

Sinice wykształciły zaawansowane, wręcz mistrzowskie strategie przetrwania. Niektóre gatunki potrafią wyłapywać azot z powietrza i przekształcać go w amoniak. Proces ten odbywa się w wyspecjalizowanych, grubościennych komórkach – heterocytach, które chronią wrażliwy na tlen enzym – nitrogenazę.

Potrafią też magazynować cenny, wykorzystywany w fotosyntezie dwutlenek węgla. A co najdziwniejsze – te prymitywne, jednokomórkowe organizmy umieją nawet pływać: kontrolują swoją wyporność poprzez tzw. wodniczki gazowe. To organelle w komórce, które pozwalają na regulację głębokości w wodzie i znalezienie najlepszych warunków świetlnych.

Sinice to tysiące różnorodnych gatunków

Sinice wykazują niezwykłą różnorodność form – od mikroskopijnych form jednokomórkowych, takich jak Prochlorococcus (najmniejszy i najliczniejszy fotosyntetyzujący organizm na świecie), po złożone kolonie w różnych kształtach, widoczne gołym okiem.

Formy nitkowate wykazują prymitywne cechy wielokomórkowości, z podziałem funkcji. Oprócz wspomnianych heterocytów, mogą tworzyć też akinety – grubościenne komórki przetrwalnikowe), odporne na niekorzystne warunki środowiskowe.

Kolonie sinic tworzą też hormogonia: ruchliwe fragmenty nici służące do poruszania się i rozmnażania. To sporo, jak na najprymitywniejsze organizmy na Ziemi.

Światowy problem zakwitów wód – największe zagrożenie ze strony sinic

Sinice są organizmami kosmopolitycznymi, zasiedlającymi niemal każde środowisko: od oceanów, mórz, rzek i jezior po wilgotne gleby, pustynie i skały Antarktydy. Jednak ich gwałtowny, masowy pojaw, zwany zakwitem, staje się coraz poważniejszym problemem w wielu rejonach świata.

Przyczynami zakwitów sinic są: eutrofizacja (nadmiar fosforu i azotu z rolnictwa i ścieków) oraz zmiany klimatyczne, przejawiające się rosnącą temperaturą wód. Zakwity sinic bywają niebezpieczne - potrafią zachwiać ekosystemem nawet dużego zbiornika wodnego i wpłynąć także na organizmy lądowe, wliczając człowieka.

Wiele gatunków sinic produkuje silne toksyny. Mogą one prowadzić do zatruć, a nawet śmierci ludzi i zwierząt. Istnieją badania łączące ekspozycję na toksyny sinic ze zwiększonym ryzykiem chorób neurodegeneracyjnych. A gdy zakwit wreszcie się kończy, obumierająca biomasa sinic zużywa tlen, prowadząc do powstawania stref beztlenowych i masowej śmierci ryb i innych organizmów wodnych.

Od suplementów po loty w kosmos. Wielki potencjał sinic

Mimo tych zagrożeń, zdolności sinic człowiek próbuje wykorzystać w wielu dziedzinach. Są to m.in.:

• Biotechnologia: sinice są badane jako potencjalne źródło biopaliw, barwników spożywczych oraz nowoczesnych leków przeciwzapalnych i przeciwbakteryjnych.
• Produkcja żywności: gatunki takie jak Arthrospira (Spirulina) są cenione za wysoką zawartość białka, witamin i przeciwutleniaczy, stanowiąc popularny suplement diety.
• Rolnictwo: jako organizmy wiążące azot, są wykorzystywane do naturalnego nawożenia upraw, np. pól ryżowych, co może zwiększyć plony o 20%.
• Eksploracja kosmosu: sinice są rozważane są jako organizmy wspierające życie w przyszłych bazach na Marsie. Mogłyby przetwarzać marsjański regolit i atmosferę w produkty niezbędne dla ludzi.

Nasza autorka

Magdalena Rudzka

Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.