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Rocío Hernández, Ainhoa Gómez y Marta Alcón.
Las cianobacterias son microorganismos, concretamente bacterias de tipo GRAM- negativas que contienen clorofila y otros pigmentos fotosintéticos que les permiten realizar la fotosíntesis. Su importancia se encuentra en sus acciones hace millones de años. Hace aprox. 4500 millones de años, la atmósfera primitiva estaba desoxigenada y con un alto porcentaje de CO2. Tras la aparición de las cianobacterias, poco a poco, el nivel de O2 de la atmósfera fue aumentando hasta alcanzar los valores de hoy en día.
INTRODUCCIÓN:
El objetivo de este trabajo es conocer un poco más un filo del Dominio bacteria. Con ello queremos explicar qué son las cianobacterias, cuál es su principal estructura celular y describir el importantísimo rol en la evolución de la composición de la atmósfera. Además, valoraremos su biodiversidad y su importancia tanto biológica como ecológica, y su destacable adaptación a casi todos los hábitats del planeta Tierra.
DESARROLLO:
¿QUÉ SON LAS CIANOBACTERIAS?
Figura 1: Algas verdeazuladas.
Las cianobacterias fueron designadas durante mucho tiempo como cianofitas (Cyanophyta: plantas azules) o cianofíceas (Cyanophyceae: algas azules), castellanizándose lo más a menudo como algas verdeazuladas.
CÓMO INFLUYERON EN LA EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA.
Fueron las responsables del enriquecimiento en oxígeno de los océanos y, posteriormente, del aumento de oxígeno en la atmósfera, por difusión directa desde los ecosistemas marinos.Poco a poco, la atmósfera se volvió oxigénica y se comenzó a formar la capa de ozono, filtro de rayos UV imprescindible para la vida en tierra firme.
Figura 2: Cyanobacteria.
Durante la aparición de las Cianobacterias, la presencia de O2 en la atmósfera era muy escasa mientras que la concentración de CO2 era unas 100 veces mayor que la actual. La fotosíntesis produjo un aumento global de la concentración de O2 y disminución de la de CO2.
Además, las cianobacterias juegan un papel fundamental en el desarrollo de diversos ecosistemas acuáticos y terrestres. Son productores primarios y actúan como proveedores y fijadores de nitrógeno . El nitrógeno atmosférico es especialmente importante para el crecimiento de las algas y plantas acuáticas.
Rhizobium: son las encargadas de fijar el nitrógeno atmosférico al suelo.
MORFOLOGÍA CELULAR:
Las cianobacterias son microorganismos cuyas células miden sólo unos micrómetos (µm) de diámetro.
a.- Membrana externa; Se utiliza para mantener la forma del orgánulo contenido dentro de su estructura, y actúa como barrera contra ciertos peligros.
b.- Capa de peptidoglucano;estructura en red cristalina formada por cadenas lineales de dos aminoazúcares alternos.
c.- Membrana plasmática; es una capa o bicapa lipídica de fosfolípidos y otras sustancias que delimita toda la célula, dividiendo el medio extracelular del intracelular.
d.- Citosol; es el líquido que se localiza dentro de las células; constituye la mayoría del fluido intracelular.
e.- Gránulo de cianoficina; almacenan la proteína cianoficina y el almidón cianofíceo.
f.- Ribosoma; son orgánulos citoplasmáticos no delimitados por una membrana, formados por el ácido ribonucleico ribosomal y proteínas ribosómicas, que constituyen una máquina molecular presente en todas las células.
g.- Gránulo de glucógeno; almacenan energía.
h.- Cuerpo lipídico; son estructuras de almacenamiento de lípidos neutros que inicialmente se consideraron como depósitos inertes de estas moléculas.
i.- Carboxisoma; corpúsculos que contienen la enzima ribulosa.
j.- Ficobilisoma; son complejos supramoleculares de pigmentos solubles en agua que sirven principalmente como antenas recolectoras de luz en cianobacterias y algas rojas.
k.- Gránulo polifosfato; son orgánulos esféricos, de un tamaño de entre 15 y 200 nm en diámetro rodeados de una membrana
l.- Vacuola gasífera; permiten la flotabilidad.
m.- Tilacoide; Los tilacoides se encuentran postrados en la membrana tilacoidal, formadas por invaginación de la membrana plasmática y es donde reside el aparato molecular de la fotosíntesis llamado ficobilosoma.
n.- ADN;es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos y algunos virus.
Figura 3: morfología celular.
BIODIVERSIDAD EN CIANOBACTERIAS:
Las cianobacterias son el grupo más grande y de mayor distribución de procariotas fotosintéticos que existe sobre la tierra. Las cianobacterias son únicas en tener una distribución cosmopolita, es decir, que va desde las pozas termales hasta las regiones árticas. Por lo tanto, las cianobacterias colonizan océanos, ríos, suelos, pozas termales y también se encuentran en simbiosis con hongos y plantas lo que demanda de una gran variabilidad para adaptarse a factores ambientales diversos. La biodiversidad en este tipo de bacterias es muy grande, ya que existen más de 5.000 especies de cianobacterias.
Algunas de las especies más representativas y ejemplos de cianobacterias son:
Arthrospira platensis y Arthrospira maxima: pertenecientes al género Spirulina. Sirve como suplemento dietético energizante con alto contenido en proteínas, minerales, vitaminas y carotenos.
Nostoc sphaericum: es una cianobacteria del género Nostoc muy apreciada en la gastronomía de varios países latinoamericanos. Tiene forma esférica y propiedades antioxidantes y antivirales, por lo que también es de interés farmacológico.
Nostoc commune: es un ejemplo de cianobacteria cosmopolita suelen crecer en suelos húmedos, musgos o hierbas que se encuentran cerca de charcos.
Nostoc punctiforme: se trata de una cianobacteria filamentosa que forma simbiosis y endosimbiosis con otros organismos. Suele crear colonias en suelos húmedos.
Synechococcus: es un ejemplo de cianobacteria unicelular que está muy presente en el medio marino. Su principal pigmento es la clorofila.
Figura 4: Arthospira platensis
Figura 5: Nosctoc spharicum
Figura 6: Nostoc commune
Figura 7: Nostoc punctiforme
Figura 8: Synechococcus
ADAPTACIONES DE LAS CIANOBACTERIAS:
Las cianobacterias están tan bien adaptadas a los extremos de las condiciones de vida que se han sugerido para la vida pionera en Marte. A partir de esto se clasificaron en dos grupos:
Las cianobacterias sensibles a los rayos UV que colonizan debajo de la superficie del suelo y están compuestas principalmente por Microcoleus. En lugar de exponerse a la radiación UV y al viento, las cianobacterias sensibles a la radiación UV se encuentran secas debajo de la superficie del suelo hasta que se activan por la humedad para deslizarse a la superficie. Regresan a su posición subsuperficial antes de volver a secarse.
Las cianobacterias tolerantes a los rayos UV que, en ambientes desérticos, están compuestas principalmente por especies de Scytonema y Nostoc. Estas cianobacterias viven en la superficie del suelo y poseen mecanismos de adaptación directa al ambiente del desierto. Han desarrollado la capacidad de activar reversiblemente su metabolismo, limitando la fotosíntesis y el crecimiento a períodos húmedos cuando las células se re-hidratan. Durante los períodos cálidos y secos, las células entran en un estado de reposo.
Las cianobacterias desarrollaron pigmentos, y aminoácidos que absorben dosis letales de radiación UV. Estos pigmentos son tan efectivos que actualmente se están evaluando para su uso como un filtro solar para uso humano.
A pesar de las impresionantes adaptaciones de las cianobacterias, siguen siendo vulnerables a las alteraciones antropogénicas. La recuperación de las cianobacterias puede llegar a durar siglos.
Figura 9: Cianobacteria sensible a los rayos UV, Microcoleus.
Figura 10: Cianobacteria tolerante a los rayos UV, Nostoc.
Figura 11: Cianobacteria tolerante a los rayos UV, Scytonema.
IMPORTANCIA ECOLÓGICA, ECONÓMICA Y AMBIENTAL:
IMPORTANCIA ECOLÓGICA:
Son productores primarios: son fundamentales para el desarrollo de diversos ecosistemas acuáticos y terrestres. A parte de caracterizarse por productores primarios actúan como proveedores y fijadores de nitrógeno para las cadenas tróficas.
Realizan gran parte de la actividad fotosintética : la mayor actividad fotosintética ocurre en el agua ya que las algas y las cianobacterias producen mucho más oxígeno que las plantas terrestres.Las cianobacterias generan un gran porcentaje de oxígeno.
Primeros organismos autótrofos: al poder producir materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas (fotosíntesis) , estas inundaron poco a poco la atmósfera terrestre con oxígeno. Este cambio en la composición de la atmósfera permitió la formación de la capa de ozono y la diversificación de organismos capaces de sobrevivir fuera del agua.
IMPORTANCIA ECONÓMICA
Alguna de ellas se cultivan con fines alimentarios, por ejemplo, Arthrospira platensis, Arthrospira maxima y Nostoc sphaericum.
IMPORTANCIA AMBIENTAL
La importancia ecológica de las cianobacterias radica en que existe una gama de estas que poseen la capacidad de producir hidrocarburos, así como degradarlos, lo que podría hacer posible el uso de estos organismos para la producción de una fuente de energía alternativa al petróleo y sus derivados, como también se podría hacer uso de estas para la degradación de petróleo y derivados derramados en mares y océanos.
Hidrocarburos: compuestos orgánicos que producen vapor de agua, CO2 y calor ya que realizan la combustión y para ello, necesitan O2 el cual roban del aire. Ej: metano, hexano, petróleo…
Indicadoras de contaminación o bioindicadoras: estas se pueden convertir en un verdadero problema para los ecosistemas. Cuando existe eutrofización las cianobacterias aumentan su población descontroladamente, esto perjudica a multitud de seres vivos porque excesiva aglomeraciones no permiten el paso de la luz. Cuando éstas aparecen en lugares acuáticos puede significar un mantenimiento deficiente, exceso de nutrientes , mala iluminación,estancamiento y/o mala filtración del agua.
Figura 12: Cianobacteria fijadora de nitrógeno.
Figura 13: Arthrospira platensis, fines alimentarios.
Figura 14: Cianobacteria degradadora de petróleo.
OTRAS APLICACIONES:
"Así se están usando las algas microscópicas para sustituir al plástico".
"Así se están usando las algas microscópicas para sustituir al plástico".
El plástico se ha convertido en una de las necesidades más cruciales de la vida moderna, y también en uno de sus grandes problemas.
Hay microorganismos capaces de fabricar plástico, que además es biodegradable, en concreto, las algas microscópicas, como son las cianobacterias. Las algas en su estado natural son uno de los grandes sumideros de carbono, y se han contemplado como fuentes para desplazar a los combustibles fósiles como fuente de energía.
Una de las ventajas y de los problemas de las algas es que crecen muy rápidamente. La muerte del Mar Menor se debe a la eutrofización, el fenómeno que se produce cuando los residuos de los fertilizantes de la agricultura llegan a los cauces de agua y provocan un crecimiento exagerado de las algas, que acaban con el oxígeno y matan al resto de los seres vivos de ecosistema. Sin embargo, algas también son la solución. La empresa Algix en Estados Unidos está capturando los nitratos y otros fertilizantes en las depuradoras usando algas de forma controlada, para que nunca lleguen a los cauces de aguas.
Pero además ha desarrollado un material de goma de etilvinilacetato mezclado con algas, y que puede sustituir a la goma EVA derivada del petróleo que se utiliza en las suelas de la mayoría de los zapatos. Su goma de algas ha sido incorporada en algunos de los zapatos de Adidas y Merrell, entre otras marcas.
DATOS CURIOSOS.
¿Cómo captan la luz las cianobacterias?
¿Cómo captan la luz las cianobacterias?
Figura 15: Cianobacterias. (Foto: U.S. Geological Survey)
Un grupo de investigadores ha conseguido, por primera vez, explicar la estructura tridimensional completa de los ficobilisomas, las antenas encargadas de que las cianobacterias puedan realizar la fotosíntesis.
Además, han aportado datos nuevos y reveladores sobre el proceso de la fotoprotección, un proceso que permite que las células se protejan cuando reciben excesiva luz. También, el estudio ha revelado la existencia de otras dos conformaciones desconocidas hasta ahora, donde las antenas pueden obtener diferentes posiciones.
Los resultados de esta investigación serán de gran ayuda para el avance del conocimiento de las cianobacterias con posibles aplicaciones en la ingeniería ambiental.
Este nuevo estudio aporta datos que ayudarán a esclarecer muchas incógnitas respecto a la estructura de estas antenas y el mecanismo de fotoprotección, pero a la vez crea otra incógnitas para el campo de la fotosíntesis.
Descubren en una cueva de Cantabria, la Capilla Sixtina de las cianobacterias.
Descubren en una cueva de Cantabria, la Capilla Sixtina de las cianobacterias.
Científicos españoles han descubierto en la cueva de Arredondo (Cantabria) más de 20 taxones, mayoritariamente de cianobacterias, entre las que se encuentran algunas amebas aún no descritas por la ciencia y probablemente más de 8 nuevos géneros cianobacterianos.
El aventurarse en su interior suele espolear la curiosidad e incita a recorrerla hasta los lugares más recónditos y llegar a su final. La agencia española Astroland Agency, que ha desarrollado un ambicioso programa para investigar la posibilidad de desarrollar misiones tripuladas a Marte y ha instalado una estación espacial análoga absolutamente respetuosa con su entorno, en pleno corazón de la cueva del Escalón.
Joyas de gelatina:Una de las paredes de la cueva parecía recubierta por un tapiz grisáceo de filamentos muy finos con aspecto de moho, de una coloración prácticamente indistinguible a la de la roca caliza húmeda en el que se asentaba, y con un aspecto muy poco atractivo el cuál no invitaba para nada acercarse a ella, recordaba la suciedad mohosa de una buhardilla abandonada y sucia.
Filamentos irreconocibles: entre esa maraña de filamentos irreconocibles, aparecían camufladas y dispersas algunas pequeñas masas de algo gelatinoso y viscoso con una gran cantidad de tonalidades.
Contornos diminutos: los contornos diminutos de una especie de figura ovoide que destacaba entre la masa amorfa de la gelatina.
Las primeras muestras recogidas y determinadas con microscopía de fluorescencia han dejado la evidencia de que este tapiz cianobacteriano es absolutamente único y muy especial.
Figura 16: Joyas de gelatina.
Figura 17: Contornos diminutos.
Figura 18: Primera incursión científica en el entorno de la Ares Station en mayo de 2019.
BIBLIOGRAFÍA:
Cyanobacteria. (s. f.). https://www.quimica.es/enciclopedia/Cyanobacteria.html
Pescador, D. (2023b, febrero 3). Así se están usando las algas microscópicas para sustituir al plástico. elDiario.es. https://www.eldiario.es/consumoclaro/consumo-sostenible/usando-algas-microscopicas-sustituir-plastico_1_9903361.html
Invitada, F. (2022, 21 julio). Descubren en una cueva de Cantabria la Capilla Sixtina de las cianobacterias. Levante-EMV. https://www.levante-emv.com/tendencias21/2022/07/21/descubren-cueva-cantabria-capilla-sixtina-68563476.html
R. (2022, 6 septiembre). ¿Cómo captan la luz las cianobacterias? Noticias de la Ciencia y la Tecnología (Amazings® / NCYT®). https://noticiasdelaciencia.com/art/44975/como-captan-la-luz-las-cianobacterias
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