Cyanobacteria, sebelumnya disebut ganggang biru-hijau, adalah filum dari domain Bacteria yang mencakup bakteri yang mampu melakukan fotosintesis oksigen. Cyanobacteria adalah satu-satunya prokariota yang melakukan fotosintesis jenis ini, itulah sebabnya mereka juga disebut Oxyphotobacteria.
Cyanobacteria telah lama ditetapkan sebagai ganggang sianofit (Cyanophyta, secara harfiah “tanaman biru”) atau cyanophyceae (Cyanophyceae, secara harfiah “ganggang biru”), sering dikebiri sebagai alga biru-hijau atau ganggang biru-hijau. Ketika perbedaan antara sel prokariotik dan sel eukariotik ditemukan, ditemukan bahwa ini adalah satu-satunya “ganggang” prokariotik, dan istilah “Cyanobacteria” (prokariota yang dikenal selalu disebut bakteri) mulai mendapatkan preferensi. Analisis morfologis dan genetik baru-baru ini telah menempatkan cyanobacteria di antara bakteri gram negatif, dan, dalam beberapa hal, adalah keturunan mereka yang, oleh endosimbiosis, memunculkan plastida.
Pengertian
Juga disebut sebagai ganggang biru-hijau dan bakteri biru-hijau, cyanobacteria adalah filum bakteri yang memperoleh energi mereka melalui proses yang dikenal sebagai fotosintesis. Karena mereka memerlukan kondisi lingkungan dasar, bakteri ini dapat ditemukan di berbagai lingkungan mulai dari habitat laut hingga darat.
Cyanobacteria juga terdiri dari berbagai spesies bakteri dengan berbagai bentuk yang ukurannya dapat ditemukan di berbagai habitat di lingkungan. Ini tersebar di 150 genera yang telah diidentifikasi sejauh ini dan memainkan berbagai peran penting di alam.
Anatomi dan morfologi
Cyanobacteria juga telah dikenal dengan nama biru-hijau, ganggang biru-hijau atau klorokarbon, karena kedua adanya pigmen klorofil yang memberikannya ciri karakteristik, dan kemiripannya dengan morfologi dan fungsi ganggang. Mereka adalah mikroorganisme yang sel-selnya hanya berdiameter beberapa mikrometer (μm), tetapi panjangnya jauh lebih besar daripada kebanyakan bakteri lain.
Karboksisom
Sitoplasma biasanya memiliki struktur yang dapat dikenali seperti karboksisom, sel-sel yang mengandung enzim Ribulose-1,5-bifosfat karboksilase RuBisCO, yang memperbaiki CO2. melalui mekanisme konsentrasi karbon yang menggunakan energi yang sebelumnya dihasilkan oleh fotosintesis.
Butiran penyimpanan
Dalam sitoplasma terdapat tubuh lipid, butiran glikogen, butiran sianofisin, butiran polifosfat, yang digunakan untuk menyimpan energi dalam bentuk karbohidrat dan kemudian dikonsumsi oleh respirasi seluler.
Vesikel gas
Beberapa cyanobacteria memiliki vesikel berisi gas (yang diisi gas) yang mereka gunakan untuk mengubah daya apung mereka karena mereka perlu bermigrasi ke daerah-daerah dengan cahaya yang lebih besar atau kurang. Perilaku ini adalah khas dari cyanobacteria yang merupakan bagian dari kolom air.
Tilakoid
Tilakoid terdapat dalam membran tilakoidal, dibentuk oleh invaginasi membran plasma (dengan mana mereka biasanya mempertahankan komunikasi atau kontak dan merupakan tempat aparatus molekul fotosintesis disebut phycobilosom (satu set protein yang terutama berfungsi sebagai pengumpul antena dari cahaya)
Ribosom
Dengan cara yang lebih canggih, struktur bakteri seperti ribosom (tidak homolog dengan eukariota) dapat dikenali.
DNA
DNA cyanobacteria terkondensasi dan dipadatkan dalam protonukleus.
Membran atau dinding
Selaput dibuat, seperti pada semua bakteri gram negatif, dari membran plasma dan membran eksternal, dinding murein (peptidoglikan) yang terletak di antara mereka.
Sarung lendir
Cyanobacteria yang paling umum adalah kokoid uniseluler (spheroidal), kadang-kadang dikumpulkan dalam selubung mucilaginous, atau membentuk filamen atau trikoma sederhana. Filamen mungkin tampak agregat yang diselimuti oleh lendir, atau dengan cara yang tampak bercabang (cabang palsu). Ada juga cyanobacteria yang membentuk filamen percabangan sejati. Lendir juga memiliki ekskresi zat polimer ekstraseluler atau EPS, yang memberikan adhesi cyanobacteria ke substrat, perlindungan UV, perangkap puing-puing dan pengecualian kompetitif mikroorganisme lainnya.
Sel khusus
Cyanobacteria, seperti myxobacteria, bertentangan dengan prasangka bahwa prokariota tidak pernah benar-benar multiseluler.
Heterokista
Mereka adalah sel khusus dalam fiksasi nitrogen. Ada komunikasi intim antara sel-sel filamen, dalam bentuk microplasmodesms, dan ada juga beberapa tingkat spesialisasi fungsi. Perbedaan yang paling menonjol ditawarkan oleh heterocysts, sel khusus yang hanya muncul dalam clade cyanobacterial. Heterokista muncul sebagai sel yang lebih besar dan berdinding tebal diselingi dalam filamen. Baru-baru ini telah dikonfirmasi bahwa dindingnya mengandung selulosa, polimer paling melimpah di dinding sel tanaman. Heterokista mengandung mesin pengikat nitrogen, suatu proses yang tidak sesuai dengan fotosintesis, karena oksigen menghambat nitrogenase.
Kalsit
Mereka adalah sel-sel yang menyimpan kalsium untuk dibuang, karena beberapa spesies endolitik dapat menghilangkan kalsium dari substrat berkapur untuk mengebor dan mengubur dalam sedimen.
Fisiologi
Cyanobacteria umumnya organisme fotosintesis, tetapi beberapa hidup heterotrof, sebagai pengurai, atau dengan metabolisme campuran. Cyanobacteria berbagi dengan beberapa bakteri lain kemampuan untuk menggunakan N2 atmosfer sebagai sumber nitrogen.
Fotosintesis oksigen
Cyanobacteria adalah yang pertama melakukan varian fotosintesis yang telah menjadi yang utama, dan yang telah menentukan evolusi biosfer terestrial. Ini tentang fotosintesis oksigen. Fotosintesis membutuhkan peredam (sumber elektron), yang dalam hal ini adalah air (H2O). Mengambil H dari air melepaskan oksigen. Ledakan evolusi dan ekologis cyanobacteria, hadir selama setidaknya 2,7 miliar tahun, memunculkan akumulasi oksigen di atmosfer, di mana ia mencapai konsentrasi yang sama dengan sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu, meletakkan dasar bagi munculnya metabolisme aerob dan radiasi dari organisme eukariotik.
Fotosintesis anoksigenik
Beberapa cyanobacteria masih mampu melakukan fotosintesis anoksigenik di hadapan Hidrogen Sulfida (H2S) melepaskan sulfur dalam proses, mereka juga dapat menggunakan Arsenik (As III) atau Hidrogen (H +) sebagai donor elektron. Pseudanabaena, Aphanothece dan Oscillatoria limnetica telah dilaporkan dengan kemampuan ini sembari juga melakukan fotosintesis oksigen.
Fiksasi nitrogen
Cyanobacteria berbagi dengan bakteri yang berbeda kemampuan untuk mengambil N2 dari udara, di mana ia adalah gas yang paling berlimpah, dan menguranginya menjadi ammonium (NH4 +), suatu bentuk nitrogen yang dapat dimanfaatkan semua sel. Autotrof yang tidak dapat memperbaiki N2 harus mengambil nitrat (NO3-), yang merupakan zat langka; ini adalah kasus tanaman. Enzim yang memperbaiki nitrogen adalah nitrogenase, yang dihambat oleh oksigen, yang membuatnya tidak sesuai dengan fotosintesis dan, oleh karena itu, dalam banyak cyanobacteria dua proses terpisah dalam waktu, fotosintesis berlangsung selama siang hari dan fiksasi nitrogen hanya di malam hari. Beberapa spesies telah memecahkan masalah menggunakan heterocysts, sel yang lebih besar dengan dinding menebal selulosa yang bertanggung jawab untuk fiksasi nitrogen; dalam heterokista tidak ada fotosistem II, jadi tidak ada evolusi oksigen dan nitrogenase dapat bertindak tanpa masalah.8
Beberapa cyanobacteria adalah simbiotik dari tanaman air, seperti pakis dari genus Azolla, dimana mereka memasok nitrogen. Hal ini mudah terlihat pada tanaman padi yang berlokasi di Cina dan Vietnam, di mana pada tahun 1988 peningkatan 5% dalam produksi sereal tersebut dicatat, terutama karena peningkatan kualitas nitrogen tetap sejak cyanobacteria bekerja sebagai pengatur ekologis, sehingga mereka memperoleh fungsi herbisida dan pestisida.9 Mengingat kelimpahannya di lingkungan yang berbeda, cyanobacteria penting untuk sirkulasi nutrisi, memasukkan nitrogen ke dalam rantai makanan, di mana mereka berpartisipasi sebagai produsen utama atau sebagai pengurai.
Metanogenesis
Paradigma bahwa metanogenesis biogenik, yang dianggap sebagai proses anaerobik murni, unik untuk archaea, berubah pada tahun 2020. Sebuah studi menunjukkan bahwa cyanobacteria yang hidup di lingkungan laut, air tawar dan terestrial menghasilkan metana dengan laju yang besar dalam cahaya, gelap, oksigen dan anoksigenologi, menghubungkan produksi metana dengan produktivitas primer. Produksi metana, dikaitkan dengan cyanobacteria oleh teknik pelabelan isotop stabil, meningkat selama fotosintesis oksigen. Pembentukan metana oleh cyanobacteria berkontribusi pada akumulasi metana di perairan permukaan laut dan daerah-daerah jenuh oksigen. Dalam lingkungan ini, mekar cyanobacterial diperkirakan meningkat lebih lanjut karena pemanasan global mungkin memiliki umpan balik positif. Cyanobacteria mungkin telah memproduksi metana sejak pertama kali berevolusi di Bumi
Reproduksi
Cyanobacteria menjadi bakteri hanya memiliki reproduksi aseksual, namun, beberapa cyanobacteria memiliki mekanisme reproduksi unik dalam bakteri, menghadirkan sel-sel khusus untuk fungsi ini.
Pembelahan biner
Pembelahan biner adalah ketika sel induk tumbuh dan kemudian membelah menjadi dua, sehingga menimbulkan dua sel anak, yang merupakan jenis reproduksi yang paling umum dalam ordo Synechococcales, dan dapat berupa bipolar atau apolar.
Fisi berganda
Fisi ganda adalah ketika sel induk membelah secara instan atau berurutan tanpa sebelumnya tumbuh menjadi fragmen tidak teratur yang disebut beocytes. Ini terjadi pada cyanobacteria ordo Pleurocapsales.
Tunas
Tunas adalah ketika sebuah sel punca difragmentasi pada ujungnya sehingga menimbulkan nanosit atau eksosit yang kemudian dilepaskan, jenis reproduksi ini hanya diamati di Chamaesiphon.
Fragmentasi
Ketika trikoma filamen pecah menjadi dua, ini dimungkinkan berkat sel pengorbanan yang disebut necridium, sehingga ujungnya dapat terpisah menjadi dua filamen atau mereka dapat tetap bersama dalam lendir yang sama membentuk cabang palsu.
Manfaat cyanobacteria
Ada genus seperti Spirulina, yang dapat dikonsumsi karena kandungan karotennya yang tinggi, yang digunakan sebagai antioksidan dan diubah menjadi vitamin A saat memasuki tubuh.
Mereka tidak hanya melayani makanan manusia, itu telah diverifikasi di bidang budidaya padi yang disebutkan sebelumnya bahwa sekolah ikan telah dikembangkan ketika memperkenalkan cyanobacteria bersama dengan simbiotanya Azolla, yang pada gilirannya memakan kelebihan cyanobacteria yang menghuni tanaman, secara tidak langsung mempromosikan perikanan.
Cyanobacteria Synechocystis dan Cyanothece adalah organisme model penting dengan aplikasi potensial dalam bioteknologi untuk produksi bioetanol, pewarna makanan, sebagai sumber makanan bagi manusia dan hewan, suplemen makanan dan bahan baku.
Ada minat menggunakan cyanobacteria dari ordo Chroococcidiopsis untuk penjajahan Mars, karena karena ekologi endolitik mereka, mereka menahan suhu rendah, radiasi UV tinggi dan pengeringan tinggi34.
Beberapa cyanobacteria dengan kapasitas presipitasi karbonat juga telah diusulkan sebagai alat dalam penyerapan karbon atmosfer.
Cyanobacteria memainkan peran penting dalam komunitas mikroba; untuk alasan ini, mereka dapat ditemukan hampir di semua tempat di planet kita. Namun, beberapa lingkungan ini tidak menguntungkan yang menyulitkan banyak organisme hidup lainnya untuk bertahan hidup di dalamnya. Ini termasuk lingkungan seperti gurun, mata air yang sangat panas dan rak es Antartika.
Untuk alasan ini, mereka perlu beradaptasi dengan berbagai cara agar dapat selamat dari kondisi ini. Selain pigmen penyerap ultraviolet yang ditemukan pada beberapa spesies, banyak cyanobacteria plankton telah terbukti mampu bertahan hidup dengan Sinar Ultra Violet (UVR) dengan mengapung atau tenggelam di lingkungan mereka dengan menggunakan vakuola gas.
Untuk yang lain seperti Oscillatoriales, kelangsungan hidup ditingkatkan dengan secara aktif bergerak dari permukaan tikar mikroba ke dalam sedimen matriks yang memberikan kondisi yang lebih menguntungkan. Hal ini memungkinkan organisme untuk bertahan hidup dengan UVR. Di Danau Antartika, Cyanobacteria telah terbukti secara signifikan menurunkan konsumsi oksigennya.
Kehadiran klorofil adalah salah satu karakteristik yang diidentifikasi. Namun, perlu dicatat bahwa mereka juga memiliki pigmen aksesori lain yang mencakup allophycocyanin, phycoerythrin dan phycocyanin. Pigmen-pigmen ini memainkan peran penting mengingat mereka membantu secara efektif memanfaatkan spektrum cahaya di wilayah / lingkungan tertentu.
Dalam hal spektrum cahaya bervariasi, organisme masih dapat melanjutkan proses fotosintesis mereka yang pada gilirannya meningkatkan kelangsungan hidup mereka. Selain itu, anggota cyanobacteria mampu menyimpan berbagai nutrisi penting dan metabolit dalam sitoplasma mereka.
Ini, selain fiksasi dinitrogen, memberi mereka nutrisi yang diperlukan yang mereka butuhkan untuk bertahan hidup. Di antara mekanisme lain, ini membantu bakteri bertahan hidup di lingkungan yang dalam dan gelap untuk jangka waktu yang lama. Melalui adaptasi semacam itu, anggota telah dapat bertahan hidup di lingkungan yang berbeda, baik yang menguntungkan maupun yang ekstrem, di bumi.
Klasifikasi
| Taksonomi dan Nomenklatur | |
| Kingdom: | Bakteri |
| Peringkat Taksonomi: | Divisi |
| Sinonim: | Cyanophycota |
| Nama Umum: | ganggang biru-hijau |
| cyanophytes [Prancis] | |
| Status Taksonomi: | |
| Berdiri saat ini: | sah |
| Indikator Kualitas Data: | |
| Rekam Peringkat Kredibilitas: | diverifikasi – standar minimum terpenuhi |
| Kelengkapan Spesies Global: | sebagian |
| Ulasan Rekam Terbaru: | 2012 |
Pada tahun 1985, klasifikasi cyanobacteria yang diusulkan mempertimbangkan faktor Bacteriological. Proposal mengidentifikasi empat Ordo bakteri yang termasuk Chroococcales, Nostocales, Oscillatoriales dan Stigonematales. Namun, ordo lain dari filum yang telah ditemukan termasuk Chroococcales, Gloeobacterales, dan Pleurocapsales.
Bakteri juga berada di bawah Kingdoom Monera dan Divisi Eubacteria. Namun klasifikasi lebih lanjut telah menghasilkan debat yang signifikan pada tingkat taksonomi yang lebih tinggi.
* Awalnya, mereka digolongkan sebagai ganggang biru-hijau karena mereka memiliki klorofil dan penampilan seperti ganggang. Namun, penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa mereka prokariotik, yang membantu mengklasifikasikan mereka dengan tepat.
Contoh
Contoh cyanobacteria termasuk:
- Microcystis aeruginosa
- Cylindrospermopsis raciborskii
- Anabaena circinalis
- Cyanophora paradoxa
- Komune nostoc