Botanica

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II processo di divisione della cellula è detto scissione binaria; in seguito alla replicazione del genoma, la ripartizione dei

componenti del protoplasto si compie mediante l’invaginazione centripeta della membrana plasmatica e della parete cellulare.

Il DNA può essere anche implicato in fenomeni parasessuali; i cianobatteri infatti, come altri batteri, hanno alcune capacità di

ricombinazione genetica, come la trasformazione, che avviene quando il DNA rilasciato nell’ambiente da una cellula viene

incorporato nel genoma di un’altra cellula e la coniugazione, che comporta il trasferimento di DNA, tipicamente un plasmidio,

da una cellula ad un’altra attraverso un pilus specializzato.

CLASSIFICAZIONE

I cianobatteri sono organismi unicellulari, che possono vivere solitari o riuniti in colonie, le quali presentano forme diverse a

seconda della direzione delle divisioni cellulari; la forma più comune della colonia è il filamento dato dalla divisione della cellula

in un'unica direzione.

Questi filamenti possono essere semplici o ramificati; in particolare, possiamo distinguere:

- False ramificazioni: sono date dal fatto che ad esempio all’interno del filamento, una cellula va incontro ad apoptosi (muore) e

quindi le due cellule confinanti (adiacenti a quella morta), andranno a costituire due nuovi apici di crescita, determinando così

la formazione di nuovi filamenti, i quali bucheranno la guaina e cresceranno indipendentemente.

- Vere ramificazioni: la cellula si divide in una direzione perpendicolare a quella del filamento principale e quindi si formano

delle ramificazioni dette a T ovvero ramificazioni laterali.

Le cellule sono tondeggianti, quando isolate e nelle colonie non filamentose; nei filamenti invece sono spesso cilindriche, a

botte o schiacciate come monete.

Le colonie possono aggregarsi a loro volta in ammassi tanto consistenti da essere visibili ad occhio nudo.

Anche per quanto riguarda le forme coloniali vi è tanta variabilità infatti, andiamo da colonie che hanno un numero variabile e

una disposizione non ordinata delle cellule, a colonie che hanno invece un numero di cellule definito geneticamente e si

dispongono anche in maniera molto ordinata.

Quando i cianobatteri sono uniti a formare colonie, vengono tenuti insieme dalla mucillagine che si trova all’esterno e che

avvolge e unisce tra loro le cellule della colonia.

Come si può intuire facilmente, data l’enorme variabilità, la classificazione dei cianobatteri è vasta ed è in continua revisione.

In passato venivano chiamate alghe verdi/azzurre proprio per la loro colorazione e anche perché erano in grado di svolgere la

fotosintesi ossigenica; in seguito però si è vista la loro natura procariotica e quindi sono stati distinti dalle alghe.

Un’altra cosa che ha creato molto caos nella tassonomia dei cianobatteri è che i microbiologi li hanno studiati per molto tempo

come batteri quindi come procarioti, applicando più o meno le stesse analisi che venivano fatti per i batteri; mentre i botanici li

hanno studiati come “piante” ovvero come organismi vegetali che svolgono la fotosintesi.

Questi due studi differenti, hanno creato due linee sistematiche dei cianobatteri, una portata avanti appunto dai microbiologi e

una dai botanici e questo ha fatto sì che a volte uno stesso organismo venisse nominato in modo diverso o che lo stesso nome

vada ad identificare organismi che in realtà non sono vicini filogeneticamente.

Oggi però la biologia molecolare sta portando ad una definizione migliore e ad un punto d’incontro tra botanici e microbiologi.

In una delle più recenti classificazioni, i cianobatteri vengono distinti in sette ordini diversi:

- Gloeobacteriales: che sono i cianobatteri più primitivi, non hanno infatti i tilacoidi e svolgono la fotosintesi mediante

delle clorofille che si trovano nella membrana plasmatica, quindi, si differenziano da tutti gli altri ordini di cianobatteri.

Hanno comunque ficobiliproteine e appaiono di un intenso colore viola.

- Synecococcales: è un altro ordine di cianobatteri molto eterogeneo perché si trovano sia specie coccali sia specie

filamentose e in questo gruppo è stato descritto l’unico organismo che presenta la clorofilla d (Acaryochloris).

- Chroococcales: sono cellule sferiche.

Tra questi cianobatteri, esiste una specie chiamata Chroococcidiopsis che è particolarmente interessante perché è in

grado di vivere in condizioni estreme.

In particolare è stato rinvenuto sia in ambienti molto caldi come nei deserti (ad esempio di Israele) ma anche in

ambienti molto freddi come in Antartide e quindi è in grado di tollerare ambienti particolarmente estremi.

Questo cianobatterio si rifugia ad esempio nei primi millimetri di suolo per proteggersi dall’eccessiva esposizione alle

radiazioni che si trovano in questi ambienti, ma anche dal pericolo di disidratazione.

La resistenza di questo cianobatterio a radiazioni che potrebbero essere dannose per altri organismi è data soprattutto

dal fatto che esso presenta degli efficacissimi meccanismi di riparo del DNA.

- Pleurocapsales: che più volte sono state messe a parte.

- Oscillatoriales: sono formate da cianobatteri che formano filamenti semplici che quindi non hanno delle ramificazioni.

Tra questi possiamo ricordare la spirulina, la quale è molto importante, infatti viene utilizzata come integratore

alimentare in quanto contiene molte proteine, vitamine e sali minerali.

Viene considerata anche uno dei cibi del futuro perché si ritiene che possa essere un importante integratore

dell’alimentazione degli astronauti nelle missioni spaziali a lungo termine.

Trai cianobatteri, rientrano anche alcune specie che sono produttrici di tossine (epatotossine, neurotossine ecc.).

Tra queste specie tossiche possiamo ricordare ad esempio Planktothrix rubescens, sono dei cianobatteri filamentosi

quindi rientrano sempre tra gli oscillatoriales, vivono in ambienti di acqua dolce e sono dotati di vescicole gassose di

natura proteica che gli permettono di spostarsi nell’acqua.

Quando trovano le condizioni ottimali, questi cianobatteri possono creare delle fioriture estese.

Planktothrix rubescens è un cianobatterio ricco di ficoeritrina e alcuni anni fa ha portato a fioriture estese nel lago di

Albano, donandogli una colorazione rossa.

Questi cianobatteri vanno attentamente analizzati e studiati in quanto il problema può essere duplice:

1. Siccome sono specie che producono tossine, possono essere dannose per la salute.

2. L’estesa fioritura può creare problemi di assenza di ossigeno al di sotto e quindi condizioni di anossia che

portando così a morte degli organismi che vivono nella parte sottostante in quanto non avranno più ossigeno a

disposizione.

- Spirulinales: che come suggerisce il nome hanno dei filamenti a spirale (la spirulina è classificata tra le oscillatoriales).

- Nostocales: sono dotati di eterocisti in grado di fissare l’azoto.

Si ritiene che sia il gruppo più recente dal punto di vista evolutivo, che quindi siano comparsi in un secondo momento.

Tra le Nostocales troviamo cianobatteri filamentosi eterocistici cioè ovvero dei cianobatteri in grado di svolgere una

funzione importantissima per tutto l’ecosistema che è quella della fissazione dell’azoto.

In particolare, in queste specie, alcune cellule del tricoma vanno incontro ad un processo di differenziamento alquanto

spinto per i procarioti, diventando cellule specializzate nella fissazione dell’azoto atmosferico, che prendono il nome di

eterocisti.

Le eterocisti possono trovarsi sia all’interno del filamento (eterocisti intercalari) o all’apice del filamento (eterocisti

apicali).

L’eterocisti è una cellula che una volta differenziata, non può più dividersi, questo comportamento può essere

interpretato come il primo esempio di modello pluricellulare nel corso dell’evoluzione.

Queste cellule sono importanti in quanto presentano l’enzima nitrogenasi, in grado di prendere l’azoto in forma

gassosa e di ridurlo a ione ammonio ovvero nella forma ridotta che viene utilizzata da tutti gli organismi per essere poi

inserita all’interno di importanti molecole biologiche come proteine, acidi nucleici ecc.

In particolare, queste cellule specializzate non hanno il fotosistema II che svolge l’idrolisi dell’acqua e il rilascio

dell’ossigeno perché l’enzima nitrogenasi viene inibito dall’ossigeno e quindi in queste cellule è presente solo il

fotosistema I.

Inoltre per evitare ulteriormente che l’ossigeno penetri al loro interno, queste cellule presentano anche delle pareti

molto robuste.

I nutrienti e l’energia necessaria per le attività metaboliche delle eterocisti vengono forniti dalle cellule adiacenti

mediante particolari punteggiature attraversate da microplasmodesmi.

Gli scambi tra le eterocisti e le cellule vicine infatti, sono molto attivi e in particolare le eterocisti ricevono i prodotti

della fotosintesi e cedono quelli della fissazione dell’azoto.

Nei cianobatteri in cui non sono presenti eterocisti, possono avvenire due modalità diverse:

- Una è che il cianobatterio, di notte, ovvero quando non viene evoluto ossigeno, effettua l’azotofissazione mentre al

contrario di giorno effettuerà la fotosintesi.

- Un altro meccanismo è che all’interno di questi filamenti, possono trovarsi delle micronicchie anaerobiche dove le

cellule che compongono il cianobatterio in quel punto, possono svolgere fotofissazione.

Oltre alle eterocisti si differenziano cellule ricche di sostanze di riserva che assumono il ruolo di propaguli vegetativi.

Possono formarsi due tipi di propaguli:

1. Ormogoni: ovvero dei segmenti di tricoma che si separano dalla colonia madre e ricostruiscono altrettante

colonie

2. Acineti: sono delle cellule ricche di materiale di riserva che si pensa abbiano un ruolo di resistenza a condizioni

ambientali sfavorevoli; ovvero in determinate condizioni sfavorevoli, esse iniziano ad accumulare sostanze di

riserva e si ingrandiscono fino a quando le condizioni non torneranno favorevoli e quindi le riserve verranno

metabolizzate e la cellula si inizierà a dividersi riformando cellule della dimensione normale.

Questa caratteristica potrebbe pertanto essere la causa di improvvise fioriture.

IMPORTANZA ECOLOGICA ED EVOLUTIVA

I cianobatteri sono stati i principali protagonisti dell’evoluzione vegetale del nostro pianeta.

Miliardi di anni fa c’è stata l’epoca dei cianobatteri i quali formarono i cosiddetti stromatoliti, ovvero delle strutture

sedimentarie finemente stratificate, le quali ovviamente in passato erano molto diffuse in quanto i cianobatteri proprio per la

loro capacità di svolgere la fotosintesi ossigenica e quindi di avere un metabolismo di tipo fotoautotrofo erano fortemente

competitivi nell&