Piante acquatiche, cianobatteri e batteri

Piante acquatiche, cianobatteri e batteri; sicuramente, o prima o poi, un acquariofilo sentirà parlare di cianobatteri e batteri. I cianobatteri, molto spesso, possono essere chiamate “alghe” ma in realtà sono batteri fotosintetici. In questo articolo, spiegheremo anche se non in termini “semplici” per non divulgarci troppo, alcuni dei più comuni cianobatteri, ma prima, parliamo di piante e alghe…

Le piante acquatiche

Periphyton

Periphyton

Le piante acquatiche crescono in zone poco profonde e sono suddivise in tre principali tipi che sono; unicellulari (fitoplancton), periphyton (alghe che crescono su substrati) e macrofite multicellulari. Il fitoplancton comprende diversi gruppi di alghe (ad esempio: alghe verdi, marrone dorato, euglenophytes, dinoflagelates e diatomee) e un gruppo di fotosintetici batteri (cianobatteri). Le alghe planctoniche possono essere sia bentoniche (collegate a un substrato) o planctoniche (che galleggiano nella colonna dell’acqua). Ci sono un gran numero di specie di fitoplancton, oltre 400. I fitoplancton sono i più comuni in habitat naturale con livelli di nutrienti elevati. I Periphyton possono crescere attaccati ad altre piante (periphyton ephytic) o sulle rocce e altri supporti (periphyton epibenthic). Tipicamente, le periphyton sono costituite da diatomee, una varietà di alghe filamentose (comprese Spirogyra, Anabanea, Oscillatoria, Lyngbya e Pithophora spp) e cianobatteri. La Periphyton può essere una fonte importante di cibo per gli erbivori. Le Macrofite acquatiche pluricellulari sono macroalghe (le alghe verdi della famiglia Characeae), che sono piante non vascolari (ad esempio, muschi), o piante vascolari (le piante da fiore). Le Macrofite acquatiche possono essere classificate come emerse come ad esempio le ninfee.

Parliamo di alghe

Alghe rosse

Alghe rosse

Le alghe, come tutte le piante, necessitano di energia attraverso la fotosintesi; producendo essenzialmente cibo catturando l’energia dal sole. Molte alghe assumono energia sotto forma di amido. Le Rhodophyta (alghe rosse) immagazzinano energia sotto forma di amido floridean, mentre le Phaeophyceae (alghe brune) possono immagazzinare la loro energia sotto forma di Laminarina (Polisaccaride). Il colore verde delle alghe deriva dal predominio di clorofilla come pigmento fotosintetico. Gli altri colori che possono avere molte altre alghe, non significano che siano una mancanza di clorofilla, ma che la clorofilla viene mascherata in modo naturale. La Rhodophyta contiene il phycobilin, un pigmento di colore rosso, mentre il gruppo di alghe Chrysophaceae contiene la fucoxantina, un pigmento che dà loro un colore dorato. I fitoplancton sono microscopici organismi fotosintetici galleggianti in ambienti acquatici, sia d’acqua dolce, sia di acqua di mare. In acqua di mare, i più comuni tipi di fitoplancton sono le diatomee e i dinoflagellati. Le loro attività fotosintetiche rimuovono l’anidride carbonica dall’ambiente e rilasciano ossigeno; quindi sono responsabili di alcuni degli effetti dell’aumento della anidride carbonica nell’atmosfera. Dal momento che hanno bisogno di luce solare per la fotosintesi, si trovano solo negli strati superiori di zone illuminate dal sole. Quando sono presenti quantità eccessive di nutrienti, fitoplancton può essere in eccesso. Alcune specie di fitoplancton possono produrre tossine.

Morfologia delle alghe
Le alghe esistono in varietà di forme e di molti colori per via dei loro differenti pigmenti fotosintetici. Le alghe possono essere colonie unicellulari o formare colonie lastriformi, filamenti filiformi, tubi reticolari o sfere cave. Le diatomee hanno dimensioni che variano da 2 micron fino a diversi millimetri, anche se ci sono solo poche specie che sono più grandi di 200 micron. Alcune alghe, come le diatomee, sono racchiuse in una parete cellulare silicea che assume la forma di una scatola o in molte forme uniche e belle.

Riproduzione delle alghe
La riproduzione delle alghe è o sessuale o asessuale. I cianobatteri si possono riprodurre solo in maniera asessuata, con la ricombinazione genetica compiuta attraverso la trasformazione o la coniugazione. Durante la trasformazione del DNA, rilasciano le cellule del donatore, che viene incorporata nelle cellule riceventi. La coniugazione è il processo mediante il quale due cellule vengono collegate da un tubo stretto, attraverso il quale, il DNA si sposta da una cella all’altra. Altri gruppi algali utilizzano vari metodi sessuali o asessuali che sono abbastanza specifici, ma alcune caratteristiche sono comuni. La riproduzione sessuale non è rara, ma accade meno spesso rispetto alla riproduzione asessuata.

Batteri e cianobatteri

Cianobatteri al microscopio

Cianobatteri al microscopio

I batteri sono un grande gruppo di microrganismi unicellulari dalle forme geometriche e ambientali assumendo la forma di sfere, barre, spirali e altre forme. I batteri si trovano in una gamma molto ampia di habitat; per esempio, i batteri estremofili prosperano in luoghi come sorgenti calde, ambienti artici, rifiuti radioattivi, ambienti crostali nelle profondità della Terra, stagni salini e all’interno di altri organismi viventi. Ci sono circa 50 milioni di batteri in un solo grammo di terreno tipico di superficie. I batteri sono membri del gruppo procarioti. Contrariamente alle cellule eucariote, ai batteri può mancare un nucleo cellulare. Possono essere raggruppati in due grandi categorie: Eubatteri e cianobatteri. Il secondo gruppo è stato storicamente chiamato alghe blu-verdi che è la classificazione moderna di questi batteri. I Proteobatteri sono phylum incorporati in una gamma di agenti patogeni, come Escherichia, Salmonella, Vibrio, Helicobacter, e numerosi altri generi. Altri proteobatteri sono senza vita, e comprendono molte delle specie responsabili per la fissazione dell’azoto. Una grande varietà risiedono all’interno dei proteobatteri. Numerosi generi non sono strettamente correlati tra loro, convertono l’energia della luce attraverso la fotosintesi. Questi sono definiti viola, in base alla loro pigmentazione generalmente di color rossastro.

Firmacutes

Firmicutes al microscopio

Firmicutes al microscopio

Il Firmacutes è un phylum che presenta le cellule dalle forme arrotondate o ad asta, hanno alti livelli di peptidoglicano. Molte specie possono entrare in una fase endospora, che rappresenta uno stato non riproduttivo. Queste forme di vita spesso sopravvivono a temperature, radiazioni o altre condizioni abiotiche estreme. Essi sono in grado di persistere in queste forme dormienti per tempi molto lunghi e sono resistenti alla degradazione ambientale. Questo phylum è diffuso nei terreni in acqua dolce e marino. Molte di queste specie di phylum sono decompositori chiave di detriti organici, e quindi, possono avere un ruolo importante nel ciclo del carbonio. Alcune delle specie di Actinobacteria sono patogeni e abitano nei vegetali o in animali ospiti. Per la maggior parte, sono specie aerobiche, ma alcuni sono in grado di vivere in ambienti privi di ossigeno. Spesso presentano una struttura ramificata filamentosa, come nel caso dei Actinomiceti israeliani. L’organismo che si ritiene essere la più vecchia creatura vivente al mondo è una specie di Actinobacteria trovato in Siberia. Si pensa che sia arrivato fino ad oggi da circa 500.000 anni fa.

Bacteroidetes
Il Bacteroidetes è un phylum che si trova in suoli, sedimenti, budella di animali e nelle cavità orali degli animali. Questi Bacteroidtes sono noti per abitare i deserti dell’Antartide. Alcune specie sono note per la loro robustezza come decompositori; hanno una forte capacità di decomposizione rendono il Bacteroidetes importantissimo nel ciclo del carbonio e contribuisce alla capacità di ripristinare i suoli poveri di nutrienti. I Bacteroidetes rappresentano un insieme eterogeneo di organismi, le cui forme geometriche sono spesso a forma di asta o di forma ricurva. In alcuni casi può essere variamente fotosintetica. Alcune specie sono note per essere invertebrate simbionti. Le cellule batteriche in assenza di un nucleo e organelli, sono in grado di dividersi rapidamente; la divisione cellulare è per fissione binaria e può verificarsi ogni venti minuti circa. Queste strutture cellulari sono nettamente più semplici degli eucarioti; corrispondono ad un DNA batterico che non è associato con gli istoni. Come con altri procarioti, il DNA non è racchiuso in una membrana nucleare, ma risiede in una regione del nucleo della cellula. La chimica della parete cellulare batterica è unica, molto spessa, e contiene peptidoglicano.

Gli antenati dei batteri
Gli antenati dei batteri sono considerati organismi unicellulari, forse le prime forme di vita del pianeta Terra, che apparirono circa 3,5 miliardi di anni fa. Alcune delle prime testimonianze sui batteri risalgono ad Onverwact nel Sud Africa. Gli scienziati considerano l’emergere dei batteri uno degli eventi più sorprendenti nella storia della Terra, dal momento che non ci sono altre proto-forme di vita della loro complessità che in precedenza potevano esistere sulla Terra. Come e dove i batteri si sono sviluppati è uno dei grandi misteri della scienza. La umbellata Kakabekia, è un batterio conosciuto per la sua resistenza a vivere in luoghi disparati, tra cui il nord della Alaska e nel nord dell’Islanda. Fino a circa un miliardo di anni fa, infatti, le forme di vita della Terra sono state dominate da creature microscopiche come i batteri, i virus e gli archeobatteri.

Curiosità sui batteri
La scienza sa che circa due miliardi di anni fa, due specie differenti di batteri si unirono, una di queste specie era capace di produrre metano e l’altra specie era in grado di usarla per poter ricavare energia. Queste due specie di batteri unite, avrebbero dato origine ad un organismo di tipo capostipite di tutte le cellule eucariote, cioè tutte quelle che erano dotate di nucleo che potevano racchiude un Dna. Questa conclusione è il risultato di un complesso studio che è stato pubblicato nulla rivista di Plos One, che è stato condotto da Mauro degli Esposti, un ricercatore dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, dai colleghi dello stesso istituto e dall’Università di Milano.

Presenza e funzione
I batteri prolificano in quasi tutti gli ambienti naturali, anche in terreni, nell’acqua e nell’atmosfera, così come sopra e dentro di esseri viventi. Infatti, molte specie batteriche sono estremofili, che si adattano alla variazioni estreme di temperature, pressione, pH, salinità e altri fattori abiotici. I membri batterici del genere Deinococcus sono altamente resistenti a dosi estreme di radiazioni ionizzanti. Infatti, alcune specie batteriche all’interno di ogni phyllum sono di tipo estremofilo, e in alcuni casi un dato batterio può essere estremofilo rispetto a due o più parametri abiotici. Gli organismi batterici sono fondamentali per il riciclaggio dei nutrienti, con molti aspetti di cicli di nutrienti a seconda del metabolismo batterico, come ad esempio l’azoto nell’atmosfera e la putrefazione della Terra.

I batteri anaerobici
I batteri anaerobici sono microrganismi che prosperano in assenza di ossigeno; infatti i numerosi anaerobi non possono sopravvivere in presenza di ossigeno. il metabolismo Araerobic è un genere che comporta reazioni redox inorganici/organici, compresi la respirazione anaerobica e le reazioni di fermentazione, la produzione di acidi grassi volatili e molecole gassose, come ad esempio il metano. I batteri anaerobici sono coinvolti nel processo di digestione di animali al pascolo.

La storia della ricerca sui batteri

Antoni van Leeuwenhoek

Antoni van Leeuwenhoek

Antoni Van Leeuwenhoek è stato il primo scienziato ad osservare direttamente un batterio; per l’anno 1676 ha impiegato un solo microscopio a lente per il proprio sviluppo. Antoni Van Leeuwenhoek nacque a Delft, nel 24 ottobre 1632 nei paesi bassi, da una vecchia famiglia olandese senza una particolare distinzione sociale. Nel 1860 fino al 1870, Luigi Pateur, Robert Koch e Joseph Lister avevano avanzato lo stato della batteriologia analizzando la fenomenologia di azione batterica sul deterioramento degli alimenti. La scienza che si occupa dello studio dei batteri è la microbiologia, il nome, proviene dal greco μῑκρος, mīkros, che significa; “piccolo” e da βίος, bios, che significa; “vita”, λογία significa; “Logia”, lo studio. La microbiologia studia la struttura e tutte le funzioni dei microrganismi viventi unicellulari, pluricellulari e acellulari, che non sono visibili ad occhio nudo come i batteri e alcuni tipi di funghi, lieviti, alghe, protozoi, virus e i prioni, anche se non sono classificati come esseri viventi. Oggi, le conoscenze sui microrganismi sono notevoli, soprattutto sui microrganismi che hanno effetti sull’uomo, come i batteri che sono responsabili di malattie. la microbiologia è un campo di studio ancora tutto aperto e in continua evoluzione. Solo l’1% dei microrganismi che sono presenti nei più svariati habitat naturali del nostro pianeta sono stati studiati, ad oltre tre secoli dalla nascita della microbiologia.

Caratteristiche delle piante acquatiche
Le differenze tra habitat terrestri e gli habitat acquatici, hanno portato a grandi differenze nelle caratteristiche delle piante acquatiche vascolari e terrestri. L’alta densità di acqua rende gli organismi acquatici più vivaci, quindi le piante acquatiche possono investire meno risorse in tessuti di sostegno che nelle piante terrestri. Poiché le piante acquatiche sono circondate da acqua, la perdita di acqua non è un problema. Così, le piante sommerse mancano di strutture protettive prodotte come nelle piante terrestri. Poiché le piante sommerse sono capaci di assorbire nutrienti e gas disciolti direttamente attraverso le foglie, la xilema è ridotta o assente. Le foglie nella vegetazione acquatica sommersa mancano di stomi, i pori nelle foglie attraverso le piante terrestri scambiano i gas come anidride carbonica e come vapore acqueo con l’ambiente. Nelle piante terrestri le radici giocano un ruolo importante nel assorbimento di acqua e nutrienti.

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