Proterozoikum
Sinice "vynález" thylakoidů a fykobilisómů 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 oxygenní fotosyntéza (proto také oxyfototrofní baktérie) (umějí ovšem i sulfurogenní fotosyntézu) fykobilisóm
věk sinic 2,5-0,6 Van den Hoek, 1995
před 2,5 až 0,6 miliardami let - věk sinic, nebo také boring billion stromatolity dobře dokumentované fosilie kokálních a vláknitých sinic - stáří 2,5 miliardy let
Vývoj koncentrace plynů v atmosféře GOE "great oxygenation event"
Základní charakteristika sinic - kokální (jednotlivě žijící či koloniální) nebo vláknité stélky - samozřejmě bakteriální stavba buňky se vším všudy - chlorofyl a (a někdy i b, c či d) - u některých veledůležitá schopnost fixace vzdušného dusíku - žijí úplně všude - ve fanerozoiku tzv. statická evoluce fenotypu - rozmnožují se dělením buněk, pohlavní proces nemají - u některých je již znám horizontální přenos DNA plazmidy
tři typy fotosyntetického aparátu sinic typ Gloeobacter violaceus - bez thylakoidů, fykobilisómy a pigmenty na plasm. membráně G. violaceus byl izolován z povrchu vápencové skály ve Švýcarsku Je to pravděpodobně nejprimitivnější existující sinice, která představuje jejich nejpůvodnější typ.
standardní stav (typ Synechococcus) - thylakoidy, na nich fykobilisómy
typ Prochlorococcus (Prochloron, Prochloroccoccus, Prochlorothrix, Acaryochloris) - úplně bez fykobilisómů, s chlororylem b
vsuvka: fotosyntetické pigmenty chlorofyly fykobiliny karotenoidy a xanthofyly
sinicová fylogeneze 16S rrna sinice a plastidy Nostocales (incl. větvené sinice) plastidy eukaryot Turner et al, 1999, J. Euk. Microbiol. 46: 327-338 Gloeobacter
GOE and cyanobacterial multicellularity Schirrmeister et al., 2013, PNAS
evoluce ca 60% sinicových genových rodin je ovlivněna laterálními přenosy Dagan et al., 2013, Genome Biol. Evol. 5: 31-44.
sinice a evoluce plastidů Marin et al., 2005, Protist 156:425-432
Sánchez-Baracaldo, 2015, Sci Rep
nitrogenační schopnost sinic - zdroj dostupného dusíku pro živé organismy - dusičnany z molekulárního dusíku - v heterocytech (Nostocales), ale ne vždy... (!) Berman-Frank et al., 2003, Res. Microbiol.
Fixace vzdušného N 2 fixace = přeměna atmosférického N 2 (N N) na využitelnou formu dusíku (amoniak: NH 4+ ) N 2 + 8 H + + 16 ATP 2 NH 3 + H 2 + 16 ADP + 16 P N limitující prvek v moři, nutný pro tvorbu aminokyselin pouze sinice a bakterie mají schopnost fixovat N; sinice zároveň produkují O 2 inaktivuje nitrogenázu prostorová nebo časová separace obou aktivit Mo esenciální prvek pro enzymový komplex nitrogenázy Energeticky nejnáročnější buněčný proces v živé přírodě!
Global glaciations and nitrogenase activity in the oceans Sánchez-Baracaldo et al., 2014, Curr. Biol.
větvení sinic tzv. pravé a nepravé
aerotopy - jediné intracelulární plynové měchýřky v živé přírodě
Příklady diverzity sinic: kokální sinice: Synechocystis Chroococcus
Synechococcus occurs in virtually all regions of marine euphotic zone (with some exceptions in Antarctica) (usually less abundant than Prochlorococus) http://cfb.unh.edu/phycokey density in the phytoplankton up to 10 6 cells/ml
Gloeocapsa Gloeocapsopsis
Prochloron symbioza se sumkami obligátní symbiont, nelze ho kultivovat
Prochlorococcus dominanta oceanického fytoplanktonu, až 50% primární produkce oceánů, příklad pikoplanktonního organismu http://www.sciencemag.org/news/2017/03/meet-obscure-microbe-influences-climate-ocean-ecosystems-and-perhaps-even-evolution
mořský fytoplankton úvodní informace - 70% primární produkce na Zemi - čtyři dominantní skupiny: - sinice (Prochlorococcus, Synechococcus) - Haptophyta - Dinophyta - Bacillariophyceae velikost buněk abundance (chl a)
oceanický fytoplankton základní obrázek globální struktury
další koloniální kokální sinice sladkovodní fytobentos Merismopedia
sinicové vodní květy (water blooms) hlavně rody: Microcystis, Planktothrix, Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Nodularia microcystiny hepatotoxické oligopeptidy anatoxiny neurotoxické heterocyklické látky cylindrospermopsiny hepatotoxické saxitoxiny neutoxické limit WHO pro koncentrace microcystinů v pitné vodě max. 1,0 µm.l -1 ČR vyhl. 252/2004 MZd technologické prostředky boje s v.k.: bagrování sedimentů, použití algicidů, umělé provzdušňování, srážení hlinitými solemi (PAX-18) další info: www.sinice.cz (BÚ AV ČR) - příčiny vzniku, ekologická dynamika, - environmentální význam, cyanotoxiny
Microcystis
Oscillatoriales: Oscillatoria, Phormidium Arthrospira (Spirulina) eutrofní plankton, vegetační zákaly - sušené čadské koláče dihé
Spirulina - Arthospira historie Aztékové sbírali spirulinu už v 16.st. (Mexiko) sběr a sušení spiruliny v okolí Čadského jezera placky dihé
heterocytární sinice (Nostocales) Nostoc sinice s heterocyty mají zásadní význam v symbiotických interakcích
symbiotické interakce (nostokálních) sinic Geosiphon rozsivky Azolla hlevíky lišejníky cycasy
Anabaena (Aphanizomenon)
Cylindrospermopsis raciborskii v.k. C. raciborski v severní Argentině teplomilný toxický druh šířící se v posledních 20 letech do Evropy obsahuje hepatotoxické microcystiny a další látky
Rivularia R. mesenterica Středozemní moře sladkovodní Rivularia oligotrofní biotopy heteropolární vlákna, bazální heterocyt, slizove kolonie
nepravě větvené tradiční rody Tolypothrix Scytonema Petalonema
pravě větvené sinice: Hapalosiphon, Stigonema pravé větvení
Mastigocladus laminosus extremofilní, termální sinice příklad striktně ekologicky podmíněného geografického rozšíření