פוטוטרופים: מאפיינים וסיווג - ביולוגיה - 2025

Phototrophic הם מיקרואורגניזמים כי להשיג אנרגיה כימית באמצעות אור השמש (אנרגיית אור). הם מחולקים לפוטו-אוטוטרופים ופוטו-אוטוטרופים לפי מקור הפחמן בו הם משתמשים.

Photoautotrophs הם אלה המשתמשים באור השמש כמקור אנרגיה ומשתמשים ב- CO2 כמקור העיקרי לפחמן. אמנם פוטווטרוטרופים משתמשים גם באור כמקור אנרגיה, אך הם משתמשים בתרכובות אורגניות כמקור פחמן.

חוטים של ציאנו-בקטריה מין Lyngbya (חיידקים פוטוסינתטיים מסוג חמצן)

חיידקים אלה ממלאים תפקיד מהותי באקולוגיה החיידקית, במיוחד במחזורים הביוגוכימיים של גופרית ופחמן, ומפיקים את המרב מהצורות השונות בהן נמצאים יסודות אלה בטבע.

בנוסף לסיווג שלעיל הם מחולקים גם לפוטוטרופים חמצןיים ופוטוטרופים חמצןיים. ציאנובקטריה מכונה פוטוטרופים חמצןיים, ואילו אלה החמצן כוללים חיידקים אדומים וירוקים (גופריים ולא גופריים).

גופרית בדרך כלל פוטולית-אוטוטרופית, אם כי חלקן יכולות לצמוח פוטו-אורנו -טרוטוריות, אך עדיין דורשות כמויות קטנות של H ₂ S, בעוד שאינן גופריתיות הן פוטו-טרוטרופיות.

מצד שני, רוב החיידקים הגופריים הם אנאירוביים, למרות שהחמצן אינו רעיל להם, הם פשוט לא משתמשים בזה.

במקרה של חיידקים שאינם גופרתיים, הם בדרך כלל אירובי פנים, בהתאם לתנאים, כלומר אם יש אור ואנאירוביוזה, התהליך שיבוצע יהיה פוטוסינתזה, אך אם יש אירוביוזה הם יעשו הנשמה אירובית, ללא קשר אם יש אור או לא.

חשוב לציין כי התרכובת הלוכדת פוטונים של אור בחיידקים אלו נקראת בקטריולורופיל.

מאפיינים

הסוגים השונים של חיידקים פוטוסינתטיים מופצים באופן נרחב במערכות אקולוגיות מימיות, אך גם במערכות אקולוגיות יבשתיות עם תנאים קיצוניים כמו פתחי אוורור היפרסליני, חומצי, אלקליין והידרותרמי, בין היתר.

מיקרואורגניזמים אלה נבדקו מעט, בגלל חסרונות מסוימים, כמו הקושי להשיג ולשמר תרבויות טהורות. עם זאת, כעת פותחו טכניקות שונות למטרה זו. ביניהם טכניקת ה- Pour plate.

סוגים של חיידקים פוטוטרופיים או פוטוסינתטיים

-פוטרופים

חיידקים פוטוטרופיים אנוקסוגניים הם קבוצה מגוונת מאוד של מיקרואורגניזמים בעלי יכולת פוטוסינתטית, המאכלסים אזורים אנאירוביים (ללא חמצן) של מערכות מים בעיקר, עם חשיפה לאור השמש.

המשפחות הבאות שייכות לקבוצה זו של מיקרואורגניזמים: Chlorobiaceae (ירקות גופרתיים), Chloroflexaceae (ירוק לא גופתי), Rhodospirillaceae (אדום לא גופתי), Ectothiorhodospiraceae ו- Chromatiaceae (שניהם אדומים גופרתיים).

חיידקים אדומים גופריים של המשפחה

הם אנאירובים קפדניים, ולכן הם משתמשים בתרכובות שמקורן בגופרית כמו Na ₂ S, S, תיוסולפט, סולפיד, מימן מולקולרי או תרכובות אורגניות פשוטות במשקל מולקולרי נמוך כתורמי אלקטרונים .

הם יכולים להיות מורפולוגיים שונות, כולל: ספירלה (Thiospirillum), Bacilli (Chromatium), ביצה או ויברואיד (Thiopedia); הם מסודרים בחלל כתאים בודדים או בזוגות, והם נעים בתנועתיות בגלל שטפי דגל, הזזה או שקעים בגז.

חלק ממיניו מכילים בקטריוכלורופיל a ואחרים ב. הם עשויים להופיע גם בפיגמנטים קרוטנואידים של הסדרה spiriloxanthine, okenone ו- rhodopinal. אלה פונקציה של הגנה מפני חמצון פוטו.

בנוסף, יש להם את היכולת לצבור גופרית בתאיות.

חיידקים אדומים גופריים של המשפחה

אלה אינם מסוגלים לאגור גופרית בתאיות כמו אלו של משפחת כרומטיאקיאה. המורפולוגיה שלהם היא בצורה של ויברוס, הם מסודרים בצורה מבודדת בחלל והם ניידים.

חיידקים אלה חשובים להשתתפותם במחזור הפחמן והגופרית, וגם לצורך הגשתם כמזון עבור אורגניזמים מימיים שונים.

חיידקים גופרתיים ירוקים של המשפחה

הם קבוצה של מיקרואורגניזמים שמבצעים פוטוסינתזה אנוקסוגנית המאכלסת אזורים עשירים בגופרית ואנאירובים באגמים.

הם פוטוליתיים-אוטוטרופיים ומחייבים אנאירוביים, רובם אינם ניידים, אך חלקם יכולים לנוע עקב נוכחות סמלונים.

בעוד שאחרים מכילים שלפוחיות גז המאפשרות לך להתאים את העומק המתאים באגמים (אזורים ללא חמצן) ולקבל גם את כמות האור הדרושה ו- H ₂ S.

אלה ללא תנועה חיים בקרקעית האגמים, במיוחד בבוץ הבוצי העשיר בגופרית.

הסיבה לכך שהם יכולים לחיות בעומקים גדולים היא בזכות הכלורוזומים, המאפשרים להם לצמוח בעוצמת אור נמוכה יותר מאשר חיידקים אדומים, וגם בגלל יכולתם לעמוד בקלות בריכוזים גבוהים של גופרית.

הם מציגים מורפולוגיות מגוונות, ביניהן: בסילי ישר, קוקצי ויברציות. הם מופצים באופן יחיד או בשרשראות ויכולים להיות בצבע ירוק דשא או חום שוקולד.

הם מתקנים CO _2, דרך מחזור קרבס הפוך. בנוסף לסוג Chlorobium (Vibrios) ישנם 2 סוגים נוספים: Pelodyction (bacilli ישר) ו- Prosthecochloris (Cocoides).

חיידקים ירוקים נטולי גופרית של המשפחה

הם מעוצבים כמו מוטות ישרים ומסודרים בחוטים. לסוג הכלורונמה יש שלפוחיות גז.

הם מקבעים CO ₂ דרך ההידרוקסי-פרופריונט. הם נעים על ידי הזזה של חוטם. ביחס לחמצן הם אופציונליים.

רובם חיים באגמים או במעיינות חמים בטמפרטורות שבין 45 עד 70 מעלות צלזיוס, כלומר הם תרמופיליים.

גם כלורופלעקס וגם כלורונמה הם כלאיים, מכיוון שיש להם כלורוזומים כמו חיידקים ירוקים, אך מרכז התגובה שלהם זהה לזה של חיידקים אדומים.

חיידקים אדומים שאינם גופרתיים של המשפחה

הם משתנים ביותר מבחינת חילוף החומרים שלהם, מכיוון שלמרות שהם מעדיפים סביבות מימיות עשירות בחומר אורגני מסיס, עם ריכוזי חמצן נמוכים ומוארים היטב, הם יכולים גם לבצע פוטוסינתזה בתנאים אנאירוביים.

מצד שני, הם יכולים גם לצמוח כימותרוטרופית בחושך, מכיוון שהם מסוגלים להשתמש ברפרטואר רחב של תרכובות אורגניות כמקורות פחמן ו / או אנרגיה.

הם ניידים מכיוון שיש להם סמל קוטבי ומחולקים על ידי ביקוע בינארי. סוגים אלה של חיידקים מועילים כיום מאוד, במיוחד בתחומים כמו ביוטכנולוגיה ורפואה.

השימושים השכיחים ביותר שלו הם בתהליכים של ביו-תיווך של מים וקרקעות מזוהמות, בייצור דשנים ביולוגיים וקוטלי עשבים, שכן נצפה כי הם מייצרים חומרים פעילים כמו ויטמין B12, ubiquinone וחומצה 5-aminolevulinic, בין היתר.

לבידודם של חיידקים אלה הם זקוקים לתקשורת תרבית מיוחדת, עם 30 ימי דגירה בטמפרטורת החדר עם טווחי מחזור אור וחושך של 16/8 בהתאמה, תוך שימוש במנורות ליבון (2,200 לוקס).

חיידקים אדומים ללא גופרת משפחתיים

הם בסלים ישרים וניידים עם סמל קוטבי, המחלקים לפי ביקוע בינארי. חיידקים אלה הם פרטטיביים מבחינת חמצן, באירוביוזה הם מעכבים פוטוסינתזה אך באנאירוביוזה הם עושים זאת.

הם יכולים גם להטמיע מגוון רחב של תרכובות אורגניות, כמו סוכרים, חומצות אורגניות, חומצות אמינו, אלכוהולים, חומצות שומן ותרכובות ארומטיות.

חיידקים אדומים ללא גופרת משפחתיים

יש להם מורפולוגיה בעלת ביציות, הם ניידים על ידי דגלים פריטריים ומחולקים על ידי ניצנים. יש להם גם פרוסטקה, כלומר הרחבות של הציטופלזמה ודופן התא, שתפקידם להגדיל את פני השטח של המיקרואורגניזם וכך להשיג יותר מזון.

יש לו גם אקסוספורסים (נבגים הנוצרים חיצונית).

סוגים אחרים של חיידקים אנוקסוגניים

ביניהם: הליובקטריה, אריתרובקטר וכלורואיצידובקטריום.

הליובקטריה מקבעת חנקן טוב מאוד ושופעת בקרקעות טרופיות המספקות את היסוד הזה. הם חיוניים בסוגים מסוימים של גידולים, למשל בשדות אורז.

חשיבות רבה ל- Erythrobacter.

הכלורואידובקטריום דומה מאוד למנגנון הפוטוסינתטי של חיידקים ירוקים גופרתיים עם כלורוזומים.

-פוטוסינתזה חמצן

ציאנו-בקטריות מחזיקות בכלורופיל, כמו גם פיגמנטים נלווים לקרוטנואידים ופיקוביליפרוטאינים.

פיגמנטים המעורבים בתגובות פוטו-פוספורילציה (המרה של אנרגיית אור לאנרגיה כימית) נקראים פיגמנטים של מרכז התגובה. סביב הפיגמנטים הללו ניצבים פיגמנטים הנקראים אנטנות, המשמשים כאספני אור.

בקבוצה זו נמצאים ציאנובקטריה, שהם פוטו-אוטוטרופים. בין החשובים ביותר הם הסוג פרוכלורוקוקוס, שהוא האורגניזם הפוטוסינתטי הפוטוסינתטי השופע והקטן ביותר בעולם הימי.

מצד שני, יש את הסוג Synechococcus, השופע במי שטח, וכמו Prochlorococcus, הם חלק מהפיקופלנקטון הימי.

הפניות

1. Santamaría-Olmedo M, García-Mena J ו- Núñez-Cardona M. בידוד וחקר של חיידקים פוטוטרופיים ממשפחת Chromatiaceae המאכלסים את מפרץ מקסיקו. מפגש שלישי, השתתפות נשים במדע.
2. תורמים בוויקיפדיה, "פרוסטקה", ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית, es.wikipedia.org/
3. Cottrell MT, Mannino A, Kirchman DL. חיידקים פוטוטרופיים אירוביים אנוקסוגניים בגן האמצע האטלנטי ובגירה הצפונית. Appl Environ Microbiol. 2006; 72 (1): 557-64.
4. "פרוכלורוקוקוס." ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית. 28 אפריל 2018, 20:55 UTC. 30 בנובמבר 2018. es.wikipedia.org/
5. Synechococcus. "ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית. 15 נובמבר 2018, 12:52 UTC. 30 בנובמבר 2018, 06:16. נלקח מ- es.wikipedia.org
6. "פוטו-אוטוטרוף." ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית. 18 אוגוסט 2018, 21:45 UTC. 30 בנובמבר 2018. נלקח מ es.wikipedia.org
7. González M, González N. מדריך למיקרוביולוגיה רפואית. המהדורה השנייה, ונצואלה: מנהלת התקשורת והפרסומים של אוניברסיטת קרבובו; 2011.