Цианобактериальные маты

Цианобактериа́льные маты (цианобактериальные сообщества) — высокоинтегрированные прокариотные сообщества, зачастую связанные синтрофическими отношениями, в которые входят фотосинтезирующие цианобактерии, факультативные аэробы и анаэробы.

Современные строматолиты Западной Австралии в заливе Шарк — постройки, образованные в ходе накопления карбонатов цианобактериальными матами.

Продуктом жизнедеятельности цианобактериальных матов являются строматолиты — карбонатные (чаще известковые или доломитовые) постройки из минерализованных остатков их нижних слоёв.

Состав и морфология

Цианобактериальные маты образуют толстые (от единиц миллиметров до ~2 сантиметров) слоистые покровы на субстрате. В наиболее развитых сообществах от поверхности мата к подстилающему субстрату наблюдается дифференциация микробиологического состава мата, в котором выделяются несколько функциональных слоёв:

• Верхний фотосинтезирующий аэробный слой — поверхность роста, образованная автотрофными фотосинтезирующими цианобактериями и аэробными гетеротрофами, утилизирующими кислород, выделяемый цианобактериями, и органические соединения отмерших микроорганизмов.
• Промежуточный слой, образованный фотосинтезирующими микроорганизмами — факультативными анаэробами, использующими прошедший через вышележащий слой свет, и гетеротрофными факультативными аэробами. В дневное время в промежуточном слое может присутствовать кислород, в ночное время при прекращении фотосинтеза условия становятся анаэробными.
• Афотическая гетеротрофная анаэробная зона, составленная микроорганизмами, минерализующими органические остатки.

Таким образом, развитые цианобактериальные маты представляют собой фактически замкнутую экосистему с нулевым балансом: продукция кислорода и органических веществ равна их потреблению. Фотосинтезирующие бактерии промежуточного слоя содержат фотосинтезирующие пигменты, имеющие максимум поглощения света в спектральных областях, отличных от максимума поглощения цианобактериального хлорофилла. Такое отличие позволяет им более эффективно использовать прошедший через верхний слой свет. При изменении спектра освещённости («покраснение» утром и вечером) в мате происходят упорядоченные вертикальные миграции бактерий с разными типами пигментов.

Распространённость

Цианобактериальные маты, судя по палеонтологическим данным, являлись первыми сложно организованными экосистемами на Земле, появившимися в архее.

В настоящее время цианобактериальные маты занимают экстремальные экологические ниши, в которых отсутствует или слаба конкуренция со стороны более развитых форм жизни. Они способны существовать в широчайшем диапазоне температур и солёностей, и распространены от приполярных (психрофильные цианобактериальные маты Антарктики) до приэкваториальных областей (строматолиты солёных озёр и лагун Австралии^[1]) и гидротермальных источников.

Цианобактериальные маты в Антарктике

Цианобактериальные маты в Антарктике, расположенные вблизи тающих ледников, птичьих колоний и мест антропогенного воздействия, служат индикаторами изменений в полярных экосистемах. Исследование 77 образцов ЦБМ, собранных в восточной и западной частях Антарктики в период 56-й Российской антарктической экспедиции, показало преобладание в них цианобактерий родов Phormidium, Leptolyngbya, Oscillatoria, Nostoc. Разнообразие окраски и толщины матов зависело от состава микроорганизмов и субстрата. В многолетних матах наблюдалась слоистость, отражающая изменения условий среды. Мощные маты обнаружены в глубоких озерах, например, озере Глубоком, где благоприятные условия позволяют цианобактериям фотосинтезировать на большой глубине. Состав матов включал микроорганизмы, имеющие эпидемиологическое значение, например, Yersinia enterocolitica с факторами патогенности, выделенная вблизи колонии пингвинов. В матах обнаружены бактерии 28 видов из 9 семейств, преимущественно Enterobacteriaceae и Pseudomonadaceae, включая патогенную Shigella dysenteriae и условно-патогенные виды рода Serratia. Микологический анализ выявил 46 видов микромицетов, в том числе родов Penicillium и Aspergillus, свидетельствуя о влиянии антропогенного и зоогенного факторов на состав матов. Обнаружены также микромицеты, известные как условные патогены человека^[2].

Роль цианобактериальных матов в породо- и рудообразовании

Строматолиты являются продуктом деятельности цианобактериальных матов. В течение всего архея и протерозоя они были наиболее массовыми из пород бесспорно биогенного происхождения, и, таким образом, являются одним из древнейших свидетельств существования и распространённости жизни на Земле^[3].

Примечания

1. Например, строматолиты залива Шарк.
2. Панин Александр Леонидович, Богумильчик Елена Александровна, Шаров Андрей Николаевич, Власов Дмитрий Юрьевич, Зеленская Марина Станиславовна, Толстиков Алексей Владимирович, Тешебаев Шамиль Балтабаевич, Ценева Галина Яковлевна, Краева Людмила Александровна, Сбойчаков Виктор Борисович, Болехан Василий Николаевич. Цианобактериальные маты как объекты мониторинга антарктических экосистем // Biological Communications. — 2013. — Вып. 2. — С. 3–11. — ISSN 2542-2154.
3. Stanley, Steven M. Earth System History. New York: W.H. Freeman and Company, 1999. ISBN 0-7167-2882-6

См. также

• Строматолиты
• Цианобактерии
• Биоплёнка
• Водорослевый мат

Литература

• Michael Kuhl, Tom Fenchel. Growth, structure and calcification potential of an artificial cyanobacterial mat // Krumbein, W.E., Paterson D., and Zavarzin G. (eds.). Fossil and recent biofilms, a natural history of life on Earth. Kluwer Acad. Publ., Dordrecht pp. 77-102 Архивная копия от 17 апреля 2007 на Wayback Machine
• Г. А. Заварзин. Развитие микробных сообществ в истории Земли // Проблемы доантропогенной эволюции биосферы. — М.: Наука, 1993. — С. 212—222