Чем цианобактерии отличаются от других групп бактерий?

Если коротко, то цианобактерии — это единственные среди бактерий «растительно-похожие» фототрофы, которые выделяют кислород. А теперь по пунктам, чем они отличаются от других групп:

• Тип фотосинтеза. У них кислородный фотосинтез: работают сразу два фотосистемных комплекса (I и II), источником электронов служит вода, побочный продукт — O₂. Большинство других фотосинтезирующих бактерий (пурпурные, зелёные серные и др.) фотосинтезируют без выделения кислорода и используют не воду, а, например, сероводород.

• Пигменты и “фотоаппаратура”. Главный хлорофилл — хлорофилл a (как у водорослей и растений), плюс водорастворимые фикобилипротеины (фикоцианин, аллофикоцианин, иногда фикоэритрин), собранные в фикобилисомы. У других фотобактерий обычно бактериохлорофиллы и нет фикобилисом.

• Мембранная архитектура. Фотосинтетический аппарат сидит на внутриклеточных тилакоидных мембранах (но это не хлоропласты — органелл у бактерий нет). У пурпурных бактерий мембраны часто впячиваются от плазмалеммы, у несинезелёных гетеротрофов вообще нет фотосистем.

• Решающая роль в истории Земли. Именно цианобактерии запустили великое кислородное событие, обогатив атмосферу кислородом и сделав возможной аэробную жизнь. Ими же, по сути, были «предками» хлоропластов растений (через древнюю эндосимбиозу).

• Фиксация азота. Многие виды умеют фиксировать атмосферный N₂. Часто для этого образуют специализированные клетки — гетероцисты (с утолщённой стенкой и отключённым фотосистемой II, чтобы защитить нитрогеназу от кислорода). У других бактерий фиксация азота тоже встречается, но сочетание с кислородным фотосинтезом и гетероцистами — фишка цианобактерий.

• Специализированные клеточные типы и формы. Помимо гетероцист, у них бывают акинеты (толстостенные покоящиеся клетки), газовые вакуоли (пузырьки для регулирования плавучести в воде), а также подвижные гормогонии (короткие нити для расселения). У большинства других бактерий такие «многофункциональные» морфотипы отсутствуют.

• Клеточная стенка и таксономия. По организации стенки они ближе к грамотрицательным (внешняя мембрана + пептидогликан), но остаются типичными прокариотами: без ядра и органелл.

• Запасные вещества. Запасают углерод в виде гликогена, азот — в виде специфического для группы полимера цианофицината (цианофицин). Это отличает их от растений (крахмал) и от многих других бактерий (нет цианофициината).

• Экология. Живут повсюду: пресные и морские воды, почвы, камни, горячие источники, пустыни, антарктические оазисы. Часто образуют цветения воды и могут выделять токсины (микроцистины и др.) — это важная прикладная особенность, менее характерная для прочих фотобактерий.

• Симбиозы. Часто вступают в симбиозы: фотобионты в лишайниках, партнёры цикад и роговиков, живут в ризосфере водных растений. Такое «массовое» участие в фотосинтетических симбиозах среди бактерий — редкость.

• Циркадные часы. У многих есть белковые циркадные часы (KaiABC), синхронизирующие фотосинтез и метаболизм с суточным циклом — для бактерий это необычно.

• Подвижность без жгутиков. Могут «ползать» по поверхности (скользящая подвижность) без настоящих жгутиков — в отличие от многих других бактерий, которые плавают за счёт жгутиков.

Итого: ключевые отличия — кислородный фотосинтез с хлорофиллом a и фикобилинами, тилакоиды без хлоропластов, способность сочетать фотосинтез с фиксацией азота (часто через гетероцисты), развитый полиморфизм клеток и заметная геохимическая роль (кислород атмосферы, «происхождение» хлоропластов). Всё это вместе делает цианобактерии принципиально иной и очень важной группой среди бактерий.