Cianobacterias: características, anatomía y fisiología

Las cianobacterias son organismos unicelulares capaces de realizar la fotosíntesis. Un repaso del origen, propiedades y funciones de este grupo primitivo de bacterias.
Cianobacterias

La presencia de oxígeno en nuestra atmósfera es algo tan habitual para nosotros que normalmente no valoramos, y cuando lo hacemos, damos gracias a las plantas, pues son ellas las que mantienen el ciclo de este gas que todos los animales utilizamos para respirar y, por lo tanto, mantenernos vivos.

Pero hacer esto, sin ofender a las plantas, es faltar a la verdad. Porque hubo un momento en el que la atmósfera terrestre era un lugar totalmente inhóspito en el que solo había vapor de agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono, etc, pero nada de oxígeno.

Entonces, ¿de dónde surgió? ¿Cómo pasó la atmósfera de tener esta composición a estar formada por más de un 28% de oxígeno y menos de un 0,07% de dióxido de carbono y otros gases que antes eran mayoritarios? Llega el momento, pues, de presentar a las protagonistas de este artículo: las cianobacterias.

Estas bacterias fueron los primeros organismos capaces de realizar la fotosíntesis, provocando lo que se conoce como Gran Oxidación, un cambio ambiental que ocurrió hace 2.400 millones de años y que llenó la atmósfera de oxígeno. Hoy veremos las características e importancia de estos organismos primitivos.

Las bacterias en el mundo primitivo: ¿cuándo surgieron?

Las cianobacterias son un filo dentro del dominio Bacteria. Por lo tanto, a pesar de que históricamente se las ha considerado algas (luego veremos por qué), son bacterias. En este sentido, las cianobacterias son organismos unicelulares procariotas.

Como bacterias que son, estamos ante uno de los precursores de la vida. Junto a las arqueas, las bacterias son los seres vivos más antiguos, surgiendo hace unos 4.100 millones de años, apenas 400 millones de años después de la formación de nuestro planeta.

Sea como sea, al tratarse de seres procariotas (en contraposición a los eucariotas como los animales, las plantas, los hongos o los protozoos), estamos ante organismos primitivos unicelulares cuyo material genético no se encuentra dentro de un núcleo delimitado, sino “flotando” en el citoplasma.

Teniendo en cuenta que fueron los únicos habitantes de la Tierra durante millones de años (los eucariotas no aparecieron hasta hace unos 2.600 millones de años) y que tuvieron que adaptarse a condiciones muy inhóspitas, las bacterias se diferenciaron en infinidad de especies.

De hecho, se estima que, además de que podría haber más de 6 millones de millones de trillones de bacterias en el mundo, el número de especies diferentes ronda los 1.000 millones. Como podemos deducir, estamos ante un reino (uno de los siete) de seres vivos increíblemente diverso, con organismos capaces de ser patógenos, vivir en ambientes extremos, crecer en los suelos, sobrevivir sin oxígeno e incluso realizar la fotosíntesis, como las plantas.

Y aquí, introduciendo el concepto de fotosíntesis, es cuando llegamos a las cianobacterias, unos organismos que cambiarían para siempre la historia evolutiva de la Tierra. Sin ellos, no estaríamos aquí.

¿Qué son las cianobacterias y por qué provocaron la Gran Oxidación?

Como hemos mencionado anteriormente, las cianobacterias son un filo dentro del dominio de las bacterias. Se trata de unos organismos unicelulares procariotas capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica, es decir, de captar dióxido de carbono y, mediante distintas transformaciones químicas, sintetizar materia orgánica y liberar oxígeno.

Las cianobacterias son los únicos procariotas capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica. Los otros filos de bacterias y arqueas realizan otras formas de fotosíntesis, pero ninguna de ellas culmina con la liberación de oxígeno, sino de otras sustancias como el hidrógeno o el sulfuro.

Sea como sea, las cianobacterias aparecieron por evolución de otras bacterias hace ahora unos 2.800 millones de años. Ya desde su aparición, las cianobacterias representaron un éxito evolutivo enorme, pues gracias al desarrollo de estructuras como la clorofila, el pigmento necesario para la fotosíntesis oxigénica y que da el característico color verde, empezaron a crecer por todos los mares de la Tierra.

Ahora bien, provocaron una de las mayores extinciones de la historia de la Tierra. Nunca jamás se había producido oxígeno, un compuesto que, por aquel entonces, era tóxico para las otras bacterias. En este contexto, las cianobacterias empezaron a llenar los mares (y, de paso, la atmósfera) de un oxígeno que empezó a hacer desaparecer a muchas especies de bacterias.

Hace unos 2.400 millones de años se produjo, pues, lo que se conoce como Gran Oxidación, un cambio ambiental que provocó la desaparición de muchas especies y el increíble incremento de las cianobacterias.

Gran oxidación
Representación de cómo se produjo la Gran Oxidación, es decir, la liberación masiva de oxígeno a la atmósfera.

Las cianobacterias siguieron creciendo en los mares hasta que, hace unos 1.850 millones de años, el oxígeno estaba en cantidades suficientemente altas en la atmósfera como para que fuera absorbido por la superficie terrestre y se formara la capa de ozono.

Sea como sea, las cianobacterias no solo fueron clave para que aparecieran los seres eucariotas que utilizaban el oxígeno para vivir, sino para que la vida pudiera salir de los océanos y desarrollarse en tierra firme. Sin la extinción masiva de la Gran Oxidación, quién sabe qué sería del mundo a día de hoy.

En resumen, las cianobacterias son procariotas unicelulares que, surgiendo hace unos 2.800 millones de años, fueron los primeros organismos en realizar la fotosíntesis oxigénica, provocando la acumulación de oxígeno en la atmósfera (pasó del 0% al 28%) y, por lo tanto, permitiendo el desarrollo de formas de vida más complejas.

Las 13 características principales de las cianobacterias

A día de hoy, se han registrado unos 150 géneros distintos de cianobacterias, con unas 2.000 especies diferentes. A pesar de que adoptan formas y tamaños muy distintos, todos los integrantes de este filo primitivo de bacterias comparten unas características en común, las cuales analizaremos a continuación.

1. Realizan la fotosíntesis oxigénica

Como ya hemos comentado, la principal característica de las cianobacterias es que realizan (y fueron los primeros seres vivos en hacerlo) la fotosíntesis oxigénica, una ruta metabólica que permite sintetizar materia orgánica a través de la fijación del dióxido de carbono, liberando oxígeno como producto de desecho. Es el mismo proceso que realizan las plantas.

Cianobacteria célula

2. Disponen de pigmentos fotosintéticos

Para realizar el anterior proceso, se necesitan pigmentos fotosintéticos. En el caso de las cianobacterias tenemos la clorofila (color verde) y las ficocianinas, que dan un color azulado. Por esta razón las colonias de cianobacterias se perciben con un color azul verdoso. Lo importante es que cuando la luz incide sobre estos pigmentos, se excitan, estimulando así las reacciones fotosintéticas.

3. Hay especies tóxicas

De las 2.000 especies registradas, alrededor de 40 de estas tienen alguna cepa con capacidad para sintetizar toxinas. Sin embargo, esta producción de toxinas solo sucede en condiciones muy concretas en las que crecen descontroladamente, formando floraciones o blooms, que comentaremos más adelante.

Sea como sea, las toxinas suelen ser hepatotóxicas (afectan al hígado) o neurotóxicas (afectan al sistema nervioso) y dañar a los peces que se encuentran cerca o a los animales que beben el agua. Pueden resultar mortales, pero las floraciones de cianobacterias son fácilmente reconocibles (se ven las colonias en el agua), así que no hay, en principio, riesgo de intoxicación en humanos.

4. Son gram negativas

La diferenciación en bacterias gram negativas y gram positivas es muy importante en el día a día de la Microbiología. En este caso, estamos ante un filo de bacterias gram negativas, lo que significa que tienen una membrana celular interna, por encima de esta una muy fina pared celular de peptidoglicano y, por encima de esta, una segunda membrana celular externa.

5. Pueden formar colonias

Todas las cianobacterias son unicelulares (todos los procariotas lo son), pero muchas de ellas son capaces de organizarse en colonias, es decir, millones de células uniéndose y formando filamentos perceptibles a simple vista. Esta es la razón por la que se consideraban algas verde azules.

Cianobacteria filamento

6. Habitan ríos y lagos tropicales

Que sean primitivas no significa que ya no existan. Ni mucho menos. Las cianobacterias siguen habitando ecosistemas de agua dulce (algunas especies son halófilas y pueden desarrollarse en mares y océanos, pero no es lo habitual), especialmente los lénticos, es decir, aquellos con poco movimiento de las aguas, como los lagos y lagunas.

De todos modos, pese a que esto es lo más común, podemos encontrar también cianobacterias en el suelo (siempre que sea húmedo), en aguas residuales, sobre troncos en descomposición e incluso en géiseres, pues algunas especies son capaces de aguantar muy elevadas temperaturas.

7. Disponen de vesículas de gas

Para realizar la fotosíntesis, las cianobacterias necesitan luz. Y en un sistema acuático, ¿dónde hay más luz? En la superficie, ¿verdad? Pues en este sentido, las cianobacterias disponen, en su citoplasma, de unas vacuolas de gas, las cuales funcionan como una especie de “flotadores” que mantienen a las células a flote, siempre en las capas superficiales del agua.

8. Son más grandes que la mayoría de bacterias

La mayoría de bacterias tienen tamaños comprendidos entre los 0,3 y 5 micrómetros. Las cianobacterias, en cambio, suelen medir entre 5 y 20 micrómetros. Siguen siendo muy pequeñas, pero están por encima de la media bacteriana.

9. Suelen tener forma de coco

La diversidad de morfologías es enorme, pero sí es cierto que la mayoría de cianobacterias suelen tener forma de coco, es decir, más o menos esféricas. Esto explica que, como la mayoría de bacterias cocoides, tengan tendencia a formar colonias entre diferentes organismos.

10. Son responsables del 30% de la fotosíntesis global

Como comentábamos al principio, creer que la fotosíntesis es cosa solo de las plantas es faltar a la verdad. A día de hoy, se estima que las cianobacterias podrían seguir siendo responsables hasta del 30% de las más de 200 mil millones de toneladas de carbono que se fijan cada año en la Tierra y que permiten la liberación de oxígeno.

11. Se reproducen asexualmente

Como todas las bacterias, las cianobacterias se reproducen por la vía asexual, es decir, generando clones. Dependiendo de la especie, esta se realizará por bipartición (una célula simplemente se divide en dos), fragmentación (libera fragmentos que regenerarán, dando lugar a una nueva célula adulta) o esporulación (se generan células conocidas como esporas que, en las condiciones adecuadas, germinan y dan lugar a una nueva célula).

12. Pueden formar blooms

Como hemos comentado cuando hablábamos de las toxinas, las colonias de cianobacterias pueden crecer descontroladamente, provocando lo que se conoce como floración o bloom. Estas proliferaciones masivas solo suceden en condiciones muy concretas.

Tienen que haber pocas mareas, poco viento, temperatura del agua elevada (entre 15 y 30 °C), muchos nutrientes (aguas eutróficas), un pH cercano al neutro, etc. Sea como sea, los blooms provocan turbidez en el agua y se pueden ver claramente colonias de color azul verdoso que resultan llamativas. Esto solo suele ocurrir en aguas estancadas.

Cianobacteria bloom

13. No disponen de flagelos

Una característica importante de las cianobacterias es que no disponen de flagelos para moverse, sino que este se realiza, aunque no está demasiado claro, mediante deslizamientos gracias a las sustancias mucosas que liberan. De todos modos, su capacidad de desplazamiento está muy limitada por las corrientes de agua. Solo es realmente importante en aquellas especies que crecen en el suelo.

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