G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 45 B. COMPONENTELE MEDIULUI BIOTIC ([1] p. 42-57; [2] p. 502 u.) Mediul biotic este alcătuit din totalitatea vieţuitoarelor care ne înconjoară. Acest mediu va diferi după condiţiile fizice în care ne aflăm; atât după condiţiile create de natură cât şi după cele create de om. Într-un anumit loc vor fi dominante anumite specii, alcătuind biocenoze sau biomuri specifice. Biosfera cuprinde însă toate vietăţile existente pe pământ, unele specii fiind pe cale de dispariţie, altele pe cale de devenire. Să analizăm pe scurt regnurile şi rolul lor în ecosisteme în clasificarea cu 5 regnuri. 7. REGNUL PROCARIOTES. Procariotele domină ca număr biosfera. Numărul lor depăşeşte numărul tuturor eucariotelor la un loc. Numărul organismelor procariote din gura sau de pe pielea unui om, sau dintr-un pumn de ţărână depăşeşte numărul total al oamenilor care trăiesc pe pământ şi care au trăit vreodată. numărul speciilor de bacterii din gura unui om este evaluat la peste 700 1. Un exemplu de procariotă în fig.7.1. Cili Ribozomi Capsulă Perete celular Membrană plasmatică ADN, regiune nucleoidă Flageli Fig. 7.1. Exemplu de celulă procariotă ([2] p 106) procariotele ar putea trăi fără eucariote, aşa cum au făcut-o timp de 2 miliarde de ani, de la începuturile vieţii, până la apariţia eucariotelor (în urmă cu 1,5 miliarde de ani). 7.1. Condiţii şi mod de viaţă Oriunde există viaţă, sunt prezente şi procariotele. Ele rezistă în condiţii extreme de temperatură, presiune, concentraţii saline, ph, la care nu rezistă nici o eucariotă. În cei 3,5 miliarde de ani de la începuturile viaţii s-au diversificat şi s-au 1 E. O. WILSON, Expunere la Explorers Club, 18 martie 2006, E.O. Wilson Biodiversity Foundation, Eseu : Wat is left to explore. Extras de pe internet: www.eowilson.org.
46 G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista înmulţit mai mult decât oricare alt regn. Cu toate că sunt cele mai mici vietăţi, impactul lor asupra vieţii pe pământ este enorm. Nu le luăm în seamă fiindcă sunt foarte mici. Ne aducem aminte că există atunci când ne trezim cu boli infecţioase, dar numărul speciilor periculoase este infim în raport cu cele utile vieţii pe pământ în general, şi omului în special. Ele reprezintă cea mai importantă verigă de reciclare a materiei. Descompunătorii, care cuprind unele specii procariote, întorc elementele necesare vieţii din vietăţile moarte, în mediul anorganic, pentru a servi drept hrană plantelor şi altor eucariote. Procariotele sunt singurele care asigură reciclarea unor elemente anorganice: Fe, S, N, şi H. Fără procariote n-ar exista eucariotele. Procariotele trăiesc în asociaţii (simbioză), atât între ele cât şi cu eucariote. Din punct de vedere istoric un astfel de caz de simbioză a dus la evoluţia mitocondriilor (organite respiratoare) şi cloroplastelor (organite de fotosinteză) de la formele primitive din procariote la cele evoluate din eucariote: procariote mici au fost înghiţite de celule mai mari, trăind împreună. În cursul simbiozei, procariotele oaspete s-au specializat în funcţiile mitocondiale, devenind mitocondriile din eucariote. Protistele, plantele, fungii şi animalele au evoluat din astfel de cupluri simbiotice. Procariotele se împart în Bacteria şi Arhaea. În ultimele clasificări propuse, acestea se consideră domenii, al treilea domeniu fiind constituit din Eucariotae. (v.p.31). Unele procariote se mai protejeaza cu o excreţie lipicioasă, care acoperă peretele celular formând asa numita capsulă. ADN-ul, în cantitate de circa 1000 ori mai mică decât la eucariote, se află sub formă de fibre într-o regiune nucleoidă (fig.7.1), fără a avea o membrană, ca la eucariote. Mănunchiul de fibre de ADN reprezintă un fel de cromozom primitiv, numit uneori genofor. În plus ADN-ul poate fi găsit şi în afara regiunii nucleoide, sub forma de cicluri mai mici (decât cele din genofor), care se pot replica independent. 7.2. Deplasarea procariotelor Unele celule pot să se mişte cu forţe proprii cu ajutorul unor excrescenţe, flageluri. Acestea pot deplasa celula prin onduire. Mişcarea flagelară este cea mai comună printre procariote. La procariotele spiralate mişcarea se asigură prin rotire ca un tirbuşon. Mai rar se întâlneşte mişcarea asigurată prin secretarea unor substanţe lubrifiante care asigură alunecarea pe suprafeţele pe care se mişcă sau în interiorul lichidelor viscoase. Viteza de deplasare a procariotelor atinge ordinul a 50μm/sec, adică celula parcurge chiar de 100 de ori lungimea sa într-o secundă. 7.3. Inmulţirea procariotelor Populaţiile de procariote au capacitatea de a se înmulţi şi a creşte rapid. Ele se înmulţesc numai asexual prin diviziune celulară, numită fisiune binară. Producţia de ADN este practic continuă. În lipsa mecanismelor de recombinare de la eucariote, procariotele au alte posibilităţi de recombinare genetică: transformarea, prin care gene sunt preluate din mediul înconjurător, conjugarea, prin care genele se transferă direct de la o celulă la alta print-un canal format de un cil care uneşte temporar cele două celule, şi traducerea, în care genele se tranferă prin intermediul viruşilor. 7.4. Asigurarea cu energie şi carbon Desfăşurarea vieţii procariotelor cere în primul rând asigurarea energiei şi carbonului. Aceasta se realizează pe 4 căi diferite, în funcţie de acestea, procariotele clasificându-se în 4 grupe:
G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 47 Fotoautotrofe, care folosesc fotosinteza pentru a extrage carbonul din CO 2 (vezi fig. 7.2.); Chemoautotrofe, obţin C din CO 2, folosind surse chimice de energie; Fotohetertrofe, care folosesc lumina pentru obţinerea ATP-ului, dar folsesc substanţe organice ca sursă de carbon; Chemoheterotrofe, care consumă molecule organice, atât ca sursă de energie, cât şi ca sursă de carbon. În această categorie intră majoritatea procariotelor care absorb substanţele nutritive din materie organică moartă (microorganismele saprofite) sau parazitează organisme vii (bacterii parazite). Fig. 7.2. Membrane specializate la procariote. a) Pliurile membranei plasmatice servesc ca membrane respiratorii, echivalentul mitocondriilor de la eucariote. b) Mebranele tilacoide din Cianobacterii au rolul cloroplastelor din eucariote (2,507). Alţi compuşi organici Două ipoteze ale metabolismului energetic sunt redate în fig. 7.3. Hidroliză enzimatică Energie şi Carbon pentru biosinteză Energie şi Carbon pentru biosinteză Fig. 7.3. Două mecanisme ipotetice ale originii metabolismului, unul chemo-heterotrofic (a), în care celula utilizează ATP şi substanţe organice gata preparate, din mediul abiotic, şi altul chemoautotrofic (b), în care celula îşi prepară singură ATP pe o cale chemoosmotică simplă. Carbonul provine din CO 2 (2,510).
48 G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista Se cunosc în jur de 5000 de specii de procariote, dar se apreciază că numărul speciilor din acest regn se ridică la 400 000 4 000 000, oferind cea mai largă biodiversitate. Formele cele mai obişnuite ale procariotelor sunt cele sferice coci bastonaşe - bacili şi elicoidale de ex. Spralia şi Spirocheta (fig.7.4). Cea mai mare procariotă este redată alături de 4 Paramecium în fig. 7.5. Unele procariote sunt înconjurate de cili, aşa cum s-a mai amintit (fig. 7.6.) Fig. 7.4. Formele cele mai obişnuite ale procariotelor (2, p. 504) a) Coci (Coccus) pot apare izolaţi, în perechi (Diplococi) în lanţuri, ca în figură, (Streptococi) sau în ciorchimni (Stafilococi). b) Bacili (în formă de bastonaşe), cel mai des neasociaţi, mai rar în lanţuri. c) Forme elicoidale (Spiralia, Spirochetes).
G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 49 Fig. 7.5. Cea mai mare celulă procariotă: Epulopiscium fishelsoni de aproape un jumătate de mm şi cu Φ de cca. 35μm, înconjurată de 4 eucariote Paramecium. 7.5. Bacteria (Domeniul bacteriilor) Citoplasma bacteriilor este lipsită de membrane interne, nu au mitocondrii sau cloroplaste, dar au ribozomi. Excepţie reprezintă cianobacteriile, care au membrane interne, aşa numitele membrane tilacoide, structuri membranoase implicate în fotosinteză, şi unele bacterii aerobe, care dispun de membrane respiratorii, formate din pliuri ale membranei plasmatice (vezi fig. 7.2). Bacteriile au un perete celular alcătuit din peptidoglicani, care conferă rigiditate celulei şi nu permite schimbări ale formei acesteia, facând imposibilă înghiţirea de particule solide (fig. 7.7). Nutriţia bacteriilor se face prin consumul unor molecule organice sau anorganice, conţinând elementele biogene (C, N, S, P etc.), absorbite prin peretele celular şi membrana plasmatică. Sub peretele celular se află membrana plasmatică, cu permeabilitate selectivă, compusă în principal dintr-un strat dublu de fosfolipide, moleculele având partea hidrofobă (restul de hidrocarbură a acizilor graşi din compoziţa lor) faţă în faţă, spre exteriorul şi spre interiorul celulei fiind orientate capetele hidrofile (-O-PO 3 H ). Membrana este străbătută din loc în loc de molecule de protide, iar la suprafaţă are şi molecule de hidraţi de carbon. Acest tip de bacterii sunt Gram-pozitive (se colorează în violet cu reactivul conţinând iod, un colorant roşu şi unul violet), peretele celular format din peptidoglicani, reţinând colorantul violet. Alte specii au peretele celular format dintr-un strat foarte subţire de peptidoglicani, învelit într-o a doua membrană plasmatică membrana exterioară care se colorează în roşu (bacterii Gram-negative). Lipopolizaharidele de la suprafaţa acestor bacterii sunt deseori toxice (bacteriile Gram-negative sunt în general mai periculoase, decât cele Grampozitive). Vezi fig. 7.2.
50 G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista Cil Ci Fig. 7.6. O celulă de procariotă înconjurată de cili. Aceşti cili servesc printre altele la aderarea de suprafeţe sau de alte celule şi au şi rolul de canale de transfer a ADN în cursul conjugării (2, 504). Perete Gram-pozitiv Perete celular Membrană plasmatică Lipopolizaharid Perete Gramnegativ Perete celular Membrană exterioară Gel Periplasmatic Membrană plasmatică Fig. 7.7. Structura peretelui celular şi al membranei plasmatice (2, p.505)
G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 51 7.6. Arhaea (Domeniul Archaea, denumire mai veche Arhaebacteria) Trăiesc în biotopuri extreme: de ex. totală lipsă de oxigen (metanogene), salinităţi extreme, acidităţi extreme, temperaturi extreme (izvoare termale). Funcţie de aceste condiţii se face şi clasificarea lor. Clasa metanogene trăiesc în mediu complet lipsit de oxigen şi folosesc hidrogenul din deşeuri organice pentru reducerea carbonului din CO 2 la CH 4. Biotopul lor obişnuit este mlaştina sau balta, din care alte organisme au consumat tot oxigenul şi împrospătarea cu oxigen este îngreunată. Metanul, care barbotează din mlaştină sau baltă se numeşte gaz de baltă. Prin barbotarea sa metanul împiedică pătrunderea oxigenului, care are acţiune toxică asupra metanogenelor. Aceste microorganisme sunt importante descompunătoare şi se folosesc la epurarea apelor reziduale sau de canal. Servesc şi la generarea de metan în gazogene pe bază de gunoi de grajd sau deşeuri organice. Se găsesc de asemenea în tubul digestiv (anaerob) al ierbivorelor, având un rol important în digerarea celulozei prin enzimele pe care le secretă. Clasa halofilelor extreme au habitatul în lacuri sărate, cum ar fi Great Salt Lake din Utah sau Marea Moartă din Israel. De asemenea invadează bazinele cu apă de mare supusă evaporării cu scopul obţinerii sării de bucătărie. Formează o spumă de culoare purpurie, datorată bacteriorodopsinei, un colorant roşu purpuriu, înrudit cu purpura vizuală din ochiul mamiferelor. Prezenţa lor nu este periculoasă ele fiind inofensive. Diferite specii de halofile au nevoie de diferite grade de salinitate. Unele nu suportă decât salinităţi reduse, altele nu se simt bine decât la concentraţii saline de 10 mai mari decât apa mării. Clasa termofilelor se întâlneşte, aşa cum ne sugerează numele, la temperaturi mai ridicate. Temperatura optimă pentru termofile este între 60 şi 80 C. Unele s-au adaptat la izvoarele termale sulfuroase, folosind ca sursă de energie oxidarea sulfului la SO 2 (Sulfolobus), altele trăiesc chiar la 105 C şi ph de 1-4, în preajma unor emisii hidrotermale. S-au găsit unele care rezistă chiar la 300 C în izvoare hidrotermale, la adâncimi de 2-3 mii de metri în ocean unde presiunea este de aproape 300atm (temperatura critică a apei este de 374 C la 224 atm). Aceste termofile extreme sunt procariotele cele mai apropiate de eucariote. (1.p.43 şi 15.p.220). Clasa acidofilelor extreme se întâlneşte la ph-uri scăzute. Un exemplu de bacterie care s-a adaptat la ph scăzut este Helicobacter pilori, care provoacă ulcerul stomacal şi duodenal şi se simte în largul lui în HCl decimolar din stomac, la ph 1. Descoperitorii lui, Warren şi Marshall (Australia) au luat premiul Nobel pe 2005. 7.7. Impactul ecologic al procariotelor Procariotele sunt principalii agenţi de reciclare a elementelor din mediul biotic în cel neviu, pentru ca diversele organisme să le poată folosi în scop propriu. Dacă lumina este o sursă practic inepuizabilă de energie, care nu trebuie reciclată, elementele chimice dintr-un biotop dat se află în cantităţi limitate, de aceea este important ca elementele vitale pentru organisme să devină din nou asimilabile pentru ele. Acest lucru îl realizează anumite specii de procariote. Ele sunt restauratorii condiţiilor de viaţă pentru alte regnuri, chiar şi atunci când intervenţia omului aduce daune grave mediului. a. Reciclarea azotului Cel mai evident caz este cel al reciclării azotului, care fără procariote nu s-ar putea realiza, căci numai o mică parte din azotul atmosferic revine în sol sub forma de nitraţi şi nitriţi ca urmare a decărcărilor electrice din atmosferă şi al ploilor, care
52 G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista spală oxizii de azot formaţi. Aceştia trec apoi în nitraţi cu apa. Totuşi atmosfera este un important rezervor de azot, inclus şi în circuitul biologic al azotului. Bacterii fixatoare de azot sunt capabile să transforme azotul molecular din atmosferă în amoniac, care în soluri uşor acide (majoritare) trece în ioni de amoniu, aceştia fiind asimilabili de unele plante. Enzima care catalizează acest proces este nitrogenaza. Mecanismul acestui proces nu este încă cunoscut, în octombrie 2005 apărând primul articol care raportează surprinderea spectroscopică a unor intermediari legaţi de centrul activ al enzimei, centru conţinând cofactorul FeMo. S-a stabilit că enzima este capabilă să reducă nu numai N 2 (tripla legătură), ci şi combinaţii ale azotului în care cei doi atomi N sunt legati prin dublă sau prin simplă legătură (CH 3 N=N H, respectiv H 2 N NH 2 ) 2. Unele dintre bacteriile fixatoare de azot trăiesc liber (nesimbiotic) în sol, altele îsi duc viaţa în simbioză cu unele plante, trăind in noduli ai rădăcinilor acestora (lucernă, trifoi, fasole). Totuşi cantitatea de azot astfel reciclată este mică. Dacă la reciclarea carbonului din atmosferă contribuie vieţuitoare din mai multe regnuri, reciclarea azotului din atmosferă este monopolul unor bacterii. Sursa cea mai importantă de azot este cea reciclată de descompunătoare (alături de bacterii pot ajuta la acest proces şi unele specii de fungi) prin transformarea azotului din molecule organice (aminoacizi) în ioni de amoniu. Mai departe NH 4 + este transformat prin bacterii de nitrificare în ioni de nitrit (azotit), NO 2, şi apoi oxidat la nitrat, NO 3, formă asimilabilă de către plante. Fără intervenţia procariotelor s-ar întrerupe fluxul principal de reciclare a azotului (fig. 7.8). O parte a N din nitraţi revine în atmosferă cu ajutorul bacteriilor denitrificante. Azotul în atmosferă, N 2 Plante Asimilaţie Bacterii fixatoare de azot în nodulii rădăcinilor Ammonifcare Descompunători: bacterii aerobe şi anaerobe şi fungi Nitrificare Bacterii denitrificante Bacterii nitrificante Bacterii fixatoare de azot Bacterii nitrificante Fig. 7.8. Ciclul azotului. În acest ciclu azotul se află sub diferite stări de oxidare, de la 3 (NH 3 ) la +5 (NO 3 ), iar în ciclu este inclusă si atmosfera. 2 Brett M. Barney et al., J. Amer. Chem. Soc., ASAP Article 10.1021/ja0539342 S0002-7863(05)03934-X Web Release Date: October 5, 2005
G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 53 Acest ciclu provocat de procariote se înglobează în ciclul geochimic al azotului, aşa cum este redat schematic în figura 7.8.a. (după NAŞCU şi NIAC, p.148) N 2 O/NO/NO 2 30 + 80 20 NH 3 /NH 4 N 2 1300 120 4,1.10 9 2 90 30 90 îngrăşăminte 80 25 SEDIMENTE biomasă 1,3.10 4 biomasă 5.10 2 compuşi cu N (soluţie) 3.10 5 OCEAN compuşi organici 8.10 8 SCOARŢA compuşi anorganici 2.10 TERESTRĂ 8 SEDIMENT Fig. 7.8.a. Ciclul geochimic al azotului. Rezervoarele (cifrele în cadru) reprezintă miliarde tone, iar debitele (scrise pe săgeţi) reprezintă miliarde tone pe an. b. Reciclarea fosforului Şi în ciclul fosforului (fig.7.9) procariotele au un rol, mai puţin important, decât în cel al azotului, şi anume, în calitate de descompunători ai detritusului, cu trecera fosfaţilor în sol. Dacă în ciclul azotului intervine într-o măsură nu foarte mare, dar foarte importantă şi atmosfera, în ciclul fosforului atmosfera nu joaca nici un rol. După cum se vede, fosfaţii insolubili din roci, aduşi la suprafaţa scoarţei prin mişcări tectonice, se solubilizează de către apa de ploaie şi intră în sol sub formă de ioni fosfat, formă asimilabilă de către plante.
54 G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista Ploaie Ridicare geologică Plante Spălarea fosfaţilor din roci Antrenare Fosfaţi în soluţie Animale Fosfaţi în sol Leşiere Precipitare Detritus în curs de depunere Descompunători Sedimentare, formare de roci 7.9. Ciclul fosforului. Spre deosebire de azot, fosforul se află într-o singură stare de oxidare (PO 4 3 ), iar aerul nu este inclus în ciclul său. Sunt cunoscute numeroase acţiuni de reparare a mediului de către procariote, dintre care aici se vor da doar două exemple, întrucât un alt curs se ocupă în mod special de această problemă. Unele bacterii sunt capabile de a consuma moleculele organice din petrol, de aceea înlăturarea poluării plajelor cu petrol de la vase naufragiate sau cisterne avariate se face cel mai ieftin împrăştiind pe plajele poluate soluţii cu îngăşăminte cu azot şi fosfor, de care au nevoie bacteriile pentru a se înmulţi (elemente care nu se află în petrol). Un alt exemplu îl oferă poluarea zonei agricole din jurul lacului Salton din sudul Californiei cu percloraţi proveniţi de nişte fabrici de combustibili de rachete, aflate pe malul unui râu care se varsă în Lacul Mead şi de acolo în fluviul Colorado, acesta din urmă servind la irigarea culturilor de legume şi zarzavat. S-au identificat nişte bacterii care consumă percloraţi, stimularea înmulţirii acestora fiind iarăşi o cale ieftină şi ecologică pentru depoluarea regiunii. Cunoştinţele noastre despre metabolism şi biologie moleculară provin în cea mai mare parte din experienţe de laborator efectuate pe organisme procariote, mai ales pe E. coli, un fel de şobolan de experienţă din lumea microscopică. Bacterii din sol (Pseudomonas) descompun îngrăşămintele în sol, transformându-le în materie primă preţioasă pentru plante. Industria chimică foloseşte culturi imense de bacterii specializate pentru a produce acetonă, butanol şi alte substanţe organice. Industria farmaceutică produce cu ajutorul lor vitamine şi antibiotice.
G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 55 Industria alimentară le foloseşte pentru obţinerea iaurtului şi a unei largi varietăţi de brânzeturi (Lactobacterii, Bifidus essensis). 7.8. Deosebiri şi asemănări între cele 3 domenii: Bacteria, Arhaea şi Eucariotes Aceste deosebiri rezultă din tabelul următor ([2].p.512). D O M E N I U L Cartacteristica Bacteria Archaea Eukarya Înveliş nuclear absent absent prezent Organite învelite în membrane absent absent prezent Protidoglicani în peretele prezent absent absent celular Lipidele din membrane acizi graşi saturaţi unii acizi graşi ramificaţi acizi graşi nesaturaţi ARN-polimeraze un singur tip mai multe tipuri mai multe tipuri Aminoacid iniţiator pentru fenilmetionină metionină metionină sinteza proteinelor Introni (parte necodificată a absenţi prezenţi în prezenţi genelor) umnele gene Răspuns la antibiotice (streptomicină şi cloramfenicol) creşterea inhibată creşterea nu este inhibată creşterea nu este inhibată Se vede că unele proprietăţi ale domeniului Arhaea sunt mai apropiate de Eucarya decât de Bacteria. Astfel iniţiatorul sintezei proteinelor la Archaea nu este fenilmetionina ca la bacterii, ci metionina, ca la eucariote; creşterea lor nu este inhibată de antibiotice; au mai multe tipuri de ARN-polimeraze, ca şi eucariotele.
56 G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 8. REGNUL PROTISTA (în sistemul cu 5 regnuri) 8.1. Subdiviziuni Majoritatea unicelulare, protistele, sunt regnul cu cea mai mare diversitatate dintre eucariote, deoptrivă în privinţa metabolismului, a sursei de energie şi de carbon, cât şi a reproducerii. Protistele unicelulare au celulele cele mai complexe dintre toate vietăţile, deoarece trebuie să asigure într-o singură celulă, activităţi pe care alte regnuri superioare le realizează cu ajutorul unui număr mai mare sau mai mic de celule specializate. 8.2. Proprietăţi Protistele sunt fiinţe acvatice, unele trăind în apă dulce, în mări şi oceane sau ca paraziţi in alte organisme. Printre protiste se găsesc atât organisme autotrofe, cât şi heterotrofe. Din acest regn fac parte numeroşi paraziţi ai plantelor, animalelor şi omului. Din grupa Diplomonade, face parte Giardia lamblia un parazit intestinal care provoacă dureri abdominale şi diaree severă. Tripanosoma din grupa Euglenozoa, este agentul patogen al bolii somnului din Africa. Pfiesteria piscicida din subgrupa Dinoflagelates a Alveolatelor, protiste de cca 20μm, elimină toxine cu care ucid peştii, din care apoi se hrănesc (sunt carnivore). Sunt periculoase şi pentru om. Plasmodium, tot din Alveolata, este parazitul care provoacă malaria. În acest regn al protistelor intră diatomeele şi toate algele, de la cele aurii şi brune din grupa Stramenopila, până la cele roşii şi verzi din grupa Rhodophita. În privinţa algelor verzi există dubii, dacă să se clasifice printre protiste sau printre plante. Rolul ecologic al protistelor este în mare măsură de descompunătoare, dar cele autotrofe sunt producătoare, având cloroplaste cu pigmenţi coloraţi (diverse clorofile, caroten,etc.). Asfel Laminaria (o algă brună marină) se recoltează în Japonia pentru prepararea unor supe ( kombu ), iar Porphyra, tot o algă brună marină, serveşte la învelirea preparatului sushi ( nori japonez). Altele produc în peretele lor celular substanţe gelationoase (polizaharide nedigerabile pentru om) care se extrag industrial şi sunt folosite ca aditivi alimentari de îngroşare în budinci şi sosuri, dar şi în industria petrolieră, ca lubrifianţi la forarea sondelor. Astfel se utilizează pe scară largă de către om alginul, provenit din alge brune, agar-agarul şi carragenanul, provenite din alge roşii. Algele sunt multicelulare şi pot avea dimensiuni considerabile şi forme foarte variate. Deseori au aspectul unor plante marine, având nişte frunze false, lame, tulpini false, pedunculi, şi rădăcini false, suporturi, cu care se fixează de roci. Cele mai răspândite sunt algele brune. Acestea se găsesc mai ales de-a lungul coastelor din zona temperată, în apele mai reci. Împreună cu algele roşii şi verzi le regăsim deseori sub denumirea de iarbă de mare. Unele protiste sunt prădătoare (predatori), cum ar fi şi Paramecium (vezi fig. 8.1). Cercetările din ultimul timp sugerează originea probabilă a primelor eucariote din procariote. Există argumente pentru formarea membranelor interioare ca pliuri ale membranei plasmatice, pliuri care, înconjurând fibrele regiunii nucleoide, au dat naştere învelişului nuclear, (fig. 8.3) în interiorul căruia s-a format nucleul. Tot astfel de pliuri au dus la dezvoltarea sistemului de endomembrane. Paralel s-a concretizat şi nucleolul din interiorul nucleului, nucleol, căruia îi va reveni sarcina de fabricare a mitocondriilor în celulele eucariote. Inglobarea unei procariote aerobice, heterotrofe, şi simbioza cu aceasta a dus la transformarea ei în mitocondrie, capabilă de funcţie respiratorie (8.2).
G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista 57 Tot aşa inglobarea unei procariote autotrofe, capabilă de fotosinteză, a dus la dezvoltarea cloroplastelor. Vezi fig. 8.2. Vacuolă contractilă Cili Vacuole alimentare Micronucleu Macronucleu Orificiu oral Gura celulei Vacuole alimentare Macronucleu Por anal Vacuole contractile PARAMECIUM Fig. 8.1. Exemplu de celulă complexă din regnul Protista: Paramecium. Celula de Paramecium. Această protistă trăieşte în apă dulce, se alimentează cu bacterii, pe care le ingerează cu ajutorul cililor din orificiul bucal, care împling bacteria spre gură; spre deosebire de procariote, care nu pot mânca corpuri depăşind dimensiunile moleculare, deoarece se alimentează difuziv prin peretele celular şi membrana plasmatică (acest fapt nu exclude posibilitatea procariotelor de a îngloba alte procariote mai mici, trăind apoi în simbioză). După digerare resturile şi deşeurile sunt eliminate prin porul anal. Nedispunând de perete celular rigid ca procariotele, şi trăind într-un mediu hipotonic (cu presiune osmotică mai mică decât interiorul celulei), există pericolul ca membrana plasmatică să plesnească din cauza endosmozei (pătrunderii apei prin osmoză, traversând membrana plasmatică). Acest lucru se evită (cu cheltuială de lucru mecanic) cu ajutorul vacuolelor contractile, care prin nişte canale adună apa, pe care o expulsează periodic spre exterior, o funcţie asemănătoare rinichilor de la mamifere, dar funcţionând în sens opus (rinichiul nu elimină apa decâţ în mică masură, grosul fiind returnat prin acvaporine în circuitul sangvin.
58 G. Niac: Mediul biotic. Note de curs. Procariotes. Protista Nucleoid Membrană plasmatică Nuclelol Citoplasmă Reticul endoplasmatic Nucleu ADN Înveliş nuclear a Procariotă ancestrală Celulă cu sistem de endomembrane Procariotă aerobică heterotropă ancestrală Membrană plasmatică Mitocondrie Mitocondrie Mitocondrie Celulă de eucariotă heterotofă Celulă gazdă ancestrală b Celulă procariotă fotosintetică Cloroplast Celulă eucariotă fotosintetică Fig. 8.2. a. Ilustrarea formării membranelor endoplasmatice, a nucleului (şi nucleolului), precum şi, b, a mitocondriilor şi cloroplastelor, prin înglobarea unor procariote cu funcţii de respiraţie, respectiv a unora autotrofe (fotosintetice).