Cyanobacteriën

Introductie

Het moment dat de cyanobacteriën (Cyanobacteria), ook wel blauwalgen genoemd, op Aarde verschenen is ongetwijfeld de belangrijkste evolutionaire gebeurtenis geweest. We gaan dan ongeveer 3.5 miljard terug in de tijd. Vóór die tijd was de Aarde een zuurstofloze planeet met als enige levensvorm bacteriën die zonder zuurstof konden gedijen, de zogenaamde anaerobe bacteriën. Vanaf het moment dat de cyanobacteriën op het toneel verschenen werd zuurstof geproduceerd d.m.v. fotosynthese. Cyanobacteriën bezitten het daarvoor noodzakelijke pigment chlorofyl. De aanwezigheid van zuurstof heeft de evolutie in een stroomversnelling gebracht waardoor complexere meercellige organismen konden ontstaan. Zonder zuurstof zou het leven op Aarde waarschijnlijk nog steeds eencellig zijn geweest in de vorm van bacteriën.

Dat cyanobacteriën ook wel blauwalgen worden genoemd is misleidend. Ze hebben namelijk niets van doen met algen. Cyanobacteriën zijn prokaryote organismen net zoals alle andere bacteriën, d.w.z. ze bezitten geen celkern en cel-organellen. Alle algen zijn eukaryoot.

Een belangrijk en interessant theoretisch concept in de evolutionaire biologie is de opname van cyanobacteriën door de eerste eukaryote cellen waardoor ze de voorlopers waren van chloroplasten. Het is aannemelijk dat chloroplasten en ook mitochondriën zijn ontstaan doordat respectievelijk cyanobacteriën en andere bacteriën middels endosymbiose werden opgenomen in de eerste primitieve eukaryote cellen. Deze theorie wordt de endosymbiont-theorie genoemd en is tegenwoordig algemeen geaccepteerd.

Cyanobacteriën komen overal ter wereld in alle waterige omgevingen voor en ze produceren een een belangrijk deel van de zuurstof in onze atmosfeer. Sommige soorten veroorzaken in de zomer algenbloei waardoor massale vissterfte kan optreden doordat giftige stoffen uitgescheiden worden.

Wat volgt zijn beelden van enkele cyanobacteriën die ik in de loop der tijd ben tegengekomen en heb gefotografeerd.

Nostoc

Nostoc is een kolonievormende cyanobacterie bestaande uit parelsnoer-vormige ketens van aan elkaar gekoppelde cellen met een diameter van 3-7 μm. De cellen zijn in een soort gelei-achtige matrix ingebed en macroscopisch is Nostoc zichtbaar als slijmerig, bruin tot olijfkleurig materiaal.

Een slijmerige bruine laag gevonden in een plas in Amersfoort bleek een kolonie van Nostoc te zijn (links). Rechts: de ketens van Nostoc gefotografeerd met Carl Zeiss Plan 25/0.45.

Nostoc, gefotografeerd met Carl Zeiss Neofluar 16/0.40 in  donkerveld-belichting (links) en in helderveld-belichting met Carl Zeiss Apo 40/1.0 (rechts).

Nostoc, gefotografeerd met schuine belichting en Carl Zeiss Apo 40/1.0 (links) en Lomo Apo 70/1.23 (rechts). Op de achtergrond zijn vele normale bacteriën als kleine staafjes zichtbaar.

Nostoc, gefotografeerd in ringvormige belichting met Leitz Planapo 25/0.65 (links) en in schuine belichting met Zeiss-Winkel 25/0.45 (rechts).

Anabaena

Anabaena is een filamenteuze cyanobacterie die stikstof uit de lucht kan binden en die bekend staat om het produceren van toxines. De cellen zijn cilindrisch of rond en gerangschikt in ketens die een doorsnede van 3-12 μm hebben. Sommige cellen in de ketens zijn duidelijk groter en dit zijn gespecialiseerde cellen. We onderscheiden hier de zogenaamde heterocysten en akineten. Heterocysten zijn cellen die stikstof uit de lucht kunnen binden en dus zorgen voor stikstof-fixering. In de akineten worden reserve-stoffen opgeslagen en dit zijn cellen die overleven wanneer de omstandigheden zeer ongunstig worden.

De lange ketens van Anabaena. Links: objectief Zeiss Apo 40/1.0. Rechts: objectief Zeiss-Winkel 40/0.65.

Bij mijn werk is een grote vijver die in de zomer soms totaal groen wordt en hier heb ik een keer een monster van genomen. De dichtheid aan cyanobacteriën was zeer hoog en het bleek te gaan om Anabaena spiroides. Er waren dermate veel cyanobacterïen aanwezig dat het genomen monster meer leek op groene verf.

Algenbloei door Anabaena spiroides in de vijver bij mijn werk. Rechts is zichtbaar hoe stroperig het genomen monster was.

Anabaena spiroides. Links: schuine belichting met objectief Zeiss-Winkel 40/0.65. Rechts: donkerveld-belichting met objectief Leitz NPL Fluotar 25/0.55.

Anabaena gefotografeerd in fasecontrast. Objectief: Carl Zeiss Neofluar 40/0.75 Ph2.

Microcystis

Tijdens het zomerseizoen wordt op de warmste dagen wel eens gewaarschuwd voor blauwalgen. Het betreft hier voornamelijk de cyanobacterie Microcystis die verschillende toxines produceert die schadelijk voor mens en dier kunnen zijn. Het bekendste door deze cyanobacterie geproduceerde toxine is mycrocystine, dat leverschade kan veroorzaken. Algenbloei door Microcystis komt voornamelijk voor in stilstaande of langzaam stromende wateren. Microcystis vormt kolonies van vele kleine ronde cellen met een diameter van 1-9 μm.

Links: algenbloei door Microcystis in de Maas bij Kessel. Hiervan heb ik een een monster genomen en gefotografeerd met objectief Zeiss-Winkel 40/0.65 (rechts).

De kolonies van Microcystis aeruginosa kunnen typische patronen vormen die bij lage vergrotingen goed zichtbaar worden. Links: objectief 10/0.25. Midden en rechts: objectief 20/0.40.

Microcystis gefotografeerd in donkerveld (links) en ringvorminge belichting (rechts). Objectief: Carl Zeiss Apo 40/1.0.

Oscillatoria

Het observeren van Oscillatoria is fascinerend. Deze filamenteuze cyanobacteriën verplaatsen zich langzaam in een kruipende beweging. Het mechanisme achter deze beweging is nog steeds niet volledig opgehelderd. Oscillatoria bestaat uit lange filamenten van kleine cilindrische cellen. De breedte van de filamenten variëert van 1-35 μm.

Oscillatoria v.l.n.r. gefotografeerd met Leitz NPL Fluotar 25/0.55, Leitz NPL Fluotar 40/0.70 en Zeiss 25/0.45.

Geanimeerde GIF van bewegende Oscillatoria. Objectief: Motic EF-N Plan 40x/0.65.

Aphanizomenon

Aphanizomenon is een filamenteuze cyanobacterie die net als Oscillatoria beweeglijk is. De diameter van de filamenten variëert tussen de 2-8 μm. Ook deze cyanobacterie kan een toxische algenbloei veroorzaken.

Aphanizomenon gevonden in een haventje in Amersfoort. Links: macroscopisch aspect bestaande uit sliertjes. Rechts: filamenten met groene ovale heterocysten. Objectief: Carl Zeiss Apo 40/1.0.

Geanimeerde GIF van bewegende Aphanizomenon. Objectief: Carl Zeiss Apo 40/1.0.

Literatuur

Linne von Berg, KH., Hoef-Emden, K., Marin, B., Melkonian, M. (2012). Der Kosmos Algenführer. Stuttgart: Franckh-Kosmos-Verlags-GmbH & Co.

Kremer, B. P. (2002). Das große Kosmos-Buch der Mikroskopie. Stuttgart: Franckh-Kosmos-Verlags-GmbH & Co.