Cyanobakterien

Sie gehören mit zu den ältesten Lebensformen auf der Erde und produzieren den größten Teil des Sauerstoffs. Cyanobakterien existieren seit etwa 3,5 Milliarden Jahren und waren von entscheidender Bedeutung für die Evolution des Lebens auf der Erde.

Durch ihre Fähigkeit zur Photosynthese ist der Sauerstoffanteil in der Erdatmosphäre über einen Zeitraum von mehreren Hundert Millionen Jahren stark angestiegen. So haben sie die Voraussetzung für spätere, weiter entwickelte Lebensformen wie Pflanzen, Fische, Amphibien, Vögel, Säugetiere und die Menschen geschaffen.

Cyanobakterien haben also gleich mehrmals eine entscheidende Rolle für die Entwicklung des Lebens auf der Erde gespielt:

  • sowohl bei der Entstehung des Lebens,
  • als auch bei der Geschichte der Erdatmosphäre
  • und der Evolution der Lebewesen.

Und diese wichtige Rolle für das Leben haben Cyanobakterien auch heute noch:

  • Sie produzieren einen großen Teil des freien Sauerstoffs in der Atmosphäre.
  • Und sie bilden die Nahrungsgrundlage für viele Lebewesen in den Meeren und auch an Land.
  • So wird die in den Cyanobakterien gespeicherte Sonnenenergie über die Nahrungskette von den einfachen Einzellern über Mehrzellern und Fischen bis zu den komplexen Lebewesen wie dem Menschen transportiert.
  • Für viele biogeochemische Kreisläufe spielen sie eine wichtige Rolle.
  • Die Fähigkeit der Cyanobakterien zur Stickstoffbindung ist besonders interessant für die Landwirtschaft, zum Beispiel für den Anbau von Reis und Bohnen.
  • Die in den Ölvorkommen der Erde gespeicherte Energie geht zu einem großen Teil auf die Photosynthese der Cyanobakterien zurück.
  • Auch die Photosynthese aller Pflanzen in den Chloroplasten ist nur durch die Endosymbiose von Cyanobakterien möglich.

In diesem Artikel fassen wir die wichtigsten und interessantesten Informationen und Hintergründe zum Thema Cyanobakterien zusammen. Dabei gehen wir insbesondere auf deren Bedeutung für die Entwicklung und die Evolution des Lebens auf dem Planeten Erde ein.

Cyanobakterien: Vorkommen, Arten, Auftreten, Ausbreitung und Vermehrung

Was sind Cyanobakterien?

Cyanobakterien sind Einzeller ohne einen Zellkern, also Prokaryoten. In der Systematik der Lebewesen bilden sie eine der größten und ältesten Abteilungen (Stamm) in der Domäne der Bakterien, siehe folgende Abbildung.

Cyanobakterien Stamm in der Domäne der Bakterien

Systematik der Lebewesen entsprechend der Abstammungsverhältnisse mit den drei Domänen Bakterien, Archaeen (Archaebakterien) und Eukarya (Eukaryoten). Die Cyanobakterien bilden einen der 9 Stämme der Domäne Bakterien.

Cyanobakterien sind keine Algen

Aufgrund der Fähigkeit zur Produktion von Sauerstoff durch Photosynthese dachte man für lange Zeit, dass die Cyanobakterien zu den Algen gehören. Gelegentlich wird für Cyanobakterien auch heute noch die Bezeichnung blau grüne Algen verwendet. Dies ist jedoch eine ungenaue und im Grunde falsche Bezeichnung, denn Cyanobakterien sind keine Algen.

Algen haben einen Zellkern, sind also Eukaryoten, während Cyanobakterien Prokaryoten ohne Zellkern sind. Im Gegensatz zu Cyanobakterien haben Algen auch Zellorganellen wie Chloroplasten und Mitochondrien.

Seit wann gibt es Cyanobakterien?

Cyanobakterien existieren seit ungefähr 3,5 Milliarden Jahren und gehören damit zu den ältesten Lebensformen auf der Erde. Die ältesten bisher gefundenen Fossilien überhaupt sind Cyanobakterien in Stromatolithen.

Diese Stromatolithen sind Matten aus Mikroorganismen, Kalkstein und Sedimenten, welche sich in übereinandergelagerten Schichten ansammeln und so mit der Zeit wachsen und mineralisieren.
Stromatolithen bilden sich in flachem Wasser (vor allem an Meeresküsten und Seeufern) und waren in der Erdgeschichte über mehrere Hunderte von Millionen Jahren weit verbreitet, wie viele Fossilfunde in verschiedenen Gebieten auf der Erde zeigen.

Heute sind lebende Stromatolithen seltener, aber noch in einigen Gegenden zu beobachten, insbesondere in West-Australien. Dort sind auch die Gebiete, in denen die bisher ältesten Fossilien von Cyanobakterien gefunden wurden (Dresser Formation und Strelley Pool Formation). Weitere Stromatolithen mit fossilen Cyanobakterien und ähnlicher Datierung (älter als 3 Milliarden Jahre) wurden in Grönland und Südafrika gefunden.

Stromatolithen am Seeufer (Lake Thetis, Westaustralien)
Aktuelle Stromatolithen am Ufer des Lake Thetis in West-Australien.
Credit: Ruth Ellison, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons
Querschnitt eines ca. 3,5 Milliarden Jahre alten Stromatolithen mit fossilen Cyanobakterien
ca. 3,5 Milliarden Jahre alter fossiler Stromatolith, gefunden in der Strelley Pool Formation, Pilbara Craton, West-Australien. Der Querschnitt zeigt die etwa 0,1 mm dicken Schichten, welche aus Matten von Cyanobakterien sowie abgelagerten und eingefangen Sedimenten und Kalkstein bestehen.
Credit: James St. John, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Wo kommen Cyanobakterien vor?

Cyanobakterien befinden sich fast überall. Die meisten Cyanobakterien sind in Gewässern (Ozeane, Seen, Teiche, Flüsse), doch man findet sie auch im Boden sowie auf Steinen und Felsen.

Es gibt viele verschiedene Arten, die sich jeweils an unterschiedliche Bedingungen angepasst haben. Cyanobakterien können sowohl in Salzwasser und Süßwasser als auch an Land gedeihen und kommen in den verschiedensten Klimaten vor: von der Arktis und Antarktis bis zu den Tropen, Wüsten und heißen Quellen.

Cyanobakterien in der Ostsee (Baltisches Meer), östlich der Küste von Gotland, Schweden im Juli 2005
Diese Aufnahme des Satelliten Landsat 7 zeigt eine „Algenblüte“ von Cyanobakterien östlich der Küste von Gotland (Schweden) im Juli 2005. Man sieht deutlich die Verteilung der Cyanobakterien entlang den Meeresströmungen. Credit: NASA

Durch die Strömungen der Meere und auch als in der Luft schwebendes Aeroplankton können sie sich mit dem Wind über weite Strecken und Gebiete ausbreiten.
Eine wichtige Voraussetzung für die Existenz von Cyanobakterien ist das Sonnenlicht, welches sie für die Gewinnung von Energie aus Photosynthese benötigen. Hier genügen jedoch schon sehr geringe Mengen von Licht, denn auch in dunklen Höhlen und im Inneren von Steinen können sie überleben.

Wie viele Arten von Cyanobakterien gibt es?

Die Anzahl der verschiedenen Spezies von Cyanobakterien wird auf ungefähr 3.000 geschätzt. Die genaue Systematik und genetische Abstammung der Cyanobakterien ist jedoch noch nicht vollständig erforscht.

Das Cyanobakterium Prochlorococcus marinus produziert ca. 20 Prozent des Sauerstoffs auf der Erde.
Die Cyanobakterien der Art Prochlorococcus marinus sind nur etwa 0,5 bis 0,8 Mikrometer groß. Doch in den Ozeanen der Welt sind sie so weit verbreitet, dass sie ungefähr 20 Prozent des Sauerstoffs auf der Welt produzieren.

Filamente und Kolonien

Cyanobakterien sind zwar zunächst Einzeller, sie bilden aber Filamente und Kolonien, welche viele Eigenschaften von mehrzelligen Organismen aufweisen.

Sie schließen sich oft zu Kolonien zusammen, welche mehrere Zentimeter groß sein können. Aus diesen Kolonien lösen sich einzelne Gruppen von Bakterien und breiten sich so aus.

Auch bilden Cyanobakterien Stränge, welche aus mehreren Hundert Zellen bestehen können. Diese Filamente von Cyanobakterien können sich ähnlich Mehrzellern fortbewegen. Der Mechanismus, mit dem diese Bewegung möglich ist, beruht auf Fäden an der Zellwand (Typ-IV-Pilus), ist aber noch nicht vollständig erforscht.

In den Filamenten spezialisieren sich auch verschiedene Zellen von Cyanobakterien auf unterschiedliche Aufgaben.

Quellen
https://de.wikipedia.org/wiki/Cyanobakterien
https://de.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%A4ne_(Biologie)
https://de.wikipedia.org/wiki/Fossil
https://de.wikipedia.org/wiki/Pal%C3%A4oarchaikum
https://de.wikipedia.org/wiki/Stromatolith