Kväve är ett livsviktigt grundämne för tillväxten hos nästan alla levande organismer, särskilt växter. Även om kväve finns i överflöd i luften som gas kan varken växter eller djur tillgodogöra sig det direkt. Först när det har omvandlats till nitrat eller ammoniak kan ämnet användas för att bygga proteiner och andra viktiga föreningar. Vissa växter samarbetar med särskilda cyanobakterier, så kallade heterocyster, som kan omvandla luftens kväve till en biologiskt tillgänglig form.
Heterocyster är specialiserade celler som bildas i vissa typer av cyanobakterier när kvävetillgången i omgivningen är låg. För att kunna omvandla luftens kväve till en form som bakterien kan använda måste cellen hålla syre helt borta, eftersom syre stör den känsliga processen som kallas kvävefixering.
Detta kräver flera omfattande förändringar i cellen själv, bland annat extra cellväggar som hindrar syre från att tränga in. Eftersom cellen måste vara syrefri för att kvävefixeringen ska fungera kan den inte längre producera alla de föreningar som behövs för att skapa energi och överleva. Därför ingår heterocysterna ett slags byteshandel med sina grannar: de levererar användbart kväve och får i gengäld kolhydrater och andra energirika föreningar.
En vanlig cyanobakteriecell som väljer att bli en heterocyst kan aldrig återgå till sitt ursprungliga tillstånd – omvandlingen är permanent. Forskarna tror att bildningen av heterocyster styrs av mängden ammoniak och nitrat som finns tillgänglig i miljön.
Heterocyster bildar ofta symbiotiska relationer med vissa typer av blågröna alger. Det innebär att de två organismerna samarbetar till ömsesidig nytta. Heterocysterna försörjer algerna med ammoniak och nitrat, medan algerna i sin tur ger heterocysterna andra näringsämnen.
I denna typ av symbios kan heterocysterna utgöra majoriteten av bakteriekolonin, och deras bildning styrs inte längre av mängden ammoniak och nitrat i miljön utan av signaler från värdorganismen. Denna form av samarbete mellan växter och bakterier är inte ovanlig i naturen – den gör det möjligt för växter att få tag på näringsämnen som de annars inte skulle kunna tillgodogöra sig.
Bildningen av en heterocyst kännetecknas av flera dramatiska förändringar i cellen:
Symbiosen mellan heterocyster och blågröna alger är bara ett exempel på samarbete mellan kvävefixerande bakterier och växter. Den mest kända gruppen är baljväxterna, som inkluderar bönor, jordnötter, klöver och lusern. Dessa växter använder sig av bakterier som kallas rhizobia i sina rötter för att producera kväve – men det sker då i speciella rotknölar snarare än i specialiserade celler som heterocyster.
Kvävefixering, både av heterocyster och andra symbiotiska bakterier, är en avgörande del av ekologin. Processen är kritisk för att förhindra att tillgängligt kväve tar slut – inte bara för de enskilda växter som utnyttjar symbiosen, utan för hela ekosystem.
Kvävefixering ligger också till grund för praktiker som växtföljd, där bönder alternerar mellan näringskrävande grödor som majs och mer närande grödor som bönor och baljväxter. Utan heterocyster och andra kvävefixerande bakterier skulle nitraterna och ammoniaken som krävs för att upprätthålla liv vara mycket begränsade. Endast vissa typer av växter skulle kunna växa, vilket skulle kraftigt inskränka mångfalden av flora och fauna på planeten.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online