Gloeomargarita

Gloeomargarita
Mit verschiedenen Färb-, Kolorierungs- und Kontrastverfahren hergestellte Bilder von G. litho­phora C7 Zellen, die zwei Monate lang in BG-11 gewachsen sind. (e) zeigt HAADF-STEM-Bilder mit hoher Ver­größerung von mehreren Zellen, die mittels EDXS-Mapping analysiert wurden; (f) zeigt eine Über­lagerung, bei der jede Farbe einem Element entspricht, das durch ein Symbol mit der gleichen Farbe ge­kenn­zeichnet ist.[1][A. 1]
Systematik
Domäne: Bakterien (Bacteria) Stamm: Cyanobakterien s. l. (Cyanobacteriota) Klasse: Cyanobakterien s. s. (Cyanophyceae) Ordnung: Gloeomargaritales Familie: Gloeomargaritaceae Gattung: Gloeomargarita
Wissenschaftlicher Name
Gloeomargarita
Moreira et al. 2017[2]

Gloeomargarita ist eine Gattung von Cyanobakterien (Blaugrünbakterien) mit nur einer einzigen bekannten Art, Gloeomargarita lithophora. Die Gattung ist nach Vorschlag Schwesterklade der endosymbiotischen Plastiden in den Archaeplastida (Pflanzen im weiteren Sinn). Diese sind nach der Endosymbiontentheorie aus Cyanobakterien hervorgegangen, die von heterotrophen Eukaryoten in einem singulären endosymbiotischen Ereignis vor etwa 1,4 Milliarden Jahren eingefangen worden, wodurch die Ur-Archaeplastiden entstanden.^[3]

Das Entstehen der Plastiden-Endosymbiose bedeutet den Beginn der Photosynthese bei Eukaryoten.^[4] Daher ist die evolutionäre Verwandtschaft der Plastiden zu Gloeomargarita lithophora, vielleicht in der Form einer direkten Divergenz,^[3] von großer Bedeutung für die Evolutionsgeschichte der Photosynthese. Gloeomargarita scheint mit einem (basalen) Zweig der Gattung Synechococcus verwandt zu sein.^[5][6][7] Ein ähnliches endosymbiotisches Ereignis fand vor etwa 500 Millionen Jahren statt, wobei ein weiteres Synechococcus-verwandtes Bakterium zum photosynthetisch aktiven Organell (Chromatophor) in Paulinella chromatophora wurde.^[7]

Arten

Die Gattung ist monotypisch (Stand 1. Juni 2021). Die einzige in der AlgaeBase registrierte Art ist:^[8]

• Gloeomargarita lithophora Moreira et al. (Typus)

Beschreibung

Räumliche Beziehungen zwischen Karbonat- und Poly­phosphat­ein­schlüssen innerhalb von G. litho­phora C7. Die Pfeile mit roter Linie zeigen Poly­phosphat­ein­schlüsse in der Nähe von Karbonat­ein­schlüssen an, die manchmal Karbonat­ein­schlüsse um­schließen.^[1]

G. lithophora wurde erstmals 2007 aus Mikrobiolat-Proben aus dem alkalischen Maarsee von Alchichica (Lake Alchichica 19,4167° N, 97,4° W19.416666666667-97.4, in Puebla, Zentralmexiko, dort im endorheischen – abflusslosen – Becken des Oriental Basins) isoliert. Diese Proben wurden in einem Laboraquarium gehalten. G. lithophora wurde aus einem Biofilm isoliert, der sich im Aquarium aus dem Probenmaterial entwickelte.

G. lithophora sind gram-negative, einzellige Stäbchen mit aerobem, photoautotrophem Stoffwechsel und gleitender Motilität. Sie enthalten Chlorophyll a und Phycocyanin und photosynthetische Thylakoide, die sich in der Peripherie befinden. Die Zellen sind im Durchschnitt 1,1 μm breit und 3,9 μm lang. Das Wachstum erfolgte sowohl in festen und flüssigen BG-11-Wachstumsmedien^[1] (BG-11-Salzlösung finden auch Verwendung für die Kultivierung von Synechocystis sp. PCC 6803^[9] und Synechococcus elongatus.^[10]) als auch in alkalischem Wasser. Die optimale Wachstumstemperatur liegt bei 25 °C und der optimale Wachstums-pH-Wert bei 8.0-8,5.^[11]

HAADF-STEM-Tomographie von Gloeomargarita lithophora C7. (a-c) HAADF-STEM-Bilder von C7-Zelle(n), die in BG-11 (a) oder im Aquarium (b, c) gewachsen sind. (d-f) 3D-Visualisierung der Rekonstruktion aus den in (a-c) gezeigten Karbonat-Einschlüssen. Die roten Pfeile zeigen Polyphosphat-Einschlüsse an.^{[1][A. 1]}

In den Zellen lassen sich ähnlich wie bei Synechococcus calcipolaris G9 sowohl Karbonat- als auch Polyphosphat-Einschlüsse nachweisen.^[1] Das deutet darauf hin, dass diese Cyanobakterien in der Lage sind, Stromatolithen zu bilden.

Anwendungen

Es gibt Hinweise darauf, dass G. lithophora als biologischer Puffer dienen könnte, um mit Strontium oder Barium kontaminiertes Wasser zu behandeln, was eine nützliche Anwendung der Bioremediation sein könnte.^[12]

Anmerkungen

1. Abkürzungen:
   HAADF: high angle annular dark field, siehe TEM-Sonderverfahren.
   STEM: scanning transmission electron microscope, siehe Rasterelektronenmikroskop.
   EDXS: energy dispersive X-ray spectrometry

Einzelnachweise

1. Jinhua Li, Isabel Margaret Oliver, Nithavong Cam et al: Biomineralization Patterns of Intracellular Carbonatogenesis in Cyanobacteria: Molecular Hypotheses,in: MDPI Minerals, Band 6, Nr. 1, 3. Februar 2016, Special Issue Biomineralization: Towards a Unification of Concepts in Chemistry, Physics, Earth Sciences and Biology, 10, doi:10.3390/min6010010 (englisch).
2. NCBI Taxonomy Browser: Gloeomargarita Moreira et al. 2017 (genus); graphisch: Gloeomargarita, auf: Lifemap, NCBI Version.
3. Holly C. Betts, Mark N. Puttick, James W. Clark, Tom A. Williams, Philip C. J. Donoghue, Davide Pisani: Integrated genomic and fossil evidence illuminates life's early evolution and eukaryote origin. In: Nature Ecology & Evolution. 2. Jahrgang, Nr. 10, 20. August 2018, ISSN 2397-334X, S. 1556–1562, doi:10.1038/s41559-018-0644-x, PMID 30127539, PMC 6152910 (freier Volltext) – (englisch). 
4. Sven B. Gould, Ross F. Waller, Geoffrey I. McFadden: Plastid Evolution. In: Annual Review of Plant Biology. 59. Jahrgang, Nr. 1, 2008, S. 491–517 (englisch). 
5. Jimmy H. W. Saw, Michael Schatz, Mark V. Brown, Dennis D. Kunkel, Jamie S. Foster, Harry Shick, Stephanie Christensen, Shaobin Hou, Xuehua Wan: Cultivation and Complete Genome Sequencing of Gloeobacter kilaueensis sp. nov., from a Lava Cave in Kīlauea Caldera, Hawai'i. In: PLOS ONE. 8. Jahrgang, Nr. 10, 23. Oktober 2013, ISSN 1932-6203, S. e76376, doi:10.1371/journal.pone.0076376, PMID 24194836, PMC 3806779 (freier Volltext), bibcode:2013PLoSO...876376S (englisch). 
6. Rafael I. Ponce-Toledo, Philippe Deschamps, Purificación López-García, Yvan Zivanovic, Karim Benzerara, David Moreira: An Early-Branching Freshwater Cyanobacterium at the Origin of Plastids. In: Current Biology. 27. Jahrgang, Nr. 3, 2017, ISSN 0960-9822, S. 386–391, doi:10.1016/j.cub.2016.11.056, PMID 28132810, PMC 5650054 (freier Volltext) – (englisch). 
7. Patricia Sánchez-Baracaldo, John A. Raven, Davide Pisani, Andrew H. Knoll: Early photosynthetic eukaryotes inhabited low-salinity habitats. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 114. Jahrgang, Nr. 37, 12. September 2017, ISSN 0027-8424, S. E7737–E7745, doi:10.1073/pnas.1620089114, PMID 28808007, PMC 5603991 (freier Volltext) – (englisch).  Dazu:
   • Urahn aller Chloroplasten identifiziert – Urtümliche Blaualge wurde vor 1,9 Milliarden Jahren zum ersten Fotosynthese-Organell. Auf: scinexx.de vom 15. August 2017.
8. AlgaeBase: Gloeomargarita D.Moreira et al., 2017
9. V. G. Williams: Construction of specific mutations in photosystem II photosynthetic reaction center by genetic engineering methods in Synechocystis 6803. In: Methods in Enzymology. 167. Jahrgang, 1988, S. 766–778, doi:10.1016/0076-6879(88)67088-1 (englisch). 
10. Justin Ungerer, Po-Cheng Lin, Hui-Yuan Chen, Himadri B. Pakrasi: Adjustments to Photosystem Stoichiometry and Electron Transfer Proteins Are Key to the Remarkably Fast Growth of the Cyanobacterium Synechococcus elongatus UTEX 2973. In: mBio. 9. Jahrgang, Nr. 1, 7. März 2018, ISSN 2150-7511, doi:10.1128/mBio.02327-17, PMID 29437923 (englisch, asm.org). 
11. David Moreira, Rosaluz Tavera, Karim Benzerara, Fériel Skouri-Panet, Estelle Couradeau, Emmanuelle Gérard, Céline Loussert Fonta, Eberto Novela, Yvan Zivanovic, Purificación López-García: Description of Gloeomargarita lithophora gen. nov., sp. nov., a thylakoid-bearing basal-branching cyanobacterium with intracellular carbonates, and proposal for Gloeomargaritales ord. nov. In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 67. Jahrgang, Nr. 3, 1. April 2017, S. 653–658, doi:10.1099/ijsem.0.001679, PMID 27902306, PMC 5669459 (freier Volltext) – (englisch). 
12. Marine Blondeau, Karim Benzerara, Céline Ferard, Jean-Michel Guigner, Mélanie Poinsot, Margot Coutaud, Mickaël Tharaud, Laure Cordier, Fériel Skouri-Panet: Impact of the cyanobacterium Gloeomargarita lithophora on the geochemical cycles of Sr and Ba. In: Chemical Geology. 483. Jahrgang, 20. April 2018, ISSN 0009-2541, S. 88–97, doi:10.1016/j.chemgeo.2018.02.029 (englisch, sciencedirect.com [abgerufen am 10. April 2020]).