ヘテロシストの機能について

窒素は、ほぼすべての形態の生命、特に植物の成長に不可欠な要素です。 窒素はガスとして空気中に豊富に入手可能ですが、硝酸塩またはアンモニアに変わるまで植物や動物によって使用できず、タンパク質や他の重要な化合物を作るために使用されます。 一部の植物は、空気中の窒素を生物学的に利用可能な形に変換するために、ヘテロシストと呼ばれる特別なシアノバクテリアを使用しています。

1. 識別

   • ヘテロシストは、低窒素の頃に特定の種類のシアノバクテリアで形成される特別な窒素固定細胞です。 これらの特殊な細胞は、空気中の窒素をバクテリアが使用できる形に変換するために、酸素を細胞から締め出す必要があります。 これには、酸素を排除するための余分な壁など、セル自体にいくつかの変更が必要です。 さらに、細胞は窒素固定が発生するために酸素を含まない必要があるため、エネルギーを生成して生き続けるために必要な化合物の一部を生成することができません。 その結果、これらの細胞は他の近くの細胞との貿易に従事し、使用可能な窒素をエネルギーに変える可能性のある化合物と交換します。 通常のシアノバクテリア細胞がヘテロシストに変わると、引き返すことはできません。 ヘテロシスト層は、利用可能なアンモニアと硝酸塩の量に基づいていると考えられています。

   重要性

   • ヘテロシストは、しばしば特定の種類の青緑藻と共生関係を形成します。 これは、2つの生物が相互利益のために協力することを意味します。 ヘテロシストは藻類にアンモニアと硝酸塩を提供し、藻類は順番に他の栄養素でヘテロシストを提供します。 この形の共生では、ヘテロシストは細菌の大部分を形成することができ、ヘテロシスト形成はもはやアンモニアと硝酸塩の量によって制御されませんが、植物が提供する信号に基づいています。 この形式の関係は、植物が他の方法で得られない栄養素を手に入れることを可能にするため、植物と細菌の間では珍しくありません。

   機能

   • ヘテロシスト形成は、3つの追加の細胞壁の形成を含む、細胞へのいくつかの変化によって特徴付けられます。 ヘテロシストはまた、窒素固定に関与する特定のタンパク質を生成し始め、酸素を産生するタンパク質を分解します。 最後に、細胞はより多くの解糖酵素を生成し、細胞が酸素なしでエネルギーを生成できるようにします。 最後に、細胞内に酸素が存在しないようにするために、ヘテロシスト細胞は残りの酸素を除去するタンパク質を生成します。

   タイプ

   • ヘテロシストと青緑藻の間の共生に加えて、窒素固定細菌と植物の間の共生も他の種とともに発生します。 この技術を使用する最も一般的な植物は、豆、ピーナッツ、クローバー、アルファルファを含むマメ科植物ファミリーです。 これらの植物は、根元に根粒菌と呼ばれる種類の細菌を使用して窒素を生成します。

   重要性

   • ヘテロシストや他の共生細菌による窒素固定は、生態学の重要な部分であり、この共生を利用する個々の植物だけでなく、生態系全体のために使用可能な窒素の枯渇を防ぐために重要です。 窒素固定は、作物の輪作などのそのような慣行の基礎であり、農家は、トウモロコシなどの栄養を消費する植物と他の補充作物や豆やマメ科植物などの栄養を消費する植物の間で畑を回転させます。 ヘテロシストや他の窒素固定細菌がなければ、生命を維持するために必要な硝酸塩とアンモニアは非常に限られているため、特定の種類の植物のみが成長し、惑星に住む動物相と植物の多様性を厳しく制限することができます。