Las cianobacterias, también conocidas como algas verdeazules, verde-azuladas o cloroxibacterias, son un grupo de bacterias fotosintéticas. Son los organismos más antiguos y han desempeñado un papel importante en la formación de la atmósfera de la Tierra y en la influencia en la evolución de la vida.
Las cianobacterias varían en tamaño y forma. Van desde organismos unicelulares hasta formas filamentosas o coloniales. Las cianobacterias unicelulares suelen ser esféricas o en forma de varilla, mientras que las formas filamentosas exhiben cadenas largas de células. Algunas especies filamentosas pueden tener células especializadas, como heterocistos (para la fijación de nitrógeno) o acinetos (para sobrevivir en condiciones adversas).
Las cianobacterias son procariotas, lo que significa que carecen de núcleo y orgánulos con membrana. Su material genético, el ADN circular, se encuentra en una región del citoplasma llamada nucleoide. Sus citoplasmas también contienen plásmidos, que son moléculas de ADN circular más pequeñas que pueden replicarse de forma independiente. Al igual que las bacterias Gram negativas, sus paredes celulares de soporte y protección contienen lipopolisacáridos y peptidoglicanos. Las capas externas son una envoltura gelatinosa de polisacáridos y proteínas que proporciona protección adicional y mantiene unidas las células cianobacterianas formando colonias.
Las cianobacterias son conocidas por su fotosíntesis oxigénica similar a la de las plantas y las algas. Poseen unos anillos concéntricos aplanados llamados tilacoides, cuyas membranas contienen pigmentos y proteínas necesarios para la fotosíntesis, como clorofila, caroteno y ficobiliproteínas (ficocianina, ficoeritrina y aloficocianina). Estos pigmentos capturan la luz solar y la convierten en energía química de materia orgánica, liberando oxígeno como subproducto. La abundancia de clorofila y ficocianina les da un color verdeazulado, mientras que algunas cianobacterias tienen grandes cantidades de ficoeritrina para aparecer rojas, como Trichodesmium erythraeum. Se reproducen para teñir el agua de mar de rojo, de ahí el nombre de Mar Rojo.
Las cianobacterias tienen la capacidad de fijar nitrógeno: las nitrogenasas convierten el nitrógeno en compuestos de nitrógeno. Dado que las nitrogenasas se inactivan en condiciones aeróbicas, solo funcionan en condiciones anaeróbicas. Por lo tanto, algunas cianobacterias también forman células especializadas llamadas heterocistos, que separan la fijación de nitrógeno de la fotosíntesis. Sus paredes celulares más gruesas permiten que el nitrógeno difunda hacia la célula, al tiempo que inhiben la entrada de oxígeno. También eliminan los pigmentos fotosintéticos para detener la producción de oxígeno, y la respiración consume el oxígeno intracelular para crear un ambiente anaeróbico. El nitrógeno atmosférico se convierte en amoníaco, que puede ser transportado a otras células a través de plasmodesmos y utilizado para sintetizar proteínas y ácidos nucleicos.
Las vesículas de aire dan flotabilidad a las cianobacterias. Pueden controlar su posición en el agua para recibir luz solar completa o evitar la luz solar intensa del mediodía ajustando el gas en las vesículas de aire.
La fisión binaria es el método más común de reproducción en las cianobacterias. Implica la división de una sola célula cianobacteriana en dos células hijas idénticas. El proceso es similar a la fisión binaria descrita anteriormente para las bacterias, donde el material genético se replica, la célula se alarga y luego se divide en dos células hijas. Este proceso permite un rápido crecimiento poblacional. En ambientes difíciles, pueden generar un tipo de célula llamada acineto, que es una célula inactiva, envuelta y de pared gruesa. Estas células pueden existir durante mucho tiempo hasta que estén disponibles las condiciones adecuadas para crecer nuevamente.