Vi khuẩn lam (cyanobacteria) - Một khái quát
Vi khuẩn lam, hay thuật ngữ “tảo lam” được biết đến nhiều, thành phần sinh vật của tự nhiên sống trong những vùng nước ngọt, mặn, lợ trên khắp thế giới (Fogg và cs, 1973). Thuật ngữ “tảo lam” có thể dẫn đến sự liên tưởng nhầm đối với quần thể lớn vi khuẩn lam ở nước: như khi các tế bào tập trung lại có thể tạo ra nhiều màu sắc từ màu lam (blue-green), đến xanh da trời, xanh lá cỏ, khaki, nâu sô-cô-la đến màu đen, và khi phân hủy dưới ánh sáng mạnh thì xuất hiện màu xám và trắng.
Vi khuẩn lam là vi khuẩn quang hợp, cổ xưa, với cấu trúc tiền tế bào đơn giản, không có nhân, được định loại là vi khuẩn. Là sinh vật cổ xưa vì có bằng chứng về khoảng 3,5 tỉ năm, chúng được xem là đối tượng đầu tiên sản xuất ra khí oxy khí quyển giúp hình thành sự sống trên Trái đất ngày nay.
Vi khuẩn lam sản xuất khí oxy bằng cách phân tách nước trong quá trình quang hợp - cơ chế cũng có ở tảo và thực vật ngày nay. Hiện diện chủ yếu ở nước, vi khuẩn lam cũng được tìm thấy ở trên đá, đất trồng và trong các môi trường cực đoan như suối nước nóng, sa mạc và các vùng cực.
Dưới kình hiển vi, vi khuẩn lam có thể thấy được như là sinh vật liên bào (unicellular) hay chuỗi tế bào và các tế bào đơn lẻ không nhìn thấy được bằng mắt thường (H.1). Một số vi khuẩn lam liên bào như Microcystis, có thể sinh trưởng và tồn tại ở dạng tập hợp các tế bào đồng nhất (identical cell). Các tập đoàn có hình dạng bất thường, được bao bọc hoặc không bởi một lớp nhầy và thẩm thấu qua các lỗ (khá giống với một miếng pho-mát Thụy sĩ). Các tập đoàn này có đường kính vài milimet nên có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Vi khuẩn lam sợi mảnh có thể tồn tại ở dạng sợi đơn không nhánh, hoặc có nhánh, và cũng không quan sát được bằng mắt thường. Tuy nhiên , một số loài vi khuẩn lam sợi sống ở nước như Aphanizomenon và Trichodesmium có thể hình thành những bó sợi có cấu trúc lớn hơn giống như lớp mùn cưa. Loài Gloeotrichia sợi mảnh sinh trưởng thành thể hình cầu phóng xạ có kích thước bằng đầu kim. Khi đó, một số loài vi khuẩn lam dạng sợi như Planktothrix và Phormidium tạo bởi các tế bào đồng nhất, và loài khác có dạng sợi như Nostoc, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis và Anabaena có thể được biệt hóa cao thành các tế bào chuyên hóa về sinh lý và cấu trúc. Các tế bào này có thể là tế bào dinh dưỡng có khả năng quang hợp, và các tế bào chuyên hóa gọi là dị tế bào. Các dị tế bào không thực hiện quang hợp nhưng cố định được khí ni-tơ thành a-mo-ni-ắc rồi sau đó tạo ra hợp chất ni-tơ hữu cơ cầu thiết cho quá trình sinh trưởng, nên không cần sử dụng nguồn a-mo-ni-ắc hoặc nitrat từ ngoài. Một đặc tính thích nghi nữa ở vi khuẩn lam dạng sợi được biệt hóa là có sự hình thành tế bào giống-bào-tử (akinete). Các tế bào này, dự trữ dinh dưỡng, cho phép vi khuẩn lam sống trong điều kiện môi trường stress hoặc thiếu cạn dinh dưỡng, và nảy sinh trở lại khi có điều kiện sinh trưởng thuận lợi.
Vi khuẩn lam giữa vai trò chính trong môi trường tự nhiên như là sinh vật sản xuất sơ cấp thực hiện sự quang hợp, tạo ra chuỗi thức ăn dưới nước, và trong chu trình vật chất. Tuy nhiên, vấn đề thực sự với vi khuẩn lam, xét về mặt ảnh hưởng tiêu cực lên đa dạng sinh học, chất lượng nước và độ an toàn thì khi điều kiện dinh dưỡng trong thủy vực trở nên quá thừa thãi. Các thủy vực ưu-dưỡng giúp tảo và đặc biệt là vi khuẩn lam sinh sôi. Thường vào mùa xuân, tảo silic (diatom) sẽ nở-hoa trước vi khuẩn lam, sinh sôi ở nhiệt độ tương đối thấp và sử dụng các hợp chất silic có sẵn trong nước để tạo ra lớp thành tế bào cứng và thẩm thấu được.
Tuy nhiên, khi lượng hợp chất silic trở nên hạn chế, quần thể tảo silic có thể suy giảm, có hoặc không kèm theo giai đoạn nở hoa của tạo lục, sau đó sẽ bị phân hủy. vi khuẩn lam không có nhu cầu silic cao nên có thể ưu sinh hơn hầu hết các sinh vật quang hợp khác để trở thành loài phù du ưu thế ở thủy vực, hoặc trong quần thể tảo bám trên trầm tích, đá và thực vật thủy sinh ở vùng nước nông. Ở điều kiện đó, quần thể vi khuẩn lam ở vùng nước mở có thể tăng trưởng nhanh chóng và nở hoa làm vùng nước bị đổi màu và khả năng xuyên thấu của ánh sáng giảm đáng kể, từ vài mét xuống còn vài cen-ti-mét. Trong điều kiện nước tĩnh, nhiều loài vi khuẩn lam nở hoa có thể xuất hiện lên bề mặt nước, hình thành các dạng váng bán-rắn. Nhìn theo chiều đứng quần thể vi khuẩn lam, ở lớp nước bề mặt sinh khối vi khuẩn lam có thể tăng lên ít nhất 100 lần. Nếu, sau đó có gợn sóng nhẹ (nhỏ hơn 4 mét trên giây), lớp váng bề mặt có thể tập trung nhiều hơn tạo ra lớp váng gần bờ thủy vực có độ dày đặc hơn. Ảnh hưởng đến mật độ theo chiều ngang tạo bởi gió nhẹ có thể làm mật độ vi khuẩn lam tăng lên ít nhất 1000 lần so với quần thể ban đầu phân tán ở vùng nước mở. Những lớp váng thường gây ra vấn đề về mỹ quan, gây ra những khó khăn cho công việc xử lí cung cấp nước và những chất độc nguy hiểm đối với người và động vật. vi khuẩn lam kết thành từng mảng có thể chứa độc tố từ lúc chúng thoát ra và lưu chuyển theo bong bóng oxy, từ đó trôi đến các hồ và thủy vực nơi chúng sẽ tích tụ nhiều dần. Những mảng vi khuẩn lam dọc bờ thường xuất hiện ở vùng sông nước chảy chậm ở Anh quốc là một ví dụ. Những vùng nở hoa, mảng váng vi khuẩn lam có thể gây ra sự mất mỹ quan, bởi thực tế rằng các vùng nước bị đổi màu, vùng nước sinh hoạt đục hơn, và mùi hôi thối bốc lên do vi khuẩn lam tích tụ lại và thối rữa.
Vi khuẩn lam có thể tạo ra nhiều hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, có mùi mốc hoặc mùi đất như geosmin và 2-methylisoborneol. Chúng không gây độc nhưng có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước uống sau xử lí và làm phiền hà cho người sử dụng nguồn nước làm nơi vui chơi, và cả người dùng nước sau xử lí (Juttner và Watson, 2007).
