Orice legat de viața plantelor

Alge

viață
Alge roșii

Algele cuprind un grup divers de (cu puține excepții) organisme fotosintetice producătoare de oxigen, variind ca mărime de la celule microscopice unice până la alge marine gigantice.

Studiul algelor este cunoscut sub numele de ficologie (în greacă, phycos înseamnă „alge”). În prezent, majoritatea autorilor plasează algele eucariote în regatul Protista (domeniul Eukarya) și algele procariote în domeniul Bacteria.

În trecut algele erau considerate plante inferioare, deoarece unele forme arată ca plante. Ca și în plante, pigmentul fotosintetic primar din alge este clorofila a, iar oxigenul este produs în timpul fotosintezei.


Ce sunt algele?

Algele pot fi găsite aproape peste tot pe pământ: oceane, râuri, lacuri, pe zăpada vârfurilor muntilor, pe solurile de pădure și deșert, pe roci, pe plante și animale (cum ar fi în părul gol al ursului polar) sau chiar pe alte alge. Acestea sunt implicate în interacțiuni diverse cu alte organisme, inclusiv simbioză, parazitism și epifitism.

Lichenii sunt asociații simbiotice între alge (alge albastre-verzi sau cianobacterii) și ciuperci. Cianobacteriile atmosferice de fixare a azotului apar în asocieri simbiotice cu plante precum briofitele, ferigi de apă, gimnosperme (cum ar fi cicadele) și angiospermele.

Feriga acvatică Azolla, utilizată în mod obișnuit ca biofertilizant în câmpurile de orez din țările asiatice, adăpostește cianobacteria simbiotică Anabaena azollae. Gunnera, singura plantă cu flori care adăpostește cianobacteria simbiotică Nostoc, este larg răspândită în tropice.

Dinoflagelații simbiotici cunoscuți sub numele de zooxanteli trăiesc în țesuturile coralilor. Coralii își obțin culorile și obțin energie din simbionții lor fotosintetici. Aproximativ 15 la sută din algele roșii apar ca paraziți ai altor alge roșii. Algele parazite pot chiar transfera nuclei în celulele gazdă și le pot transforma.

După transformare, celulele reproductive ale algelor gazdă poartă genele parazitului. Diferite alge trăiesc pe suprafețele plantelor și alte alge sub formă de epifite. Uneori algele pot fi găsite în locuri ciudate - culoarea roz a flamingo-urilor provine, de exemplu, provine dintr-un pigment din algele consumate de aceste păsări.

Structura și proprietățile algelor

Celulele algale sunt delimitate de un perete celular. Celulele algale sunt fie procariote, fie eucariote. Toate algele procariote aparțin Cyanophyta (cianobacterii) și nu au atât un nucleu, cât și organite complexe legate de membrană, cum ar fi cloroplastele și mitocondriile.

Fotosinteza apare în cianobacterii din membranele tilacoide similare cu cele ale plantelor. Cu toate acestea, nu există o membrană dublă care să înconjoare tilacoidele cianobacteriilor.

Toate celelalte grupuri de alge sunt eucariote. Algele eucariote diferă de cianobacterii prin faptul că posedă cloroplaste și flageli cu structuri asociate și prin compoziția pereților celulari. Conform ipotezei endosimbiontului, unele alge eucariote (alge roșii și verzi) și-au obținut cloroplastele prin dobândirea cianobacteriilor procariote simbiotice. Aceasta este cunoscută sub numele de endosimbioză primară.

Alte alge eucariote și-au obținut probabil cloroplastele prin preluarea algelor endosimbiotice eucariote, proces cunoscut sub numele de endosimbioză secundară. Existența endosimbiozei secundare este indicată de apariția a mai mult de două membrane în jurul cloroplastelor unor alge, cum ar fi haptofite, euglenofite, dinoflagelați și criptomonade.

Pigmenții găsiți în alge includ clorofile, ficobiline și carotenoizi. Toate algele conțin clorofilă a. Pigmenții accesorii variază între diferite grupuri de alge.

Fotoautotrofia este principalul mod de nutriție la alge; cu alte cuvinte, sunt „autoalimentatori”, folosind energia luminii și un aparat fotosintetic pentru a-și produce propriile alimente (carbon organic) din dioxid de carbon și apă. Majoritatea grupurilor de alge conțin specii heterotrofe, care își obțin moleculele alimentare organice prin consumul altor organisme.

Numeroase alge sunt mixotrofe; adică utilizează diferite moduri de nutriție (cum ar fi autotrofia și heterotrofia), în funcție de disponibilitatea resurselor. Moleculele utilizate ca rezerve alimentare diferă între și sunt caracteristice pentru grupurile de alge. Moleculele de rezervă alimentară sunt polimeri de glucoză cu legături diferite între monomeri.

Multe alge sunt capabile de mișcare. Mișcarea se realizează prin intermediul acțiunii flagelare și prin extrudarea mucilajului. Există, de asemenea, mișcări algale peristaltice și asemănătoare amibei. În celulele algale, are loc și mișcarea citoplasmei, plastidelor și nucleului.

Avantajele conferite de mobilitate includ realizarea condițiilor optime de lumină pentru fotosinteză, evitarea daunelor cauzate de excesul de lumină și obținerea substanțelor nutritive anorganice.

Reproducerea algelor și ciclurile de viață

Algele se pot reproduce fie asexual, fie sexual. Reproducerea asexuală printre alge include producția de spori unicelulari care germinează fără a se contopi cu alte celule, fragmentarea formelor filamentoase și divizarea celulelor prin divizare.

În reproducerea sexuală, celulele părinte eliberează gameți, care apoi se contopesc pentru a forma un zigot. Zigotii se pot dezvolta în filamente noi sau pot produce spori haploizi prin diviziune meiotică.

Algele prezintă diferite tipuri de cicluri de viață. Unele cicluri de viață ale algelor se caracterizează printr-o modificare a generațiilor similare cu cea a plantelor. Se produc două faze: sporofit (de obicei diploid) și gametofit (de obicei haploid).

Sporofitul produce spori haploizi prin meioză, iar gametofitul haploid produce gameți masculi sau feminini prin mitoză. Gametofitul și sporofitul pot fi identici din punct de vedere structural sau diferiți, în funcție de grupul algal.

Rolurile algelor

Algele au jucat roluri semnificative în ecosistemele pământului de la originea cianobacteriilor (cunoscute și sub numele de alge albastre-verzi) cu mai mult de trei miliarde de ani în urmă. Cianobacteriile timpurii au fost responsabile pentru dezvoltarea unor cantități semnificative de oxigen liber în atmosferă, ceea ce a făcut posibilă respirația aerobă.

Mai mult de 70% din toată activitatea fotosintetică de pe pământ este realizată de fitoplancton - alge microscopice plutitoare - mai degrabă decât de plante. Fitoplanctonul reîncarcă atmosfera cu oxigen și simultan absoarbe dioxidul de carbon, ajutând la susținerea rețelei complexe de biote acvatice.

Algele sunt, de asemenea, foarte importante în ciclul global al altor elemente, cum ar fi carbonul, azotul, fosforul și siliciul. Mai multe grupuri de alge - cum ar fi cianobacteriile, algele verzi, algele roșii și algele haptofite - sunt capabile să genereze carbonat de calciu.

Algele sedimentate sunt factorii principali care contribuie la depozitele de carbonat din adâncime (nisip), care acoperă aproximativ jumătate din fundul oceanului mondial. Algele roșii coraline calcificate contribuie la recifele de corali din apele tropicale. Sedimentele de silice din oceane (nisip) se bazează pe creșterea abundentă a unui alt grup algal, diatomeele, care conțin silice în pereții lor celulari.

Unele alge (cianobacterii) sunt capabile să fixeze azotul atmosferic și să-l transforme în amoniac. Amoniacul, la rândul său, poate fi o sursă de azot pentru plante și animale. Pe de altă parte, nivelurile ridicate de azot și fosfor din râuri și lacuri din cauza poluării pot provoca creșterea rapidă și incontrolabilă a algelor, cunoscute sub numele de înfloriri de alge.

O înflorire de alge reprezintă o amenințare la adresa sănătății umane și marine, atât direct, cât și indirect. Înfundă branhiile peștilor, interferează cu filtrele de apă și distruge locurile de recreere. Mai mult de 50% din florile algale produc toxine.

Au fost raportate cazuri de tulburări respiratorii, cutanate și gastrointestinale umane asociate cu toxine algale. Anumite flori de alge se numesc maree roșii. Apa pare să fie roșie sau maro datorită culorii corpurilor algale, în principal dinoflagelate care conțin pigmentul xantofilă.

Aplicații tehnologice

Aplicații tehnologice

Algele au fost folosite ca alimente, medicamente și îngrășăminte de secole. Cea mai veche referință cunoscută la utilizarea algelor ca hrană apare în literatura poetică chineză datată în jurul anului 600 î.e.n. Mai recent, algele au fugit pentru a juca roluri importante în anumite procese biotehnologice.

Mai multe alge, inclusiv roșii, maronii, verzi și cianobacterii, sunt folosite pentru hrană în țările din Pacific și Asia, în special în Japonia. Recolta anuală de alge roșii Porphyra la nivel mondial valorează câteva miliarde de dolari. Porphyra (japoneză nori, chineză zicai) este folosită ca ambalaj pentru sushi sau poate fi consumată singură. O altă algă comestibilă cu un conținut ridicat de iod este alga maro Laminaria (japoneză kombu). Cianobacterium Spirulina, cu un nivel de proteine ​​de 50 până la 70%, a fost cultivat timp de secole de către indigeni din America Centrală la Lacul Texcoco, în apropierea orașului Mexic modern, pentru a fi folosit ca hrană umană.

Mai mulți agenți de gelificare sunt produși din alge roșii și brune. Agarul din alge roșii este utilizat ca mediu pentru cultivarea microorganismelor, inclusiv a algelor, ca gel alimentar și în capsule farmaceutice. Caragenanul de alge roșu este utilizat în pasta de dinți, produse cosmetice și alimente, cum ar fi înghețata și laptele de ciocolată.

Alginatele din algele brune au aplicații extinse în industria cosmetică, săpun și detergenți. Sursele de alginate sunt Laminaria, unele specii de Fucus, și alge gigant Macrocystis, care poate crește până la mai mult de 60 de metri lungime. Algele sunt, de asemenea, folosite ca furaje în cultura peștilor și creveților importanți din punct de vedere comercial.

Cultivarea în masă a algelor (microalge) - în iazuri deschise și fotobioreactoare pentru producerea combustibililor (cum ar fi biomasa) și a produselor biochimice (cum ar fi carotenoizii, aminoacizii și carbohidrații) și pentru purificarea apei - este o zonă în dezvoltare rapidă bazată pe utilizarea energia solară ca sursă de energie. Alga verde Dunaliella este utilizată în producția industrială de caroten. În stațiile de tratare a apelor uzate, algele sunt utilizate pentru a elimina substanțele nutritive și metalele grele și pentru a adăuga oxigen în apă.

Algele sunt utilizate la nivel mondial ca indicatori (biomonitori) ai calității apei, ajutând la detectarea prezenței compușilor toxici în probele de apă. Sunt folosite mai multe alge cu creștere rapidă, inclusiv alga verde Selenastrum capricornutum.

Multe alge sunt utilizate pe scară largă ca instrumente de cercetare, deoarece sunt ușor de cultivat și manipulat. Experimentele biologului danez Joachim Hammerling cu alga verde Acetabularia au identificat nucleul ca fiind locul probabil de stocare a informațiilor ereditare.

Taxonomiștii cred că există între treizeci și șase de mii și zece milioane de specii de alge. Comparațiile moleculare utilizând secvențe de nucleotide în ARN ribozomal (acid ribonucleic) sugerează că algele nu se încadrează într-un singur grup legat de un strămoș comun, ci că acestea au evoluat independent.

Algele sunt împărțite în filuri majore, care diferă prin pigmenții lor fotosintetici, rezervele alimentare, structura celulară și reproducere. Aceste grupuri includ euglenoizi, criptomonade, dinoflagelate, haptofite și alge roșii.

Phylum Euglenophyta conține în principal forme unicelulare cu unul sau doi flageli. Doar o treime din acest grup posedă cloroplaste care conțin clorofilă. Alte euglenoide sunt strict heterotrofe.

Filumul conține mai mult de nouă sute de specii, în mare parte de apă dulce. Rezerva alimentară este paramilonul glucidic, un polimer al glucozei. Euglenofitele au clorofila a și b, precum și carotenoizi ca pigmenți fotosintetici. Nu există perete celular.

Celulele au mai multe cloroplaste mici; fiecare este înconjurată de trei membrane. O rudă apropiată a euglenofitelor este protozoarul Trypanosoma, care provoacă boala umană boala somnului african. Reproducerea în euglenofite are loc prin divizarea celulelor. Reproducerea sexuală este necunoscută.

Phylum Cryptophyta include biflagelate unicelulare. În plus față de clorofila a, cloroplastele pot conține clorofila c, carotenoizi și ficobiline. Pigmentul carotenoid aloxantina este unic pentru Cryptophyta. Patru membrane înconjoară fiecare cloroplast.

Reticulul endoplasmatic cloroplastic se învecinează cu cloroplastele. Principala rezervă alimentară este amidonul. În locul unui perete celular tipic, un periplast compus din plăci proteice apare sub membrana celulară. Există aproximativ două sute de specii de apă dulce și marine. Reproducerea este în primul rând asexuată.

Membrii filumului Dinophyta, sau dinoflagelate, au forme unicelulare cu doi flageli diferiți. Există între două mii și patru mii de specii marine și aproximativ două sute de forme de apă dulce. Multe au clorofile a și c, precum și peridinina carotenoidă unică. Unii membri ai Dinophyta au fucoxantină.

Cloroplastele au trei membrane strâns asociate. Rezerva primară de hrană este amidonul, dar lipidele sunt, de asemenea, molecule importante de stocare. O celulă dinoflagelată nu este înconjurată de un perete celular, ci are o theca (un fel de armură) din celuloză. Dinoflagelatele se pot reproduce asexual și sexual.

Phylum Haptophyta include în principal alge marine unicelulare biflagelate. O celulă haptofită are, de asemenea, un haptonema asemănător flagelului, folosit pentru capturarea alimentelor. Există aproximativ trei sute de specii. Pigmenții fotosintetici includ clorofila a și pigmenții accesorii clorofila c și carotenoidul fucoxantină.

Fiecare cloroplast are patru membrane. Rezerva alimentară este crisolaminarina, care este un polimer al glucozei. Mai multe straturi de solzi, sau coccolite, compuse în principal din carbonat de calciu pot acoperi celula haptofită. Reproducerea asexuală și sexuală este larg răspândită.

Phylum Rhodophyta, sau algele roșii, are între patru mii și șase mii de specii. Algele roșii nu au stadii flagelate. Pigmenții fotosintetici includ clorofilă, precum și ficobiline și carotenoide accesorii. Două membrane înconjoară fiecare cloroplast.

Rezerva de hrană este un amidon floridian. O celulă de algă roșie este înconjurată de un perete compus din celuloză. Reproducerea asexuală și sexuală, precum și modificarea generațiilor, sunt răspândite în rândul Rhodophyta. Un ciclu de viață trifazic este unic pentru acest grup de alge.