Cosa sono le alghe?

Le alghe sono un gruppo diversificato di organismi acquatici che hanno la capacità di effettuare la fotosintesi. Alcune alghe sono familiari alla maggior parte delle persone; per esempio, le alghe marine (come il kelp o il fitoplancton), la schiuma dello stagno o le fioriture algali nei laghi. Tuttavia, esiste un mondo vasto e vario di alghe che non sono solo utili per noi, ma sono fondamentali per la nostra esistenza.

Definizione

Il termine “alghe” copre molti organismi diversi in grado di produrre ossigeno attraverso la fotosintesi (il processo di raccolta di energia luminosa dal sole per generare carboidrati). Questi organismi non sono necessariamente strettamente correlati. Tuttavia, alcune caratteristiche li accomunano, pur distinguendoli dall’altro grande gruppo di organismi fotosintetici: le piante terrestri.

Primariamente, le alghe non sono altamente differenziate come le piante, secondo gli autori di “Algae: Anatomy, Biochemistry, and Biotechnology, 2nd Ed. (CRC Press, 2014). Vale a dire, mancano di vere radici, steli e foglie, e un sistema vascolare per far circolare l’acqua e le sostanze nutritive in tutto il loro corpo. In secondo luogo, molte alghe sono unicellulari, secondo un articolo del 2014 pubblicato sulla rivista Current Biology. Si presentano anche in una varietà di forme e dimensioni. Possono esistere come singole cellule microscopiche; possono essere macroscopiche e multicellulari; vivere in colonie; o assumere un aspetto frondoso come nel caso delle alghe come il kelp gigante. Il picoplancton ha un diametro compreso tra 0,2 e 2 micrometri, mentre le fronde del kelp gigante raggiungono i 60 metri di lunghezza. Infine, le alghe si trovano in una serie di habitat acquatici, sia d’acqua dolce che salata.

In virtù di queste caratteristiche, il termine generale “alghe” comprende organismi procarioti – cianobatteri, noti anche come alghe blu-verdi – così come organismi eucarioti (tutte le altre specie algali). “Dal momento che le “alghe” non formano un gruppo naturale che discende da un antenato comune, includere i cianobatteri nel gruppo informale “alghe” è comune”, ha detto Linda Graham, professore di botanica all’Università del Wisconsin-Madison. “Il termine ‘alghe eucariotiche’ esclude i cianobatteri”. È anche interessante notare che i cloroplasti, che sono la sede della fotosintesi nelle piante terrestri, sono forme adattate di cianobatteri. Questi primi cianobatteri sono stati inghiottiti da cellule di piante primitive in qualche momento del tardo Proterozoico, o nel primo periodo Cambriano, secondo il Museo di Paleontologia dell’Università della California.

(I procarioti includono batteri e archei. Sono organismi più semplici senza una struttura cellulare organizzata e il loro DNA galleggia liberamente come una massa aggrovigliata nel citoplasma. D’altra parte, gli eucarioti sono tutti gli altri organismi viventi: protisti, piante, funghi e animali. Le loro cellule sono più organizzate. Hanno strutture chiamate organelli per eseguire una serie di funzioni cellulari e il loro DNA è alloggiato in un compartimento centrale chiamato nucleo.)

Caratteristiche generali

Habitat

La maggior parte delle alghe vive in habitat acquatici (Current Biology, 2014). Eppure, la parola “acquatico” è quasi limitata nella sua capacità di comprendere la diversità di questi habitat. Questi organismi possono prosperare in laghi d’acqua dolce o in oceani di acqua salata. Possono anche sopportare una gamma di temperature, concentrazioni di ossigeno o anidride carbonica, acidità e torbidità. Per esempio, le alghe giganti si trovano a più di 200 metri sotto le calotte polari, secondo “Algae”, mentre la specie unicellulare di alghe verdi Dunaliella salina si trova in ambienti molto salati, o ipersalini, come il Mar Morto, secondo un articolo di revisione del 2005 pubblicato sulla rivista Saline Systems. Le alghe fluttuanti, per lo più unicellulari, che vivono in regioni illuminate dell’acqua sono conosciute come planctoniche. Quelle che aderiscono alle superfici sono conosciute come alghe bentoniche. Tali alghe crescono su fango, pietre, altre alghe e piante o animali, secondo “Algae.”

Le alghe sono anche in grado di sopravvivere sulla terra. Alcuni luoghi inaspettati dove crescono sono tronchi d’albero, pellicce di animali, banchi di neve, sorgenti calde (secondo “Algae”) e nel suolo, comprese le croste del deserto (Current Biology, 2014).

Per lo più, le alghe vivono in modo indipendente nelle loro varie forme di crescita (cellule singole, colonie, ecc.), ma possono anche formare relazioni simbiotiche con una varietà di organismi non fotosintetici tra cui ciliati, spugne, molluschi e funghi (come licheni). Uno dei vantaggi di queste relazioni è che permettono alle alghe di ampliare gli orizzonti dei loro habitat.

Nutrizione

In linea generale, le alghe sono capaci di fotosintesi e producono il proprio nutrimento utilizzando l’energia luminosa del sole e l’anidride carbonica per generare carboidrati e ossigeno. In altre parole, la maggior parte delle alghe sono autotrofe o, più specificamente, fotoautotrofe (che riflettono il loro uso dell’energia luminosa per generare nutrienti).

Tuttavia, esistono alcune specie algali che hanno bisogno di ottenere il loro nutrimento esclusivamente da fonti esterne; cioè, sono eterotrofe. Tali specie applicano una varietà di strategie eterotrofe per acquisire nutrienti da materiali organici (composti contenenti carbonio come carboidrati, proteine e grassi). L’osmotrofia è l’assorbimento di sostanze disciolte, e la fagotrofia comporta l’inglobamento di batteri o altre prede simili. Altre alghe, note come auxotrofe, hanno bisogno di acquisire solo vitamine essenziali come il complesso B12 o gli acidi grassi (secondo “Alghe”).

Secondo gli autori di “Algae”, è ampiamente accettato che le strategie nutrizionali delle alghe esistono su uno spettro che combina fotoautotrofia ed eterotrofia. Questa capacità è conosciuta come mixotrofia.

Riproduzione

Le alghe sono capaci di riprodursi attraverso metodi asessuati o vegetativi e attraverso la riproduzione sessuale.

Secondo gli autori di “Algae”, la riproduzione asessuata comporta la produzione di una spora mobile, mentre i metodi vegetativi includono la semplice divisione cellulare (mitosi) per produrre prole identica e la frammentazione di una colonia. La riproduzione sessuale comporta l’unione di gameti (prodotti individualmente in ogni genitore attraverso la meiosi).

Una fioritura di alghe nel North Carolina, una regione del paese attrezzata per la crescita di alghe su larga scala. (Image credit: Courtesy of Ildar Sagdejev via PNNL)

Classificazione

Cianobatteri

Queste vengono anche chiamate alghe blu-verdi. Anche se sono in grado di condurre la fotosintesi producendo ossigeno e vivono in molti degli stessi ambienti delle alghe eucariotiche, i cianobatteri sono batteri gram-negativi, e quindi sono procarioti. Sono anche in grado di condurre autonomamente la fissazione dell’azoto, il processo di conversione dell’azoto atmosferico in forme utilizzabili dell’elemento come l’ammoniaca.

Il prefisso “cyano” significa blu. Questi batteri hanno pigmenti che assorbono specifiche lunghezze d’onda della luce e danno loro i loro colori caratteristici. Molti cianobatteri hanno il pigmento blu ficocianina, un pigmento di raccolta della luce (assorbe lunghezze d’onda rosse della luce). I cianobatteri hanno tutti una qualche forma del pigmento verde clorofilla, che è responsabile della raccolta dell’energia luminosa durante il processo fotosintetico (Current Biology, 2014). Alcuni altri hanno anche il pigmento rosso ficoeritrina, che assorbe la luce con la regione verde e conferisce ai batteri un colore rosa o rosso.

Alghe eucariotiche

Le alghe eucariotiche sono polifiletiche, cioè non si sono evolute da un unico antenato comune. Questo è chiaramente dimostrato nella nostra attuale comprensione dell’albero della vita – un albero genealogico di tutti gli organismi viventi organizzato dalle loro varie relazioni evolutive. Le alghe eucariotiche si trovano distribuite in molti gruppi diversi, o rami principali dell’albero.

In un articolo di revisione del 2014 pubblicato sulla rivista Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, l’autore Fabien Burkilists cinque supergruppi di organismi eucarioti: Ophiskontha, Amoebozoa, Excavata, Archaeplastida e SAR (che comprende tre gruppi, Stramenopiles, Alveolata e Rhizaria).

Archaeplastida include le piante e una varietà di specie algali fotosintetiche come i clorofiti (un sottoinsieme di alghe verdi), i cariofiti (principalmente alghe verdi d’acqua dolce) e i glaucocistofiti (alghe d’acqua dolce unicellulari). I clorofiti sono le alghe verdi che comunemente formano associazioni licheniche con i funghi.

I dinoflagellati si trovano all’interno dell’Alveolata. Questi sono principalmente organismi unicellulari marini e d’acqua dolce. Molti dinoflagellati hanno perso i loro plastidi – la sede della fotosintesi – nel corso dell’evoluzione e sono fagotropi o vivono come parassiti. Ancora altre specie algali si trovano distribuite tra Alveolata, Excavata, Rhizaria e Chromista (Current Biology, 2014).

Importanza

Probabilmente il contributo più importante delle alghe al nostro ambiente e benessere è la generazione di ossigeno attraverso la fotosintesi. “Le alghe sono indispensabili perché producono circa la metà dell’ossigeno nell’atmosfera terrestre”, ha detto Graham a LiveScience.

Secondo un articolo di revisione del 2010 pubblicato sulla rivista Biofuels, il petrolio deriva in parte da antichi depositi di alghe. “Alcuni depositi di petrolio molto antichi sono attribuiti ai cianobatteri, anche se l’identità dei produttori è ancora incerta”, ha detto Graham. “I depositi di petrolio più giovani sono probabilmente sorti da alghe verdi marine eucariotiche, coccolitoforidi e altri microscopici fitoplancton marini”. Questi depositi di petrolio sono una risorsa limitata e stanno lentamente diminuendo con l’uso umano. Di conseguenza, i ricercatori stanno cercando alternative rinnovabili.

I biocarburanti algali sono un promettente sostituto dei combustibili fossili. Tutte le alghe hanno la capacità di produrre oli ricchi di energia e diverse specie microalgali accumulano naturalmente alti livelli di olio nella loro massa secca. Inoltre, le alghe si trovano in diversi habitat e possono riprodursi rapidamente. Usano anche efficientemente l’anidride carbonica. “Le alghe contribuiscono a mantenere stabili i livelli di anidride carbonica nell’atmosfera immagazzinando materiali organici che includono depositi di petrolio e rocce carbonatiche inorganiche”, ha detto Graham. Alghe verdi, diatomee e cianobatteri sono solo alcune delle specie microalgali che sono considerate buone candidate per la produzione di biocarburante (Biofuels, 2010).

Fioriture algali

Le alghe, sotto forma di fioriture algali, hanno una cattiva reputazione per creare condizioni tossiche negli oceani e nei laghi. Le “fioriture algali” si riferiscono alla crescita dilagante di certe microalghe, che a sua volta porta alla produzione di tossine, allo sconvolgimento degli ecosistemi acquatici naturali e all’aumento dei costi dei trattamenti delle acque, secondo l’Environmental Protection Agency (EPA). Le fioriture assumono i colori delle alghe contenute al loro interno. Graham afferma che i principali produttori di tossine negli oceani sono certi dinoflagellati e diatomee. Nelle acque dolci, i cianobatteri sono i principali produttori di tossine, sebbene anche alcune alghe eucariotiche causino problemi. In condizioni naturali, Graham nota che le alghe usano le tossine per proteggersi dall’essere mangiate da piccoli animali e hanno bisogno solo di una piccola quantità per proteggersi.

La causa principale delle fioriture algali è un fenomeno chiamato inquinamento da nutrienti. Con l’inquinamento da nutrienti, c’è un eccesso di azoto e fosforo, che può spingere le alghe verso una crescita sfrenata. Il fenomeno è causato da una varietà di attività umane. I fertilizzanti che usiamo in agricoltura e i concimi animali sono ricchi di azoto, mentre le acque reflue trattate impropriamente sono alte sia in azoto che in fosforo, secondo l’EPA.

“È una percezione comune della società che le alghe siano nocive e debbano essere eliminate ad ogni occasione. Ma questa percezione è sbagliata, perché le alghe producono ossigeno, pesce, olio e molti altri materiali utili”, ha detto Graham a LiveScience. “Solo poche specie causano problemi, e la peggiore di queste è Homo sapiens”.

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