Co to są algi?

Glony to zróżnicowana grupa organizmów wodnych, które mają zdolność do przeprowadzania fotosyntezy. Niektóre algi są znane większości ludzi; na przykład wodorosty morskie (takie jak kelp lub fitoplankton), szumowiny stawowe lub zakwity glonów w jeziorach. Istnieje jednak ogromny i zróżnicowany świat alg, które nie tylko są dla nas pomocne, ale mają decydujące znaczenie dla naszego istnienia.

Definicja

Termin „glony” obejmuje wiele różnych organizmów zdolnych do produkcji tlenu poprzez fotosyntezę (proces zbierania energii świetlnej ze słońca w celu wytworzenia węglowodanów). Organizmy te nie są koniecznie blisko spokrewnione. Jednak pewne cechy łączą je, jednocześnie odróżniając od innej głównej grupy organizmów fotosyntetyzujących: roślin lądowych.

Primarily, glony nie są wysoce zróżnicowane w sposób, że rośliny są, według autorów „Algi: Anatomy, Biochemistry, and Biotechnology, 2nd Ed.” (CRC Press, 2014). Oznacza to, że brakuje im prawdziwych korzeni, łodyg i liści, a także systemu naczyniowego do cyrkulacji wody i składników odżywczych w całym ciele. Po drugie, wiele alg jest jednokomórkowych, zgodnie z artykułem z 2014 r. opublikowanym w czasopiśmie Current Biology. Występują one również w różnych formach i rozmiarach. Mogą istnieć jako pojedyncze, mikroskopijne komórki; mogą być makroskopijne i wielokomórkowe; żyć w koloniach; lub przybierać wygląd liściasty, jak w przypadku wodorostów morskich, takich jak kelp. Pikoplankton ma średnicę od 0,2 do 2 mikrometrów, natomiast liście krasnorostów osiągają długość nawet 60 metrów. Wreszcie, glony występują w wielu siedliskach wodnych, zarówno słodkowodnych, jak i słonowodnych.

Na mocy tych cech, ogólny termin „glony” obejmuje organizmy prokariotyczne – sinice, znane również jako sinice – jak również organizmy eukariotyczne (wszystkie inne gatunki glonów). „Ponieważ „glony” nie tworzą naturalnej grupy, która wywodzi się od wspólnego przodka, włączenie sinic do nieformalnej grupy „glonów” jest powszechne” – powiedziała Linda Graham, profesor botaniki na Uniwersytecie Wisconsin-Madison. „Termin 'glony eukariotyczne’ wyklucza cyjanobakterie”. Interesujące jest również to, że chloroplasty, które są miejscem fotosyntezy u roślin lądowych, są przystosowanymi formami cyjanobakterii. Te wczesne sinice zostały pochłonięte przez prymitywne komórki roślin kiedyś w późnym proterozoiku, lub we wczesnym kambrze, według University of California Museum of Paleontology.

(Prokariota obejmują bakterie i archaidy. Są to prostsze organizmy bez zorganizowanej struktury komórkowej, a ich DNA unosi się swobodnie jako splątana masa w cytoplazmie. Z drugiej strony, eukarionty to wszystkie inne żywe organizmy: protisty, rośliny, grzyby Co to są protisty? i zwierzęta. Ich komórki są bardziej zorganizowane. Posiadają struktury zwane organellami do wykonywania szeregu funkcji komórkowych, a ich DNA znajduje się w centralnym przedziale zwanym jądrem.)

Ogólna charakterystyka

Siedlisko

Większość glonów żyje w siedliskach wodnych (Current Biology, 2014). Jednak słowo „wodny” jest prawie ograniczone w swojej zdolności do objęcia różnorodności tych siedlisk. Organizmy te mogą rozwijać się w jeziorach słodkowodnych lub w oceanach słonowodnych. Mogą również znosić różne temperatury, stężenia tlenu lub dwutlenku węgla, kwasowość i zmętnienie. Na przykład olbrzymie kelpy występują ponad 200 metrów pod polarnymi pokrywami lodowymi, według „Algae”, podczas gdy gatunek jednokomórkowego zielonego glonu Dunaliella salina występuje w bardzo słonych lub hipersolnych środowiskach, takich jak Morze Martwe, według artykułu przeglądowego z 2005 r. opublikowanego w czasopiśmie „Saline Systems”. Wolno pływające, przeważnie jednokomórkowe glony, które żyją w oświetlonych regionach wody, znane są jako planktoniczne. Te, które przylegają do powierzchni nazywane są glonami dennymi. Takie glony rosną na błocie, kamieniach, innych glonów i roślin lub zwierząt, zgodnie z „Algi.”

Algi są również w stanie przetrwać na lądzie. Niektóre nieoczekiwane miejsca, w których rosną, to pnie drzew, futra zwierząt, brzegi śniegu, gorące źródła (według „Algae”) i w glebie, w tym skorupy pustynne (Current Biology, 2014).

W większości przypadków glony żyją samodzielnie w swoich różnych formach wzrostu (pojedyncze komórki, kolonie itp.), ale mogą również tworzyć związki symbiotyczne z różnymi organizmami niefotosyntetyzującymi, w tym rzęsistkami, gąbkami, mięczakami i grzybami (jako porosty). Jedną z korzyści takich związków jest to, że umożliwiają one algom poszerzanie horyzontów ich siedlisk.

Odżywianie

Jako ogólna zasada, algi są zdolne do fotosyntezy i produkują własne pożywienie, wykorzystując energię świetlną ze słońca i dwutlenek węgla w celu wytworzenia węglowodanów i tlenu. Innymi słowy, większość glonów to autotrofy lub bardziej szczegółowo, fotoautotrofy (odzwierciedlając ich wykorzystanie energii świetlnej do generowania składników odżywczych).

Jednakże istnieją pewne gatunki glonów, które muszą uzyskać swoje odżywianie wyłącznie ze źródeł zewnętrznych; to znaczy, że są one heterotroficzne. Takie gatunki stosują różne strategie heterotroficzne w celu pozyskania składników odżywczych z materiałów organicznych (związków zawierających węgiel, takich jak węglowodany, białka i tłuszcze). Osmotrofia to wchłanianie substancji rozpuszczonych, a fagotrofia polega na pochłanianiu bakterii lub innych tego typu ofiar. Inne algi, znane jako auksotrofy, muszą jedynie pozyskiwać niezbędne witaminy, takie jak kompleks B12 lub kwasy tłuszczowe (według „Algae”).

Według autorów „Algi,” to jest powszechnie akceptowane, że strategie żywieniowe glonów istnieją na spektrum łącząc fotoautotrofii i heterotrofii. Zdolność ta znana jest jako miksotrofia.

Reprodukcja

Glony są zdolne do rozmnażania się metodami bezpłciowymi lub wegetatywnymi oraz przez rozmnażanie płciowe.

Według autorów „Glonów” rozmnażanie bezpłciowe polega na wytwarzaniu ruchliwych zarodników, natomiast metody wegetatywne obejmują prosty podział komórek (mitoza) w celu wytworzenia identycznego potomstwa oraz fragmentację kolonii. Rozmnażanie płciowe obejmuje połączenie gamet (produkowanych indywidualnie w każdym rodzicu w procesie mejozy).

Kwitnienie glonów w Karolinie Północnej, regionie kraju przystosowanym do wzrostu glonów na szeroką skalę. (Image credit: Courtesy of Ildar Sagdejev via PNNL)

Klasyfikacja

Cyanobakterie

Są one również określane jako niebiesko-zielone algi. Choć są zdolne do przeprowadzania fotosyntezy produkującej tlen i żyją w wielu tych samych środowiskach, co glony eukariotyczne, sinice są bakteriami gram-ujemnymi, a zatem są prokariotami. Są one również zdolne do niezależnego przeprowadzania wiązania azotu, procesu przekształcania azotu atmosferycznego w użyteczne formy tego pierwiastka, takie jak amoniak.

Przedrostek „cyano” oznacza kolor niebieski. Bakterie te mają pigmenty, które pochłaniają określone długości fal świetlnych i nadają im charakterystyczne kolory. Wiele sinic posiada niebieski pigment phycocyanin, pigment zbierający światło (absorbuje czerwone fale światła). Sinice wszystkie mają jakąś formę zielonego pigmentu chlorofilu, który jest odpowiedzialny za zbieranie energii świetlnej podczas procesu fotosyntezy (Current Biology, 2014). Niektóre inne posiadają również czerwony pigment fykoerytrynę, która absorbuje światło z zielonym regionem i obdarza bakterie różowym lub czerwonym kolorem.

Algi eukariotyczne

Algi eukariotyczne są polifiletyczne, co oznacza, że nie wyewoluowały z jednego wspólnego przodka. Jest to wyraźnie pokazane w naszym obecnym rozumieniu drzewa życia – drzewa genealogicznego wszystkich żywych organizmów uporządkowanych według ich różnych relacji ewolucyjnych. Glony eukariotyczne znajdują się rozmieszczone wśród wielu różnych grup, lub głównych gałęzi drzewa.

W artykule przeglądowym z 2014 roku opublikowanym w czasopiśmie Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, autor Fabien Burkilists pięć supergrup organizmów eukariotycznych: Ophiskontha, Amoebozoa, Excavata, Archaeplastida i SAR (która obejmuje trzy grupy, Stramenopiles, Alveolata i Rhizaria).

Archaeplastida obejmuje rośliny i różne gatunki glonów fotosyntetyzujących, takich jak chlorofity (podzbiór glonów zielonych), charofity (głównie słodkowodne glony zielone) i glaukocystofity (jednokomórkowe glony słodkowodne). Chlorofity są zielonymi glonami, które powszechnie tworzą partnerstwa porostów z grzybami.

Dinoflagellates znajdują się w Alveolata. Są to przede wszystkim jednokomórkowe organizmy morskie i słodkowodne. Wiele dinoflagellates stracił swoje plastydów – miejsce fotosyntezy – w toku ewolucji i są phagotropic lub żyć jako pasożyty. Jeszcze inne gatunki glonów występują rozproszone wśród Alveolata, Excavata, Rhizaria i Chromista (Current Biology, 2014).

Znaczenie

Prawdopodobnie najważniejszym wkładem glonów do naszego środowiska i dobrostanu jest wytwarzanie tlenu poprzez fotosyntezę. „Algi są niezbędne, ponieważ produkują około połowy tlenu w ziemskiej atmosferze” – powiedział Graham w wywiadzie dla LiveScience.

Zgodnie z artykułem przeglądowym z 2010 roku opublikowanym w czasopiśmie Biofuels, ropa naftowa częściowo pochodzi ze starożytnych złóż alg. „Niektóre bardzo stare złoża ropy przypisuje się cyjanobakteriom, choć tożsamość producentów jest wciąż niepewna” – powiedział Graham. „Młodsze złoża ropy naftowej prawdopodobnie powstały z eukariotycznych morskich zielonych alg, coccolithophoridów i innego mikroskopijnego morskiego fitoplanktonu”. Te złoża ropy są ograniczonym zasobem i powoli kurczą się wraz z wykorzystywaniem ich przez człowieka. W związku z tym naukowcy poszukują odnawialnych alternatyw.

Biopaliwa z glonów są obiecującym zamiennikiem dla paliw kopalnych. Wszystkie algi mają zdolność do produkcji bogatych w energię olejów, a kilka gatunków mikroalg naturalnie gromadzi wysoki poziom oleju w swojej suchej masie. Ponadto, algi występują w różnych środowiskach i mogą się szybko rozmnażać. Efektywnie wykorzystują również dwutlenek węgla. „Algi pomagają utrzymać stabilny poziom dwutlenku węgla w atmosferze poprzez magazynowanie w materiałach organicznych, które obejmują złoża ropy naftowej i nieorganiczne skały węglanowe” – powiedział Graham. Zielone algi, okrzemki i cyjanobakterie to tylko niektóre z gatunków mikroalg, które są uważane za dobrych kandydatów do produkcji biopaliw (Biofuels, 2010).

Zakwity glonów

Glony, w formie zakwitów glonów, dostają zły rap za tworzenie toksycznych warunków w oceanach i jeziorach. „Zakwity glonów” odnosi się do gwałtownego wzrostu niektórych mikroalg, co z kolei prowadzi do produkcji toksyn, zakłócenia naturalnych ekosystemów wodnych i zwiększa koszty uzdatniania wody, według Agencji Ochrony Środowiska (EPA). Zakwity przybierają kolory alg, które się w nich znajdują. Graham twierdzi, że głównymi producentami toksyn w oceanach są pewne dinoflagelaty i okrzemki. W wodach słodkich głównymi producentami toksyn są cyjanobakterie, choć niektóre glony eukariotyczne również powodują problemy. W warunkach naturalnych Graham zauważa, że glony wykorzystują toksyny do ochrony przed zjedzeniem przez małe zwierzęta i potrzebują tylko niewielkiej ilości, aby się chronić.

Główną przyczyną zakwitów glonów jest zjawisko zwane zanieczyszczeniem składnikami odżywczymi. Przy zanieczyszczeniu składnikami odżywczymi występuje nadmiar azotu i fosforu, który może popychać glony w kierunku niepohamowanego wzrostu. Zjawisko to jest powodowane przez różne działania człowieka. Nawozy, których używamy w rolnictwie i odchody zwierzęce są bogate w azot, podczas gdy nieprawidłowo oczyszczone ścieki są wysokie zarówno w azot i fosfor, zgodnie z EPA.

„To jest wspólne postrzeganie społeczne, że glony są szkodliwe i powinny być wyeliminowane przy każdej okazji. Ale to postrzeganie jest błędne, ponieważ glony zrobić tlen, ryby, olej, i wiele innych przydatnych materiałów,” Graham powiedział LiveScience. „Tylko kilka gatunków powoduje problemy, a najgorszym z nich jest Homo sapiens.”

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.