MIKROALGER: EGENSKABER, KLASSIFICERING OG ANVENDELSER - BIOLOGI - 2025

De mikroalger er eukaryote organismer, photoautotrophs, dvs få energi fra lys og syntetisere deres egen mad. De indeholder klorofyll og andre tilbehørspigmenter, der giver dem stor fotosyntetisk effektivitet.

De er unicellulære, koloniale - når de er etableret som aggregater- og filamentøse (ensomme eller koloniale). De er en del af planteplankton sammen med cyanobakterier (prokaryoter). Phytoplankton er det sæt fotosyntetiske, akvatiske mikroorganismer, der flyder passivt eller har nedsat mobilitet.

Figur 1. Volvox (sfærisk) Kilde: Frank Fox, via Wikimedia Commons

Mikroalger findes fra det landlige Ecuador til de polære regioner og anerkendes som en kilde til biomolekyler og metabolitter af stor økonomisk betydning. De er en direkte kilde til mad, medicin, foder, gødning og brændstof og er endda indikatorer på forurening.

egenskaber

Producenter, der bruger sollys som en energikilde

De fleste mikroalger har grøn farve, fordi de indeholder klorofyll (tetrapyrrolic plantepigment), en fotoreseptor med lysenergi, der gør det muligt at udføre fotosyntesen.

Nogle mikroalger har imidlertid rød eller brun farve, fordi de indeholder xanthophylls (gule carotenoidpigmenter), som maskerer den grønne farve.

habitatdirektivet

De beboer forskellige søde og salte, naturlige og kunstige vandmiljøer (såsom svømmebassiner og fisketanke). Nogle er i stand til at vokse i jorden, i sure levesteder og i porøse (endolytiske) klipper, på meget tørre og meget kolde steder.

Klassifikation

Mikroalger repræsenterer en meget heterogen gruppe, fordi den er polyfyletisk, dvs. at den grupperer arter efterkommere fra forskellige forfædre.

Til klassificering af disse mikroorganismer er der blevet anvendt forskellige egenskaber, blandt hvilke: arten af ​​deres klorofyler og deres energireservestoffer, strukturen af ​​cellevæggen og den type mobilitet, de præsenterer.

Arten af ​​dens klorofyler

De fleste af algerne indeholder klorofyltype A, og nogle få præsenterer en anden type klorofyll, der stammer fra den.

Mange er obligatoriske fototrofer og vokser ikke i mørke. Dog vokser nogle i mørke og kataboliserer enkle sukkerarter og organiske syrer i fravær af lys.

For eksempel kan nogle flagellater og chlorofytter bruge acetat som en kilde til kulstof og energi. Andre assimilerer enkle forbindelser i nærvær af lys (fotoheterotrofi) uden at bruge dem som en energikilde.

Kulpolymerer som energireserve

Som et produkt af den fotosyntetiske proces producerer mikroalger en lang række kulstofpolymerer, der tjener som energireserve.

For eksempel frembringer mikroalgerne i Chlorophyta-divisionen reservestivelse (α-1,4-D-glukose), meget lig stivelsen fra højere planter.

Cellevægsstruktur

Vægterne i mikroalger har en betydelig variation af strukturer og kemisk sammensætning. Væggen kan være sammensat af cellulosefibre, sædvanligvis med tilsætning af xylan, pectin, mannan, alginsyrer eller fucinsyre.

I nogle kalkholdige eller koralline alger viser cellevæggen calciumcarbonataflejring, mens andre har chitin.

Diatomer har på den anden side silicium i deres cellevæg, hvortil der er tilsat polysaccharider og proteiner, der danner skaller af bilateral eller radial symmetri (skør). Disse skaller forbliver intakte i lang tid og danner fossiler.

Euglenoid-mikroalger mangler i modsætning til de foregående en cellevæg.

Type mobilitet

Mikroalger kan have flagella (som Euglena og dinoflagellates), men har aldrig cilia. På den anden side viser nogle mikroalger immobilitet i deres vegetative fase, men deres gameter kan imidlertid være mobile.

Bioteknologiske anvendelser

Foder til mennesker og dyr

I 1950'erne begyndte tyske forskere at dyrke mikroalger i bulk for at få lipider og proteiner, der ville erstatte konventionelle dyre- og planteproteiner med det formål at dække forbrug af husdyr og mennesker.

For nylig er den massive dyrkning af mikroalger blevet anset for at være en af ​​mulighederne for at bekæmpe verdenssult og underernæring.

Mikroalger har usædvanlige næringsstofkoncentrationer, som er højere end dem, der observeres i nogen højere plantearter. Et dagligt gram mikroalger er et alternativ til at supplere en mangelfuld diæt.

Fordele ved dens anvendelse som mad

Blandt fordelene ved at bruge mikroalger som mad har vi følgende:

• Høj hastighed af mikroalgal vækst (de giver et udbytte 20 gange højere end sojabønner pr. Enhedsareal).
• Det genererer fordele målt i den "hæmatologiske profil" og i forbrugernes "intellektuelle status", når de indtager små daglige doser som et ernæringstilskud.
• Højt proteinindhold sammenlignet med andre naturlige fødevarer.
• Høj koncentration af vitaminer og mineraler: indtagelse af 1 til 3 gram pr. Dag af mikroalgerbiprodukter, giver mærkbare mængder beta-caroten (provitamin A), vitamin E og B-kompleks, jern og sporstoffer.
• Meget energigivende ernæringskilde (sammenlignet med ginseng og pollen opsamlet af bier).
• De anbefales til træning med høj intensitet.
• På grund af dens koncentration, lave vægt og lette transport er det tørre ekstrakt af mikroalger egnet som en ikke-letfordærvelig mad til opbevaring i påvente af nødsituationer.

Figur 2. Arthrospira er et vidt anvendt og massedyrket cyanobacterium. Kilde: Joan Simon, beskåret af Perdita (engelsk Wikipedia-bruger), via Wikimedia Commons

Akvakultur

Mikroalger anvendes som fødevarer i akvakultur på grund af deres høje proteinindhold (fra 40 til 65% i tørvægt) og deres evne til at øge farven på laksefisk og krebsdyr med deres pigmenter.

For eksempel bruges det som mad til toskallede i alle deres vækststadier; til larvestadier af nogle arter af krebsdyr og i de tidlige stadier af nogle fiskearter.

Pigmenter i fødevareindustrien

Nogle mikroalgerpigmenter bruges som tilsætningsstoffer i foder for at øge pigmenteringen af ​​kyllingekød og æggeblommer samt til at øge kvægens frugtbarhed.

Disse pigmenter bruges også som farvestoffer i produkter såsom margarine, mayonnaise, appelsinsaft, is, ost og bageriprodukter.

Figur 3. Rørformede fotobioreaktorer, der bruges til at opnå forbindelser med høj værdi fra mikroalger. Kilde: IGV Biotech, fra Wikimedia Commons

Human- og veterinærmedicin

Inden for human- og veterinærmedicin genkendes potentialet af mikroalger, fordi:

• De reducerer risikoen for forskellige typer kræft, hjerte- og oftalmiske sygdomme (takket være deres luteinindhold).
• De hjælper med at forebygge og behandle koronar hjertesygdom, blodpladeaggregation, unormale kolesterolniveauer og er også meget lovende for behandling af visse mentale sygdomme (på grund af deres omega-3-indhold).
• De har antimutagen virkning, stimulerer immunsystemet, reducerer hypertension og afgiftning.
• De har antikoagulerende og bakteriedræbende virkning.
• De øger biotilgængeligheden af ​​jern.
• Lægemidler baseret på terapeutisk og forebyggende mikroalger er genereret til ulcerøs colitis, gastritis og anæmi, blandt andre tilstande.

Figur 4. Flad fotobioreaktor: bruges til at opnå biprodukter med høj merværdi af mikroalger og til eksperimentering. Kilde: IGV Biotech, fra Wikimedia Commons

Gødning

Mikroalger bruges som biogødning og jordbalsam. Disse fotoautotrofiske mikroorganismer dækker hurtigt den forstyrrede eller forbrændte jord, hvilket reducerer risikoen for erosion.

Nogle arter foretrækker nitrogenfiksering og har gjort det muligt for eksempel at dyrke ris på oversvømmet land i århundreder uden tilsætning af gødning. Andre arter bruges til at erstatte kalk i kompost.

Kosmetik

Mikroalderivater er blevet anvendt til formulering af berigede tandpastaer, der eliminerer de bakterier, der forårsager tandkerner.

Cremer, der inkluderer sådanne derivater, er også blevet udviklet på grund af deres antioxidant og ultraviolet-beskyttende egenskaber.

Figur 5. Vedligeholdelse af mikroalger i banker eller stammer. Kilde: CSIRO

Kloakbehandling

Mikroalger anvendes i processer med omdannelse af organisk materiale fra spildevand, generering af biomasse og behandlet vand til kunstvanding. I denne proces tilvejebringer mikroalger det nødvendige ilt til aerobe bakterier og nedbryder organiske forurenende stoffer.

Forureningsindikatorer

I betragtning af mikroalges økologiske betydning som primære producenter af vandmiljøer er de indikatororganismer for miljøforurening.

Derudover har de stor tolerance overfor tungmetaller som kobber, cadmium og bly samt klorerede kulbrinter, hvorfor de kan være indikatorer for tilstedeværelsen af ​​disse metaller.

Biogas

Nogle arter (for eksempel Chlorella og Spirulina) er blevet brugt til at rense biogas, da de forbruger kuldioxid som en kilde til uorganisk kulstof, ud over at samtidig kontrollere mediets pH.

Biobrændstoffer

Mikroalge-biosyntese en lang række kommercielt interessante bioenergetiske biprodukter, såsom fedt, olier, sukkerarter og funktionelle bioaktive forbindelser.

Figur 6. Mikroalge-kultivatorer af karruseltype, der anvendes til massedyrkning af mikroalger til kosmetik- og fødevareindustrien. Kilde: JanB46, fra Wikimedia Commons

Mange arter er rige på lipider og kulbrinter, der er egnede til direkte anvendelse som flydende biobrændstoffer med høj energi, i niveauer, der er højere end dem, der findes i jordanlæg, og har også potentiale som erstatning for raffinaderiprodukter af fossile brændstoffer. Dette er ikke overraskende, idet man antager, at det meste af olien antages at stamme fra mikroalger.

Én art, Botryococcus braunii, er især blevet undersøgt omfattende. Olieudbyttet fra mikroalger forventes at være op til 100 gange det for landafgrøder, fra 7.500-24.000 liter olie pr. Acre pr. År sammenlignet med raps og palme, henholdsvis 738 og 3690 liter.

Referencer

1. Borowitzka, M. (1998). Kommerciel produktion af mikroalger: damme, tanke, knolde og gæringsmaskiner. J. af Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, den spiselige mikroorganisme. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). Biokemi og industrielt potentiale i Spirulina. Ann. Pastor Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Biogasrensningsproces ved hjælp af intensive mikroalgerkulturer. Biotech. Brev, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Fremskridt inden for den konceptuelle design af fotobioreaktorer til dyrkning af mikroalger. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Dyrkede mikroalger som akvakulturfoder. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Mikroalgale massekultursystemer og metoder: Deres begrænsning og potentiale. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA og Abdo de la Parra, MI (1996). Alternative kilder til vegetabilske proteiner som erstatning for fiskemel til akvakulturfoder. Paper præsenteret i Proceedings of the Third International Symposium on Aquaculture Nutrition, Monterrey, Nuevo León, Mexico.
9. Olaizola, M. (2003). Kommerciel udvikling af mikroalgal bioteknologi: fra reagensglas til markedsplads. Biomolekylær teknik, 20, 459-466.