Biologia delle alghe

Biologia delle alghe

Il termine "alghe" comprende diversi tipi di organismi, da singole cellule galleggianti ad organismi pluricellulari che vivono attaccati al substrato. In questo gruppo sono inclusi organismi fotoautotrofi appartenenti a diversi Phyla: batteri procariotici (sia eubacteria sia archaea) e tre categorie di eucarioti: alghe verdi, alghe brune e alghe rosse. Le piante vascolari sono rappresentate dalle fanerogame marine come la Posidonia oceanica.

Marine e acqua dolce

• Planctoniche (free-floating) e bentoniche (associate ad un substrato)
• Diverse nella forma
• Diverse nelle dimensioni
• Microscopiche (come si presentano)

Fitoplancton

Il fitoplancton presente negli ambienti acquatici (mare, laghi e fiumi) include tutti quegli organismi autotrofi fotosintetici che galleggiano nella colonna d'acqua. Producono la metà dell'ossigeno totale prodotto dagli organismi vegetali della terra. Sono presenti nello stesso corpo d'acqua e sono in grado di liberare ossigeno attraverso la fotosintesi. Ciò include gli organismi procarioti come i cianobatteri o alghe blu-verdi ed esclude i batteri fotosintetici che non evolvono ossigeno.

Adattamenti morfologici e fisiologici

• Contrastano l'affondamento
  • Movimento (galleggiamento vescicole gassose, nuoto flagelli)
  • Riduzione della densità (gocce lipidiche, ioni)
  • Aumento della superficie (forme coloniali, aggregati cellulari, estensione della parete cellulare)
• Rapporti S/V (assorbimento dei nutrienti, tassi di crescita)
• Grazing
• Competizione

Classificazione sistematica

Basata sulla struttura cellulare:

• Struttura dei plastidi
• Apparato flagellare
• Struttura parete cellulare
• Altre strutture citoplasmatiche

Basata sulle sequenze delle piccole subunità di rRNA. Le alghe eucariote sono classificate in 12 divisioni. Alcune di queste includono:

• Cyanophyceae (alghe blu-verdi)
• Bacillariophyceae (diatomee)
• Chlorophyceae (alghe verdi)
• Chrysophyceae

AlgaeBase è un database di informazioni sulle alghe terrestri, marine e di acqua dolce.

Teoria endosimbiotica

Nel Precambriano, un batterio aerobico (che richiede ossigeno) fu ingerito da un batterio anaerobico (probabilmente avvelenato da ossigeno) acquisendo un vantaggio reciproco e che continuando la loro relazione mutualistica abbiano superato evoluzionisticamente gli altri organismi in quell'ambiente; nel tempo il batterio interno ha perso o spostato materiale genetico nel nucleo dell'ospitante, per la codifica di tutto ciò che non era più necessario o superfluo.

L'endosimbiosi primaria coinvolge l'ingresso di un batterio in un altro organismo vivente. L'endosimbiosi secondaria avviene quando lo stesso prodotto dell'endosimbiosi primaria viene inglobato e trattenuto da un altro organismo eucariote. L'endosimbiosi secondaria è avvenuta molte volte e ha dato luogo a gruppi estremamente diversi di alghe e altri eucarioti.

Alcuni organismi possono procurarsi un vantaggio opportunistico da un processo simile, in cui inglobano un'alga e utilizzano i prodotti della sua fotosintesi, ma una volta che l'organismo-preda muore, o viene perso, l'ospite torna a uno stato vivente libero. Endosimbionti secondari obbligati diventano dipendenti dai loro organelli e sono incapaci di vivere in loro assenza. Una possibile endosimbiosi secondaria in atto è stata osservata da Okamoto e Inouye (2005). Il protista eterotrofico Hatena si comporta come un predatore finché non ingerisce un'alga verde, che perde i suoi flagelli e il citoscheletro, mentre Hatena, adesso un ospite, tramuta il suo nutrimento in fotosintetico, acquista la capacità di muoversi verso la luce e perde il suo apparato alimentare.

Per quanto riguarda l'evoluzione che porta alle primigenie alghe, si ipotizza che alcuni eubacteria semoventi (come i Proteobacteria) si siano uniti ad archaeobacteria zolfo-riducenti (come i Crenarchaeota) formando gli archaeprotista (amitochondriati mastigotes); in una seconda unione con eubacteria ossigeno-rigeneranti si produssero gli antenati degli eucarioti eterotrofi. Acquisendo infine cyanobacteria divengono alghe con la terza endosimbiosi.

Confronto tra bacteria e archea

Ecologia delle alghe

Le alghe sono diffuse soprattutto in ambienti acquatici (mare e acque dolci) dove costituiscono la componente principale del fitoplancton e del perfiton con le loro specie microscopiche e del benthos con le specie tallose macroscopiche. Foreste di alghe → Coralli e barriera corallina → Inoltre possono vivere e svilupparsi: nei suoli (specie terricole), nella sabbia (specie psammofile), su altre piante (specie epifitiche, corticicole), su animali (epizoiche), su rocce (specie epilitiche) e su substrati artificiali (specie perifitiche).

Hanno la capacità di colonizzare ambienti estremi caratterizzati da bassa/alta radiazione solare, deserti caldi/freddi, acque calde, neve, ghiaccio e condizioni di alto/basso pH. Vengono usati come indicatori biologici della qualità delle acque.

Fioriture algali tossiche - HABs (harmful algal blooms)

Le alghe planctoniche sono i principali produttori di ossigeno e di biomassa nelle acque dolci e marine. In determinate condizioni, l'eccessiva proliferazione di alcune specie fitoplanctoniche può determinare l'insorgenza dei fenomeni detti di fioritura che tendono ad abbassare il livello di ossigeno nelle acque, causando spesso danni ingenti agli altri esseri viventi (ipossia o anossia). In associazione con ciò, molte specie, soprattutto marine, possono sintetizzare sostanze tossiche che, per ingestione, risultano nocive per animali filtratori, pesci e, proseguendo nella catena trofica, per l'uomo. Tali tossine agiscono principalmente sul sistema nervoso centrale o a livello epatico, con conseguenze anche gravi.

Le "maree colorate" sono un insieme di fenomeni accomunati da due caratteristiche:

• Causati da cianobatteri e microalghe (1-100 µm)
• Hanno un impatto negativo sulle attività umane

Attualmente si osserva un incremento di tali fenomeni a livello globale. Lungo le coste italiane hanno interessato le coste del nord Adriatico, ma da alcuni anni questi fenomeni si sono estesi alle coste meridionali adriatiche e al Tirreno.

Effetti dannosi degli HABs

Delle 300 specie fitoplanctoniche note per dare origine a delle fioriture, oltre 40 sono rappresentate da specie tossiche, appartenenti alle classi dei dinoflagellati e delle diatomee. La concentrazione di queste specie fitoplanctoniche tossiche può variare da mille fino a qualche milione di cellule per litro. In tutto il mondo, le tossine prodotte dalle alghe (comprese quelle prodotte dai cianobatteri) sono ritenute responsabili, sull’uomo, di circa 60.000 casi annualmente.