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Algas

Las algas ( Reino Unido : / ˈ æ l ɡ iː / , EE. UU. : / ˈ æ l dʒ iː / ; [3] SG : alga / ˈ æ l ɡ ə / ) pertenecen a un grupo grande y diverso de organismos fotosintéticos y eucariotas . El nombre es un término informal para un grupo polifilético que incluye especies de múltiples clados distintos . Los organismos incluidos van desde microalgas unicelulares , como Chlorella , Prototheca y las diatomeas , hasta formas multicelulares , como las algas gigantes , un alga marrón grande que puede crecer hasta 50 metros (160 pies) de largo. La mayoría son acuáticas y carecen de muchos de los distintos tipos de células y tejidos, como los estomas , el xilema y el floema que se encuentran en las plantas terrestres . Las algas marinas más grandes y complejas se llaman algas marinas , mientras que las formas de agua dulce más complejas son las Charophyta , una división de algas verdes que incluye, por ejemplo, Spirogyra y Stoneworts . Las algas que son transportadas por el agua son el plancton , concretamente el fitoplancton .

Las algas constituyen un grupo polifilético [4] ya que no incluyen un ancestro común, y aunque sus plastidios parecen tener un único origen, a partir de las cianobacterias, [5] fueron adquiridos de diferentes maneras. Las algas verdes son ejemplos de algas que tienen cloroplastos primarios derivados de cianobacterias endosimbióticas . Las diatomeas y las algas pardas son ejemplos de algas con cloroplastos secundarios derivados de un alga roja endosimbiótica . [6] Las algas exhiben una amplia gama de estrategias reproductivas, desde la simple división celular asexual hasta formas complejas de reproducción sexual . [7]

Las algas carecen de las diversas estructuras que caracterizan a las plantas terrestres, como los filidos (estructuras similares a hojas) de las briofitas , los rizoides de las plantas no vasculares y las raíces , hojas y otros órganos que se encuentran en las traqueofitas ( plantas vasculares ). La mayoría son fototróficas , aunque algunas son mixotróficas y obtienen energía tanto de la fotosíntesis como de la absorción de carbono orgánico, ya sea por osmotrofia , mizotrofia o fagotrofia . Algunas especies unicelulares de algas verdes , muchas algas doradas , euglénidas , dinoflagelados y otras algas se han convertido en heterótrofas (también llamadas algas incoloras o apocloróticas), a veces parásitas, que dependen enteramente de fuentes de energía externas y tienen un aparato fotosintético limitado o nulo. [8] [9] [10] Algunos otros organismos heterótrofos, como los apicomplejos , también se derivan de células cuyos ancestros poseían plastidios , pero tradicionalmente no se consideran algas. Las algas tienen maquinaria fotosintética derivada en última instancia de cianobacterias que producen oxígeno como subproducto de la fotosíntesis, a diferencia de otras bacterias fotosintéticas como las bacterias de azufre púrpura y verde . Las algas filamentosas fosilizadas de la cuenca de Vindhya se remontan a hace entre 1.600 y 1.700 millones de años. [11]

Debido a la amplia gama de tipos de algas, tienen cada vez más aplicaciones industriales y tradicionales en la sociedad humana. Las prácticas tradicionales de cultivo de algas han existido durante miles de años y tienen fuertes tradiciones en las culturas alimentarias del este de Asia . Las aplicaciones más modernas de la algacultura amplían las tradiciones alimentarias a otras aplicaciones que incluyen la alimentación del ganado, el uso de algas para la biorremediación o el control de la contaminación, la transformación de la luz solar en combustibles de algas u otros productos químicos utilizados en procesos industriales y en aplicaciones médicas y científicas. Una revisión de 2020 encontró que estas aplicaciones de las algas podrían desempeñar un papel importante en el secuestro de carbono para mitigar el cambio climático y al mismo tiempo proporcionar productos lucrativos con valor agregado para las economías globales. [12]

Etimología y estudio

El singular alga es la palabra latina para "algas" y conserva ese significado en inglés. [13] La etimología es oscura. Aunque algunos especulan que está relacionado con el latín algēre , 'tener frío', [14] no se conoce ninguna razón para asociar las algas con la temperatura. Una fuente más probable es alliga , "unir, entrelazar". [15]

La palabra griega antigua para "algas" era φῦκος ( phŷkos ), que podría significar algas (probablemente algas rojas) o un tinte rojo derivado de ellas. La latinización, fūcus , significaba principalmente el colorete cosmético. La etimología es incierta, pero una buena candidata ha sido durante mucho tiempo alguna palabra relacionada con la bíblica פוך ( pūk ), 'pintura' (si no esa palabra en sí), una sombra de ojos cosmética utilizada por los antiguos egipcios y otros habitantes del este. Mediterráneo. Puede ser de cualquier color: negro, rojo, verde o azul. [dieciséis]

El estudio de las algas se denomina más comúnmente psicología (del griego phykos,  'algas'); El término algología está cayendo en desuso. [17]

Clasificaciones

Micrografía electrónica de barrido en falso color del cocolitóforo unicelular Gephyrocapsa oceanica

Una definición de algas es que "tienen clorofila como pigmento fotosintético primario y carecen de una cubierta estéril de células alrededor de sus células reproductivas ". [18] Por otro lado, las Prototheca incoloras bajo Chlorophyta carecen de clorofila. Aunque las cianobacterias a menudo se denominan "algas verdiazules", la mayoría de las autoridades excluyen a todos los procariotas , incluidas las cianobacterias, de la definición de algas. [4] [19]

Las algas contienen cloroplastos que tienen una estructura similar a la de las cianobacterias. Los cloroplastos contienen ADN circular como el de las cianobacterias y se interpreta que representan cianobacterias endosimbióticas reducidas . Sin embargo, el origen exacto de los cloroplastos es diferente entre distintos linajes de algas, lo que refleja su adquisición durante diferentes eventos endosimbióticos. La siguiente tabla describe la composición de los tres grupos principales de algas. Sus relaciones de linaje se muestran en la figura de la esquina superior derecha. Muchos de estos grupos contienen algunos miembros que ya no son fotosintéticos. Algunos retienen plastidios, pero no cloroplastos, mientras que otros los han perdido por completo. [ cita necesaria ]

Filogenia basada en la genealogía de plástidos [20], no nucleocitoplasmática:

Página de título de la Historia Fucorum de Gmelin , fechada en 1768

Linneo , en Species Plantarum (1753), [29] punto de partida de la nomenclatura botánica moderna , reconoció 14 géneros de algas, de los cuales sólo cuatro se consideran actualmente entre las algas. [30] En Systema Naturae , Linneo describió los géneros Volvox y Corallina , y una especie de Acetabularia (como Madrepora ), entre los animales.

En 1768, Samuel Gottlieb Gmelin (1744-1774) publicó la Historia Fucorum , la primera obra dedicada a las algas marinas y el primer libro sobre biología marina que utilizó la entonces nueva nomenclatura binomial de Linneo. Incluía elaboradas ilustraciones de algas y algas marinas en hojas plegadas. [31] [32]

WH Harvey (1811–1866) y Lamouroux (1813) [33] fueron los primeros en dividir las algas macroscópicas en cuatro divisiones según su pigmentación. Este es el primer uso de un criterio bioquímico en sistemática vegetal. Las cuatro divisiones de Harvey son: algas rojas (Rhodospermae), algas pardas (Melanospermae), algas verdes (Chlorospermae) y Diatomaceae. [34] [35]

En ese momento, las algas microscópicas fueron descubiertas y reportadas por un grupo diferente de investigadores (por ejemplo, OF Müller y Ehrenberg ) que estudiaban los Infusorios (organismos microscópicos). A diferencia de las macroalgas , que se consideraban claramente plantas, las microalgas se consideraban frecuentemente animales porque a menudo eran móviles. [33] Incluso las microalgas inmóviles (cocoides) a veces eran vistas simplemente como etapas del ciclo de vida de plantas, macroalgas o animales. [36] [37]

Aunque se utiliza como categoría taxonómica en algunas clasificaciones predarwinianas, por ejemplo, Linnaeus (1753), de Jussieu (1789), Horaninow (1843), Agassiz (1859), Wilson & Cassin (1864), en clasificaciones posteriores, las "algas " son vistos como un grupo polifilético artificial. [ cita necesaria ]

A lo largo del siglo XX, la mayoría de las clasificaciones trataron como divisiones o clases de algas los siguientes grupos: cianofitas , rodofitas , crisofitas , xantofitas , bacilarofitas , feofitas , pirrofitas ( criptófitas y dinófitas ), euglenófitas y clorofitas . Más tarde, se descubrieron muchos grupos nuevos (p. ej., Bolidophyceae ), y otros se separaron de grupos más antiguos: carófitos y glaucofitos (de los clorofitos), muchos heterocontofitos (p. ej., sinurófitos de los crisófitos o eustigmatofitos de los xantófitos), haptofitos (de los crisófitos), y cloraracniofitas (de xantofitas). [ cita necesaria ]

Con el abandono de la clasificación dicotómica planta-animal, la mayoría de los grupos de algas (a veces todos) fueron incluidos en Protista , abandonado también más tarde en favor de Eukaryota . Sin embargo, como legado del esquema de vida vegetal más antiguo, algunos grupos que también fueron tratados como protozoos en el pasado todavía tienen clasificaciones duplicadas (ver protistas ambirregnales ). [ cita necesaria ]

Algunas algas parásitas (p. ej., las algas verdes Prototheca y Helicosporidium , parásitos de metazoos, o Cephaleuros , parásitos de plantas) se clasificaron originalmente como hongos , esporozoos o protistas de incertae sedis , [38] mientras que otras (p. ej., el alga verde Phyllosiphon y Rhodochytrium , parásitos de plantas, o las algas rojas Pterocladiophila y Gelidiocolax mammillatus , parásitos de otras algas rojas, o los dinoflagelados Oodinium , parásitos de peces) tuvieron su relación con las algas conjeturadas tempranamente. En otros casos, algunos grupos se caracterizaron originalmente como algas parásitas (p. ej., Chlorochytrium ), pero luego se consideraron algas endofíticas . [39] Algunas bacterias filamentosas (p. ej., Beggiatoa ) se consideraron originalmente como algas. Además, grupos como los apicomplejos también son parásitos derivados de ancestros que poseían plastidios, pero no están incluidos en ningún grupo tradicionalmente considerado como alga. [ cita necesaria ]

Evolución

Las algas son polifiléticas , por lo que su origen no puede remontarse a un único ancestro común hipotético . Se cree que surgieron cuando las cianobacterias cocoides fotosintéticas fueron fagocitadas por un eucariota heterótrofo unicelular (un protista ), [40] dando lugar a plastidios primarios de doble membrana . Se cree que tales eventos simbiógenos (simbiogénesis primaria) ocurrieron hace más de 1.500 millones de años durante el período Calimmiano , a principios de Boring Billion , pero es difícil rastrear los eventos clave debido al gran lapso de tiempo. [41] La simbiogénesis primaria dio lugar a tres divisiones de arqueplastidos , a saber, Viridiplantae ( algas verdes y plantas posteriores ), Rhodophyta ( algas rojas ) y Glaucophyta ("algas grises"), cuyos plástidos se extendieron aún más a otros linajes de protistas a través de eucariotas-eucariotas. depredación , hundimientos y endosimbiosis posteriores (simbigénesis secundaria y terciaria). [41] Este proceso de "captura" y "esclavitud" de células en serie explica la diversidad de eucariotas fotosintéticos. [40]

Los enfoques genómicos y filogenómicos recientes han aclarado significativamente la evolución del genoma de los plástidos , el movimiento horizontal de genes endosimbiontes hacia el genoma nuclear "huésped" y la propagación de los plástidos por todo el árbol de la vida eucariota . [40]

Relación con las plantas terrestres.

Los fósiles de esporas aisladas sugieren que las plantas terrestres pueden haber existido hace 475  millones de años (ma) durante el período Cámbrico tardío / Ordovícico temprano , [42] [43] a partir de algas carófitas sésiles de agua dulce poco profundas , muy parecidas a Chara , [44] que Probablemente quedó varado en tierra cuando los niveles de agua fluvial y lacustre cayeron durante las estaciones secas . [45] Estas algas carófitas probablemente ya desarrollaron talos filamentosos y anclajes que superficialmente se parecían a tallos y raíces de plantas , y probablemente tenían una alternancia isomórfica de generaciones . Quizás evolucionaron hace unos 850 millones de años [46] e incluso podrían ser tan tempranos como 1  Gya durante la última fase de Boring Billion . [47]

Morfología

La exhibición del bosque de algas marinas en el Acuario de la Bahía de Monterey: un talo multicelular tridimensional

Se exhibe una variedad de morfologías de algas y es común la convergencia de características en grupos no relacionados. Los únicos grupos que exhiben talos multicelulares tridimensionales son los rojos y marrones , y algunas clorofitas . [48] ​​El crecimiento apical está limitado a subconjuntos de estos grupos: los rojos florideófitos , varios marrones y los carófitos. [48] ​​La forma de los carófitos es bastante diferente de la de los rojos y marrones, porque tienen nodos distintos, separados por 'tallos' entrenudos; En los nudos se encuentran verticilos de ramas que recuerdan a las colas de caballo . [48] ​​Los conceptáculos son otro rasgo polifilético ; aparecen en las algas coralinas y las Hildenbrandiales , así como en las pardas. [48]

La mayoría de las algas más simples son flagelados unicelulares o ameboides , pero las formas coloniales e inmóviles se han desarrollado de forma independiente entre varios de los grupos. Algunos de los niveles organizacionales más comunes, más de uno de los cuales pueden ocurrir en el ciclo de vida de una especie, son

En tres líneas se han alcanzado niveles de organización aún mayores, con diferenciación tisular completa. Se trata de las algas pardas [49] —algunas de las cuales pueden alcanzar los 50 m de longitud ( kelps ) [50] —las algas rojas [51] y las algas verdes. [52] Las formas más complejas se encuentran entre las algas carófitas (ver Charales y Charophyta ), en un linaje que eventualmente condujo a las plantas terrestres superiores. La innovación que define a estas plantas no algales es la presencia de órganos reproductores femeninos con capas protectoras de células que protegen al cigoto y al embrión en desarrollo. De ahí que las plantas terrestres se denominen embriofitas .

Céspedes

El término césped de algas se utiliza comúnmente pero está mal definido. Los céspedes de algas son lechos de algas espesas, similares a alfombras, que retienen sedimentos y compiten con especies fundamentales como corales y algas marinas , y suelen tener menos de 15 cm de altura. Dicho césped puede consistir en una o más especies y generalmente cubrirá un área del orden de un metro cuadrado o más. Se enumeran algunas características comunes: [53]

Fisiología

Muchas algas, particularmente especies de Characeae , [54] han servido como organismos experimentales modelo para comprender los mecanismos de la permeabilidad al agua de las membranas, la osmorregulación , la regulación de la turgencia, [ se necesita aclaración ] la tolerancia a la sal , la corriente citoplasmática y la generación de potenciales de acción. .

Las fitohormonas se encuentran no sólo en las plantas superiores, sino también en las algas. [55]

Algas simbióticas

Algunas especies de algas forman relaciones simbióticas con otros organismos. En estas simbiosis, las algas suministran fotosintatos (sustancias orgánicas) al organismo huésped proporcionando protección a las células de las algas. El organismo huésped obtiene parte o la totalidad de sus necesidades energéticas de las algas. Ejemplos son:

Líquenes

Líquenes de roca en Irlanda

La Asociación Internacional de Liquenología define los líquenes como "una asociación de un hongo y un simbionte fotosintético que da como resultado un cuerpo vegetativo estable que tiene una estructura específica". [56] Los hongos, o micobiontes, son principalmente de Ascomycota y algunos de Basidiomycota . En la naturaleza, no se encuentran separados de los líquenes. Se desconoce cuándo comenzaron a asociarse. [57] Un micobionte se asocia con la misma especie de ficobionte, rara vez dos, de las algas verdes, excepto que, alternativamente, el micobionte puede asociarse con una especie de cianobacteria (de ahí que "fotobionte" sea el término más exacto). Un fotobionte puede estar asociado con muchos micobiontes diferentes o puede vivir de forma independiente; en consecuencia, los líquenes se nombran y clasifican como especies de hongos. [58] La asociación se denomina morfogénesis porque el liquen tiene una forma y capacidades que no poseen las especies simbiontes por sí solas (pueden aislarse experimentalmente). El fotobionte posiblemente desencadena genes que de otro modo estarían latentes en el micobionte. [59]

Trentepohlia es un ejemplo de un género de alga verde común en todo el mundo que puede crecer por sí solo o estar liquenizado. Por lo tanto, los líquenes comparten parte del hábitat y, a menudo, una apariencia similar con especies especializadas de algas ( aerófitos ) que crecen en superficies expuestas, como troncos de árboles y rocas, y que a veces las decoloran.

los arrecifes de coral

Arrecife de coral de Florida

Los arrecifes de coral se acumulan a partir de los exoesqueletos calcáreos de invertebrados marinos del orden Scleractinia ( corales pétreos ). Estos animales metabolizan el azúcar y el oxígeno para obtener energía para sus procesos de formación de células, incluida la secreción del exoesqueleto, con agua y dióxido de carbono como subproductos. Los dinoflagelados (protistas de algas) son a menudo endosimbiontes en las células de los invertebrados marinos que forman corales, donde aceleran el metabolismo de la célula huésped generando azúcar y oxígeno inmediatamente disponibles a través de la fotosíntesis utilizando la luz incidente y el dióxido de carbono producido por el huésped. Los corales pétreos formadores de arrecifes ( corales hermatípicos ) requieren algas endosimbióticas del género Symbiodinium para estar en condiciones saludables. [60] La pérdida de Symbiodinium del huésped se conoce como blanqueamiento de coral , una condición que conduce al deterioro de un arrecife.

Esponjas de mar

Las algas verdes endosimbiontes viven cerca de la superficie de algunas esponjas, por ejemplo, las esponjas migajas de pan ( Halichondria panicea ). De este modo, el alga queda protegida de los depredadores; la esponja recibe oxígeno y azúcares que pueden representar del 50 al 80% del crecimiento de la esponja en algunas especies. [61]

Ciclo vital

Rhodophyta , Chlorophyta y Heterokontophyta , las tres principales divisiones de algas , tienen ciclos de vida que muestran una variación y complejidad considerables. En general, existe una fase asexual donde las células del alga son diploides , una fase sexual donde las células son haploides , seguida de la fusión de los gametos masculinos y femeninos . La reproducción asexual permite aumentos poblacionales eficientes, pero es posible una menor variación. Comúnmente, en la reproducción sexual de algas unicelulares y coloniales, dos gametos haploides especializados, sexualmente compatibles, hacen contacto físico y se fusionan para formar un cigoto . Para garantizar un apareamiento exitoso, el desarrollo y liberación de gametos está altamente sincronizado y regulado; las feromonas pueden desempeñar un papel clave en estos procesos. [62] La reproducción sexual permite una mayor variación y proporciona el beneficio de una reparación recombinacional eficiente de los daños del ADN durante la meiosis , una etapa clave del ciclo sexual. [63] Sin embargo, la reproducción sexual es más costosa que la reproducción asexual. [64] Se ha demostrado que la meiosis ocurre en muchas especies diferentes de algas. [sesenta y cinco]

Números

Algas en rocas costeras en Shihtiping en Taiwán

La Colección de Algas del Herbario Nacional de EE.UU. (ubicado en el Museo Nacional de Historia Natural ) consta de aproximadamente 320.500 especímenes secos, lo que, aunque no es exhaustivo (no existe una colección exhaustiva), da una idea del orden de magnitud del número de algas. especies (ese número sigue siendo desconocido). [66] Las estimaciones varían ampliamente. Por ejemplo, según un libro de texto estándar, [67] en las Islas Británicas, el Informe del Grupo Directivo de Biodiversidad del Reino Unido estimó que había 20.000 especies de algas en el Reino Unido. Otra lista de verificación informa sólo alrededor de 5.000 especies. Respecto a la diferencia de unas 15.000 especies, el texto concluye: "Se necesitarán muchos estudios de campo detallados antes de que sea posible proporcionar una estimación fiable del número total de especies..."

También se han realizado estimaciones regionales y grupales:

y así sucesivamente, pero al carecer de base científica o fuentes fiables, estas cifras no tienen más credibilidad que las británicas mencionadas anteriormente. La mayoría de las estimaciones también omiten las algas microscópicas, como el fitoplancton.

La estimación más reciente sugiere 72.500 especies de algas en todo el mundo. [73]

Distribución

La distribución de las especies de algas ha sido bastante bien estudiada desde la fundación de la fitogeografía a mediados del siglo XIX. [74] Las algas se propagan principalmente mediante la dispersión de esporas de manera análoga a la dispersión de Plantae por semillas y esporas . Esta dispersión puede lograrse por aire, agua u otros organismos. Debido a esto, las esporas se pueden encontrar en una variedad de ambientes: aguas dulces y marinas, aire, suelo y dentro o sobre otros organismos. [74] El hecho de que una espora crezca hasta convertirse en un organismo depende de la combinación de las especies y las condiciones ambientales donde aterriza la espora.

Las esporas de las algas de agua dulce se dispersan principalmente por el agua corriente y el viento, así como por medios vivos. [74] Sin embargo, no todos los cuerpos de agua pueden transportar todas las especies de algas, ya que la composición química de ciertos cuerpos de agua limita las algas que pueden sobrevivir dentro de ellos. [74] Las esporas marinas a menudo se propagan por las corrientes oceánicas. El agua del océano presenta muchos hábitats muy diferentes según la temperatura y la disponibilidad de nutrientes, lo que da como resultado zonas, regiones y provincias fitogeográficas. [75]

Hasta cierto punto, la distribución de las algas está sujeta a discontinuidades florísticas causadas por características geográficas, como la Antártida , largas distancias de océano o masas de tierra en general. Por lo tanto, es posible identificar especies que se encuentran por localidad, como las " algas del Pacífico " o las " algas del Mar del Norte ". Cuando ocurren fuera de sus localidades, generalmente es posible plantear la hipótesis de un mecanismo de transporte, como los cascos de los barcos. Por ejemplo, Ulva reticulata y U. fasciata viajaron desde el continente hasta Hawaii de esta manera.

El mapeo sólo es posible para especies seleccionadas: "hay muchos ejemplos válidos de patrones de distribución confinados". [76] Por ejemplo, Clathromorphum es un género ártico y no está cartografiado muy al sur de allí. [77] Sin embargo, los científicos consideran que los datos generales son insuficientes debido a las "dificultades para realizar tales estudios". [78]

Ecología

Fitoplancton, lago Chūzenji

Las algas son prominentes en los cuerpos de agua, son comunes en ambientes terrestres y se encuentran en ambientes inusuales, como la nieve y el hielo . Las algas crecen principalmente en aguas marinas poco profundas, a menos de 100 m (330 pies) de profundidad; sin embargo, algunos como Navicula pennata se han registrado a una profundidad de 360 ​​​​m (1180 pies). [79] Un tipo de alga, Ancylonema nordenskioeldii , se encontró en Groenlandia en áreas conocidas como la 'Zona Oscura', lo que provocó un aumento en la tasa de derretimiento de la capa de hielo. [80] Las mismas algas se encontraron en los Alpes italianos , después de que apareciera hielo rosado en partes del glaciar Presena. [81]

Los distintos tipos de algas desempeñan un papel importante en la ecología acuática. Las formas microscópicas que viven suspendidas en la columna de agua ( fitoplancton ) proporcionan la base alimenticia para la mayoría de las cadenas alimentarias marinas . En densidades muy altas ( floraciones de algas ), estas algas pueden decolorar el agua y competir, envenenar o asfixiar a otras formas de vida.

Las algas se pueden utilizar como organismos indicadores para monitorear la contaminación en diversos sistemas acuáticos. [82] En muchos casos, el metabolismo de las algas es sensible a diversos contaminantes. Debido a esto, la composición de especies de las poblaciones de algas puede cambiar en presencia de contaminantes químicos. [82] Para detectar estos cambios, se pueden tomar muestras de algas del medio ambiente y mantenerlas en laboratorios con relativa facilidad. [82]

Según su hábitat, las algas se pueden clasificar en: acuáticas ( planctónicas , bentónicas , marinas , de agua dulce , lénticas , lóticas ), [83] terrestres , aéreas (subaéreas), [84] litofíticas , halófilas (o eurihalinas ), psamones . , termófilo , criófilo , epibionte ( epífito , epizoico ), endosimbionte ( endofítico , endozoico), parásito , calcifílico o liquenico (ficobionte). [85]

Asociaciones culturales

En chino clásico , la palabra藻se utiliza tanto para "algas" como (en la modesta tradición de los eruditos imperiales ) para "talento literario". La tercera isla en el lago Kunming al lado del Palacio de Verano en Beijing se conoce como Zaojian Tang Dao (藻鑒堂島), que significa simultáneamente "Isla de la Sala de Observación de Algas" e "Isla de la Sala para Reflexionar sobre el Talento Literario". .

Cultivo

Una granja de algas en Uroa , Zanzíbar

La algacultura es una forma de acuicultura que implica el cultivo de especies de algas. [86]

La mayoría de las algas que se cultivan intencionalmente entran en la categoría de microalgas (también denominadas fitoplancton , microfitas o algas planctónicas ). Las macroalgas , comúnmente conocidas como algas marinas , también tienen muchos usos comerciales e industriales, pero debido a su tamaño y a los requisitos específicos del entorno en el que necesitan crecer, no se prestan tan fácilmente al cultivo (esto puede cambiar, sin embargo, con la llegada de nuevos cultivadores de algas, que son básicamente depuradores de algas que utilizan burbujas de aire que fluyen hacia arriba en pequeños contenedores). [ cita necesaria ]

El cultivo comercial e industrial de algas tiene numerosos usos, incluida la producción de nutracéuticos como ácidos grasos omega-3 (como aceite de algas) [87] [88] [89] o colorantes y colorantes alimentarios naturales , alimentos , fertilizantes , bioplásticos , materia prima química ( materia prima), alimento para animales/ acuicultura rico en proteínas, productos farmacéuticos y combustible de algas , [90] y también puede usarse como medio de control de la contaminación y secuestro natural de carbono . [91]

La producción mundial de plantas acuáticas cultivadas, abrumadoramente dominada por algas marinas, aumentó en volumen de 13,5 millones de toneladas en 1995 a poco más de 30 millones de toneladas en 2016. [92] Las microalgas cultivadas ya contribuyen a una amplia gama de sectores de la bioeconomía emergente . [93] Las investigaciones sugieren que el cultivo de algas tiene grandes potenciales y beneficios para el desarrollo de un futuro sistema alimentario saludable y sostenible . [94] [91]

cultivo de algas

Cultivo submarino de Eucheuma en Filipinas
Un agricultor de algas se encuentra en aguas poco profundas, recolectando algas comestibles que han crecido en una cuerda.
Un cultivador de algas en Nusa Lembongan (Indonesia) recolecta algas comestibles que han crecido en una cuerda.

El cultivo de algas o cultivo de algas es la práctica de cultivar y recolectar algas . En su forma más simple, los agricultores recolectan de lechos naturales, mientras que en el otro extremo los agricultores controlan completamente el ciclo de vida del cultivo .

Los siete taxones más cultivados son Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp., Saccharina japonica , Undaria pinnatifida , Pyropia spp. y Sargassum fusiforme . Eucheuma y K. alvarezii son atractivos para la carragenina (un agente gelificante ); Gracilaria se cultiva para obtener agar ; el resto se come después de un procesamiento limitado. [95] Las algas marinas se diferencian de los manglares y las praderas marinas , ya que son organismos algales fotosintéticos [96] y no florecen. [95]

Los mayores países productores de algas en 2022 son China (58,62%) e Indonesia (28,6%); seguido de Corea del Sur (5,09%) y Filipinas (4,19%). Otros productores notables incluyen Corea del Norte (1,6%), Japón (1,15%), Malasia (0,53%), Zanzíbar ( Tanzania , 0,5%) y Chile (0,3%). [97] [98] El cultivo de algas marinas se ha desarrollado con frecuencia para mejorar las condiciones económicas y reducir la presión pesquera. [99]

La Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO), informó que la producción mundial en 2019 superó los 35 millones de toneladas. América del Norte produjo unas 23.000 toneladas de algas húmedas. Alaska, Maine, Francia y Noruega duplicaron con creces su producción de algas desde 2018 . En 2019, las algas representaban el 30% de la acuicultura marina . [100]

El cultivo de algas marinas es un cultivo negativo en carbono y con un alto potencial para la mitigación del cambio climático . [101] [102] El Informe especial del IPCC sobre el océano y la criosfera en un clima cambiante recomienda "mayor atención a la investigación" como táctica de mitigación. [103] World Wildlife Fund , Oceans 2050 y The Nature Conservancy apoyan públicamente la ampliación del cultivo de algas. [100]

Biorreactores

Un primer plano de las microalgas: Pavlova sp.
Un biorreactor de algas se utiliza para cultivar micro o macroalgas . Las algas se pueden cultivar con fines de producción de biomasa (como en un cultivador de algas ), tratamiento de aguas residuales , fijación de CO2 o filtración de acuarios/estanques en forma de un depurador de algas . [104] Los biorreactores de algas varían ampliamente en diseño y se dividen en dos categorías: reactores abiertos y reactores cerrados. Los reactores abiertos están expuestos a la atmósfera, mientras que los reactores cerrados, también comúnmente llamados fotobiorreactores , están aislados en diversos grados de la atmósfera. Específicamente, los biorreactores de algas pueden usarse para producir combustibles como biodiesel y bioetanol , generar alimento para animales o reducir contaminantes como NOx y CO2 en los gases de combustión de las centrales eléctricas. Básicamente, este tipo de biorreactor se basa en la reacción fotosintética que realizan las propias algas que contienen clorofila utilizando dióxido de carbono disuelto y luz solar. El dióxido de carbono se dispersa en el fluido del reactor para hacerlo accesible a las algas. El biorreactor debe estar fabricado de material transparente.

Usos

Cosecha de algas

Agar

El agar , una sustancia gelatinosa derivada de algas rojas, tiene varios usos comerciales. [105] Es un buen medio para cultivar bacterias y hongos, ya que la mayoría de los microorganismos no pueden digerir el agar.

Alginatos

El ácido algínico , o alginato, se extrae de las algas pardas . Sus usos van desde agentes gelificantes en alimentos hasta apósitos médicos. El ácido algínico también se ha utilizado en el campo de la biotecnología como medio biocompatible para la encapsulación e inmovilización celular. La cocina molecular también utiliza la sustancia por sus propiedades gelificantes, por lo que se convierte en un vehículo de distribución de sabores.

Anualmente se cosechan entre 100.000 y 170.000 toneladas húmedas de Macrocystis en Nuevo México para la extracción de alginato y la alimentación del abulón . [106] [107]

Fuente de energía

Para ser competitivos e independientes del apoyo fluctuante de las políticas (locales) a largo plazo, los biocombustibles deberían igualar o superar el nivel de costos de los combustibles fósiles. En este caso, los combustibles a base de algas son muy prometedores, [108] [109] directamente relacionados con el potencial de producir más biomasa por unidad de área en un año que cualquier otra forma de biomasa. Se estima que el punto de equilibrio para los biocombustibles a base de algas se alcanzará en 2025. [110]

Fertilizante

Jardines fertilizados con algas en Inisheer

Durante siglos, las algas se han utilizado como fertilizante; George Owen de Henllys escribió en el siglo XVI refiriéndose a la maleza flotante en el sur de Gales : [111]

Esta clase de mineral a menudo lo recogen y lo depositan en grandes montones, donde se calienta y se pudre, y tendrá un olor fuerte y repugnante; cuando están tan podridos, arrojan a la tierra, como lo hacen con su estiércol, y de allí brota buen maíz, especialmente cebada... Después de las mareas primaverales o de los grandes aparejos del mar, lo recogen en sacos a lomos de caballos, y lo llevan mismas tres, cuatro o cinco millas, y échelo en la tierra, que mejora mucho el terreno para el maíz y la hierba.

Hoy en día, los seres humanos utilizan las algas de muchas maneras; por ejemplo, como fertilizantes , acondicionadores de suelos y alimento para el ganado. [112] Las especies acuáticas y microscópicas se cultivan en tanques o estanques transparentes y se recolectan o se utilizan para tratar los efluentes bombeados a través de los estanques. La algacultura a gran escala es un tipo importante de acuicultura en algunos lugares. Maerl se utiliza comúnmente como acondicionador del suelo.

Nutrición

Dulse, un tipo de alga comestible

Las algas que crecen naturalmente son una fuente importante de alimento, especialmente en Asia, lo que lleva a algunos a etiquetarlas como superalimentos . [113] Proporcionan muchas vitaminas, entre ellas: A, B 1 , B 2 , B 6 , niacina y C , y son ricas en yodo , potasio , hierro, magnesio y calcio . [114] Además, las microalgas cultivadas comercialmente, incluidas algas y cianobacterias, se comercializan como suplementos nutricionales, como la espirulina , [115] Chlorella y el suplemento de vitamina C de Dunaliella , con alto contenido de betacaroteno .

Las algas son alimentos nacionales de muchas naciones: China consume más de 70 especies, incluida la choy grasa , una cianobacteria considerada un vegetal; Japón, más de 20 especies como nori y aonori ; [116] Irlanda, dulse ; Chile , cochayuyo . [117] La ​​laver se utiliza para hacer pan de laver en Gales , donde se la conoce como bara lawr . En Corea , la alga verde se utiliza para hacer gim . También se utiliza a lo largo de la costa oeste de América del Norte desde California hasta Columbia Británica , en Hawaii y por los maoríes de Nueva Zelanda . La lechuga de mar y los badderlocks son ingredientes de ensaladas en Escocia , Irlanda, Groenlandia e Islandia . Las algas se consideran una posible solución al problema del hambre en el mundo. [118] [119] [120]

En la cocina se utilizan dos formas populares de algas:

Además, contiene los nueve aminoácidos esenciales que el cuerpo no produce por sí solo [121].

Los aceites de algunas algas tienen altos niveles de ácidos grasos insaturados . Por ejemplo, Parietochloris incisa tiene un alto contenido de ácido araquidónico , donde alcanza hasta el 47% del conjunto de triglicéridos. [122] Algunas variedades de algas favorecidas por el vegetarianismo y el veganismo contienen ácidos grasos omega-3 esenciales de cadena larga , ácido docosahexaenoico (DHA) y ácido eicosapentaenoico (EPA). El aceite de pescado contiene ácidos grasos omega-3, pero la fuente original son las algas (microalgas en particular), que son consumidas por la vida marina, como los copépodos , y pasan a la cadena alimentaria. [123] Las algas han surgido en los últimos años como una fuente popular de ácidos grasos omega-3 para los vegetarianos que no pueden obtener EPA y DHA de cadena larga de otras fuentes vegetarianas como el aceite de linaza , que solo contiene ácido alfa-linolénico de cadena corta. (ALA).

Control de polución

Los científicos del Servicio de Investigación Agrícola descubrieron que entre el 60% y el 90% de la escorrentía de nitrógeno y entre el 70% y el 100% de la escorrentía de fósforo se pueden capturar de los efluentes de estiércol utilizando un depurador de algas horizontal, también llamado depurador de césped de algas (ATS). Los científicos desarrollaron el ATS, que consiste en canales poco profundos de 100 pies de red de nailon donde se pueden formar colonias de algas, y estudiaron su eficacia durante tres años. Descubrieron que las algas pueden utilizarse fácilmente para reducir la escorrentía de nutrientes de los campos agrícolas y aumentar la calidad del agua que fluye hacia ríos, arroyos y océanos. Los investigadores recolectaron y secaron las algas ricas en nutrientes del ATS y estudiaron su potencial como fertilizante orgánico. Descubrieron que las plántulas de pepino y maíz crecían igual de bien usando fertilizante orgánico ATS que con fertilizantes comerciales. [127] Los depuradores de algas, que utilizan versiones de flujo ascendente burbujeante o de cascada vertical, ahora también se utilizan para filtrar acuarios y estanques.

Polímeros

Se pueden crear varios polímeros a partir de algas, que pueden resultar especialmente útiles en la creación de bioplásticos. Estos incluyen plásticos híbridos, plásticos a base de celulosa, ácido poliláctico y biopolietileno. [128] Varias empresas han comenzado a producir polímeros de algas comercialmente, incluso para su uso en chanclas [129] y en tablas de surf. [130]

Biorremediación

Se ha observado que el alga Stichococcus bacillaris coloniza resinas de silicona utilizadas en sitios arqueológicos; biodegradar la sustancia sintética. [131]

pigmentos

Los pigmentos naturales ( carotenoides y clorofilas ) producidos por las algas se pueden utilizar como alternativas a los tintes y colorantes químicos. [132] La presencia de algunos pigmentos de algas individuales, junto con proporciones específicas de concentración de pigmentos, son específicas de cada taxón: el análisis de sus concentraciones con diversos métodos analíticos, en particular la cromatografía líquida de alta resolución , puede por lo tanto ofrecer una visión profunda de la composición taxonómica y la relativa abundancia de poblaciones naturales de algas en muestras de agua de mar. [133] [134]

Sustancias estabilizadoras

La carragenina, procedente del alga roja Chondrus crispus , se utiliza como estabilizador en productos lácteos.

Imágenes Adicionales

Ver también

Referencias

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