Alge: definicija, vrste, fitologija in ekološki pomen
Alge (ena alga ali več alg) so skupina rastlinam podobnih živih bitij, ki lahko s fotosintezo pridobivajo hrano iz sončne svetlobe. Študij alg se imenuje fitologija ali algologija. Alge vključujejo zelo raznolike organizme: od enoceličnih mikroskopskih oblik do velikih večceličnih alg, ki tvorijo gozdove nadmorskih alg v morju.
Izraz zajema vrsto fotosintetičnih organizmov, med katerimi je veliko takih, ki niso tesno sorodnih. So polifiltrična skupina, kar pomeni, da so se algne oblike pojavile večkrat neodvisno v različnih evolucijskih vejah življenja.
Skupno jim je predvsem to, da so avtotrofni: za rast in tvorbo tkiv uporabljajo sončno energijo ter preproste anorganske snovi. Ker niso žilne rastline, nimajo razvite iste celične in tkivne strukture kot kopenske rastline. Izraz »alge« je priročen, vendar ohlapen in zajema veliko taksonomske raznovrstnosti; sodobne molekularne raziskave so razkrile veliko razlik med skupinami, ki so bile prej združene le zaradi podobnega načina življenja.
Vrste alg
- Cianobakterije (modro-zelene alge): bakterije s fotosintetskimi pigmenti, pogosto sposobne fiksacije dušika; pomembne v sladkih in morskih habitatah.
- Zelene alge (Chlorophyta): vključujejo enocelične in večcelične vrste; sorodne kopenskim rastlinam po pigmentih in nekaterih celičnih značilnostih.
- Rdeče alge (Rhodophyta): pogosto morske, s specifičnimi pigmenti, ki omogočajo življenje na večjih globinah.
- Rjave alge (Phaeophyceae): med njimi so velike vrste, kot so kelpi, ki tvorijo bogata morska habitata.
- Diatomeje (Bacillariophyta): enocelične alge z enkratno ali dvakratno silikatno lupino; ključne pri primarni produkciji v oceanih.
- Dinoflagelati: pogosto planktonske, nekateri tvorijo svetleče bioluminiscence ali toksinske cvetenja.
Morfologija, razmnoževanje in življenjski cikli
Alge so lahko enocelične, kolonijalne ali večcelične z različnimi oblikami, ki jim pravimo thalli (tela alg). Nimajo žilnega sistema, korenin, stebla in listov v klasičnem smislu, čeprav lahko nekatere večje alge tvorijo strukturirane dele, ki opravljajo podobne funkcije (npr. pritrditveni organ, "steblo", listi podobne plošče).
Razmnoževanje poteka spolno ali nespolno, pri čemer so življenjski cikli zelo raznoliki: haploidno-diploidne izmenjave generacij, izmenjave z več zaporednimi fazami ali preprosto celično delitev v enoceličnih vrstah. Pri nekaterih vrstah imajo velik pomen tudi sporofiti in gametofiti.
Habitat
Alge naseljujejo skoraj vse prostore, kjer je dovolj svetlobe in vlage: oceane, jezera, reke, mokrišča, obalne pasove, pa tudi vlažne kamne, tla in celo sneg. Morske alge igrajo posebno vlogo v oceanih, kjer prispevajo velik delež globalne fotosintetske proizvodnje.
Fitologija in raziskave
Fitologija ali algologija obsega proučevanje sistematike, ekologije, fiziologije in molekularne biologije alg. Sodobne metode vključujejo svetlobno in elektronsko mikroskopijo, molekularno filogenijo, sekvenciranje genomov in ekološke študije produktivnosti ter vplivov okoljskih sprememb.
Raziskave alg so pomembne tudi za razumevanje evolucije rastlin — nekatere skupine alg so sorodne prednikom kopenskih rastlin — in za razvoj novih biotehnoloških aplikacij (bioenergija, bioplastika, lekarstva).
Ekološki pomen
- Primarna produkcija: alge so osnovni proizvajalci organskih snovi v številnih ekosistemih in osnova prehranskih verig v vodnih okoljih.
- Proizvodnja kisika: fotosinteza alg prispeva pomemben delež k globalni proizvodnji kisika.
- Karbonov cikel: alge vežejo CO2, kar pomaga uravnavati ogljični cikel in lokalno vpliva na kislost vode.
- Stvarjanje habitatov: velike večcelične alge, kot so kelpi, tvorijo kompleksne habitatske strukture z visokim biotskim številom.
- Dušikova fiksacija: nekatere cianobakterije fiksirajo atmosferski dušik, kar poveča plodnost ekosistemov.
- Bioindikatorji: sestava in obilenost alg je pogosto dober kazalnik kakovosti vode in okoljskih sprememb.
- Harmonična cvetenja: ob višku hranil ali ob neugodnih pogojih lahko pride do eksplozivne rasti (algalnih cvetenj), nekatera so strupena (rdeče plime) in škodujejo ribam ter zdravju ljudi.
Gospodarska in kulturna uporaba
- Človek uporablja alge kot hrano (npr. nori, spirulina), prehranska dopolnila in krmo.
- Alginati, agar in karagenan so polisaharidi iz alg, uporabljeni v živilski, farmacevtski in biotehnološki industriji kot zgoščevalci in želirni sredstvi.
- Alge se uporabljajo pri čiščenju odpadnih voda (bioremediation), kot surovina za bioenergijo in pri razvoju bioplastic.
- V tradicionalnih kulturah so morske alge pomemben vir hrane in materialov že stoletja.
Grožnje in upravljanje
Glavne grožnje algam vključujejo onesnaženje (pretirano gnojenje z dušikom in fosforjem vodi v eutrofikacijo), podnebne spremembe (spreminjanje temperatur in protiprimeri morskih tokov), pretirani ribolov in invazivne vrste. Upravljanje vključuje spremljanje stanja voda, omejevanje vnosa hranil, zaščito ključnih habitatov (npr. kelpnih gozdov) ter raziskave in gojenje alg za trajnostno rabo.
Alge so torej bistven del zemeljskih in vodnih ekosistemov ter hkrati pomemben vir za človeka. Razumevanje njihove raznolikosti, ekologije in biokemičnih lastnosti je ključno tako za varstvo okolja kot za razvoj novih tehnoloških rešitev.
Dinobryon, kolonijska alga iz skupine Chrysophyceae
Morska alga (Laurencia) od blizu: "veje" so večcelične in debele le približno 1 mm. Veliko manjše alge so pritrjene na strukturo, ki se razteza navzgor v spodnji desni četrtini
Cvetenje fitoplanktona v južnem Atlantiku pri Argentini
Biologija in taksonomija
Alge so velika in raznolika skupina preprostih, običajno avtotrofnih organizmov. Nekatere imajo eno celico, druge pa več celic. Največje in najbolj zapletene morske alge imenujemo morske alge. So podobne rastlinam, "preproste" pa zato, ker nimajo številnih ločenih organov, ki jih najdemo pri kopenskih rastlinah. Zato jih ne uvrščamo med rastline.
Čeprav so bile prokariontske cianobakterije (prej imenovane modrozelene alge) v starejših učbenikih vključene med "alge", jih zdaj ni. Izraz alge se zdaj uporablja za evkariontske organizme. Vse prave alge imajo jedro v membrani in kloroplaste v eni ali več membranah. Vendar alge vsekakor niso monofiletska skupina, saj vse ne izvirajo iz skupnega prednika alge. Sodobni taksonomi predlagajo njihovo razdelitev v monofilne skupine, vendar se vsi ne strinjajo, kako to storiti.
Alge nimajo enakih struktur kot kopenske rastline, kot so listi, korenine in drugi organi. Skoraj vse alge imajo dele, ki opravljajo fotosintezo na enak način kot cianobakterije. Za razliko od drugih fotosintetičnih bakterij, kot so vijolične in zelene bakterije, proizvajajo kisik. Nekatere enocelične vrste uporabljajo le zunanje vire energije in imajo omejene fotosintezne dele ali pa jih sploh nimajo.
Fosilne nitaste alge iz porečja Vindhya so datirane v obdobje pred 1,6 do 1,7 milijarde let.
Vrste alg
Spodaj so navedene nekatere pomembne vrste alg. Seznam ni popoln.
- Zelene alge: veljajo za rastline, ker uporabljajo enako vrsto klorofila kot zelene rastline. Predvideva se evolucijska povezanost med zelenimi algami in zelenimi rastlinami.
- Rdeče alge: uporabljajo rdeči pigment za zajemanje energije sončne svetlobe, zato naj bi se razvile ločeno od zelenih rastlin.
- Rjave alge: uporabljajo klorofil a, vendar se med seboj razlikujejo še v nekaterih drugih biokemijskih lastnostih. Prav tako ne spadajo med zelene rastline.
- Rumenozelene alge: Xanthophyceae.
- Zlate alge: Chrysophyceae.
Življenjski slog
Ekologija
Alge se običajno nahajajo v vlažnih prostorih ali vodi ter so pogoste na kopnem in v vodi. Vendar so alge na kopnem običajno neopazne in so veliko pogostejše v vlažnih tropskih regijah kot v suhih. Alge nimajo ožilja in drugih prilagoditev za življenje na kopnem, lahko pa prenašajo sušo in druge razmere v simbiozi z glivami kot lišaji.
Različne vrste alg imajo pomembno vlogo v vodni ekologiji. Mikroskopske oblike, ki živijo v vodnem stolpcu, imenujemo fitoplankton. So osnova za večino morskih prehranjevalnih verig. Kelp raste predvsem v plitvih morskih vodah. Nekatere se uporabljajo kot hrana za ljudi ali se nabirajo za agar ali gnojilo. Kelp lahko raste v velikih sestojih, ki se imenujejo gozdovi kelpa. Ti gozdovi preprečujejo del škode, ki jo povzročajo valovi. V njih živi veliko različnih vrst, med drugim morski ježki, morske vidre in abalone.
Nekatere alge lahko škodujejo drugim vrstam. Nekatere alge se lahko močno razmnožujejo in povzročijo cvetenje alg. Te alge lahko proizvajajo zaščitne toksine, ki ubijajo ribe v vodi. Dinoflagelate tvorijo spojino, ki spremeni meso rib v sluz. Alge se nato prehranjujejo s to hranljivo tekočino.
Simbioza
Alge so razvile številna simbiotična partnerstva z drugimi organizmi. Najbolj znani so rastlinam podobni lišaji, ki jih tvorijo glive in alge. To je zelo uspešna življenjska oblika, poznanih pa je dvajset tisoč "vrst". V vseh primerih se lišaji po videzu in načinu življenja precej razlikujejo od obeh sestavin; to je verjetno najpopolnejša znana simbioza. Obe sestavini imata koristi od dostopa do niš z nizko hranilno vrednostjo, kjer se nahajajo lišaji.
Manj znani so odnosi alg z živalmi. Korale, ki gradijo grebene, so v bistvu družabni polipi iz rodu Cnidarian. Korale so odvisne od svetlobe, saj so alge njihovi pomembni partnerji, ti pa potrebujejo svetlobo. Korale so razvile strukture, pogosto podobne drevesom, ki algam omogočajo kar največji dostop do svetlobe. Korale oslabijo celične stene alg in prebavijo približno 80 % hrane, ki jo alge sintetizirajo. Odpadni produkti koral so hranila za alge, tako da imata oba partnerja, podobno kot pri lišajih, koristi od povezave. Alge so zlato rjave bičaste alge, pogosto iz rodu Symbiodinium. Zanimiva značilnost partnerstva je, da lahko korala v težkih časih alge izloči, pozneje pa jih ponovno pridobi. Izmet partnerja iz alg se imenuje beljenje, ker korala izgubi svojo barvo. p200
Tudi druge vrste Cnideria, kot so morske anemone in meduze, vsebujejo alge. Meduze z algami se obnašajo tako, da njihovi partnerji podnevi dobijo najboljšo svetlobo, ponoči pa se spustijo v globine, kjer je voda bogata z nitrati in rjava od gnitja. Tudi morski polži in školjke so znani po tem, da se v njih nahajajo alge. Obe skupini sta mehkužci. Morski polži se prehranjujejo s koralami in so enake barve kot korale, s katerimi se prehranjujejo. Alge lahko ločijo od tkiv polipov, ki jih prebavljajo. Celice alg premaknejo v svoje čepke, kjer živijo naprej. S tem sicer nezaščiteni polž pridobi kamuflažo in hrano.p204 Velikanska školjka hrani alge v svojem plašču, ki se pokaže, ko je školjka odprta. Barvni plašč ima mesta, kjer je koža prozorna in deluje kot leča, ki koncentrira svetlobo na alge pod njo. Ko je alg preveč, jih školjka prebavi. p203
Različne druge skupine morskih nevretenčarjev imajo člane, ki so simbiozni z algami. Dve taki skupini sta ploščati črvi (Platyhelminths) in mnogoščetinci (Annelids).
Nudibranch Pteraeolidia ianthina vsebuje alge, ki fotosintetizirajo in zagotavljajo hrano mehkužcem.
Vprašanja in odgovori
V: Kako se imenuje preučevanje alg?
O: Študij alg se imenuje fitologija ali algologija.
V: Ali so vse vrste alg tesno povezane?
O: Ne, izraz zajema različne skupine in vse niso tesno povezane. So polifiltrična skupina.
V: Kako stare so alge?
O: Alge so zelo stare in so obstajale veliko pred drugimi vrstami rastlin. Izvirajo iz mezoproterozoika, torej izpred več kot tisoč milijonov let.
V: Ali vse vrste alg uporabljajo plastide?
O: Da, zdi se, da vse uporabljajo plastide, ki izvirajo iz cianobakterij.
V: Kako alge pridobivajo hrano?
O: Alge pridobivajo hrano iz sončne svetlobe s fotosintezo.
V: Kaj je skupno vsem vrstam alg?
O: Vsem vrstam alg je skupno, da so avtotrofne; uporabljajo naravne vire energije in preproste anorganske snovi.
V: Po čem se kopenske rastline razlikujejo od neceličnih rastlin, kot so alge?
O: Nežilne rastline, kot so alge, nimajo strukture, ki jo imajo kopenske rastline, zato se med seboj razlikujejo prav po tem.
