Algas: Clasificación y Características

Algas: Generalidades y Diversidad

• El término "alga" se aplica a una variedad de organismos fotosintéticos, protófitos o talófitos.
• Estos organismos pertenecen a diferentes linajes filogenéticamente no relacionados, lo que los hace polifiléticos.
• Las algas se pueden clasificar en dos grupos principales: procariotas y eucariotas.
• Las algas procariotas pertenecen a la división Cyanophyta.
• Las algas eucariotas se dividen en:
  • División Dinophyta (o Pyrrophyta)
  • División Ochrophyta
  • División Rhodophyta
  • División Chlorophyta
• Todas se caracterizan por tener pigmentos que les permiten absorber la luz solar.
• Estos pigmentos tienen un sistema de dobles enlaces conjugados que facilitan la absorción y el aprovechamiento de la luz.
• La clorofila A es un pigmento liposoluble esencial para la fotosíntesis en todas las algas.
• La clorofila A, un anillo porfirinico, está formado de un tetrapirrol con un magnesio central y una cadena fitol.
• El anillo de porfirina que contiene magnesio absorbe la luz, mientras que la cadena fitol mantiene la clorofila integrada en la membrana fotosintética.
• Los pigmentos clorofílicos son insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos como alcohol etílico y acetona.

Tipos de Clorofilas y Pigmentos

• Clorofila b: R2 = -CHO
• Clorofila c1: R4 = -CH=CH-COOH y doble enlace entre las posiciones 7 y 8
• Clorofila c2: R1 = -CH=CH2 y R4 = -CH=CH-COOH y doble enlace entre las posiciones 7 y 8
• Clorofila d: R3 = -CHO
• Otros pigmentos incluyen:
  • Carotenos y oxicarotenos como el β-caroteno, la zeaxantina y la luteína
  • Cromobiliproteínas como la ficoeritrina (R = -CH=CH2) y la ficocianina (R = -CH2-CH3)

Algas Procariotas (División Cyanobacteria)

• Las cianobacterias se diferencian de otras bacterias por tener clorofila A, permitiéndoles realizar fotosíntesis con liberación de oxígeno.
• Generalmente, son de mayor tamaño que otras bacterias
• Tienen estructura celular procariótica y carecen un núcleo definido, mitosis y meiosis.
• Su nivel de organización celular es bajo y no tienen orgánulos como plastos, mitocondrias ni RE.
• La pared celular está formada por heteropolímeros exclusivos de mureína (peptidoglucano).
• Muchas formas son anaerobias y fijan nitrógeno (N2).
• Tienen flagelos simples de flagelina.
• Las células de cianobacterias tienen dos partes diferenciadas:
  • Centroplasma: Parte central incolora con ribosomas y gránulos de volutina (reserva de fósforo), cianoficina, arginina, asparagina y filamentos de ADN.
  • Cromatoplasma: Zona externa coloreada con tilacoides que contienen pigmentos fotosintéticos, ARN, ribosomas, cuerpos poliédricos o carboxisomas con la enzima RUBISCO.
• La pared celular está constituida por mureína o peptidoglucano, un copolímero de N-acetil-glucosamina y ácido N-acetil murámico.
• No presentan flagelos, pero algunas especies tienen movimientos de cabeceo, vaivén u rotación por la liberación de mucílago.

Reproducción y Heterocistes en Cyanophyta

• La reproducción en Cyanophyta es asexual.
• Métodos de reproducción asexual:
  • Bipartición
  • Multiplicación vegetativa mediante hormogonios (segmentos de filamento)
  • Endosporas
  • Esporas perdurantes (acinetos)
• Heterocistes:
  • Son células especializadas en la fijación de nitrógeno (N2) con un tamaño diferente al resto y sin pigmentos.
  • Tienen una pared con tres estratos (sin mureína) y anoxia interna.
  • Los cambios morfológicos incluyen la deposición de dos capas adicionales.
  • Son los únicos organismos fotosintéticos y aerobios capaces de fijar nitrógeno molecular, transformándolo en amonio y transportándolo como glutamina.
  • La fijación del nitrógeno se realiza mediante la enzima nitrogenasa.
  • No pueden fijar CO2 y dependen de carbohidratos translocados desde células vecinas.

Morfología y Tipos de Cianobacterias

• Las cianobacterias pueden presentar diversas formas:
  • Ordenadas
  • Desordenadas
  • Filamentosas no ramificadas
  • Filamentosas con falsas ramificaciones
  • Filamentosas con verdaderas ramificaciones
  • Filamentos multiseriados

Importancia y Utilidad de las Cianobacterias

• Las cianobacterias son de los organismos fotoautótrofos más antiguos.
• Importancia ecológica y ambiental:
  • Realizan fotosíntesis oxigénica que aporta oxígeno a la atmósfera.
  • Contribuyen a la formación de la capa de ozono y la protección contra la radiación UV.
  • Facilitan la conquista del ambiente terrestre y la fijación de nitrógeno atmosférico.
  • Actúan como productores primarios en muchos ecosistemas y pioneros en la colonización de suelos.
  • Son precursores de los cloroplastos de algas y plantas terrestres.
• Utilidad:
  • Alimenticia: Algunas especies, como Nostoc commune (gelatina de tierra), se consumen en Japón y China.
  • Farmacéutica: Spirulina sp. se utiliza en dietas de adelgazamiento y como fuente de proteínas y vitaminas.
  • Agrícola: Se utilizan como fertilizantes por su capacidad de fijar nitrógeno atmosférico.

Flores de Agua y Toxicidad

• Las proliferaciones de algas, también conocidas como floraciones, suelen ser sinónimo de eutrofización.
• Las floraciones ocurren por un aumento de nutrientes, provocando el crecimiento exponencial de procariotas, resultando en intoxicaciones y consumo de oxígeno.
• Los géneros más implicados en incidentes de envenenamiento son: Microcystis, Oscillatoria, Anabaena y Aphanizomenon.
• Más del 50% de las floraciones de cianobacterias en aguas continentales son tóxicas.
• Las cianotoxinas son metabolitos secundarios producidos por estos organismos y producen efectos diversos según la especie.
• La síntesis de toxinas se atribuye a factores ambientales como la temperatura, la luz, la estabilidad del pH y la columna de agua.
• Las cianotoxinas pueden ser:
  • Péptidos: Microcystina (MCYS), Nodularina
  • Alcaloides: Anatoxina a (ANTX-a), Anatoxina a (S) (ANTX-s), Saxitoxina (SXT)
  • Dermotoxinas: Aplisiatoxina Lyngbiatoxina
  • Hepatotoxina: Cilindrospermopsina (CYN)
  • Irritantes: Lipopolisacaridos (LPS)
• Las cianotoxinas pueden afectar al el sistema nervioso, digestivo, mucosas y piel.

Ejemplos de Intoxicaciones

• En Brasil (1985), hubo 2000 casos de gastroenteritis por agua potable, con 88 letales.
• En Brasil (1996), se documentó el primer caso de intoxicación por vía sanguínea, afectando hígados de pacientes
• En EUA (Rio Ohio 1931) Se documentó el primer reporte mundial de gastroenteritis

Biología, Ecología y Características Generales de Cyanophyta

• Son mayormente autótrofas de vida libre y simbiontes.
• Son ubiquistas y cosmopolitas.
• Se encuentran en ambientes marinos, de agua dulce y tierra húmeda.
• Algunas son epifitas en troncos de árboles.
• Características generales:
  • Estructura celular procariótica.
  • Organización unicelular o cenobial.
  • Carecen de cilios y undulipodios.
  • Pigmentos: clorofila a, carotenos β, oxicarotenos y cromobiliproteínas (ficocianina y ficoeritrina).
  • Productos de reserva: glucógeno, cianoficina, poli-β-hidroxibutirato y volutina.
  • Pared celular de mureína y vaina gelatinosa pigmentada, celulósica en los heterocistes.
  • Reproducción asexual por división celular; en algunas formas se producen endosporas.
  • Distribución cosmopolita.
  • Ecología eurioica.

Algas Eucariotas: Concepto de Grupo y Diversidad

• Incluyen más de 40.000 especies.
• Son unicelulares o pluricelulares, generalmente fotoautótrofas.
• Presentan organización protofítica o talofítica.
• Clasificación:
  • Protófitas (unicelulares, cenobiales o coloniales): Divisiones Euglenophyta y Dinophyta, Ochrophyta (Clase Bacillariophyceae), Chlorophyta*.
  • Talófitas (pluricelulares con talo): Divisiones Ochrophyta (Clase Phaeophyceae), Rhodophyta, Chlorophyta*.
• La diversificación está relacionada con los procesos de adquisición de cloroplastos.
• La teoría endosimbiótica seriada explica que los cloroplastos derivan de cianofitos englobados y mantenidos en simbiosis dentro de la célula eucariota.

Teoría Endosimbiótica

• Sugiere que orgánulos de las células eucariotas, como plastos y mitocondrias, provienen de organismos procariotas primitivos.
• Estos procariotas fueron incorporados por fagocitosis en células eucariotas, estableciendo una relación endosimbiótica.
• Acontecimientos endosimbióticos propuestos en la evolución de las algas:
  • Endosimbiosis primaria: Un procariota fotosintético es engullido por una célula heterótrofa.
  • Endosimbiosis secundaria: Un alga es engullida por otra célula heterótrofa.
  • Endosimbiosis terciaria
• Que este proceso se haya realizado una, dos o tres veces explicaría el distinto número de membranas cloroplastidiales presentes en los linajes.
• Grupos de algas con plastos adquiridos secundariamente: Criptofita, Dinofita, Haptofita, Xantófita, Crisófita y Ochrofita, Euglenofita.

División Dinophyta

• Características generales:
  • Unicelulares flageladas cercanas a protozoos.
  • Principalmente marinas, aunque también se encuentran en agua dulce.
  • Muy numerosas con aproximadamente 2,200 especies y 150 géneros.
• Estructura celular:
  • Pueden presentar formas desnudas con periplasto o formas blindadas con teca de membrana celular y placas de celulosa.
  • La pared celular está formada por dos tecas o valvas: epiteca o epivalva (superior) e hipovalva o hipoteca (inferior)."
  • Entre las teca y valva, hay un cíngulo que aloja un flagelo ondulado para el movimiento de rotación
  • Tienen un sulco longitudinal donde se sitúa otro flagelo para el movimiento y dirección.
  • Vesículas anfiesmáticas: sintetizan materiales de la teca y tricocistes bajo la membrana plasmática.
  • Vacuolas pulsátiles: expulsan sustancias de desecho.
  • Plastos: con tres unidades de membrana, tilacoides de tres en tres y pirenoide asociado; el almidón es la sustancia de reserva.
  • Pigmentos: clorofilas 'a' y ('c'), xantofilas (dinoxantina, diadinoxantina, peridinina, diatoxantina y fucoxantina).
  • Núcleo (dinocarión): voluminoso y central, con cromosomas visibles y ADN no asociado a histonas.
• Diversidad morfológica:
  • Monadales o mononoides (unicelulares flagelados).
  • Cocales (unicelulares sin flagelos).
• Ejemplos de géneros: Ceratium, Peridinium, Protoperidinium y Dinophysis.
• Distribución y ecología:
  • Aguas dulces, marinas y ambientes salobres.
  • Mayormente fotoautótrofas, algunas endosimbióticas y otras predadoras o parásitas.
  • Planctónicas, sobre todo en mares cálidos [1.5-2 millones/litro de agua].
  • Segundos productores primarios más importantes tras las diatomeas.

Mareas Rojas causadas por Dinoflagelados

• Son proliferaciones por reproducción asexual de algunas especies, debidas a cambios ambientales y aumento de nutrientes.
• Se dan situaciones de calma en el mar que originan altas concentraciones celulares (más de 100 millones de células por litro).
• Pueden ocasionar grandes pérdidas, pues ciertos dinoflagelados (como Dinophysis acuta, Prorocentrum lima y Gymnodinium caienatum) excretan toxinas.
• Toxinas (sulfuros) pueden provocar la muerte de organismos marinos y bivalvos filtradores.
• Altas concentraciones: (hasta 5-6m cells/L) por Dinophysis y Gonyaulax
• Causas: Alta luminosidad, temperatura elevada y eutrofización (materia orgánica, ríos)
• Toxinas: Tipos pépticos, proteicos y alcaloides.
• Síntomas en humanos:
  • Directo: mucosa, ureticaria (quemaduras), asfixia, inflamación.
  • Indirecta: trastornos digestivos (ácidos), parálisis y problemas, calambres/pérdidas de memoria, necrosis hemorrágica

Características Generales de Dinophyta

• Estructura celular eucariótica (mesocariótica).
• Organización unicelular (raramente cenobial o filamentosa).
• Pigmentos: clorofilas a (y c en algunas especies), carotenos β, oxicarotenos (diadinoxantina, diatoxantina y peridina).
• Productos de reserva: almidón extraplastidial, a veces grasas.
• Pared celular: celulosa en vesículas bajo la membrana citoplasmática (anfiesma).
• Movilidad: dos flagelos perpendiculares (uno rectilíneo pennado a lo largo del sulco y otro ondulado pectinado a lo largo del cíngulo).
• Reproducción asexual (por bipartición) y sexual (poco conocida variable isogamia o anisogamia).
• Distribución cosmopolita.
• Ecología eurioica (prefieren ambientes marinos, aunque algunos grupos son dulciacuícolas).
• Junto a las diatomeas, son componentes principales del plancton.