Introducción al estudio de las algas

Tema General: Algas

• Las algas son un grupo diverso de organismos fotosintéticos, tanto protófitos como talófitos.
• Pertenecen a linajes sin relación filogenética clara, lo que las hace polifiléticas.

Clasificación Principal

• Algas Procariotas: División Cyanophyta.
• Algas Eucariotas: Incluyen Dinophyta (o Pyrrophyta), Ochrophyta, Rhodophyta y Chlorophyta.

Pigmentos Fotosintéticos

• Las algas se distinguen por pigmentos que absorben la luz solar, con enlaces dobles conjugados para su aprovechamiento.
• Clorofila A es esencial para la fotosíntesis, siendo un pigmento liposoluble con un anillo porfirínico y magnesio central.
• El anillo de porfirina absorbe luz, mientras que la cadena fitol mantiene la clorofila en la membrana fotosintética.
• Los pigmentos clorofílicos son insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos (alcohol etílico y acetona).

Tipos de Clorofilas

• Clorofila b: R2 = -CHO.
• Clorofila c1: R4 = -CH=CH-COOH, con un doble enlace entre las posiciones 7 y 8.
• Clorofila c2: R1 = -CH=CH2, con R4 = -CH=CH-COOH y doble enlace entre las posiciones 7 y 8.
• Clorofila d: R3 = -CHO.
• Otros pigmentos importantes incluyen Carotenos y Oxicarotenos, así como Cromobiliproteínas (Ficoeritrina y Ficocianina).

Algas Procariotas vs. Eucariotas (Clasificación por Reino)

• Algas Procariotas: División Cyanobacteria.
• Algas Eucariotas (Reino Chromista): Divisiones Miozoa y Ochrophyta.
• Algas Eucariotas (Reino Plantae): Divisiones Rhodophyta, Chlorophyta y Charophyta.

Caracteres generales de las procariotas

• No poseen un núcleo definido.
• No experimentan mitosis ni meiosis.
• Tienen un nivel bajo de organización celular.
• Carecen de orgánulos como plastos, mitocondrias y RE.
• Su pared celular está hecha de heteropolímeros exclusivos, como mureína (peptidoglucano).
• Muchas son anaerobias y fijan nitrógeno (N2).
• Poseen flagelos simples compuestos de flagelina.
• Se clasifican en la División Cyanophyta (Clase Cyanophyceae).
• Difieren de otras bacterias por contener clorofila A, lo que les permite realizar fotosíntesis con liberación de oxígeno.

División Cyanophyta: Estructura Celular

• Las células cianobacterianas constan de dos partes diferenciadas.
• Centroplasma (incoloro): Presenta ribosomas, gránulos de volutina, cianoficina, arginina, asparagina (reserva de nitrógeno) y filamentos de ADN.
• Cromatoplasma (coloreado): Contiene tilacoides con pigmentos fotosintéticos, ARN, ribosomas, y carboxisomas con la enzima RUBISCO (fijación de CO2).
• La pared celular está constituida por mureína o peptidoglucano, un copolímero de N-acetil-glucosamina y ácido N-acetil murámico.
• Puede estar acompañada de una vaina gelatinosa, y el peptidoglucano protege contra la ruptura osmótica.

División Cyanophyta: Citoplasma y Movilidad

• Centroplasma: Incoloro, contiene el ADN.
• Cromatoplasma: Coloreado, azul-verdoso, incluye gránulos de ARN.
• Pigmentos: Contienen clorofila-A, beta-caroteno, varias xantofilas y ficobilinas (ficocianina azul y ficoeritrina roja).
• Movilidad: No tienen flagelos, pero algunas especies muestran movimientos de cabeceo/vaivén (Oscillatoria) o rotación (Spirulina) por liberación de mucílago.

División Cyanophyta: Reproducción

• Se reproducen solo asexualmente por bipartición.
• Multiplicación Vegetativa: Por hormogonios, segmentos de filamentos que se separan para crear nuevos filamentos.
• Por endosporas o esporas resistentes (acinetos) que engrosan la pared celular y acumulan reservas, dando lugar a nuevos filamentos en condiciones favorables.
• Heterocistes: No son células reproductoras, sino que fijan el nitrógeno atmosférico.

División Cyanophyta: Heterocistes

• Células especializadas en fijar N2, de tamaño diferente y sin pigmentos, con pared de tres estratos sin mureína y anoxia interna.
• Los cambios morfológicos incluyen la deposición de capas adicionales.
• N≡N → 2 NH3.
• Las cianobacterias son organismos fotosintéticos y aerobios capaces de fijar nitrógeno molecular y transformarlo en amonio.
• La fijación del nitrógeno la realiza la enzima nitrogenasa, inactivada por la presencia de oxígeno, junto con enzimas glicolíticas.
• Carecen de carboxisomas y dependen de carbohidratos translocados.

División Cyanophyta: Formas

• Ordenadas: Chroococcus sp., Merismopedia
• Desordenadas: Gloeocapsa, Microcystis
• Filamentosas no ramificadas: Nostoc, Anabaena, Arthrospira (Spirulina), Oscillatoria
• Filamentosas con falsas ramificaciones: Scytonema, Tolypothrix
• Filamentos multiseriados: Stigonema

División Cyanophyta: Importancia

• Son los organismos fotoautótrofos más antiguos.
• Realizan fotosíntesis oxigénica que libera oxígeno a la atmósfera y forma la capa de ozono, lo que permite la vida terrestre.
• Son productores primarios en casi todos los ecosistemas.
• Son fijadores de nitrógeno atmosférico.
• Son pioneros en la colonización de suelos.
• Son precursores de los cloroplastos en algas y plantas terrestres.

División Cyanophyta: Utilidad

• Alimenticia: Nostoc commune (gelatina de tierra) en Japón y China.
• Farmacéutica: Spirulina spp. para dietas de adelgazamiento como fuente de proteína y vitaminas.
• Agrícola: Fertilizantes por su capacidad de fijar nitrógeno atmosférico (hasta 50 Kg de N/Ha).

División Cyanophyta: Flores de Agua y Toxicidad

• La proliferación de algas (floraciones) son sinónimos de eutrofización.
• Las floraciones ocurren cuando hay un aumento de nutrientes, lo que resulta en un crecimiento exponencial que puede causar intoxicaciones por cianotoxinas.
• La descomposición de estas floraciones agota el oxígeno en el agua, causando la muerte de plantas y peces.
• Los géneros más implicados en envenenamientos son Microcystis, Oscillatoria, Anabaena y Aphanizomenon.
• Más del 50% de las floraciones de cianobacterias en aguas continentales son tóxicas.
• Las cianotoxinas son sintetizadas como metabolitos secundarios y varían según la especie, toxicidad y características del organismo afectado.
• Se atribuye importancia a la temperatura, la luz, la estabilidad de la columna de agua y el pH.
• Las cianotoxinas pueden ser péptidos, alcaloides o lipopolisacáridos que afectan al sistema nervioso, digestivo, mucosas y piel.

División Cyanophyta: Toxicidad por Cianobacterias

• Péptidos Cíclicos (ej: Microcystina y Nodularina) o Alcaloides (ej: Anatoxina a, Saxitoxina) constituyen las cianotoxinas que causan efectos según el órgano o sistema afectado.

División Cyanophyta: Ejemplos de Intoxicaciones y Biología/Ecología

• En Brasil (1985), 2000 casos de gastroenteritis por agua potable con 88 letales debido a microcystina.
• En Brasil (1996), primer registro mundial de intoxicación por vía sanguínea: 130 pacientes dializados presentaron patologías hepáticas.
• Son autótrofas de vida libre que viven en simbiosis con hongos, helechos y raíces de plantas.
• Son ubicuas y cosmopolitas, viviendo en sitios húmedos.
• Viven en agua marina, dulce y tierra húmeda, preferentemente en bordes de ríos, arroyos o como epifitas en árboles.

División Cyanophyta: Características Generales

• Estructura celular: procariótica, de tamaño superior a otras bacterias.
• Organización: unicelulares o cenobiales, sin cilios ni undulipodios.
• Pigmentos: clorofila a y b, carotenos, oxicarotenos, ficocianina y ficoeritrina.
• Productos de reserva: glucógeno, cianoficina, poli-ß-hidroxibutirato, volutina.
• Pared celular: mureína, una vaina gelatinosa, lípidos y polisacáridos.
• Reproducción: asexual por división celular, con endosporas.
• Distribución: cosmopolita.
• Ecología: eurioicas, viven en ambientes húmedos, excepto aguas ácidas.
• Son capaces de fijar nitrógeno.

Algas Eucariotas: Concepto de Grupo y Diversidad

• Más de 40,000 especies.
• Unicelulares o pluricelulares, generalmente fotoautótrofas, con organización protofítica o talofítica.
• Divisiones: Euglenophyta, Dinophyta, Ochrophyta, Chlorophyta y Rhodophyta.
• Protófitas: unicelulares, cenobiales o coloniales (División Euglenophyta, Dinophyta, Ochrophyta (Clase Bacillariophyceae), Chlorophyta).
• Talófitas: pluricelulares con talo (División Ochrophyta (Clase Phaeophyceae), Rhodophyta, Chlorophyta).
• La diversificación está relacionada con los procesos en los que las células eucariotas adquieren cloroplastos.
• Esto se explica con la teoría endosimbiótica seriada.

Teoría endosimbiótica

• Postula que algunos orgánulos eucariotas se originaron a partir de organismos procariotas que fueron fagocitados e integrados como simbiontes.
• El proceso se ha realizado una, dos o tres veces durante la evolución.

Grupos de Algas con Plastos Adquiridos Secundariamente

• División Criptofita (aprox. 120 sp.).
• División Dinofita (aprox. 2,500 sp.).
• División Haptofita (aprox. 250 sp.).
• División Xantófita (Clase Xantofíceas aprox. 400 sp.).
• División Crisófita (Clase Crisofíceas aprox. 1000 sp.).
• División Ochrofita (Clase Bacillariofíceas aprox. 20,000 sp. y Clase Feofíceas aprox. 2000 sp.).
• División Euglenofita (aprox. 800 sp.).

División Dinophyta: Características

• Unicelulares flageladas cercanas a los protozoos.
• Principalmente marinas, pero también en agua dulce.
• Muy numerosas: 2,200 especies y 150 géneros.
• Algunas formas presentan una cubierta débil llamada periplasto y otras la teca (cubierta celular estructurada en 2 tecas).
• La pared celular presenta dos tecas o valvas: epiteca o epivalva (superior) e hipovalva o hipoteca (inferior).
• El cíngulo es un surco transversal aloja un flagelo ondulado.
• Sulco: surco longitudinal con otro flagelo para el movimiento de avance y dirección.

División Dinophyta: Estructura Celular

• Vesículas anfiesmáticas bajo la membrana plasmática que sintetizan materiales para la teca y los tricocistes.
• Vacuolas pulsátiles para expulsar desechos a través de canalículos.
• Plastos con tres membranas y tilacoides triples, pirenoide asociado y almidón como reserva.
• Núcleo (=Dinocarión) voluminoso y central.
• Cromosomas siempre visibles.
• ADN no asociado a histonas.
• Pigmentos: clorofilas 'a' y ('c'), xantofilas (dinoxantina, diadinoxantina, peridinina, diatoxantina y fucoxantina)

División Dinophyta: Morfología y Diversidad

• Monadales o mononoides: Unicelulares flagelados (mayoría). Varían en disposición de placas, posición de surcos y ornamentaciones.
• Cocales: Unicelulares sin flagelos (pocos). Cenobiales o filamentosos (poco desarrollados), incluso algunos ameboides.

División Dinophyta: Distribución y Ecología

• Aguas dulces, marinas (principalmente) y ambientes salobres.
• Mayormente fotoautótrofos, algunos endosimbióticos de animales y protozoos (zooxantelas), pero también predadores o parásitos.
• Fotoautótrofos planctónicos, sobre todo en mares cálidos con alta concentración.
• Son los segundos productores primarios más importantes, después de las diatomeas.

División Dinophyta: Mareas Rojas

• Proliferaciones por reproducción asexual debido a cambios ambientales y aumento de nutrientes.
• Causan concentraciones de más de 100 millones de células por litro.
• Algunas especies excretan toxinas (sulfuros) que provocan la muerte de organismos marinos: Dinophysis acuta, Prorocentrum lima, Gymnodinium caienatum.
• Las altas concentraciones (5-6 millones de células por litro) incluyen Dinophysis y Gonyaulax.

División Dinophyta: Causas y Toxicidad de Mareas Rojas

• Causas: Excesiva luminosidad, alta temperatura y eutrofización del agua.
• Toxinas: Peptídicas, proteínicas y alcaloídicas, peligrosas para el ser humano.
• Toxicidad directa: Afectan la piel, mucosas y aparato respiratorio (urticaria, asfixia, inflamación).
• Toxicidad indirecta: Por consumo de mariscos contaminados (trastornos digestivos, parálisis muscular, trastornos neurológicos, necrosis hemorrágica del hígado).

División Dinophyta: Características Generales

• Estructura celular: eucariótica (mesocariotica).
• Organización: unicelular (raramente cenobial o filamentosa).
• Pigmentos: clorofila a (y c), carotenos y oxicarotenos.
• Productos de reserva: almidón extraplastidial.
• Pared celular: celulosa en vesículas bajo la membrana citoplasmática (anfiesma).
• Movilidad: dos flagelos perpendiculares.
• Reproducción: asexual por bipartición, y sexual (isogamia o anisogamia).
• Distribución: cosmopolita.
• Ecología: eurioicas, preferentemente marinas, aunque algunas son dulciacuícolas.
• Observaciones: Componentes principales del plancton, responsables de "mareas rojas" y causantes de intoxicaciones por toxinas.