L2_ alghe.pdf - Appunti sulle Alghe PDF

Insegnamento Scienze biologiche propedeutiche alla medicina veterinaria Unità didattica Alghe Prof. Luciana ROSSI [email protected] Anno accademico: 2024-2025  Organizzazione architettonica delle cellule nel mondo vegetale a)Senza strutture differenziate: le alghe...

Insegnamento Scienze biologiche propedeutiche alla medicina veterinaria Unità didattica Alghe Prof. Luciana ROSSI [email protected] Anno accademico: 2024-2025  Organizzazione architettonica delle cellule nel mondo vegetale a)Senza strutture differenziate: le alghe b) Son forme differenziate all'esterno, alle quali non corrispondono strutture differenziate all'interno: i muschi c) con strutture differenziate sia - esternamente che internamente: piante artie superiori introduzione  introduzione Differenziazione cellulare · c · Fiore alghe muschio Piante superiori  Le alghe sono piante acquatiche? No, sebbene abbiano delle caratteristiche comuni le alghe non sono piante acquatiche. Può compiere la fotosintesi, processo che trasforma Co2 in molecole organiche di glucosio, usate per trarre energia Di tipo chimico o per costituire delle strutture utili alla pianta. Principali caratteristiche in comune tra le alghe e le piante acquatiche CELLULA VEGETALE Effettuano la fotosintesi Tutti i tipi di alghe contengono clorofilla clorofilliana Possiedono pigmenti -ALGHE responsabili della UNICELLULARI colorazione CORMOFITE-Piante a cormo: Vivono in ambiente -TALLOFITE radice, fusto, filloma Pluricellulari, si differenziano dalle acquatico (foglie) piante acquatiche (cormofite, con radice, fusto…)  ALGHE UNICELLULARI E PLURICELLULARI Alcune microscopiche, altre macroscopiche Ci sono circa 35.000 specie di alghe. Nemmeno tutte classificate ALGHE Come traggono energia e nutrimento? In termini di nutrimento producono materia organica a partire da composti inorganici Sono AUTOTROFI che vivono in ambiente acquatico (molto umido) Necessitano di LUCE Hanno cellule eucariotiche (vegetale) con clorofilla.E Sono in grado di sintetizzare proteine complesse, con modificazioni post traduzionali, hanno organelli interni che permettono lo svolgimento simultaneo di più funzioni Trasformano l’anidride carbonica e l’acqua in sostanze organiche che vengono utilizzate dall’organismo quale nutrimento (fotosintesi) Caratteristiche generali Sono colorate perché all’interno presentano dei pigmenti, sono in grado di essere stimolati dalla radiazione luminosa, ma non tutte verdi: possiedono dei pigmenti che mascherano il colore della clorofilla (rosse…) PIGMENTI FOTOSINTETICI Eseguono fotosintesi producendo ossigeno molecolare associato alla presenza di clorofilla a, b o c Possono contenere altri pigmenti (che mascherano il colore verde della clorofilla). NON HANNO TESSUTI DI TRASPORTO: No differenziazione cellulare, sono tutte uguali Anche se di grandi dimensioni non hanno tessuti di trasporto specializzati. Gli organi sono costituiti da cellule interconnesse che muovono nutrienti e metaboliti tra t diversi siti all'interno dell'organismo. Esempio di multicellularità Volvox L. Alga verde (clorifita) che forma colonie sferiche con anche 50.000 cellule. Vive in acqua dolce. colonia di Volvox 1) Cellule biflagellate Responsabili di 9:49 2) Colonia figlia 3) Ponti citoplasmatici 7 Tente INSIEME DaunAMATR 4) Gel intercellulare 5) Cellule riproduttive 6) Cellule somatiche Morfologia delle alghe micron Dimensioni variabili: da pochi um a molti metri Non hanno strutture differenziate. Assenza di differenziamento è legata alla vita in ambiente acquatico (assenza di polarizzazione ambientale e possibilità di galleggiamento). Non vi è differenziamento cellulare se non negli organi riproduttivi o negli artimenticheNon organi adesivi delle alghe sedentarie. Nel caso di organismi coloniali le differenti porzioni della colonia svolgono compiti diversi TALLO è il corpo vegetativo NON DIFFERENZIATO di organismi unicellulari, coloniali o anche pluricellulari: filamentoso, ramificato, piatto. ALGHE Relazione con l’ambiente Le alghe vegetali semplici ubiquitarie che vanno dalle microscopiche microalghe (diatomee) alle alghe macroscopiche (Kelp). Acqua dolce-acqua salata ma anche… pozze d'acqua, fango, ai tronchi, alle rocce e in tutti i luoghi che si mantengono umidi per almeno un periodo dell'anno. INTERAZIONI 2 w - L -w Alcune alghe possano essere parassiti e/o simbiotiche di di altri organismi come protozoi, idre, spugne, gasteropodi, vermi 2 piatti e funghi. -Avere patogene: PROTO THE Ca , responsabile di Matti Te Bovina - Alga + fungo: LICHENI h  Le alghe hanno forme, dimensioni e colori variabili Le alghe e vivono soprattutto negli ambienti acquatici. Si nutrono per diffusione dei soluti dall’ambiente acquatico a tutte le cellule che compongono - l’organismo Le alghe microscopiche galleggianti che formano il fitoplancton sono indispensabili per la vita di tutti gli ambienti acquatici: senza di loro tali ambienti diverrebbero inospitali per qualsiasi altro organismo. Importantissime nella catena alimentare, alimento di pesci erbivori, base della catena Il fitoplancton è anche alla base delle catene Liberano alimentari di questi ambienti perché fonte ossigeno primaria di nutrimento per tutti gli organismi Paragonabile al ruolo delle piante nell’ambiente terrestre animali che vi vivono, dal microscopico zooplancton alle forme più complesse  s FEEn DIFFEREN COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? UNIC LE ALGHE -PLURIS. Possono essere classificate MACROALGHE (seeweaeds) & MICROALGHE (phytoplankton) Fonte di proteine alternative utile per uomo e animali, in EU abbiamo deficit proteico, quelle vegetali Le importiamo dagli US, coltivabili al di fuori delle terre arabili (11-15% della superficie terrestre) l  COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? LE ALGHE & Mantenute insieme da sostanze gelatinose A) UNICELLULARI (possono aggregarsi in colonie oppure formare mucillagini) Eudorina alga verde a sfera gelatinosa. Colonie sferiche libere in acqua il cui Le diatomee esistono come singole involucro gelatinoso risulta essere cellule, anche se alcune di esse si incolore. aggregano per formare delle colonie. Plancton di acque pulite Attraverso estroflessioni cito plasmatiche - Possono essere con cellule mobili (flagellate, ameboidi) o immobili (coccali). b) PLURICELLULARI (possono vivere libere nell’acqua, ma sono perlopiù agganciate al fondo) Solitamente immobili, quelle che si muovono, si muovono in maniera passiva=movimento acque  Metodi di propagazione COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? Classificate in relazione ai metodi di riproduzione Uno dei due gameti più grosso Gameti uguali Il metodo di propagazione sessuale che conduce all'isogamia, all'anisogamia e SCISSIONE BINARA all'oogamia o ai risultati asessuati nei diversi cicli di vita delle alghe. Simile alla riproduzione dei mammiferi, uno dei gameti fermo, simile ad un uovo, ed uno flagellato, più piccolo La presenza o l'assenza di riproduzione sessuale, la complessità degli organi riproduttivi, il metodo di riproduzione sessuale diventa un criterio importante per la classificazione delle alghe. Isogamia  COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? Riproduzione Riproduzione vegetativa per semplice scissione (unicellulari) Frammentazione (pluricellulari): dal tallo di un'alga si distaccano piccoli frammenti, capaci di vivere in modo autonomo, che ingrossandosi formeranno nuovi individui identici al precedente. Spore (particolari cellule rivestite di un involucro di protezione): ogni spora, quando le condizioni ambientali sono favorevoli, si divide per formare altre cellule da cui si svilupperà una nuova alga identica alla precedente. La riproduzione sessuale (gameti) Alcune alghe producono due gameti identici capaci di nuotare perché provvisti di flagelli. Altre hanno solo il gamete maschile libero di nuotare perché la cellula uovo più grande è immobile dentro il tallo. COLORE COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? Distribuzione negli ambienti acquatici: più vicine alla superficie brune intermedie, rosse più in profondità (non eccessive, hanno bisogno di luce) -Chlorophyceae (green algae) CLOROFITE -Phaeophyceae (brown algae) CROMOFITE -Rhodophyceae (red algae). RODOFITE  I pigmenti che utilizzano nell’apparato Pigmentazione fotosintetico ci permettono di separare le alghe in funzione del colore. Clorofille: I tipi di clorofilla presenti nelle alghe sono a, b, c, d, e. Clorofilla-a è presente in tutte le classi di alghe. Carotenoidi : le alghe contengono due tipi di carotenoidi, le xantofille (20 types) e i caroteni (4 types). Biloproteine: sono pigmenti idrosolubili (ficocianina, ficoeritrina e alloficocianina). Permettono la cattura di diverse lunghezze d’onda della luce SIMILE Al GLOBULIROSS I cloroplasti delle alghe hanno una disposizione in pile nei tilacoidi (come apparati fotosintetici).  COME POSSIAMO- CLASSIFICARLE? LE ALGHE CLOROFITE (alghe Verdi): contengono clorofilla e possono essere sia unicellulari che pluricellulari. Comprendono forme flagellate o coccidioidi. Contengono clorifilla a e b. Sono considerate le più evolute con cloroplasti simili a quelli delle piante superiori (Ulva lactuca o lattuga di mare comune nel Mediterraneo). Uva lattuga CROMOFITE (alghe brune): la clorofilla è mascherata da Sargassum (pl.) xantofille.Terret (Oceano Atlantico) & Diatomee e Dinoficee (Unicellulari). vescicole gassose per Le cromofite pluricellulari (alghe brune) contengono dirigere le fronde verso la luce , permettono il galleggiamento sulla fucoxantina. superficie (oceanico atlantico) ALGHE CORALLINE (PLURICELLULARI, MARINE) RODOFITE (alghe rosse): contengono pigmenti come la CON PARETE IMPREGNATE ficoeritrina e ficocianina (biloproteine), le quali assorbono DI CARBONATO DI CALCIO Non hanno clorofilla b mentre le lunghezze d'onda del rosso e del blu. contengono clorofilla a, a- e b- Si ricava l’agar-agar (addensante) carotine e xantofilla. ES. COLTURE BATTERICHE  COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? Prodotti stoccati L'amido è spesso considerato per la distinzione di diversi gruppi di alghe. Tutti i gruppi di alghe hanno gli stessi prodotti primari fotosintetici, ma la natura dei nutrienti di riserva può differire a causa della durata della vita delle alghe. AMIDO, GLICOGENO, LAMINARINA, CRISOLAMINARINA…. Tutte sono in grado di produrre glucosio, ma viene trasformato in amido, costituito da più molecole di glucosio, con osmolarità inferiore, quando è stoccato viene scisso ed esce, poi conservato negli amiloplasti: NELLE ALGHE IL GLUCOSIO PUò ESSERE STOCCATO IN ALTRE FORME : GLICOGENO, LAMINARINA… Alghe brune: La sostanza di riserva è la laminarina (come le diatomee), carboidrato che si accumula nei vacuoli (non all’interno del cloroplasto come piante e alghe verdi). Alghe rosse: SOSTANZA DI RISERVA è l’amido delle floridee, un polimero di glucosio ramificato simile alla frazione amilopectinica dell’amido  COME POSSIAMO CLASSIFICARLE? Prodotti stoccati LE SOSTANZE DI RISERVA possono depositarsi Nelle alghe non abbiamo gli amiloplasti ma Zu VICINO AI PIRENOIDI (corpi tondeggianti a composizione proteica che sono il centro di deposizione di amido e oli) Le diatomee Diverse per forma e dimensioni, strutture esterne complesse, QUASI TUTTE ASSE DI SIMMETRIA Diatomee Bacillariophyta MICROALGHE DIFFUSE IN TUTTO IL MONDO (alghe brune unicellulari) 300.000 specie (alcune fossili) puro Unicellulari con scheletro in silice. Ambiente acquatico (dolce, salata e terreno umido). Organismi liberi o in colonie, liberi che fissati a un substrato. Dimensioni: 10-200um t m Diatomee Alghe unicellulari rivestite da un involucro esterno Bacillariophyta rigido, detto frustolo, formato da due metà. Costituito da silice, provvisto di piccoli fori (ornamenti caratteristici di ciascuna specie). In base alla simmetria e morfologia del frustulo e alla disposizione delle ornamentazioni le Diatomee sono suddivise nei due grandi ordini: 1,2. 1. Centrales (Diatomee centriche), simmetria raggiata, assenza di rafe, forma circolare, ovale, triangolare o quadrata, tipicamente planctoniche, principalmente marine. Longitudinale 2. Pennales (Diatomee pennate), valve a simmetria bilaterale rispetto all’asse longitudinale, frustulo di forma ellittica, bastoncellare o a navetta. Sono bentoniche e colonizzano tutti gli ambienti acquatici. Diatomee Le Diatomee, insieme ad altre alghe unicellulari, formano il fitoplancton e di solito galleggiano sull'acqua, anche se non mancano forme che vivono sui fondali, su altre alghe o su piante. Questo processo, protrattosi per milioni di Quando queste alghe muoiono, la anni, ha determinato la formazione di parte interna degenera, mentre i grossi depositi di rocce sedimentarie frustoli di silice si accumulano nei fondali marini. farinose che, in seguito a lunghi processi geologici, possono emergere e vengono sfruttati dall'uomo per ottenere la 'farina fossile', o terra di diatomee (fonte di silice, materiale isolante, da imballaggio, come sostanza assorbente per la costruzione di filtri, cosmetica e nutrizione) Sicurezza La FDA ha classificato la farina fossile come sostanza "Generalmente riconosciuta come sicura" o GRAS, in particolare quando viene utilizzata come parte di un processo di filtraggio degli alimenti. Per filtrare acque a contatto con gli alimenti Proprietà idroscopica, usata anche per prevenire la formazione di muffe su cereali: producono alcune micro o mucotossine, alcune tossiche o cancerogene, mantenere un ambiente più asciutto (40) -Può essere utilizzato nella conservazione dei cereali come protezione non tossica contro gli insetti che in genere infestano il grano; può essere mangiato con il grano o la farina, fornendo minerali traccia. Dal Pov alimentare: oligoelementi essenziali=minerali in piccole quantità La terra di diatomea Le diatomee alimentari: l’esposizione prolungata nel contiene una tempo può dare problemi a mucose. varietà di oligoelementi, tra Antiparassitario: non è scientificamente comprovata la cui silice, magnesio, sua efficacia come antielmintico intestinale. calcio, sodio e ferro. Fortemente igroscopica, assorbe acqua nel primo tratto del tubo AZIONE gastrointestinale e diventa assai poco efficace contro vermi e altri ADSORBENTE parassiti a livello intestinale.  Diatomee come indicatori ambientali È capace di vivere e replicarsi meglio in un determinato ambiente: so che riesce bene a po’ acido con temperatura a tot e pochi batteri patogeni=valutazione indiretta delle condizioni ambientali L’assenza di diatomee può indicare un ambiente non sano: le condizioni ottimali di crescita sono conosciute e possono essere utili per predire se un determinato ambiente è inquinato o no L’impiego delle Diatomee come indicatori di qualità dei corsi d’acqua è ampiamente accettato in Europa e negli USA. Tutte le specie di diatomee presentano limiti di tolleranza e valori ottimali rispetto alle condizioni dell’ambiente acquatico, quali la concentrazione di nutrienti, l’inquinamento organico e il livello di acidità. Variazioni di temperatura, salinità, ossigeno disciolto, velocità di corrente e sostanza organica caratterizzano infatti la loro ecologia e determinano la distribuzione ed abbondanza delle varie specie nei differenti habitat. Diatomee come indicatori ambientali 1) Le acque maggiormente cariche di nutrienti tendono ad ospitare un maggior numero di specie rispetto alle acque che ne sono quasi del tutto prive come quelle che risultano dallo scioglimento dei ghiacciai e dei nevai. 2) Al contrario, alcune specie sono intolleranti ad elevati livelli di uno o più inquinanti, mentre altre ancora possono essere presenti in ambienti con stato qualitativo ampiamente variabile. Per il monitoraggio dei corsi d’acqua vengono utilizzate le diatomee pennate bentoniche.  Diatomee come bioindicatori Si possono individuare specie di Diatomee tipiche di ambiente non inquinato, di ambiente moderatamente inquinato e alghe di ambienti fortemente inquinati Diatomee tipiche di ambiente Diatomee tipiche di Diatomee tipiche di moderatamente inquinato: ambiente non inquinato: ambiente fortemente Cymatopleura elliptica inquinato: Achnanthes flexella Cymatopleura solea Caloneis amphisbaena Campylodiscus hibernicus Diatoma vulgaris Cyclotella meneghiniana Diatoma hyemalis Gomphonema augur Navicula cuspidata Diatoma mesodon Nitzschia capitellata Gyrosigma nodiferum Ellerbeckia arenaria Nitzschia constricta Meridion circulare Navicula viridula Nitzschia hungarica Pinnularia brebissonii Surirella brebissonii Surirella ovalis MA LA PROLIFERAZIONE ALGALE E’ SEMPRE POSITIVA PER L’AMBIENTE? Eutrofizzazione Problema perché producono ossigeno: dovrebbero arricchire fino ad un certo punto, determina riduzione di scambio fra superficie acquatica e aerea, quando completano il ciclo di vita vanno incontro a morte: putrefazione della materia organica con sviluppo di batteri anaerobi, compromettendo tutta la fauna sottostante ricchezza di sostanze nutritive Notevole sviluppo della vegetazione e del fitoplancton. -Sulla superficie dello specchio: una limitazione degli scambi gassosi (meno passaggio O2 da atmosfera). -Morte algale: meccanismi decompositivi, putrefattivi, fermentativi che liberano grandi quantità di ammoniaca, metano e acido solfidrico, rendendo l'ambiente inospitale anche per altre forme di vita. -Sviluppo organismi anaerobi che sviluppano sostanze tossiche e maleodoranti L’eutrofizzazione è un arricchimento delle acque in sali nutritivi che provoca cambiamenti strutturali all’ecosistema come: l’incremento della produzione di alghe e piante acquatiche, l’impoverimento delle specie ittiche, la generale degradazione della qualità dell’acqua ed altri effetti che ne riducono e precludono l’uso”. Questa è una delle prime definizioni date al processo eutrofico dall’OCSE (Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico) negli anni ’70.  Cause dell’eutrofizzazione Eccessivo uso di fertilizzanti agricoli: sostanze nutritive ad alte concentrazioni, il suolo non riesce più ad assimilarle, Dagli scarichi civili o industriali vengono trasportate dalle piogge nei fiumi e nelle acque sotterranee che confluiscono nei laghi o nei mari. Scarico delle acque reflue nei corpi idrici (paesi in via di sviluppo o per abusivismo senza depurazione) Anche per allevamento, mutazione nell’utilizzo sui suoli agricoli Riduzione della capacità autodepurativa (accumulo di sedimenti). Fioritura algale del 2010 lungo la costa di Qingdao, Cina orientale (http://www.nationalgeographic.it/)  Le alghe sono utili all'uomo? Possono essere utili all’uomo: fonte di proteine con amminoacidi essenziali, ma anche altre applicazioni Le alghe sono utili all'uomo? FERTILIZZANTE: utilizzate come concime per fertilizzare il suolo perché mettono a disposizione delle piante i sali minerali che ne favoriscono la crescita. SISTEMI INTEGRATI DI ALLEVAMENTO: fitorimedio (rimuovono il 90% dei nutrienti nelle deiezioni animali); biogas. Possiamo sfruttare la capacità delle alghe di depurare PRODUZIONE DI AGAR: Le pareti cellulari di alcune alghe rosse contengono l'agar, una sostanza mucillaginosa di cui il Giappone è il maggiore produttore (cosmetici, capsule di medicinali, gelatine, terreni di coltura). ALIMENTO: Soprattutto in Giappone, ma anche in Cina e nelle isole del Pacifico, le alghe sono un alimento diffuso perché ricco di vitamine e di sali minerali, analogamente agli alimenti vegetali che caratterizzano la nostra dieta (zuppe/sushi). Tradizionalmente utilizzate in medicina per il trattamento della deficienza di iodio) Alghe rosse per la produzione di agar agar L’agar agar (o kanten, com’è noto nel suo paese di origine, il Giappone), è un estratto naturale di alcune varietà di alghe rosse. E’ un polisaccaride che viene impiegato come gelificante Sistemi di coltivazione delle alghe  Mercato delle alghe Mercato in forte espansione Popolazione Mondiale crescita (alimenti) Non utilizza terra arabile  Raccolta Macro alghe possono essere raccolte, alcune direttamente in mare: no investimenti economici, basta chiedere concessione al governo, delimitare l’alga… (rischio intrinseco di fattori ambientali, l’ambiente in cui vivono può condizionarne le caratteristiche. Controllo qualità prodotto) Qualità dell’acqua è fondamentale Sistemi di coltivazione delle alghe Industria in crescita (da 3,8 milioni ton nel 1990 a 19milioni nel 2010; FAO). 95% delle alghe in commercio risulta dalla coltivazione (non dal raccolto casuale). Ambienti variabili (salinità, nutrienti, temperatura, luce…) Sistemi di raccolta diversi a seconda della specie (rimozione dell’intera pianta/solo della parte superiore) Massimizzare produzione composti Ricche di acqua: 95-96%, non si possono commercializzare così, andrebbero a male, vengono essiccate e commercializzate come polvere Vengono commercializzate come farina di alghe: essicazione, macinazione SISTEMI APERTI-ORIZZONTALI- PANNELLI- VERTICALI Bioreattori per coltivazione di micro alghe: essendo unicellulari sono considerati come batteri, diversi ingredienti Alghe come alimenti funzionali Mercato degli alimenti funzionali in grande crescita (annual rate 15-20%) Polisaccaridi Vitamine Sostanze bioattive (proteine, lipidi e polifenoli) Semplice coltivazione ed elevate Alghe hanno un grande biomassa potenziale sia come alimenti Governo della Malesia: scale up funzionali che come base per Da 13,500 ton del 2010 estratti funzionali A 150,000 ton nel 2020) Alghe come alimenti funzionali Alto contenuto di fibra (+++solubile: ingrediente funz. per la prevenzione di patologie come obesità, diabete e patologie cardiovascolari ). 20g di Ggracilaria changii (a.rossa) è sufficiente per soddisfare il 50% del fabbisogno giornaliero. Considerabili come fonte di fibra solubile, permette di creare film protettivo, usata nelle diete di cani in sovrappeso: senso di sazietà Basso contenuto lipidico * I lipidi che contengono sono Omega 3, acidi grassi polinsaturi, ruolo anti infiammatorio Carotenoidi naturali (attività antitumorale; maggior assorbimento rispetto alle molecule di sintesi) Composizione dei nutrienti principali delle alghe utilizzate in alimentazione Alghe come alimenti funzionali Proteine La composizione aminoacidica riflette il fabbisogno in aminoacidi essenziali Che dobbiamo introdurre per forza con la dieta perché il nostro corpo non riesce dell’uomo/animali. a produrli partendo da altri (uova, proteina latte, carne..)  Alghe come alimenti funzionali Profilo lipidico Il profilo lipidico differisce rispetto a quello Variazioni stagionali delle piante terrestri e fattori abiotici Il contenuto di PUFA è elevato (+++ EPA (luce, salinità, e acido arachidonico) nutrienti) Pufa: acidi grassi PUFAs>MUFAs>SFAs poli - n3PUFA= 98% saturi Mufa: monoinsaturi Sfa: a catena · n6PUFA=2% lunga Rapporto ideale: n6/n3