Le Alghe: Caratteristiche Generali (PDF)

LE ALGHE CARATTERISTICHE GENERALI ========================= Alghe e piante acquatiche ------------------------- Sebbene abbiano delle caratteristiche comuni, le alghe non sono piante acquatiche. In comune hanno: - Essere costituiti da cellule vegetali - Effettuano la fotosintesi - Possi...

LE ALGHE CARATTERISTICHE GENERALI ========================= Alghe e piante acquatiche ------------------------- Sebbene abbiano delle caratteristiche comuni, le alghe non sono piante acquatiche. In comune hanno: - Essere costituiti da cellule vegetali - Effettuano la fotosintesi - Possiedono pigmenti responsabili della colorazione - Vivono in ambiente acquatico Come traggono energia e nutrimento? --------------------------------------------------------- Le alghe sono organismi autotrofi che vivono in ambiente acquatico (molto umido), presentano cellule eucariotiche (vegetali) con clorofilla. Trasformano quindi l'anidride carbonica e l'acqua in sostanze organiche che vengono utilizzate dall'organismo quale nutrimento (fotosintesi); per questo motivo necessitano di luce. Morfologia ---------- Eseguono la fotosintesi, producendo ossigeno molecolare associato alla presenza di clorofilla a, b o c. Possono contenere altri pigmenti (che mascherano i colore verde della clorofilla). **Non hanno tessuti di trasporto:** anche se di grandi dimensioni non hanno tessuti di trasporto specializzati. Gli organi sono costituiti da cellule interconnesse che muovono nutrienti e metaboliti tra diversi siti all\'interno dell\'organismo. Le alghe presentano dimensioni variabili: da pochi μm a molti metri. Non presentano strutture differenziate, questo è legato alla vita in ambiente acquatico (assenza di polarizzazione ambientale e possibilità di galleggiamento). Non è presente alcun tipo di differenziamento cellulare, se non negli organi riproduttivi o negli organi adesivi delle alghe sedentarie. Nel caso di organismi coloniali, le differenti porzioni della colonia svolgono compiti diversi. Il **tallo** è il corpo vegetativo [non differenziato] di organismi unicellulari, coloniali e anche pluricellulari, è filamentoso, ramificato e piatto. Relazione con l'ambiente ------------------------ Le alghe vegetali semplici **ubiquitarie** che vanno dalle microscopiche microalghe (diatomee) alle alghe macroscopiche (Kelp), vivono in: [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. Alcune alghe possano essere **parassiti e/o simbiotiche** di altri organismi come protozoi, idre, spugne, gasteropodi, vermi piatti e funghi. *Alga + fungo = licheni*  Le alghe microscopiche galleggianti che formano il **fitoplancto**n sono indispensabili per la vita di tutti gli ambienti acquatici: senza di loro tali ambienti diverrebbero inospitali per qualsiasi altro organismo. Il fitoplancton è anche alla base delle catene alimentari di questi ambienti perché fonte primaria di nutrimento per tutti gli organismi animali che vi vivono, dal microscopico zooplancton alle forme più complesse CLASSIFICAZIONE =============== Possono essere classificate in: - **MACROALGHE** (seeweaeds) - **MICROALGHE** (phytoplankton) Tipologia cellulare ------------------- **Alghe unicellulari:** possono aggregarsi in colonie oppure formare mucillagini; possono essere con cellule mobili (flagellate, ameboidi) o immobili (coccali). - **Eudorina →** alga verde a sfera gelatinosa. Colonie sferiche libere in acqua il cui involucro gelatinoso risulta essere incolore. Plancton di acque pulite - **diatomee** **→** esistono come singole cellule, anche se alcune di esse si aggregano per formare delle colonie. **Alghe pluricellulari:** possono vivere libere nell'acqua, ma sono perlopiù agganciate al fondo Metodi di propagazione ---------------------- 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. Il metodo di propagazione sessuale che conduce **all\'isogamia, all\'anisogamia e all\'oogamia** o ai risultati **asessuati** nei diversi cicli di vita delle alghe. Tipologia di 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 ----------------------------- - **Alghe verdi** (green algae -- chlorophyceae) **→ Clorofite** - **Alghe Brune** (brown algae - phaeophyceae) **→ Cromofite** - **Alghe rosse** (red algae -- rhodophyceae) **→ Rodofite** Pigmentazione ------------- I pigmenti che utilizzano nell'apparato 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). I cloroplasti delle alghe hanno una disposizione in pile nei tilacoidi (come apparati fotosintetici). Prodotti stoccati ----------------- 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\....** **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. Le sostanze di riserva possono depositarsi vicino ai **pirenoidi** (corpi tondeggianti a composizione proteica che sono il centro di deposizione di amido e oli). Eutrofizzazione → ricchezza di sostanze nutritive ------------------------------------------------- Un notevole sviluppo della vegetazione e del fitoplancton porta a: - Sulla superficie dello specchio: **una limitazione degli scambi gassosi** (meno passaggio O~2~ da atmosfera). - **Morte algale**: meccanismi decompostivi, 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:** - Eccessivo uso di fertilizzanti agricoli: sostanze nutritive ad alte concentrazioni, il suolo non riesce più ad assimilarle, 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) - Riduzione della capacità autodepurativa (accumulo di sedimenti). 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. **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) **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). 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 ----------------------------------- - 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) Vengono commercializzate come farina di alghe: essicazione, macinazione Alghe come alimenti per l'uomo ------------------------------ Il mercato delle alghe come alimenti funzionali è in grande crescita (annual rate 15-20%) in quanto le alghe sono fonte di: - Polisaccaridi - Vitamine - Sostanze bioattive (proteine, lipidi e polifenoli) Le alghe hanno un grande potenziale sia come alimenti funzionali che come base per estratti funzionali. Le alghe sono inoltre vantaggiose in quanto: - **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. - **Basso contenuto lipidico** - **Carotenoidi naturali** (attività antitumorale; maggior assorbimento rispetto alle molecule di sintesi) - **Proteine:** la composizione amminoacidica riflette il fabbisogno in amminoacidi essenziali dell'uomo/animali Alghe come alimenti per gli animali ----------------------------------- Le alghe sono state utilizzate come alimento per gli animali sin dai tempi più antichi (seccate e conservate/ insilate). Abbandonate nel 1900 perchè considerate poco nutrienti, vennero successivamente valorizzate come alimenti funzionali (componenti bioattive, minerali chelati, carboidrati complessi con attività prebiotica, pigmenti e acidi grassi polinsaturi). *Asparagopsis taxiformis*, vengono pescate nei pressi delle Azzorre (Penn State University) per essere trasformate in estratti e somministrate alle bovine, per la riduzione delle emissioni di metano nelle bovine. DIATOMEE ======== Alghe unicellulari, rivestite da un involucro esterno rigido detto **frustolo**, formato da due metà. Lo scheletro è costituito da silice, provvisto di piccoli fori (ornamenti caratteristici di ciascuna specie). Vivono in ambiente acquatico (dolce, salata e terreno umido). Possono vivere come organismi liberi o in colonie, in questo caso possono essere sia liberi che fissati su un substrato. 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. 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. 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. Quando queste alghe muoiono, la parte interna degenera, mentre i frustoli di silice si accumulano nei fondali marini. Questo processo, protrattosi per milioni di anni, ha determinato la formazione di grossi depositi di rocce sedimentarie 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) Diatomee ed utilizzo -------------------- Le **diatomee alimentari**: l'esposizione prolungata nel tempo può dare problemi a mucose. **Antiparassitario**: non è scientificamente comprovata la sua efficacia come antielmintico intestinale. **Fortemente igroscopica**, assorbe acqua nel primo tratto del tubo gastrointestinale e diventa assai poco efficace contro vermi e altri parassiti a livello intestinale. Diatomee come indicatori ambientali ----------------------------------- 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. - 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. - 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. 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 | **Diatomee tipiche di | **Diatomee tipiche di | | ambiente non | ambiente | ambiente fortemente | | inquinato** | moderatamente | inquinato** | | | inquinato** | | +=======================+=======================+=======================+ | Achnanthes flexella | Cymatopleura | Caloneis amphisbaena | | | elliptica | | | Campylodiscus | | Cyclotella | | hibernicus | Cymatopleura solea | meneghiniana | | | | | | Diatoma hyemalis | Diatoma vulgaris | Navicula cuspidata | | | | | | Diatoma mesodon | Gomphonema augur | Nitzschia capitellata | | | | | | Ellerbeckia arenaria | Gyrosigma nodiferum | Nitzschia constricta | | | | | | Meridion circulare | Navicula viridula | Nitzschia hungarica | | | | | | Pinnularia | Surirella brebissoni | Surirella ovalis | | brebissonii | | | +-----------------------+-----------------------+-----------------------+