2.16: Diatomeas - Algas Fotosintéticas Unicelulares

Diatomeas

Las diatomeas son un filo de algas fotosintéticas unicelulares y son un grupo significativo por su estructura y ecología únicas.

Fósil de diatom

Taxonomía y filogenia

Las diatomeas representan un grupo distinto pero la ubicación del grupo de diatomeas es problemática tanto en términos de nivel (filo o clase) como en términos de filogenia (es decir, con quién se agrupan). Pueden colocarse en el reino 'misceláneo', el Reino Protista, que es práctico pero no filogenéticamente exacto. Tienen afinidades a varios otros grupos, en particular las algas pardas. En una serie de esquemas taxonómicos se colocan en un grupo llamado 'heterocontes', a veces en un reino 'Chromista' y a veces en un filo de Ochrophyta. Los grupos que a veces se asocian con ellos incluyen las algas 'doradas', las algas pardas, y algunas formas no fotosintéticas, en particular los mohos de agua (Oomycota). Ahora se piensa que el grupo se originó a partir de una asociación endosimbiótica de un alga roja (un eucariota) con otro eucariota y que los cloroplastos de diatomeas y grupos relacionados representan derivados de las algas rojas.

Dado que se cree que las algas rojas mismas (como todos los eucariotas) se originaron a partir de un evento endosimbiótico (este es considerado como el evento endiosimbiótico primario), la endosimbiosis que produjo diatomeas se considera una 'endosimbiosis secundaria'. Evidencia de esto se puede encontrar en el sistema de membrana de los cloroplastos. Los cloroplastos de algas rojas, algas verdes y plantas tienen dos membranas, una que se cree deriva de un simbionte procariota, una cianobacteria (= algas verdeazuladas) y otra derivada del huésped que la envolvía (la membrana fagosómica (la membrana que rodea a la partícula que se engullió). Los cloroplastos de las diatomeas (y los grupos que se cree que están relacionados con ellos) tienen cuatro membranas. Las dos membranas 'extra' representan la membrana externa de las algas rojas engulladas más la membrana fagosómica del segundo evento endosimbiótico. Se cree que las diatomeas y el grupo heterocont/cromista/ocrofito en su conjunto son de origen relativamente reciente, obviamente después del origen de las algas rojas y también mucho después del origen de las plantas. La coloración de las diatomeas, y de los miembros fotosintéticos del grupo heterocont/cromista/ocrofito en su conjunto, es marrón o amarillo-marrón (ocre es de color amarillo/marrón) y proviene de la presencia de un pigmento diferente, la clorofila c, además de la clorofila a.

Estructura

Las diatomeas son unicelulares, y como la mayoría (¡pero no todas!) organismos unicelulares, son pequeños, generalmente de 20-100 um de tamaño, y solo visibles a simple vista como polvo. Tienen una pared celular con una composición única (en términos biológicos), estando compuestas por dióxido de sílice, un mineral muy común (el cuarzo es dióxido de sílice, así el vidrio y (la mayoría) la arena tiene la misma composición). Las paredes celulares de la mayoría de los organismos suelen ser de naturaleza polisacárida (es decir, a base de carbono). Así, la mayoría de las paredes celulares se considerarían 'orgánicas' si se define orgánico sobre la base del carbono (como hacen la mayoría de los químicos); pero si se considera que 'orgánico' significa relacionarse con seres vivos entonces el dióxido de sílice a veces es orgánico, pero solo raramente, ya que solo unos pocos otros grupos de organismos utilizan el material en su estructura (ver colas de caballo). Otra característica distintiva de la pared celular de las diatomeas es que está compuesta por dos partes distintas ('frustules'), una mitad 'superior' que es ligeramente más grande y cuyos lados se superponen a la mitad 'inferior', tanto como la parte superior de una caja de zapatos encaja sobre la parte inferior. El frustule está 'esculpido' con poros diminutos que le dan un aspecto muy decorativo. Las diatomeas vienen en dos formas básicas: formas radialmente simétricas (imagen en la parte superior de la primera página) y formas bilateralmente simétricas, como la imagen al inicio de esta sección. Cuando la diatomea muere las dos mitades se separan y la parte superior e inferior, al estar compuestas de un material muy estable resistente a la descomposición, se asientan en el fondo del cuerpo de agua en el que vivía la diatomeas y se convierten en parte del sedimento. La mayoría de las diatomeas existen como células individuales separadas, pero algunas son coloniales, como resultado del fracaso de las células recién producidas para separarse de su célula madre.

Reproducción

Las diatomeas generalmente se reproducen asexualmente por mitosis. Los dos frustulos se separan, cada uno con un núcleo y un citoplasma. Cada hija construye un nuevo frustulo y el nuevo frustulo es siempre el fondo (uno más pequeño). Esto significa que una celda hija (la que viene de la 'parte superior') es del mismo tamaño que la original y la otra es ligeramente más pequeña. Así, a través del tiempo, el tamaño de una población de diatomeas se hace más pequeño. Para la mayoría de las diatomeas, cuando se reducen a 1/3rd del tamaño máximo, se desencadena la reproducción sexual y, en el proceso, se produce el tamaño máximo.

La reproducción sexual requiere que el núcleo normalmente diploide se someta a meiosis. En diatomeas centradas, la meiosis da como resultado dos tipos de gametos. Una sola célula que sufre meiosis producirá uno o dos gametos (óvulos) más grandes e inflagelados o producirá 4-128 células flageladas más pequeñas (espermatozoides). La meiosis da como resultado cuatro núcleos hijos, las células que producen óvulos suelen perder dos o tres de los núcleos hijos y, por lo tanto, producen uno o dos óvulos, mientras que las células que producen espermatozoides tienen meiosis seguida de cero a cinco rondas de mitosis, produciendo de 4 a 128 espermatozoides. Los espermatozoides nadan para fertilizar óvulos que a veces son liberados de su célula madre. Tras la singamia se produce una estructura llamada auxosporas que se expande para producir el tamaño máximo de celda d. Para la mayoría de las diatomeas pennadas la reproducción sexual no involucra espermatozoides móviles. Dos células se fusionan entre sí y experimentan meiosis coordinada y el movimiento de núcleos haploides, permitiendo que se produzcan una o dos auxosporas por par de células.

Materia y energía

Las diatomeas son fotosintéticas y autótrofas típicas, utilizan la energía del sol para reducir el carbono y acumular carbohidratos y utilizar la energía obtenida de la oxidación de los carbohidratos (es decir, la respiración) para llevar a cabo una variedad de funciones vitales incluyendo la adquisición y acumulación de otroselementosnecesarios para la vida. Si bien, como toda vida, requieren N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Ni, B, Cl, también requieren al menos otros dos elementos, sílice y selenio, que muchos organismos (en particular, la mayoría de las plantas) no requieren.

• Algunas diatomeas son heterotróficas y obtienen carbono reducido y otros materiales al comer otros organismos.
• Las diatomeas generalmente almacenan carbono reducido, al menos para almacenamiento a largo plazo, como lípidos en lugar de carbohidratos como lo hacen las plantas. Esto es significativo para su distribución porque los lípidos proporcionan flotabilidad y pueden permitir que los organismos permanezcan en los niveles superiores de un cuerpo de agua que recibe más luz solar.
• Tal vez sea significativo que las paredes celulares de sílice de las diatomeas requieran considerabl y menos energía para construirse que las paredes celulares basadas en carbohidratos de la mayoría de los otros organismos con paredes, en particular otras algas unicelulares. Algunos han argumentado que esta es la razón por la que las diatomeas a veces dominan la comunidad fitoplancton

Interacciones

Aquí hay algunas de las muchas interacciones que involucran diatomeas:

• ecología global —Se estima que las diatomeas representan más del 40% de la producción oceánica de oxígeno y carbono reducido. Por lo tanto, el grupo tiene una influencia muy sustancial en ciclos biogeoquímicos importantes, en particular para el oxígeno y el carbono, pero también para los nutrientes minerales y para la sílice.
• base de cadenas alimentarias acuáticas — -diatomeas son un componente clave de las comunidades de fitoplancton que sirven como 'alimento' para heterótrofos en estos ambientes. Cuando estás comiendo salmón, trucha o atún estás consumiendo al menos algún material orgánico que fue formado por diatomeas y transferido a través de una serie de niveles tróficos antes de formar parte del pescado que era tu comida
• competencia con otros fitoplancton: las diatomeas interactúan con otras algas unicelulares de manera competitiva (es decir, las diatomeas afectan negativamente el tamaño de la población y las tasas de crecimiento de otras algas). En al menos algunos casos el silicio juega un papel importante en esta interacción, si la sílice es abundante, las diatomeas son capaces de superar a otras algas, si la sílice es escasa, las diatomeas son superadas.
• comunidades en desarrollo: las diatomeas coloniales suelen formar una película tanto en superficies bióticas (otras algas, caracoles) como abióticas (rocas, cascos de barcos). El mucílago secretado por las diatomeas mantiene unida a la colonia, y una variedad de otros organismos, bacterias, otras algas, nematodos, etc. viven en la película.
• interacciones económicas con los humanos —las diatomeas son importantes para los esfuerzos humanos de varias maneras, además de su importancia para la ecología global:
  • las diatomeas ocasionalmente causan floración tóxica s http: //www.mbari.org/staff/conn/botany/diatoms/jennifer/toxin.htm
  • los troncos de las diatomeas, conservados en sedimentos y rocas derivadas de sedimentos, se llama 'tierra de diatomeas' y tiene una serie de aplicaciones industriales: como filtro poroso (por ejemplo, en acuarios), como abrasivo (por ejemplo, en pasta de dientes), como insecticida mecánico , como un absorber e nt, como estabilizador mezclado con nitroglicerina formando dinamita.