Las microalgas o micrófitos son algas microscópicas , que generalmente se encuentran en los sistemas de agua dulce y marina , que viven tanto en la columna de agua como en los sedimentos . [1] Son especies unicelulares que existen individualmente, o en cadenas o grupos. Dependiendo de la especie, sus tamaños pueden variar desde unos pocos micrómetros (µm) hasta unos pocos cientos de micrómetros. A diferencia de las plantas superiores, las microalgas no tienen raíces, tallos ni hojas. Están especialmente adaptados a un entorno dominado por fuerzas viscosas. Las microalgas, capaces de realizar la fotosíntesis , son importantes para la vida en la tierra; Producen aproximadamente la mitad del oxígeno atmosférico.[2] y utilizar simultáneamente eldióxido de carbono del gas de efecto invernadero para crecer fotoautotróficamente. Las microalgas, junto con las bacterias, forman la base de la red alimenticia y proporcionan energía para todos los niveles tróficos por encima de ellas. Biomasa de microalgas a menudo se mide con clorofila a concentraciones y puede proporcionar un índice útil de la producción potencial. El stock permanente de micrófitos está estrechamente relacionado con el de sus depredadores . Sin presiones de pastoreo, el stock en pie de micrófitos disminuye dramáticamente. [3]
La biodiversidad de las microalgas es enorme y representan un recurso casi sin explotar. Se ha estimado que existen aproximadamente 200,000-800,000 especies en muchos géneros diferentes, de las cuales se describen aproximadamente 50,000 especies. [4] Más de 15,000 compuestos nuevos originados de la biomasa de algas han sido determinados químicamente. [5] La mayoría de estas especies de microalgas producen productos únicos como carotenoides , antioxidantes , ácidos grasos , enzimas , polímeros , péptidos , toxinas y esteroles .
Características y usos [ editar ]
La composición química de las microalgas no es un factor constante intrínseco, sino que varía en un amplio rango, dependiendo de las especies y de las condiciones de cultivo. Algunas microalgas tienen la capacidad de aclimatarse a los cambios en las condiciones ambientales al alterar su composición química en respuesta a la variabilidad ambiental. Un ejemplo particularmente dramático es su capacidad para reemplazar los fosfolípidos con los lípidos de la membrana sin fósforo en ambientes con falta de P. [6] Es posible acumular los productos deseados en microalgas en gran medida cambiando los factores ambientales, como la temperatura, la iluminación, el pH, el CO 2.Suministro, sal y nutrientes. Los micrófitos también producen señales químicas que contribuyen a la selección, defensa y evitación de presas. Estas señales químicas afectan las estructuras tropicales de gran escala, como la proliferación de algas, pero se propagan por difusión simple y flujo advectivo laminar. [7] [8] Las microalgas, como las microfitas, constituyen el alimento básico para numerosas especies acuícolas, especialmente los bivalvos filtrantes . Los microbios fotosintéticos y quimiosintéticos también pueden formar relaciones simbióticas con los organismos huéspedes.
Les proporcionan vitaminas y ácidos grasos poliinsaturados, necesarios para el crecimiento de los bivalvos que son incapaces de sintetizarlos por sí mismos. [9]
Además, debido a que las células crecen en suspensión acuosa, tienen un acceso más eficiente al agua, CO 2 y otros nutrientes. Las microalgas desempeñan un papel importante en el ciclo de los nutrientes y en la fijación del carbono inorgánico en moléculas orgánicas.
Si bien el aceite de pescado se ha hecho famoso por su contenido de ácidos grasos omega-3, en realidad no produce omega-3, sino que acumula sus reservas de omega-3 al consumir microalgas. Estos ácidos grasos omega-3 se pueden obtener en la dieta humana directamente de las microalgas que los producen.
Acuicultura [ editar ]
Una variedad de especies de microalgas se producen en criaderos y se utilizan en una variedad de formas con fines comerciales.
Los estudios han estimado que los principales factores del éxito de un sistema de incubación de microalgas son:
- las dimensiones del contenedor / biorreactor donde se cultivan las microalgas,
- exposición a la luz / irradiación , y
- Concentración de células dentro del reactor.
- Una zona mínima de oxígeno (OMZ) se caracteriza como una capa deficiente de oxígeno en los océanos del mundo. Normalmente se encuentra entre 200 y 1500 m de profundidad por debajo de las regiones de alta productividad, como las costas occidentales de los continentes. [1] Las ZMO pueden ser estacionales después de la temporada de surgencia primavera-verano. El surgimiento de agua rica en nutrientes conduce a una alta productividad y materia orgánica lábil, que es respirada por los heterótrofos cuando se hunde en la columna de agua. Las altas tasas de respiración agotan el oxígeno en la columna de agua a concentraciones de 2 mg / lo menos formando la OMZ. [2]Bajo estas condiciones de falta de oxígeno, la energía se desvía de niveles tróficos superiores a comunidades microbianas que han evolucionado para usar otras especies biogeoquímicas en lugar de oxígeno, estas especies incluyen nitrato , nitrito , sulfato , etc. [3] Varias bacterias y Archea se han adaptado a vive en estos ambientes utilizando estas especies químicas alternativas y prospera. Los filos más abundantes en las ZMO son las Proteobacterias , Bacteroidetes , Actinobacterias y Planctomycetes . [3]En ausencia de oxígeno, los microbios utilizan otras especies químicas para llevar a cabo la respiración, en el orden de las series electroquímicas. [4] Con la reducción de nitratos y nitritos produciendo tanta energía como la respiración con oxígeno, seguida de la respiración con manganeso y yodato y produciendo la menor cantidad de energía en la parte inferior de la serie, están los reductores de hierro y sulfato. La utilización de estas especies químicas por los microbios desempeña un papel importante en su ciclo biogeoquímico en los océanos del mundo.
Supervivencia [ editar ]
Denitrificación [ editar ]
La desnitrificación es la reducción de nitrato y nitrito a la forma gaseosa de nitrógeno, incluido el óxido nitroso delgas de efecto invernadero , [6] que se libera nuevamente a la atmósfera. La desnitrificación cierra el ciclo del nitrógeno al reducir el nitrógeno disponible en la materia orgánica fijada por el fitoplancton en la superficie del océano. Las ZMO son conocidas por su papel en el ciclo global del nitrógeno, donde las diferentes especies químicas de nitrógeno y los diferentes microbios juegan su papel. [7]En estas condiciones anóxicas, el nitrato se reduce a nitrógeno gaseoso o nitrito y amoníaco en un proceso llamado reducción disimilatoria de nitrato por la proteína nitrato reductasa. El amoníaco y el nitrito producidos se reducen aún más por las bacterias anaeróbicas que oxidan el amoníaco ( anammox ) utilizando una enzima llamada hidrazina oxidorreductasa . Los estudios genómicos realizados en estos ecosistemas revelan una creciente abundancia de los genes que codifican las proteínas responsables de la reducción de nitrato disimilatorio y el anammox en el núcleo de estas ZMO. [8]Dichos estudios también proporcionan información para trazar un mapa del ciclo del nitrógeno en la columna de agua y proporcionar enlaces faltantes y vías inexploradas. [9] La desnitrificación de las ZMO conduce a una pérdida significativa de nitrógeno inorgánico de los océanos y, por lo tanto, limita el crecimiento / la productividad en muchas regiones del mundo.Metanogénesis [ editar ]
La metanogénesis es el proceso por el cual los microbios de metanógeno forman metano (CH 4 ). Se sabe que las ZMO contienen la mayor cantidad de metano en el océano abierto. [10] Los metanógenos también pueden oxidar el metano ya que tienen los genes para hacerlo, sin embargo, esto requiere el oxígeno que obtienen de los organismos fotosintéticos en la zona anóxica superior . [10] Los ciliados también pueden ayudar a los metanógenos a través de la simbiosis para ayudar a facilitar la metanogénesis. [11] Como los ciliados tienen hidrogenosomas , que liberan moléculas de hidrógeno en condiciones de bajo oxígeno, tienen la capacidad de albergar metanógenos endosimbióticos. [12]Reducción de sulfato [ editar ]
La reducción de sulfato, que se produce con la ayuda de microorganismos reductores de sulfato , se utiliza en el ciclo de sulfurocríptico . Este ciclo es la oxidación y reducción continua del sulfato y utiliza el sulfato como el aceptor de electrones terminal en lugar del oxígeno . El objetivo del ciclo era contribuir al flujo de energía hacia el agua anóxica de la costa de Chile. [13]La respiración aeróbica microbiana [ editar ]
Los organismos aeróbicos requieren oxígeno para sobrevivir y, a medida que el oxígeno se limita, las bacterias OMZ comienzan a utilizar otras moléculas para oxidar la materia orgánica, como el nitrato. [14] La respiración aeróbica en las ZMO ayuda a remineralizar la materia orgánica y es una fuente importante de amonio para la mayoría de las zonas mínimas de oxígeno superior. [15] También se encontró que las bacterias de las ZMO usan un 1/6 del oxígeno para la respiración en comparación con las bacterias en aguas normales. [dieciséis]Cambio Climático [ editar ]
Si bien las ZMO pueden ocurrir naturalmente, pueden verse exacerbadas por los impactos humanos, como el cambio climático y la contaminación de la tierra por la agricultura y las aguas residuales. La predicción de los modelos climáticos actuales es un calentamiento sustancial y la pérdida de oxígeno en la mayoría de los océanos superiores. [17] El calentamiento global aumenta la temperatura del océano, especialmente en áreas costeras poco profundas, y cuando aumenta la temperatura del agua, su capacidad para mantener el oxígeno disminuye, lo que lleva a que las concentraciones de oxígeno bajen en el agua. [18] Los nutrientes encontrados tanto en la escorrentía agrícola como en las aguas residuales pueden contribuir a una producción primaria excesiva , creando una floración, que introduce grandes cantidades de carbono orgánico que se acumula en el fondo marino. Este carbono orgánico se descompone a través de la respiración , agotando el oxígeno disponible en el agua. [19]Las áreas de océano abierto sin oxígeno han crecido más de 1.7 millones de millas cuadradas en los últimos 50 años, y las aguas costeras han visto un aumento de diez veces en las áreas de bajo oxígeno en el mismo tiempo. [20] Las consecuencias de incluso una pequeña disminución en los niveles de oxígeno pueden dificultar la reproducción, el crecimiento y pueden conducir a enfermedades y la muerte en animales marinos. Si hay una disminución suficiente de oxígeno en el agua, podría convertirse en inviable para la mayoría de los organismos que viven allí, dando como resultado lo que comúnmente se denomina zonas muertas . [18]Los efectos a corto plazo se pueden ver en circunstancias extremadamente fatales, pero otras consecuencias subletales pueden incluir una capacidad reproductiva deteriorada, un crecimiento reducido y un aumento en la población enferma. [21] Estos pueden atribuirse al efecto co-stressor. Cuando un organismo ya está estresado, por ejemplo, obtener menos oxígeno del que preferiría, no funciona tan bien en otras áreas de su existencia como la reproducción, el crecimiento y la prevención de enfermedades. [22] [19] Además, el agua más caliente no solo contiene menos oxígeno, sino que también hace que los organismos marinos tengan tasas metabólicas más altas, lo que hace que consuman el oxígeno disponible más rápidamente, reduciendo la concentración de oxígeno en el agua aún más y agravando la Efectos vistos. [17]Finalmente, para algunos organismos, la reducción del hábitat será un problema. Se espera que las zonas habitables en la columna de agua se compriman y que se reduzcan las estaciones habitables. Si el agua del hábitat normal de un organismo tiene concentraciones de oxígeno más bajas de lo que puede tolerar, ya no querrá vivir allí. Esto conduce a cambios en los patrones de migración, así como a un área de hábitat modificada o reducida. [17]Los efectos a largo plazo se pueden ver en una escala más amplia de cambios en la biodiversidad y la composición de la red alimentaria. Debido al cambio de hábitat de muchos organismos, se alterarán las relaciones depredador-presa. Por ejemplo, cuando se comprime en un área más pequeña y bien oxigenada, las tasas de encuentro de depredador y presa aumentarán, lo que provocará un aumento en la depredación , lo que podría poner presión sobre la población de presas. [21] Además, se espera que la diversidad de los ecosistemas en general disminuya debido a la disminución en las concentraciones de oxígeno.-
Los mares lácteos , también llamados mareel , son un fenómeno luminoso en el océano en el que grandes áreas de agua de mar (hasta 6.000 millas cuadradas o 16.000 km 2 ) parecen brillar con la intensidad de los satélites que orbitan la Tierra . La ciencia moderna solo atribuye tentativamente este efecto a las bacterias bioluminiscentes o dinoflagelados , lo que hace que el mar muestre uniformemente un brillo azul misterioso en la noche. Sin embargo, ninguna investigación moderna prueba que las bacterias bioluminiscentes sean capaces de iluminar el océano de horizonte a horizonte y durante días, como se describe en los navegantesCuentos durante siglos (en particular, aparecen en el capítulo 23 de Las veinte leguas bajo el mar de Julio Verne ). De hecho, el efecto no se ha documentado rigurosamente ni se ha explicado exhaustivamente, incluso en los tiempos modernos.
Efecto [ editar ]
Entre 1915 y 1993, se documentaron 235 avistamientos de mares lechosos, [1] la mayoría de los cuales se concentran en el Océano Índico noroccidental y cerca de Indonesia . [2] El brillo luminiscente se concentra en la superficie del océano y no se mezcla uniformemente en toda la columna de agua . [3]En 1985, un barco de investigación en el Mar Arábigo tomó muestras de agua durante los mares lechosos. Sus conclusiones fueron que el efecto fue causado por la bacteria Vibrio harveyi . [4] Mareel generalmente es causado por scintillans de Noctiluca (popularmente conocido como "brillo de mar"), un dinoflagelado que brilla cuando se lo molesta y se encuentra en los océanos en gran parte del mundo. [5] [6] [7] En julio de 2015, en Alleppey, Kerala, India, ocurrió el fenómeno y el Instituto Nacional de Oceanografía y el Departamento de Pesca de Kerala lo investigaron, encontrando que las olas brillantes eran el resultado de escintillanas de Noctiluca . En 2005, Steven Miller de laEl Laboratorio de Investigación Naval en Monterey, California , pudo hacer coincidir las imágenes satelitales de1995 con un relato de primera mano de un barco mercante. El Programa de Satélites Meteorológicos de la Defensa de EE. UU. Mostró que el área láctea es de aproximadamente 15,400 km 2 (5,900 millas cuadradas) (aproximadamente el tamaño de Connecticut ). Se observó que el campo luminiscente brillaba durante tres noches consecutivas.Mientras que las fotos monocromáticas hacen que este efecto se vea blanco, el científico Steven Haddock (autor de un estudio sobre el efecto de los mares lechosos) del Monterey Bay Aquarium Research Institute comentó que "la luz producida por las bacterias es en realidad azul, no blanca. Es blanca en el gráfico. "Por el sensor monocromático que usamos, puede aparecer blanco en el ojo porque las varillas de nuestro ojo (usadas para la visión nocturna) no distinguen el color". [8] En Shetland (donde en general es causada por scintillans de Noctiluca), a veces se ha descrito a Mareel como verde, [9]en lugar del tradicional mar azul o blanco, el efecto de los mares lechosos visto por el resto del mundo. No se sabe si esta diferencia depende del área, o simplemente de la percepción de un color ciánico como verde.Etimología [ editar ]
El fenómeno es conocido como mareel en Shetland. Este término se deriva de la palabra Norn * mareld , que a su vez se deriva de la palabra nórdica antigua mldrueldr , que es un compuesto de marr (mero, mar) y eldr(fuego).
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