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Introducción a las microalgas: diversidad,
fisiología y papel en los ecosistemas marinos
Cristina Sobrino
Departamento de Ecología y Biología Animal
Fitoplancton, microalgas o fitoplancton y
microalgas…
Fitoplancton: conjunto de los organismos acuáticos
autótrofos del plancton, que tienen capacidad fotosintética y
que viven dispersos en el agua.
Microalgas: protistas fotosintéticos. En general son los más
eficientes conversores de energía solar debido a su sencilla
estructura celular. Además al estar suspendidas en agua,
tienen un mejor acceso al CO2 y otros nutrientes. Se
encuentran ampliamente distribuidas en la biósfera adaptadas
a una gran cantidad de condiciones.
WIKIPEDIA
Microalgas=Fitoplancton
Organismos unicelulares fotosintéticos acuáticos
Inmóviles o con movilidad reducida: Suspendidos en el medio
(πλαγκτος="plánktos”) o en sedimentos
Tasas de crecimiento elevadas (2 div/d-0.1div/d)
Fisiológicamente muy flexibles: Adaptación a un ambiente muy
fluctuante.
De morfología diversa:
-
Cadenas y colonias.
Con células especializadas: Acinetos y heterocistes
Amplio rango de tamaño (2- 200 µm)
Desnudos o cubiertos con caparazones silíceos o
calcáreos
Microalgas=Fitoplancton
(A) A chain of the diatom Stephanopyxis
nipponica.
(B) A single valve of the diatom Thalassiosira
pacifica
(C) The coccolithophore Scyphosphaera
apsteinii.
(D) A pair of phycomas of Pterosperma
moebii.
(E) A clump of coccospheres of Gephyrocapsa
oceanica
(F) The dinoflagellate Karlodinium micrum
(G) The dinoflagellate Lingulodinium polyedra
Falkowski et al, Science, 2004
Microalgas=Fitoplancton
1830 Ehrenberg descubre rocas de origen marino formadas
por restos esqueléticos diminutos (diatomitas)
1840 J. Dalton Hooker descubre en hielo antártico
microorganismos que forman masas marronáceas.
1887 V. Hensen acuña el término plancton
1892 Primer trabajo sobre biología del fitoplancton, publicado
en alemán por Schutt
1930- Introducción de técnicas fisiológicas: definición de
unidad fotosintética por Emerson y Arnold
1952 Introducción del método del 14C por Steeman Nielsen
1983 Descubrimiento de la importancia del picofitoplancton y
del bucle microbiano
Ecología de las microalgas
Base de la cadena trófica en los ecosistemas
acuáticos
LUZ
6 CO2 +12 H20
C6H12O6+6O2+6H20
Ecología de las microalgas
Responsables del 95% de la producción primaria
(PP) en el océano y del 50% de toda la PP del
planeta
Sustenta red trófica acuática y terrestre en
ecosistemas polares
Responsables de la alta productividad (y diversidad)
de los arrecifes de coral
Symbiodinium spp.
Filogenia de las microalgas
Evolutivamente descienden de las cianofíceas (hace
2.4 billones años)
Filogenia de las microalgas
Filogenéticamente más diversas que plantas y
animales
Alta diversidad (1-10 x 106 sps.)
ALTA DIVERSIDAD BIOQUÍMICA
Algunas moléculas de interés
biotecnológico e industrial…
Pigmentos (chls, carotenos, xantofilas)
-
β-carotene (Dunaliella)
Astaxantina (Haematococcus, Chlamydomonas)
Luteina (clorofitas)
Peridina (dinoflagelados)
Fucoxantina (algas pardas y diatomeas)
Ficobilinas
Metabolitos de reserva:
- Almidón
- Azúcares
- Glicerol (biofuels)
Algunas moléculas de interés
biotecnológico e industrial…
Acidos grasos y lípidos:
- Omega-3
- Biofuels
Toxinas:
-
Toxina diarreica (Dinophysis, Prorocentrum)
Toxina paralizante (Alexandrium, Gymnodinium)
Anatoxina (Anabaena)
Microcistina (Microcystis)
Microalgas y cambio global. Aplicaciones
Purificación de nutrientes (vs. Eutrofización)
Captura de CO2 en regiones ricas en nutrientesbajas en clorofila (HNLC). “Iron fertilization”
Inmovilización de CO2 de plantas eléctricas
IRONEX I, II, 1995
SOIREE (Southern Ocean Iron Release Experiment), 1999
EisenEx (Iron Experiment), 2000
SEEDS (Subarctic Pacific Iron Experiment for Ecosystem Dynamics
Study), 2001
SOFeX (Southern Ocean Iron Experiments- North & South), 2002
SERIES (Subarctic Ecosystem Response to Iron Enrichment Study),
2002
SEEDS-II, 2004
EIFEX (European Iron Fertilization
Experiment), 2004
CROZEX (CROZet natural iron bloom
and Export experiment), 2005
LOHAFEX (Indian and German Iron
Fertilization Experiment), 2009
“Iron fertilization”
Induce crecimiento de fitoplancton
(Imp. elección de área experimental)
Blooms de especies desconocidas
(Harmfull Algal Blooms??)
Capas anóxicas profundas
Alteraciones de la cadena trófica
Incremento de CO2 y fitoplancton.
Mecanismos concentradores de Carbono
Cytosol: pH 7.5
Chloroplast
CO2
CO2
CO2
PCRC
HCO
−
3
HCO3
-
HCO3
-
PGA
Passive diffusion: CO2
Membrane carriers: CO2, HCO3Carbonic anhydrase: Periplasmic space, cytosol, chloroplast
PCRC:
Photosynthetic carbon reduction cycle
Tasa de crecimiento (d-1)
2.00
0.7
*
*
1.50
0.6
Chl a (pg cell-1)
0.25
7
*
*
0.20
5
0.5
1.00
0.4
0.15
4
0.3
0.10
3
2
0.2
0.50
0.1
0.00
0.0
Tp Tp+Ci Np Np+Ci
6
0.05
1
0.00
0
Tp Tp+Ci Np Np+Ci
Tp: Thalassiosira pseudonana (CO2+ HCO3- active transport)
Np: Nannochloropsis oculata (HCO3- active transport)
+Ci: High CO2 conditions (1000-2000 ppmv)
PsB (gC gChl a-1 h-1)
7.00
6.00
*
*
3.0
2.5
5.00
2.0
4.00
1.5
3.00
1.0
2.00
1.00
0.5
0.00
0.0
Tp Tp+Ci Np Np+Ci
Tp: Thalassiosira pseudonana (CO2+ HCO3- active transport)
Np: Nannochloropsis oculata (HCO3- active transport)
+Ci: High CO2 conditions (1000-2000 ppmv)
Funciones espectrales de efecto biológico (BWFs)
-2 -1
N. oculata
(HCO3-)
10-3
ε (λ) (mW m )
ε(λ
λ) (mW m-2)-1
T. pseudonana
(CO2+HCO3-)
-3
10
-4
10
-5
!!NECESITAMOS MÁS
HIGH FISIOLOGÍA!!
CO
2
10-4
10-5
10
LOW CO2
300
320 340 360 380
Wavelength (nm)
400
300
320
340
360
380
Wavelength (nm)
400
Sobrino et al. Limnology & Oceanography 2008