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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