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