OKRZEMKI: CHARAKTERYSTYKA, ŻYWIENIE, ROZMNAŻANIE - BIOLOGIA - 2026

W okrzemki (okrzemek) są grupą mikroalg, głównie wodę i jednokomórkowe. Mogą swobodnie żyć (np. Plantony) lub tworzyć kolonie (np. Te, które są częścią bentosu). Charakteryzują się kosmopolitycznym rozmieszczeniem; to znaczy, można je znaleźć na całej planecie.

Wraz z innymi grupami mikroalg wchodzą one w skład dużych wychodni fitoplanktonu występujących w wodach tropikalnych, subtropikalnych, arktycznych i antarktycznych. Ich początki sięgają jury, a dziś stanowią jedną z największych grup mikroalg znanych człowiekowi, z ponad stu tysiącami gatunków opisanych jako żyjące i wymarłe.

Różnorodność okrzemek. Zaczerpnięte i zredagowane z: Wipeter, z Wikimedia Commons.

Z ekologicznego punktu widzenia stanowią ważną część sieci pokarmowej wielu systemów biologicznych. Osady okrzemek są bardzo ważnym źródłem materiału organicznego nagromadzonego na dnie morskim.

Po długich procesach sedymentacji, ciśnieniu materii organicznej i milionach lat złoża te stały się ropą, która porusza większość naszej obecnej cywilizacji.

W starożytności morze pokrywało obszary ziemi, które obecnie się wynurzają; Na niektórych z tych obszarów, zwanych ziemią okrzemkową, pozostały osady okrzemkowe. Ziemia okrzemkowa ma wiele zastosowań w przemyśle spożywczym, budownictwie, a nawet w farmacji.

cechy

Są organizmami eukariotycznymi i fotosyntetyzującymi, z diploidalną fazą komórkową. Wszystkie gatunki tych mikroalg są jednokomórkowe z formami wolnożyjącymi. W niektórych przypadkach tworzą kolonie (coccoid), długie łańcuchy, wachlarze i spirale.

Podstawową cechą charakterystyczną okrzemek jest to, że mają one pancerz. Pancerz to ściana komórkowa złożona głównie z krzemionki, która otacza komórkę strukturą podobną do szalki lub szalki Petriego.

Górna część tej kapsuły nazywana jest epiteką, a dolna - hipoteką. Frustules różnią się zdobieniem, w zależności od gatunku.

Kształt

Kształt okrzemek jest zmienny i ma znaczenie taksonomiczne. Niektóre mają symetrię promieniowaną (centralną), a inne mogą mieć różne kształty, ale zawsze są dwustronnie symetryczne (penisowe).

Okrzemki są szeroko rozpowszechnione w zbiornikach wodnych planety. Są głównie morskie; Jednak niektóre gatunki zostały znalezione w zbiornikach słodkowodnych, stawach i środowiskach wilgotnych.

Te autotroficzne organizmy zawierają chlorofil a, c1 i c2 oraz zawierają pigmenty, takie jak diatoksantyna, diadinoksantyna, β-karoten i fukoksantyna. Te pigmenty zapewniają im złoty kolor, który pozwala im lepiej wychwytywać światło słoneczne.

Taksonomia i klasyfikacja

Obecnie porządek taksonomiczny okrzemek jest kontrowersyjny i podlega rewizji. Większość systematyków i taksonomistów umieszcza tę dużą grupę mikroalg w oddziale Heterokontophyta (czasami jako Bacillariophyta). Inni badacze klasyfikują je jako gromady, a nawet wyższe taksony.

Klasyfikacja tradycyjna

Zgodnie z klasycznym porządkiem taksonomicznym okrzemki znajdują się w klasie Bacillariophyceae (zwanej także Diatomophyceae). Ta klasa jest podzielona na dwa porządki: Centralny i Pennales.

Centrale

Są to okrzemki, których pancerz nadaje im symetrię promieniową. Niektóre gatunki mają kolczastą ornamentację i nie mają na powierzchni szczeliny zwanej rapem.

Porządek ten składa się z co najmniej dwóch podrzędów (w zależności od autora) i co najmniej pięciu rodzin. Są głównie morskie; jednakże istnieją ich przedstawiciele w zbiornikach słodkowodnych.

Okrzemka centralna. Zrobione i zredagowane przez Dereka Keatsa z Johannesburga w RPA, za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Pennales

Okrzemki te mają wydłużony, owalny i / lub liniowy kształt z obustronną dwubiegunową symetrią. Mają kropkowane prążki w kształcie ściętego ornamentu, a niektóre mają szew wzdłuż osi podłużnej.

W zależności od taksonomisty porządek ten składa się z co najmniej dwóch podrzędów i siedmiu rodzin. Są to głównie wody słodkowodne, chociaż gatunki opisywano również w środowiskach morskich.

Ostatni ranking

Powyższe przedstawia klasyczną klasyfikację taksonomiczną i porządkowanie rzędów okrzemek; jest to najczęściej stosowany sposób ich rozróżniania. Jednak z czasem pojawiło się wiele rozwiązań taksonomicznych.

W latach 90. naukowcy Round & Crawford stworzyli nową klasyfikację taksonomiczną składającą się z 3 klas: Coscinodiscophyceae, Bacillariophyceae i Fragilariophyceae.

Coscinodiscophyceae

Wcześniej były częścią okrzemek z rzędu Centrales. Obecnie klasę tę reprezentuje co najmniej 22 rzędy i 1174 gatunki.

Bacillariophyceae

Są to okrzemki o dwustronnej symetrii ze szwem. Członkowie tej klasy tworzyli dawniej zakon Pennales.

Później podzielono je na okrzemki ze i bez szwu (w bardzo uogólniony sposób). Wiadomo, że ta klasa mikroalg reprezentowana jest przez 11 rzędów i około 12 tysięcy gatunków.

Fragilariophyceae

Jest to klasa okrzemek, której członkowie należeli wcześniej również do zakonu Pennales. Te mikroalgi mają dwustronną symetrię, ale nie tworzą szwu. i są reprezentowane przez 12 rzędów i około 898 gatunków.

Niektórzy taksonomowie nie uważają tego taksonu za ważny i umieszczają Fragilariophyceae jako podklasę w klasie Bacillariophyceae.

Odżywianie

Okrzemki to organizmy fotosyntetyzujące: wykorzystują energię świetlną (słoneczną), aby przekształcić ją w związki organiczne. Te związki organiczne są niezbędne, aby zaspokoić Twoje potrzeby biologiczne i metaboliczne.

Aby syntetyzować te związki organiczne, okrzemki potrzebują składników odżywczych; te składniki pokarmowe to głównie azot, fosfor i krzem. Ten ostatni element działa jako ograniczający składnik odżywczy, ponieważ jest wymagany do uformowania pancerza.

W procesie fotosyntezy mikroorganizmy te wykorzystują pigmenty, takie jak chlorofil i karoteniody.

Chlorofil

Chlorofil to zielony barwnik fotosyntetyczny znajdujący się w chloroplastach. W okrzemkach znane są tylko dwa typy: chlorofil a (Chl a) i chlorofil c (Chl c).

Chl a ma główny udział w procesie fotosyntezy; zamiast tego Chl c jest dodatkowym pigmentem. Najczęstsze Chl c w okrzemkach to c1 i c2.

Karotenoidy

Karotenoidy to grupa pigmentów należąca do rodziny izoprenoidów. W okrzemkach zidentyfikowano co najmniej siedem rodzajów karotenoidów.

Podobnie jak chlorofile, pomagają okrzemkom wychwytywać światło, aby przekształcić je w związki organiczne żywności dla komórki.

Reprodukcja

Okrzemki rozmnażają się bezpłciowo i płciowo, odpowiednio w procesach mitozy i mejozy.

Bezpłciowy

Każda komórka macierzysta przechodzi proces podziału mitotycznego. W wyniku mitozy materiał genetyczny, jądro komórkowe i cytoplazma ulegają duplikacji, w wyniku czego powstają dwie komórki potomne identyczne z komórką macierzystą.

Każda nowo utworzona komórka przyjmuje jako epitekę ulotkę z komórki macierzystej, a następnie buduje lub tworzy własny kredyt hipoteczny. Ten proces reprodukcji może wystąpić od jednego do ośmiu razy w ciągu 24 godzin, w zależności od gatunku.

Ponieważ każda komórka potomna utworzy nową hipotekę, ta, która odziedziczyła hipotekę macierzyńską, będzie mniejsza niż jej siostra. W miarę powtarzania się procesu mitozy spadek liczby komórek potomnych postępuje, aż do osiągnięcia trwałego minimum.

Seksualny

Proces rozmnażania płciowego komórki polega na podziale komórki diploidalnej (z dwoma zestawami chromosomów) na komórki haploidalne. Komórki haploidalne mają połowę składu genetycznego komórki progenitorowej.

Po osiągnięciu przez okrzemki rozmnażane bezpłciowo rozmiarów minimalnych rozpoczyna się rodzaj rozmnażania płciowego poprzedzony mejozą. Ta mejoza powoduje haploidalne i nagie lub nieogrzane gamety; gamety łączą się, tworząc zarodniki zwane auksosporami.

Auksospory pozwalają okrzemkom odzyskać diploidalność i maksymalny rozmiar gatunku. Pozwalają także okrzemkom przetrwać w trudnych warunkach środowiskowych.

Te zarodniki są bardzo odporne i rosną i tworzą swoje pancerze tylko wtedy, gdy warunki są sprzyjające.

Ekologia

Okrzemki mają ścianę komórkową bogatą w tlenek krzemu, powszechnie nazywany krzemionką. Z tego powodu ich wzrost jest ograniczony dostępnością tego związku w środowiskach, w których się rozwijają.

Jak wspomniano powyżej, te mikroalgi są rozmieszczone kosmopolitycznie. Występują w wodach słodkich i morskich, a nawet w środowiskach o niskiej dostępności wody lub o pewnym stopniu wilgotności.

W słupie wody zasiedlają głównie strefę pelagiczną (wody otwarte), a niektóre gatunki tworzą kolonie i zasiedlają podłoża bentosowe.

Populacje okrzemek na ogół nie mają stałego rozmiaru: ich liczebność jest bardzo zróżnicowana z pewnymi okresami. Ta okresowość jest związana z dostępnością składników odżywczych, a także zależy od innych czynników fizyko-chemicznych, takich jak między innymi pH, zasolenie, wiatr i światło.

Rozkwit

Kiedy warunki są optymalne dla rozwoju i wzrostu okrzemek, występuje zjawisko zwane kwitnieniem lub kwitnieniem.

Podczas upwellingu populacje okrzemek mogą zdominować strukturę zbiorowisk fitoplanktonu, a niektóre gatunki uczestniczą w szkodliwych zakwitach glonów lub czerwonych przypływach.

Okrzemki są zdolne do wytwarzania szkodliwych substancji, w tym kwasu domowego. Te toksyny mogą gromadzić się w łańcuchach pokarmowych i ostatecznie mogą wpływać na ludzi. Zatrucie człowieka może spowodować omdlenie i problemy z pamięcią, a nawet śpiączkę lub nawet śmierć.

Uważa się, że istnieje ponad 100 000 gatunków okrzemek (niektórzy autorzy uważają, że jest ich ponad 200 000) między żywymi (ponad 20 000) a wyginięciem.

Ich populacje stanowią około 45% podstawowej produkcji oceanów. Podobnie te mikroorganizmy są niezbędne w oceanicznym cyklu krzemu ze względu na zawartość krzemionki w pancerzu.

Aplikacje

Paleoceanografia

Krzemionkowy składnik pancerzyków okrzemek sprawia, że ​​cieszą się one dużym zainteresowaniem w paleontologii. Te mikroalgi zajmują bardzo specyficzne i zróżnicowane środowiska od mniej więcej okresu kredy.

Skamieniałości tych glonów pomagają naukowcom w rekonstrukcji geograficznego rozmieszczenia mórz i kontynentów na przestrzeni okresów geologicznych.

Biostratygrafia

Skamieniałości okrzemek znalezione w osadach morskich pozwalają badaczom zrozumieć różne zmiany środowiskowe, które miały miejsce od czasów prehistorycznych do współczesności.

Skamieniałości te pozwalają ustalić względny wiek warstw, w których się znajdują, a także służą do powiązania warstw z różnych lokalizacji.

Ziemia okrzemkowa

Ziemia okrzemkowa znana jest jako duże złoża skamieniałych mikroalg, które występują głównie na lądzie. Najważniejsze złoża tych ziem znajdują się w Libii, Irlandii i Danii.

Nazywany jest również diatomitem i jest materiałem bogatym w krzemionkę, minerały i pierwiastki śladowe, do którego ma wiele zastosowań. Do najbardziej znanych zastosowań należą:

rolnictwo

Jest stosowany jako środek owadobójczy w uprawach; jest rozprowadzany na roślinach jako rodzaj ochrony przeciwsłonecznej. Jest również szeroko stosowany jako nawóz.

Akwakultura

W hodowli krewetek ziemia okrzemkowa była wykorzystywana do produkcji żywności. Wykazano, że dodatek ten poprawia wzrost i przyswajanie pasz handlowych.

W kulturach mikroalg jest stosowany jako filtr w systemie napowietrzania oraz w filtrach piaskowych.

Biologia molekularna

Do ekstrakcji i oczyszczania DNA używano ziemi okrzemkowej; w tym celu jest używany w połączeniu z substancjami zdolnymi do dezorganizacji struktury molekularnej wody. Przykładami takich substancji są chlorowodorek guanidyny i tiocyjanian.

Jedzenie i napoje

Służy do filtrowania przy produkcji różnego rodzaju napojów, takich jak wina, piwa i naturalne soki. Po zebraniu niektórych produktów, takich jak zboża, kąpie się je w ziemi okrzemkowej, aby uniknąć ataków ryjkowców i innych szkodników.

Zwierzęta

Wchodzi w skład elementów ściółki sanitarnej (kamyków sanitarnych), które są powszechnie stosowane w boksach dla kotów i innych zwierząt domowych.

Weterynaryjny

W niektórych miejscach jest używany do skutecznego leczenia ran zwierząt. Jest również stosowany w zwalczaniu stawonogów pasożytów zewnętrznych u zwierząt domowych i hodowlanych.

Malatura

Służy jako uszczelniacz lub emalia.

Otaczający

Ziemia okrzemkowa służy do rekultywacji terenów skażonych metalami ciężkimi. Jego zastosowania w tym kontekście obejmują przywracanie zdegradowanych gleb i zmniejszanie toksyczności glinu w zakwaszonych glebach.

Ziemia okrzemkowa. Oglądaj z kontrastem fazowym w mikroskopie świetlnym. Zrobione i zredagowane z: Zephyris, z Wikimedia Commons.

Kryminalistyka

W przypadku śmierci przez zanurzenie (utonięcie) jedną z przeprowadzanych analiz jest obecność okrzemek w ciele ofiar. Ze względu na skład krzemionkowego szkieletu okrzemek pozostają one w organizmie nawet w przypadku pewnego stopnia rozkładu.

Naukowcy wykorzystują ten gatunek, aby dowiedzieć się, czy incydent miał miejsce np. Na bagnach, w morzu czy w jeziorze; jest to możliwe, ponieważ okrzemki mają pewien stopień specyficzności środowiskowej. Dzięki obecności okrzemek w ciałach ofiar rozwiązano wiele spraw o zabójstwo.

Nanotechnologia

Stosowanie okrzemek w nanotechnologii jest wciąż na wczesnym etapie. Jednak badania i zastosowania w tej dziedzinie stają się coraz częstsze. Obecnie testy są wykorzystywane do przekształcania pancerzyków krzemionkowych w krzem i produkcji przy użyciu tych elementów elektrycznych.

Istnieje wiele oczekiwań i potencjalnych zastosowań okrzemek w nanotechnologii. Badania sugerują, że można je wykorzystać do manipulacji genetycznej, do budowy złożonych mikrokomponentów elektronicznych oraz jako biokomórki fotowoltaiczne.

Bibliografia

1. A. Canizal Silahua (2009). Ilustrowany katalog meksykańskich okrzemek słodkowodnych. I. Rodzina Naviculaceae. Z badań wynika, że ​​uzyskuje się tytuł: Biolog. Narodowy Autonomiczny Uniwersytet Meksyku. 64 s.
2. V. Cassie (1959). Okrzemki planktonu morskiego. Tuatara.
3. Algi okrzemkowe. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z britannica.com.
4. MD Guiry i GM Guiry (2019). AlgaeBase. Światowa publikacja elektroniczna, National University of Ireland, Galway. Odzyskany z algaebase.org.
5. Identyfikacja fitoplanktonu. Okrzemki i bruzdnice. Odzyskany z ucsc.edu.
6. Okrzemka. New World Encyclopedia. Odzyskany z newworldencyclopedia.org.
7. P. Kuczyńska, M. Jemiola-Rzemińska & K. Strzalka (2015). Pigmenty fotosyntetyczne w okrzemkach. Leki morskie.
8. Okrzemka. CUD. Odzyskany z ucl.ac.uk.
9. Ziemia okrzemkowa. Odzyskany z diatomea.cl.
10. Krzemionka, ziemia okrzemkowa i krewetki. Odzyskany z balnova.com.
11. L. Baglione. Zastosowania ziemi okrzemkowej. Odzyskany z tecnicana.org
12. Okrzemka. Odzyskany z en.wikipedia.org.
13. A. Guy (2012). Okrzemki nanotechnologiczne. Odzyskany z nextnature.net.