FYKOLOGIA: HISTORIA, KIERUNEK STUDIÓW I BADAŃ - BIOLOGIA - 2025

Fykologia lub algologia jest dyscypliną naukową, która badaniach glonów, koncentrując się przede wszystkim na badaniu ich fotosyntezy mechanizmów produkcji toksyn i systematyczne produktów przemysłowych.

Algi to polifiletyczna grupa (bez wspólnego przodka) organizmów fotosyntetyzujących obecnych w ścianie komórkowej. Do tej grupy zalicza się osobniki jednokomórkowe (sinice lub sinice) oraz wielokomórkowe. Podobnie obejmuje zarówno komórki prokariotyczne, jak i eukariotyczne.

Biopaliwo produkowane w laboratorium z alg. Źródło: Honeywell, za Wikimedia Commons

Fikologia rozpoczęła się w starożytnej Grecji, od dzieł Teofrasta i Dioscoridesa. Przez długi czas glony uważano za rośliny, dlatego badali je głównie botanicy.

Linneusz jako pierwszy użył nazwy alga do określenia tej grupy organizmów, chociaż uwzględnił także kilka mszaków. Jednak dopiero w XIX wieku fikologia staje się dyscypliną, gdyż lepiej poznana jest budowa glonów.

W tych latach wielcy fikolodzy, tacy jak Stackhouse, Lamouroux i Kützing, wnieśli ważny wkład w biologię i klasyfikację alg. Jego prace opierały się głównie na badaniu anatomii i cyklu życiowego tych organizmów.

Wśród dziedzin nauki w fykologii wyróżniają się badania nad „czerwonymi przypływami”, wywołanymi wykładniczym wzrostem mikroalg. Organizmy te wytwarzają toksyny, które zatruwają ryby i skorupiaki, negatywnie wpływając na rybołówstwo i zdrowie publiczne.

Historia

Cywilizacje ludzkie na wybrzeżu rozwinęły ważny związek z algami. Mapuche w Chile zawiera glony w swojej mitologicznej symbolice. Z kolei Chińczycy jako pierwsi zostawiają pisemne wzmianki o tych organizmach.

Fykologia czy algologia jako nauka wywodzi się głównie z kultury zachodniej, a jej rozwój związany jest z historią botaniki. W jej historycznej ewolucji możemy rozpoznać cztery fazy.

Starożytna Grecja do końca XVIII wieku

Pierwszymi, którzy użyli terminu phykos (rośliny morskie) w odniesieniu do alg, byli Grecy Theophrastus i Dioscorides. Później, od tej greckiej nazwy, na określenie tych organizmów wywodzi się rzymski termin Fucus.

W XVI i XVII wieku przeprowadzono niewiele badań z zakresu fikologii. Czeski botanik Von Załusian (1592) włączył glony wraz z grzybami, porostami i ziołami morskimi do grupy Musci. Von Zakusian uznał te grupy za „Ruda et Confusa” (trudne i zagmatwane) ze względu na trudności w ich sklasyfikowaniu.

Innym botanikiem, który wniósł wkład we wczesne dni fikologii, był Gaspar Bauhin w swojej pracy Prodromus theatri botánica (1620). Autor sklasyfikował różne grupy roślin jako glony, takie jak mchy i skrzypy (Equisetum).

W 1711 roku Francuz Ferchault de Reaumur opisał strukturę płciową gatunku glonów. Był to ważny wkład w algologię, chociaż botanicy, tacy jak Samuel Gottlieb, nadal uważali, że glony rozmnażają się przez partenogenezę.

Linneusz włączył algi do kryptogamów (roślin bez pestek) w swoim systemie klasyfikacji płciowej (1735). Później, w 1753 roku, opisał rodzaj Fucus i tam grupa zaczęła mieć lepszą definicję.

1800 do 1880

Zastosowanie lepszych mikroskopów optycznych spowodowało wielkie postępy w fykologii. To właśnie w tym okresie zdefiniowano większość głównych grup glonów, jakie są obecnie znane.

Pierwszym, który jasno wykazał seksualność alg, był Szwajcar Pierre Vaucher w swojej pracy Histoire des conferves de'eau douce (1803). Na podstawie tej pracy algi są rozpoznawane jako grupa, a algologia zaczyna się konsolidować.

John Stackhouse. Źródło. Książki Google, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Uważa się, że Anglik John Stackhouse przekształcił fikologię w dyscyplinę naukową. W 1801 roku Stackhouse zbadał kiełkowanie zygoty z gatunku Fucus i ustalił, że należą one do różnych rodzajów.

Później francuski botanik Jean Lamouroux zaproponował system klasyfikacji alg w 1813 r. W swoich pracach opisał dużą liczbę gatunków i zdefiniował trzy duże grupy (algi czerwone, brązowe i zielone).

Wśród wielkich ówczesnych fykologów wyróżniają się Szwedzi CA Agardh i jego syn JG Agardh, którzy badali morfologię alg. JG Agardh zaproponował klasyfikację alg morskich na podstawie ich cech anatomicznych.

Innym wybitnym algologiem był niemiecki Friedrich Kützing, który opublikował liczne traktaty o fikologii, w których opisywał różne gatunki. W swoich badaniach brał pod uwagę głównie anatomię tych organizmów.

Od 1880 roku do początku lat pięćdziesiątych XX wieku

Przez większą część tego okresu fykologię uważano za gałąź botaniki, a glony zaliczano do oddziału Thallophyta (Plantae). Przeprowadzono również badanie cykli życiowych wielu gatunków, co pozwoliło na dokładniejsze zdefiniowanie różnych grup.

Włoski fikolog Giovanni de Toni przez 35 lat pracował nad swoją pracą Sillete Algarín, która została opublikowana w 1924 roku. Praca ta gromadzi całą dotychczasową wiedzę dotyczącą systematyki alg.

Ponadto narodziła się fikologia morska, specjalizująca się w badaniach alg występujących w morzach i oceanach. W tym okresie rozpoczęto wyprawy wzdłuż różnych wybrzeży świata w celu sklasyfikowania tych organizmów.

Faza nowoczesna

W latach 50. (XX w.) Nastąpił wielki postęp w fykologii dzięki rozwojowi skaningowych i transmisyjnych mikroskopów elektronowych. Umożliwiło to zbadanie aspektów fizjologii, biologii komórki i ekologii różnych grup glonów.

W latach 70. zmieniło się systematyczne podejście do fikologii w wyniku zastosowania technik molekularnych. Udało się ustalić, że glony są grupą polifiletyczną (nie mają wspólnego przodka). Tak więc cyjanobakterie znajdowały się w bakteriach i innych grupach glonów w Królestwie Protista.

Obecnie fikologia jest dyscypliną skonsolidowaną i na jej różnych kierunkach jest wielu badaczy.

Kierunek studiów

Fykologia to dyscyplina poświęcona badaniu alg. Odnosi się go nie tylko do kategorii taksonomicznej (ze względu na pochodzenie tej grupy), ale nadal jest używany do celów praktycznych.

W algach znajdują się zarówno komórki prokariotyczne, jak i eukariotyczne, z których większość ulega fotosyntezie. W grupie eukariontów glony to talofity (rośliny z plechą), których podstawowym barwnikiem fotosyntetycznym jest chlorofil a.

Czerwone wodorosty. Źródło: Ed Bierman, za Wikimedia Commons

Fykologia bada cechy morfologiczne i anatomiczne różnych grup glonów. Ponadto zajmuje się badaniami nad procesami ewolucyjnymi tych organizmów, w tym różnymi aspektami, takimi jak ewolucja chloroplastu i mechanizmów fotosyntezy.

W dziedzinie fizjologii i biochemii fykolodzy poświęcili się badaniu tzw. „Czerwonych przypływów”. Odnosi się to do wykładniczego wzrostu niektórych mikroalg, które wytwarzają fitotoksyny, które są organizmami toksycznymi dla fauny morskiej i ludzi.

W ramach algologii rozważana jest wiedza na temat roli glonów w ekosystemach, w których występują. Temat ten ma ogromne znaczenie dla nauki, ponieważ organizmy te są głównymi producentami tlenu na planecie.

Z drugiej strony algi są przydatne dla ludzi jako pożywienie i jako podstawa do produkcji produktów przemysłowych. Dlatego fykologia bada również potencjalnie użyteczne gatunki, a także najbardziej efektywne sposoby wykorzystania alg.

Najnowsze przykłady badań

Fikologia jako dyscyplina obejmuje różne obszary zainteresowań badaczy. Obecnie wyróżniają się te związane z jego fizjologią, produkcją toksyn, produktami przemysłowymi i systematyką.

Mechanizmy fotosyntezy

Sugerowano, że chloroplasty glonów wyewoluowały z endosymbiotycznych cyjanobakterii. Badania w tej dziedzinie koncentrują się na mechanizmach transportu informacji, które kontrolują podział i metabolizm chloroplastów.

W 2017 roku przeprowadzono badanie na sinicach i innych grupach glonów. W ten sposób zbadano mechanizmy wykorzystania tlenu, ponieważ nadmiar tego pierwiastka może powodować uszkodzenia oksydacyjne w komórkach.

Wyniki tego badania pokazują, że w sinicach aktywowany jest enzym, który chroni komórkę przed wysokim natężeniem światła. U innych gatunków zaobserwowano strategie biochemiczne, które czynią komórki niewrażliwymi na nadmiar O ₂ .

Fikotoksyny

Produkcja fikotoksyn może powodować tak zwane „czerwone przypływy”, które mają ogromny wpływ na środowisko i gospodarkę. Dlatego fykologia skupiła się na badaniu tych związków.

Przeprowadzono różne badania, aby określić, jak te fikotoksyny działają w różnych organizmach, w tym u ludzi. W 2018 roku hiszpańscy naukowcy przeanalizowali toksyny wytwarzane przez mikroalgi oraz mechanizmy działania i objawy, które wywołują u ludzi.

Czerwony przypływ. Źródło: NOAA, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Biopaliwa

Fykologia w ostatnich latach poświęciła uwagę dziedzinie biopaliw. Prowadzonych jest wiele badań dotyczących biologicznych i użytkowych aspektów alg, które mogą być potencjalnie użyteczne.

Przegląd perspektyw wykorzystania alg jako biopaliw (przeprowadzony w 2017 r.) Wskazuje, że główne wyzwania związane z działaniami dotyczą obszaru technologicznego. Przede wszystkim koncentrują się na uzyskaniu wysokiej produkcji biomasy, a także na uzyskaniu odpowiednich warunków wzrostu.

Metale ciężkie

Niektóre rodzaje alg, takie jak Cladophora (algi zielone) i Fucus (krasnorosty) są odporne na metale ciężkie. W tym sensie prowadzone są badania w celu określenia ilości metali, jaką mogą zawierać te organizmy.

Na podstawie uzyskanych informacji opracowano modele symulacyjne zachowania się zanieczyszczeń metalami ciężkimi w zbiornikach wodnych.

Systematyczny

Fykologia przywiązuje wielką wagę do systematycznego badania alg. W tej dziedzinie skupiono się przede wszystkim na badaniu wzajemnych relacji glonów i ich wpływu na inne organizmy.

W tym sensie techniki molekularne odegrały bardzo ważną rolę w definiowaniu relacji między organizmami.

Niedawno badano glony lodowcowe Grenlandii, znajdujące się w grupie Chlorophytas (glony zielone). Stwierdzono, że są to glony najbardziej spokrewnione z roślinami, a ich ekologia może pomóc lepiej zrozumieć kolonizację roślin w środowisku lądowym.

Bibliografia

1. Chapman RL, MA Buchheim, CF Delwiche, T Friedl, VAR Huss, KG Karol, LA Lewis, J Manhart, RM McCourt, JL Olsen i DA Waters (1998) Molecular Systematics of the Green Algae. pp 508-540. W: Soltis DE, PS Soltis i JJ Doyle (red.) Molecular Systematics of Plants II. Springer, Boston, MA. 585 pkt.
2. Farabegoli F, L Blanco, L Rodríguez, J Vieites and A Cabado (2018) Phycotoxins in marine shellfish: origin, performances and effects on people. Mar. Drugs 16: 1-26.
3. Lee RE (2018) Piąta edycja. Cambrige University Press. Nowy Jork, USA. 535 pkt.
4. Norton TA, M Melkonian i RA Andersen (1996) Algal biodiversity. Phycologia 35 : 308-326.
5. South GR i A Whittick (1987) Wprowadzenie do fykologii. Publikacje naukowe Blackwell. Oxford, Wielka Brytania. 343 pkt.