Wat zijn algen?

Algen zijn een diverse groep van aquatische organismen die het vermogen hebben tot fotosynthese. De meeste mensen kennen bepaalde algen wel, bijvoorbeeld zeewieren (zoals kelp of fytoplankton), vijverpuin of de algenbloei in meren. Er bestaat echter een grote en gevarieerde wereld van algen die niet alleen nuttig voor ons zijn, maar ook essentieel voor ons bestaan.

Definitie

De term “algen” omvat veel verschillende organismen die in staat zijn zuurstof te produceren door middel van fotosynthese (het proces waarbij lichtenergie van de zon wordt geoogst om koolhydraten te produceren). Deze organismen zijn niet noodzakelijk nauw verwant. Toch zijn er bepaalde kenmerken die hen verenigen en hen tegelijkertijd onderscheiden van de andere grote groep van fotosynthetische organismen: de landplanten.

In de eerste plaats zijn algen niet sterk gedifferentieerd zoals planten dat zijn, aldus de auteurs van “Algae: Anatomy, Biochemistry, and Biotechnology, 2nd Ed.” (CRC Press, 2014). Dat wil zeggen, ze missen echte wortels, stengels en bladeren, en een vasculair systeem om water en voedingsstoffen door hun lichaam te laten circuleren. Ten tweede zijn veel algen eencellig, volgens een artikel uit 2014 dat is gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology.

Ze komen ook voor in een verscheidenheid van vormen en maten. Ze kunnen bestaan als afzonderlijke, microscopische cellen; ze kunnen macroscopisch en meercellig zijn; in kolonies leven; of een bladachtig uiterlijk aannemen zoals in het geval van zeewieren zoals reuzenkelp. Picoplankton heeft een diameter van 0,2 tot 2 micrometer, terwijl de bladeren van reuzenkelp 60 meter lang zijn. Tenslotte worden algen aangetroffen in een hele reeks aquatische habitats, zowel in zoet als in zout water.

Op grond van deze kenmerken omvat de algemene term “algen” zowel prokaryote organismen – cyanobacteriën, ook bekend als blauwalgen – als eukaryote organismen (alle andere algensoorten). “Aangezien “algen” geen natuurlijke groep vormen die van een gemeenschappelijke voorouder afstamt, is het opnemen van cyanobacteriën in de informele groep “algen” gebruikelijk”, zegt Linda Graham, professor in de plantkunde aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.

“De term ‘eukaryotische algen’ sluit cyanobacteriën uit.” Het is ook interessant op te merken dat chloroplasten, die de plaats zijn van fotosynthese in landplanten, aangepaste vormen van cyanobacteriën zijn. Deze vroege cyanobacteriën werden opgeslokt door primitieve plantencellen ergens in het late Proterozoïcum, of in het vroege Cambrium, volgens het University of California Museum of Paleontology.

(Prokaryoten omvatten bacteriën en archaea. Het zijn eenvoudigere organismen zonder een georganiseerde celstructuur en hun DNA zweeft vrij als een verwarde massa in het cytoplasma. Eukaryoten daarentegen zijn alle andere levende organismen: protisten, planten, schimmels en dieren. Hun cellen zijn meer georganiseerd. Zij hebben structuren die organellen worden genoemd om een reeks cellulaire functies uit te voeren en hun DNA is gehuisvest in een centraal compartiment dat de kern wordt genoemd).

Algemene kenmerken

De meeste algen leven in aquatische habitats (Current Biology, 2014). Toch is het woord “aquatisch” bijna beperkt in zijn vermogen om de diversiteit van deze habitats te omvatten. Deze organismen kunnen gedijen in zoetwatermeren of in zoutwateroceanen. Ze verdragen ook uiteenlopende temperaturen, zuurstof- of koolstofdioxideconcentraties, zuurtegraad en troebelheid.

Reuzenkelpen worden bijvoorbeeld aangetroffen op meer dan 200 meter onder de poolijskappen, aldus “Algae”, terwijl de eencellige groene algensoort Dunaliella salina wordt aangetroffen in zeer zoute, of hypersaliene, milieus zoals de Dode Zee, volgens een overzichtsartikel uit 2005 dat is gepubliceerd in het tijdschrift Saline Systems. Vrij zwevende, meestal eencellige algen die in verlichte delen van het water leven, staan bekend als planktonische algen. Zij die zich aan oppervlakken hechten, worden benthische algen genoemd. Dergelijke algen groeien op modder, stenen, andere algen en planten, of dieren, aldus “Algen”.

Algen kunnen ook op het land overleven. Enkele onverwachte plaatsen waar ze groeien zijn boomstammen, dierenvachten, sneeuwbanken, warmwaterbronnen (volgens “Algae”) en in de bodem, waaronder woestijnkorsten (Current Biology, 2014).

Meestal leven algen zelfstandig in hun verschillende groeivormen (enkele cellen, kolonies, etc.), maar ze kunnen ook symbiotische relaties aangaan met allerlei niet-fotosynthetische organismen, waaronder ciliaten, sponzen, weekdieren en schimmels (als korstmossen). Een van de voordelen van dergelijke relaties is dat ze algen in staat stellen de horizon van hun habitat te verbreden.

Voeding

In het algemeen zijn algen in staat tot fotosynthese en produceren zij hun eigen voeding door gebruik te maken van lichtenergie van de zon en kooldioxide om koolhydraten en zuurstof te produceren. Met andere woorden, de meeste algen zijn autotrofen of meer bepaald foto-autotrofen (wat aangeeft dat zij lichtenergie gebruiken om voedingsstoffen te produceren).

Er bestaan echter bepaalde algensoorten die hun voeding uitsluitend uit externe bronnen moeten betrekken; zij zijn heterotroof. Dergelijke soorten passen een aantal heterotrofe strategieën toe om voedingsstoffen uit organisch materiaal (koolstofhoudende verbindingen zoals koolhydraten, eiwitten en vetten) te halen. Osmotrofiëring is de absorptie van opgeloste stoffen, en fagotrofiëring is het opslokken van bacteriën of andere prooien. Andere algen, de zogenaamde auxotrofen, hoeven alleen essentiële vitamines zoals het B12-complex of vetzuren te verwerven (volgens “Algae”).

Volgens de auteurs van “Algae” wordt algemeen aangenomen dat de voedingsstrategieën van algen zich bevinden op een spectrum van foto-autotrofie en heterotrofie. Deze eigenschap wordt mixotrofie genoemd.

Voortplanting

Algen kunnen zich voortplanten via ongeslachtelijke of vegetatieve methoden en via seksuele voortplanting.

Volgens de auteurs van “Algae” bestaat de ongeslachtelijke voortplanting uit de productie van een beweeglijke spore, terwijl de vegetatieve methoden bestaan uit een eenvoudige celdeling (mitose) om identieke nakomelingen te produceren en uit de fragmentatie van een kolonie. Bij de geslachtelijke voortplanting worden gameten (die door meiose in elke ouder afzonderlijk worden geproduceerd) verenigd.

Cyanobacteriën

Deze worden ook blauwalgen genoemd. Hoewel zij in staat zijn tot zuurstofproducerende fotosynthese en in veel van dezelfde milieus leven als eukaryote algen, zijn cyanobacteriën gramnegatieve bacteriën, en dus prokaryoten. Zij zijn ook in staat tot onafhankelijke stikstoffixatie, het proces waarbij stikstof uit de lucht wordt omgezet in bruikbare vormen van het element, zoals ammoniak.

Het voorvoegsel “cyano” betekent blauw. Deze bacteriën hebben pigmenten die specifieke golflengten van het licht absorberen en hen hun karakteristieke kleuren geven. Veel cyanobacteriën hebben het blauwe pigment fycocyanine, een licht-oogstend pigment (het absorbeert rode golflengten van het licht). Cyanobacteriën hebben allemaal een vorm van het groene pigment chlorofyl, dat verantwoordelijk is voor het oogsten van lichtenergie tijdens het fotosyntheseproces (Current Biology, 2014). Sommige andere hebben ook het rode pigment fycoerythrine, dat licht met het groene gebied absorbeert en de bacterie een roze of rode kleur geeft.

Eukaryote algen

De eukaryote algen zijn polyfyletisch, d.w.z. dat zij niet zijn geëvolueerd uit één enkele gemeenschappelijke voorouder. Dit blijkt duidelijk uit ons huidig begrip van de boom des levens – een stamboom van alle levende organismen georganiseerd volgens hun verschillende evolutionaire verwantschappen. Eukaryote algen zijn verdeeld over veel verschillende groepen, of grote takken van de boom.

In een overzichtsartikel uit 2014, gepubliceerd in het tijdschrift Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, somt auteur Fabien Burkil vijf supergroepen van eukaryote organismen op: Ophiskontha, Amoebozoa, Excavata, Archaeplastida en SAR (die drie groepen omvat, Stramenopiles, Alveolata en Rhizaria).

Tot de Archaeplastida behoren planten en een verscheidenheid van fotosynthetische algensoorten zoals de chlorofyten (een subgroep van groenwieren), charofyten (hoofdzakelijk zoetwatergroenwieren) en glaucocystofyten (eencellige zoetwateralgen). Chlorofyten zijn de groene algen die gewoonlijk korstmossen vormen met schimmels.

Dinoflagellaten worden aangetroffen in Alveolata. Dit zijn hoofdzakelijk eencellige zee- en zoetwaterorganismen. Veel dinoflagellaten hebben in de loop van de evolutie hun plastiden – de plaats van de fotosynthese – verloren en zijn fagotroop of leven als parasieten. Nog andere algensoorten worden verspreid aangetroffen onder Alveolata, Excavata, Rhizaria en Chromista (Current Biology, 2014).

Belang

Waarschijnlijk de belangrijkste bijdrage van algen aan ons milieu en welzijn is het genereren van zuurstof door fotosynthese. “Algen zijn onmisbaar omdat ze ongeveer de helft van de zuurstof in de atmosfeer van de aarde produceren,” vertelde Graham aan LiveScience.

Volgens een overzichtsartikel uit 2010, gepubliceerd in het tijdschrift Biofuels, is aardolie gedeeltelijk afkomstig van oude algenafzettingen. “Sommige zeer oude olieafzettingen worden toegeschreven aan cyanobacteriën, hoewel de identiteit van de producenten nog steeds onzeker is,” zei Graham. “Jongere olieafzettingen zijn waarschijnlijk ontstaan uit eukaryote mariene groene algen, coccolithophoriden en ander microscopisch marien fytoplankton.” Deze olieafzettingen zijn een beperkte hulpbron en slinken langzaam door menselijk gebruik. Daarom zoeken onderzoekers naar hernieuwbare alternatieven.

Biobrandstoffen uit algen zijn een veelbelovende vervanging voor fossiele brandstoffen. Alle algen hebben het vermogen energierijke oliën te produceren en verschillende microalgensoorten accumuleren van nature hoge gehaltes olie in hun droge massa. Bovendien komen algen voor in diverse habitats en kunnen zij zich snel voortplanten. Zij maken ook efficiënt gebruik van kooldioxide. “Algen helpen het kooldioxidegehalte in de atmosfeer stabiel te houden door het op te slaan in organische materialen, waaronder olieafzettingen en anorganische carbonaatrotsen”, aldus Graham. Groene algen, diatomeeën en cyanobacteriën zijn slechts enkele van de microalgensoorten die worden beschouwd als goede kandidaten voor de productie van biobrandstof (Biofuels, 2010).

Algen, in de vorm van algenbloei, krijgen een slechte naam omdat ze giftige omstandigheden creëren in oceanen en meren. “Algenbloei” verwijst naar de ongebreidelde groei van bepaalde microalgen, die op zijn beurt leidt tot de productie van giftige stoffen, verstoring van de natuurlijke aquatische ecosystemen en hogere kosten voor waterzuivering, volgens de Environmental Protection Agency (EPA). De bloei neemt de kleur aan van de algen die erin groeien. Graham stelt dat de belangrijkste toxineproducenten in oceanen bepaalde dinoflagellaten en diatomeeën zijn. In zoet water zijn cyanobacteriën de belangrijkste toxineproducenten, hoewel sommige eukaryotische algen ook problemen veroorzaken. Onder natuurlijke omstandigheden gebruiken algen de toxinen om zich te beschermen tegen consumptie door kleine dieren en hebben ze slechts een kleine hoeveelheid nodig om zichzelf te beschermen.

De belangrijkste oorzaak van algenbloei is een fenomeen dat nutriëntenverontreiniging wordt genoemd. Bij nutriëntenverontreiniging is er een overmaat aan stikstof en fosfor, die algen tot ongeremde groei kan aanzetten. Het fenomeen wordt veroorzaakt door een verscheidenheid van menselijke activiteiten. De meststoffen die we gebruiken in de landbouw en dierlijke mest zijn rijk aan stikstof, terwijl verkeerd behandeld afvalwater hoog is in zowel stikstof als fosfor, aldus de EPA.

“In de maatschappij heerst de opvatting dat algen schadelijk zijn en bij elke gelegenheid moeten worden geëlimineerd. Maar die perceptie is verkeerd, want algen maken zuurstof, vis [ze zijn een belangrijke bron van voedsel voor in het water levende organismen], olie, en vele andere nuttige materialen,” vertelde Graham aan LiveScience. “Slechts een paar soorten veroorzaken problemen, en de ergste daarvan is Homo sapiens.”