MIKROALGER: EGENSKAPER, KLASSIFISERING OG ANVENDELSER - BIOLOGI - 2026

De mikroalger er eukaryote organismer, photoautotrophs, dvs. skaffe energi fra lys og syntetisere sin egen mat. De inneholder klorofyll og andre tilbehørspigmenter som gir dem stor fotosyntetisk effektivitet.

De er encellede, koloniale - når de er etablert som aggregater og filamentøse (ensomme eller koloniale). De er en del av planteplankton, sammen med cyanobakterier (prokaryoter). Planteplankton er settet med fotosyntetiske, vannlevende mikroorganismer som flyter passivt eller har redusert mobilitet.

Figur 1. Volvox (sfærisk) Kilde: Frank Fox, via Wikimedia Commons

Mikroalger finnes fra det landlige Ecuador til de polare områdene og er anerkjent som en kilde til biomolekyler og metabolitter av stor økonomisk betydning. De er en direkte kilde til mat, medisin, grovfôr, gjødsel og drivstoff, og er til og med indikatorer på forurensning.

kjennetegn

Produsenter som bruker sollys som energikilde

De fleste mikroalger er grønne i fargen fordi de inneholder klorofyll (tetrapyrrolic plant pigment), en fotoreseptor av lysenergi som gjør det mulig å utføre fotosyntese.

Noen mikroalger har imidlertid rød eller brun farge, fordi de inneholder xantofyller (gule karotenoidpigmenter), som maskerer den grønne fargen.

Habitats

De bor i forskjellige søte og salte, naturlige og kunstige vannmiljøer (som svømmebassenger og fisketanker). Noen er i stand til å vokse i jorden, i sure leveområder og i porøse (endolytiske) bergarter, på veldig tørre og veldig kalde steder.

Klassifisering

Mikroalger representerer en svært heterogen gruppe, fordi den er polyfyletisk, det vil si at den grupperer etterkommere av forskjellige forfedre.

For å klassifisere disse mikroorganismene, har forskjellige egenskaper blitt brukt, blant annet: arten av klorofyllene og energireservestoffene, strukturen på celleveggen og den type mobilitet de presenterer.

Klorofyllens natur

De fleste av algene presenterer klorofyll type A og noen få presenterer en annen type klorofyll avledet fra den.

Mange er obligatoriske fototrofer og vokser ikke i mørket. Noen vokser imidlertid i mørket og kataboliserer enkle sukkerarter og organiske syrer i mangel av lys.

Noen flagellater og klorofytter kan for eksempel bruke acetat som en kilde til karbon og energi. Andre assimilerer enkle forbindelser i nærvær av lys (fotoheterotrofi), uten å bruke dem som energikilde.

Karbonpolymerer som energireserve

Som et produkt av den fotosyntetiske prosessen produserer mikroalger et bredt utvalg av karbonpolymerer som fungerer som energireserve.

For eksempel genererer mikroalgene i Chlorophyta-divisjonen reservestivelse (α-1,4-D-glukose), veldig lik stivelsen til høyere planter.

Celleveggstruktur

Veggene i mikroalger har et betydelig mangfold av strukturer og kjemisk sammensetning. Veggen kan bestå av cellulosefibre, vanligvis med tilsetning av xylan, pektin, mannan, alginsyrer eller fucinsyre.

I noen kalkholdige eller korallinske alger viser celleveggen kalsiumkarbonatavsetning, mens andre har kitin.

Diatomer har derimot silisium i celleveggen, hvortil polysakkarider og proteiner blir tilsatt, og danner skjell av bilateral eller radial symmetri (skummler). Disse skjellene forblir intakte i lang tid og danner fossiler.

Euglenoid mikroalger mangler, i motsetning til de tidligere, en cellevegg.

Type mobilitet

Mikroalger kan ha flagella (som Euglena og dinoflagellates), men har aldri flimmerhår. På den annen side viser noen mikroalger immobilitet i sin vegetative fase, men deres gameter kan imidlertid være mobile.

Bioteknologiske anvendelser

Fôring av mennesker og dyr

På 1950-tallet begynte tyske forskere massedyrking av mikroalger for å få lipider og proteiner som ville erstatte konvensjonelle dyre- og planteproteiner, med det formål å dekke forbruket av husdyr og mennesker.

Nylig har den massive dyrking av mikroalger blitt anslått som en av mulighetene for å bekjempe sult og global underernæring.

Mikroalger har uvanlige næringskonsentrasjoner, som er høyere enn de som er observert i noen høyere plantearter. Et daglig gram mikroalger er et alternativ til å supplere et mangelfullt kosthold.

Fordeler med bruken som mat

Blant fordelene ved å bruke mikroalger som mat, har vi følgende:

• Høy hastighet på mikroalgal vekst (de gir et utbytte som er 20 ganger høyere enn soyabønner per arealenhet).
• Det genererer fordeler målt i den "hematologiske profilen" og i "intellektuell status" til forbrukeren, når de konsumerer små daglige doser som et ernæringssupplement.
• Høyt proteininnhold sammenlignet med andre naturlige matvarer.
• Høy konsentrasjon av vitaminer og mineraler: inntak av 1 til 3 gram om dagen med mikroalgale biprodukter, gir betydelige mengder betakaroten (provitamin A), vitamin E og B-kompleks, jern og sporstoffer.
• Svært energigivende næringskilde (sammenlignet med ginseng og pollen samlet av bier).
• De anbefales for trening med høy intensitet.
• På grunn av sin konsentrasjon, lave vekt og enkle transport er det tørre ekstraktet av mikroalger egnet som en ikke-bedervelig mat å lagre i påvente av nødsituasjoner.

Figur 2. Arthrospira er et mye brukt og massedyrket cyanobakterium. Kilde: Joan Simon, beskåret av Perdita (engelsk Wikipedia-bruker), via Wikimedia Commons

akvakultur

Mikroalger brukes som mat i akvakultur på grunn av det høye proteininnholdet (fra 40 til 65% i tørrvekt) og deres evne til å øke fargen på laksefisk og krepsdyr med sine pigmenter.

For eksempel brukes det som mat til toskall i alle vekststadiene deres; for larvestadier av noen arter av krepsdyr og for tidlige stadier av noen fiskearter.

Pigmenter i matindustrien

Noen mikroalge-pigmenter brukes som tilsetningsstoffer i grovfôr for å øke pigmenteringen av kyllingkjøtt og eggeplommer, samt for å øke fruktbarheten til storfe.

Disse pigmentene brukes også som fargestoffer i produkter som margarin, majones, appelsinjuice, iskrem, ost og bakeriprodukter.

Figur 3. Rørformede fotobioreaktorer, brukt til å få høye verdiforbindelser fra mikroalger. Kilde: IGV Biotech, fra Wikimedia Commons

Human- og veterinærmedisin

Innen human- og veterinærmedisin blir mikropotens potensial anerkjent fordi:

• De reduserer risikoen for forskjellige typer kreft, hjerte- og øyesykdommer (takket være luteininnholdet).
• De hjelper til med å forhindre og behandle koronar hjertesykdom, blodplateaggregering, unormale kolesterolnivåer, og er også veldig lovende for behandling av visse psykiske sykdommer (på grunn av omega-3-innholdet).
• De har antimutagenisk virkning, stimulerer immunforsvaret, reduserer hypertensjon og avruser.
• De har antikoagulerende og bakteriedrepende virkning.
• De øker biotilgjengeligheten til jern.
• Medisiner basert på terapeutiske og forebyggende mikroalger har blitt generert for ulcerøs kolitt, gastritt og anemi, blant andre forhold.

Figur 4. Flat fotobioreaktor: brukt for å oppnå biprodukter med høy merverdi av mikroalger og i eksperimentering. Kilde: IGV Biotech, fra Wikimedia Commons

gjødsel

Mikroalger brukes som biogjødsel og jordbalsam. Disse fotoautotrofiske mikroorganismer dekker raskt den forstyrrede eller brente jordsmonnet, og reduserer risikoen for erosjon.

Noen arter favoriserer nitrogenfiksering, og har gjort det mulig for eksempel å dyrke ris på oversvømmet land i århundrer uten tilsetning av gjødsel. Andre arter brukes til å erstatte kalk i kompost.

kosmetikk

Mikroalderivater er blitt brukt i formuleringen av anrikede tannkremer, som eliminerer bakteriene som forårsaker tannkars.

Kremer som inkluderer slike derivater er også utviklet for deres antioksidant- og ultrafiolettbeskyttende egenskaper.

Figur 5. Vedlikehold av mikroalger i banker eller stammer. Kilde: CSIRO

Kloakkbehandling

Mikroalger brukes i prosesser for transformasjon av organisk materiale fra avløpsvann, generering av biomasse og behandlet vann for vanning. I denne prosessen tilfører mikroalgene nødvendig oksygen til aerobe bakterier og ødelegger organiske miljøgifter.

Forurensningsindikatorer

Med tanke på den økologiske betydningen av mikroalger som primære produsenter av vannmiljøer, er de indikatororganismer for miljøforurensning.

I tillegg har de stor toleranse for tungmetaller som kobber, kadmium og bly, samt klorerte hydrokarboner, og det er derfor de kan være indikatorer på tilstedeværelsen av disse metaller.

biogass

Noen arter (for eksempel Chlorella og Spirulina) har blitt brukt til å rense biogass, siden de bruker karbondioksid som en kilde til uorganisk karbon, i tillegg til samtidig å kontrollere pH i mediet.

biodrivstoff

Mikroalge-biosyntetisering av et bredt utvalg av kommersielt interessante bioenergetiske biprodukter, som fett, oljer, sukker og funksjonelle bioaktive forbindelser.

Figur 6. Mikroalge-kultivatorer av karuseltype, brukt i massedyrking av mikroalger til kosmetikk- og matindustrien. Kilde: JanB46, fra Wikimedia Commons

Mange arter er rike på lipider og hydrokarboner som er egnet for direkte bruk som flytende biodrivstoff med høyt energiinnhold, i nivåer som er høyere enn de som er til stede i landanlegg, og har også potensiale som erstatning for raffinaderiprodukter av fossilt brensel. Dette er ikke overraskende, med tanke på at mesteparten av oljen antas å stamme fra mikroalger.

En art, spesielt Botryococcus braunii, er blitt studert grundig. Oljeutbyttet fra mikroalger er forventet å være opptil 100 ganger det for landavlinger, fra 7.500-24.000 liter olje per dekar per år, sammenlignet med raps og palme, henholdsvis 738 og 3690 liter. .

referanser

1. Borowitzka, M. (1998). Kommersiell produksjon av mikroalger: dammer, stridsvogner, knoller og gjærere. J. of Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, Den spiselige mikroorganismen. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). Biokjemien og det industrielle potensialet til Spirulina. Ann. Pastor Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Biogassrensingsprosess ved bruk av intensive mikroalgerkulturer. Biotech. Brev, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Fremskritt i den konseptuelle utformingen av fotobioreaktorer for dyrking av mikroalger. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Dyrket mikroalger som oppdrettsfôr. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Mikroalgale massekultursystemer og metoder: Deres begrensning og potensial. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, & Abdo de la Parra, MI (1996). Alternative kilder til vegetabilske proteiner som erstatning for fiskemel til akvakulturfôr. Arbeid presentert i Proceedings of the Third International Aquaculture Nutrition Symposium, Monterrey, Nuevo León, Mexico.
9. Olaizola, M. (2003). Kommersiell utvikling av mikroalgal bioteknologi: fra prøverøret til markedet. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.