Более 70% Земли покрыто водой, в которой доминирует группа живых организмов – водоросли. Водоросли принадлежат к растительному типу. Предпочтения отдельных видов водорослей, определяющие их географическое распределение, основаны на их экологической толерантности и реакции на абиотическое взаимодействие.
С другой стороны, естественные популяции являются морфологически, физиологически и биохимически разнообразными из-за генетической изменчивости и абиотических условий.
Водоросли оказывают огромное влияние на устойчивость морской экосистемы, поскольку являются ее основными производителями и, следовательно, источником пищи для других морских организмов. Их потенциал не ограничен этим моментом, поскольку при питании других организмов, находящихся на более высоких уровнях в пищевой цепи, могут быть использованы определенные метаболиты, такие как фотозащитные соединения.
По количеству составляющих их клеток водоросли могут быть сгруппированы, как одноклеточные или плюрицеллюлярные организмы, причем эти термины часто принимают за синонимы для микроводорослей или фитопланктона и макроводорослей соответственно.
Водоросли составляют несколько процентов от общего числа видов, описанных до сих пор, хотя их количество, вероятно, в значительной степени недооценивается. Особенно это касается микроводорослей.
Использование водорослей
Использование водорослей в качестве удобрений и продовольствия было установлено еще в древности.
Учитывая растущие потребности в продовольствии, биоэнергетике, фармацевтических и косметических составах, особое внимание в последнее десятилетие уделяется устойчивым ресурсам, которые не конкурируют с обычными продовольственными ресурсами.
Микроводоросли являются хорошими кандидатами для этой цели, и их длительная эволюционная и адаптивная диверсификация привела к образованию большого и разнообразного набора биохимических составляющих. Удивительно, но развитие промышленных процессов с использованием водорослей остается слабым по сравнению с полевым производством, вероятно, из-за их типичной слабой скорости роста.
Таким образом, улучшение производительности культивирования представляет собой лучший способ сделать водоросли конкурентоспособными.
Это может быть достигнуто за счет глубоких знаний биохимии и физиологии водорослей и, очевидно, за счет оптимизации биореакторов. Тем не менее, многочисленные новые молекулы выделены, описаны на атомном уровне и проверены на их биологическую активность, о чем свидетельствует растущее число публикаций по этой теме, обнаруженных в базах данных.
До недавнего времени считалось, что метаболизм водорослей близок к метаболизму высших растений. Однако интерпретация секвенированных геномов установила оригинальность метаболизма водорослей и позволит получить информацию о первичном и вторичном метаболизме, а также о наличии ключевых молекул.
Характеристика водорослей
Водоросли – это общий термин, используемый для обозначения эукариотропных организмов, обладающих фотоавтотрофию (большинство видов) и с отсутствием некоторых характеристик наземных растений, таких как трахея.
С точки зрения эволюции, водоросли – это полифилетическая группа таксонов, происходящая от интернализации цианобактерий в эукариотную гетеротрофическую клетку. Это объясняет, почему хлоропласты окружены двумя оболочками. На сегодняшний день выделяют три линии водорослей на основе хлоропластовых пигментов, которые рассматриваются, как отдельные виды таксонов:
- Синяя линия первичных эндосимбионтов, в которой имеется хлорофиллл А, а хлоропласт по-прежнему содержит пептидогликановую клеточную стенку, типичную для цианобактерий. Эти организмы не являются эукариотами.
- Красная линия первичных эндосимбионтов, в которых также присутствует только хлорофилл А. К этой линии принадлежит более 6000 видов красных водорослей, в основном одноклеточных и морских.
Субклеточные и филогенетические анализы показали, что красные водоросли являются одной из старейших групп водорослей. Самый старый ископаемый эукариот - красная водоросль, найденная в породах 1200 миллионов лет назад.
- Зеленая линия первичных эндосимбионтов, у которых хлорофилл А связан с хлорофиллом Б. К этой линии относится зеленая водоросли или Chlorophyta (более 6000 видов), из которых возникли высшие растения. Chlorophyta образует парафилетическую группу одноклеточных, колониальных, коккоидных, каенобальных и нитевидных форм, а также морских водорослей.