Antecedentes Biológicos

¿Que son las Algas?

Son organismos vegetales que hacen fotosíntesis, son de agua tanto dulce como salada.  Existen algas microscópicas unicelulares (microalgas) y hasta grandes algas multiceculares (macroalgas) que pueden formar bosques submarinos.  Las macroalgas, a diferencia de las plantas superiores, no poseen un auténtico sistema vascular, tampoco tienen raíces verdaderas, tallos ni hojas. Su cuerpo vegetativo se conoce como “Talo”  (base-estipe-lamina).

Los científicos utilizan la ciencia de la taxonomía para clasificar a los organismos animales y vegetales con características comunes. Así, se pueden clasificar a las macroalgas en tres amplios grupos taxonómicos, llamados Divisiones, Clases, Órdenes, Géneros y hasta llegar al nivel mas bajo de clasificación taxonómica llamada Especies.

Para clasificar a las algas los botánicos se basan en una de las características comunes según su grupo, la pigmentación. Así las algas rojas se clasifican con el nombre de la División Rhodophyta, las verdes en Clorophyta y las pardas en la división Ochrophyta, y dentro de esta clasificación la clase Phaeophyceae. Existen aproximadamente 30.000 especies de macroalgas en el mundo y alrededor de 300 especies son utilizadas con fines alimenticios, terapéuticos o comerciales.

Morfología general de algunas algas en comparacion con una planta superior. Se observa (A) la morfología foliosa de Ulva spp.(alga verde), en donde se distingue el Talo (cuerpo del alga), margen ondulado, y el disco de adhesión al sustrato. En el esquema (B), de un huiro (alga parda), se distingiuen las frondas, las láminas, el estipe, el disco de ahesión al sustrato y los aerocistos (flotadores), que corresponden a estructuras especializadas para mantener las frondas a flote. Por último, (C) la estructura morfológica de una planta superior, y se destaca por su complejidad, se observan las hojas, la flor, los frutos, el tallo y la raíz.

Características de los GRUPOS

Algas Rojas (División Rhodophyta)

Este grupo de algas posee mas de 3.000 especies. Se caracterizan por poseer pigmentos ficobilínicos que les confieren el color rojizo (ficoeritrina y ficocianina), y ocultan el color del pigmento de las clorofilas (verde) que todas las algas poseen, por eso domina el color rojizo en sus tejidos.  La mayoría de las especies crecen cerca de las costas tropicales y subtropicales en la zona intermareal y submareal en el borde costero. Sin embargo existen algunas que son de agua dulce.

Estas especies poseen un ciclo de vida Haplodiplóntico Trifásico Isomórfico, es característico de algas rojas como el pelillo y las lugas. Se caracteriza por poseer tres tipos de individuos de vida libre que viven en el ambiente de diferente ploidía (haploíde o diploíde) y de similar morfología externa, eso le da el nombre al ciclo de vida. Los gametofitos masculinos, femeninos que son haploides (n) y los esporofitos que son diploides (2n)

Algas rojas que proporcionan una serie de ficocoloides, principalmente el agar-agar y carragenina que son de importancia comercial. En Chile las mas conocidas son: la «chasca», el «pelillo», la «chicoria» y las “lugas”.

La primera fase del ciclo (A), correspondiente a los gametofitos, liberan al ambiente gametos dioicos (hay individuos machos y hembras) a través de mitosis que se adhieren al sustrato creciendo y haciendose reproductivos en algunas épocas del año, principalmente en verano.

Así, el individuo masculino adulto forma ramillas espermatangiales en la zona apical (borde de la lámina) desde donde se liberan los espermacios, (gametos masculinos), los cuales a la deriva en el agua llegan hasta el carpogonio (B, gameto femenino) a través de el tricógino (estructura especializada para dirigir el gameto masculino hasta el femenino). Hay que mencionar que en este grupo de algas sus gametos no poseen flagelos que permitan dar movimiento propio a estas células reproductivas como en otros grupos de algas.

Una vez en el carpogonio ubicado dentro del tejido femenino (C), ocurre la fecundación (Singamia) y se origina el carpoesporofito (D), estructura reproductiva similar al zigoto y correspondiente a la segunda fase del ciclo de vida.

Ciclo de vida de Rhodymenia Haplodiplóntico Trifásico Isomórfico

Existen otros tipos de ciclos de vidas como el de Porphyra (luche).

Las láminas de Porphyra pueden ser circulares o lineales y medir de 5cm hasta más de un metro. Su color también varía, de rosado en especies que viven enteramente sumergidas, rojas, amarillas, cafés y verdes en especies intermareales.

Figura 4. Porphyra spp.  alga roja en su habitat natural, intermareal alto.

Estas especie poseen un ciclo de vida complejo llamado Haplodiplóntico Heteromórfico, Se caracteriza por poseer dos tipos de individuos de vida libre que viven en el ambiente de diferente ploidía (haploíde o diploíde) y de diferente morfología externa, eso le da el nombre al ciclo de vida. Los gametofitos que son haploides (n) y los esporofitos que son diploides (2n).

En este ciclo de vida se caracteríza por poseer una fase microscópica diploide y se llama conchocelis (A), la cual consiste en ramas filamentosas. Bajo condiciones específicas, los filamentos forman ramas hinchadas llamadas conchosporangios (B), la cual extruye o vierte sus contenidos como células individuales sin paredes – conchosporas. La meiosis se lleva a cabo en cada conchospora (C), la cual se desarrollará hasta llegar a constituir talos adultos de Porphyra, la fase de Gametofito (D). En algunas especies, las monoesporas producidas en los márgenes que al hacerse reproductivos se tornan de una coloración rojiza, y pueden reproducir las láminas asexualmente. Los espermatangios y las carpogonios se forman en paquetes en las márgenes de las mismas láminas (E). Los espermatangios se adhieren y llevan a cabo la fertilización (Singamia, F). El cigoto se divide para formar un paquete de células diploides: el carposporangio. Las carposporas diploides se liberan de los carposporangios y forman filamentos de conchocelis diploides una vez más para así transcurrir el verano.

Figura 5. Ciclo de vida de Porphyra (Luche) Haplodiplóntico Heteromórfico.

Algas Verdes (División Clorophyta)

Esta división representan aproximadamente entre 6.000 y 7.000 especies. Se las conoce con el nombre de algas verdes o clorófitas, debido al intenso color verde que les otorga el pigmento de la clorofila a y b. Evolutivamente corresponden a los organismos más antiguos y la primera alga verde aparece en el registro fósil hace más de 2.000 millones de años. Se las considera predecesoras de las plantas verdes terrestres. Estas especies generalmente se distribuyen en la zona intermareal media a baja y en pozas características de algunas playas de fondos duros. En Chile, las mas conocidas corresponden a las lechugas de mar y algunos filamentos en pozas intermareales como las de la clase Clorophyceae y del órden Ulvales: Ulva spp, Enteromorpha spp y Chaetomorpha spp entre otras.

Estas especies poseen un ciclo de vida Haplodiplóntico isomórfico, es característico de algas verdes  como la lechuga de mar.  Este ciclo de vida presenta dos fases de vida libre de igual morfología en el ambiente. Estas dos fases se llaman fases de gametofito y esporofito, haploide y diploide respectivamente.  De esta manera, durante la primera fase esporofitica (diploide), el alga produce esporas por meiósis y durante la segunda, el alga produce gametos por mitosis.

Figura 6. Alga verde Ulva spp. en su habitat natural, zona intermareal.

En este ciclo de vida, en las primeras etapas de vida libre el esporofito (A), y la membranus hallus, o el cuerpo de la planta, crea una estructura de adhesión uniéndola a la piedra o sustrato. Una vez que el tejido adulto se hace reproductivo, indentificandose a ojo desnudo por la decoloración del tejido en los bordes de las láminas. Dentro de este tejido reproductivo se generan los esporangios (B), dentro de cada esporangio por meiosis se generan las zoosporas cuadriflageladas (C), característica que les permiten la natación libre a cortas distancias en el medio acuoso. Estas esporas son liberadas al medio ambiente, donde germinan, pierden los flagelos, se asientan y crecen hasta la siguiente generación.

Esta nueva generación es llamada la segunda fase o la fase gametofitica (D). Aquí por medio de mitosis se da origen a los gametofitos haploides (femenino y masculino) en donde al hacerse reproductivo el tejido se generan los gametangios (E) que estos también realizan mitosis dando origen a isogametos (gametos de igual morfología) que son haploides y al realizan la plasmogamia (unión del citoplasma entre un gameto masculino y femenino), estos después se fusionan y realizan la Singamia (F), desde el núcleo se fusionan dando origen a un cigoto diploide (G), que al germinar da origen a un nuevo individuo adulto diploide que crecen para volverse parte de la siguiente generación de esporofitos repitiéndose el ciclo de vida.

La lechuga de mar se ve igual en la fase de gametofitos que en la fase de esporofitos. Debido a esto, la lechuga de mar es el mejor ejemplo para un ciclo de vida con alteración isomórfica de generaciones.

Figura 7. Ciclo de vida de Ulva (Lechuga de mar) Haplodiplóntico isomórfico.

Algas Pardas (División Ochrophyta: Clase Phaeophyceae)

Este grupo posee unas 1.500 especies de algas marinas de color pardo conocidas también como feofitas (porque pertenecen a la clase Phaeophyceae). En el mundo se encuentran en las zonas agitadas de los mares polares y subtropicales, aunque hay algunas en las profundidades oceánicas y en aguas de temperaturas de aproximadamente 20 C. Si bien existen algas de pequeño tamaño como filamentos de Ectocarpales, son las algas de mayor tamaño conocido, las Laminariales llamadas comunmente Kelps, pueden llegar a forman bosques submarinos, como los Sargazos. Su color se debe a la presencia del pigmento fucoxantina, que, junto con otros pigmentos xantofílicos, enmascara el color verde de la clorofila en las células vegetales.

Estas especies generalmente se distribuyen en la zona intermareal baja y en el submareal hasta llegar a grandes profundidades (hasta 40m). En Chile, las mas conocidas corresponden a los Huiros: como el género Lessonia spp, Macrocystis spp y el cochayuyo del género Durvillaea spp.

Figura 8. Especies de algas pardas de importancia comercial en Chile, en su habitat natural, zona submareal. Se observan los Huiros: como el género Lessonia spicata, Macrocystis pyrifera y el cochayuyo del género Durvillaea incurvata.

El ciclo de vida Haplodiplóntico Heteromórfico es característico del Huiro (Macrocystis pyrifera). Este ciclo de vida presenta dos fases de vida libre de diferente morfología en el ambiente. Estas dos fases se llaman fases de gametofito y esporofito, haploide y diploide respectivamente.  De esta manera, durante la primera fase esporofitica (diplode), el alga produce esporas por meiósis y durante la segunda, el alga produce gametos por mitosis.

Alterna una generación macroscópica diploide (esporofito adulto) con una etapa microscópica haploide (gametofito). Ambas generaciones son independientes una de otra. El esporofito adulto (A) es de gran tamaño (> 2 m). En la época fértil, los esporofitos adultos presentan áreas de coloración oscura, donde se encuentran los soros, en donde courre la meiosis (B). Desde esos soros se liberan las esporas (microscópicas y haploides) al medio (zooesporas, C), aquí que después de asentarse al sustrato, dan origen a gametofitos (D) femeninos y masculinos fértiles (microscópicos y haploides) que mediante el proceso de fecundación (Singamia, E) originan un esporofito (microscópico y diploide) que posteriormente crece hasta alcanzar el tamaño adulto (F), completando el ciclo de vida.

Figura 9. Ciclo de vida de Macrocystis spp. (Huiro flotador) Haplodiplóntico Heteromórfico.

Por otro lado, el ciclo de vida Diplóntico, es característico de Cochayuyo (Durvillaea spp). Tiene solo una fase independiente, la fase gametofítica diploide (A), que corresponde al alga que vemos en las zonas costeras rocosas. La especie es dioica (hay individuos machos y hembras en plantas separadas), con fases sexuales pequeñas y de corta duración (B). Los gametos se diferencian dentro de conceptáculos ovoides. Los conceptáculos masculinos, forman los anteridios y los conceptáculos femeninos, originan a los oogonios, estas celulas se forman por meiosis (C). Una vez ocurrida la fecundación (Singamia) el cigoto (D) es liberado al agua de mar, posteriormente el cigoto sedimenta (E), se  fija al sustrato (F) y crece una nueva macroalga (G).

Figura 10. Ciclo de vida de Durvillaea spp. (Cochayuyo) Diplóntico

Ecología

El principal rol ecológico de las algas marinas es su función productiva en los ecosistemas costeros de aguas someras. Son la base de las cadenas tróficas en estos ecosistemas y gran parte de la energía producida por las algas es consumida directamente por los consumidores primarios, como moluscos pastoreadores (Caracol negro: Tegula atra) y peces herbívoros (Borrachilla: Scartichthys viridis y Baunco: Girella laevifrons). Además, los generos de las algas pardas como: Lessonia, Macrocystis y Durvillaea, sirven de sustrato, lugar de refugio, lugar de asentamiento larval y crianza de juveniles para numerosos invertebrados (i.e Annelidos, Arthropodos y Moluscos) se reconocen aproximadamente 153 grupos de especies asociados a discos de adhesión de estas algas pardas.

Figura 11. Imagen extraída de Vega et al 2016. Se muestra: A) Asociación Scurria-Lessonia; B) Scurria scurra sobre estipes de Lessonia berteroana (ex L. nigrescens) en el área marina protegida de Isla Choros, C) en el área de libre acceso de Totoral Bajo; y D) sobre un estipe de Lessonia spicata (ex L. nigrescens) en la costa de Concepción. Vega A. JM, CM Asorey N Piaget (2016) Asociación Scurria-Lessonia, indicador de integridad ecológica en praderas explotadas de huiro negro Lessonia berteroana (ex L. nigrescens) en el norte de Chile. Rev. biol. mar. oceanogr. Vol.51 no.2.

Distribución Ecológica

Las macroalgas ocurren en dos tipos de hábitas principales; el intermareal y el submareal. El habitat intermareal se caracteríza por la zona que acupan los organismos entre la mínima y máxima marea. Por otro lado la zona submareal se caracteriza por ser el habitat que se encuentra siempre sumergida y que se extiende desde la zona de mas baja marea hasta la plataforma continental correspondiente.

Estas zonas estan afectadas por factores tanto abióticos como bióticos que afectan la distribución y abundancia de los organismos que allí habitan. Entre los factores abióticos mas importantes en la zona intermareal son la luz solar, viento, golpe de la ola y salinidad. Entre los bióticos, la competencia por sustrato y la depredación son los mas importantes.  La zona submareal, presenta factores como la temperatura del mar, la disponibilidad de nutrientes, la disponibilidad de oxígeno disuelto y la salinidad. Entre los factores bióticos mas importantes estan la competencia por sustrato y la depredación. El efecto de estos factores en conjunto, generan un patrón de distribución característico de las especies en el ambiente marino y se denomina “Patrón de Zonación”. De esta manera, la zona intermareal se clasifica en la zona alta, media y baja y la zona submareal. Estas zonas se caracterízan por ser el habitats de grupos de invertebrados y algas específicos que soportan cada una de las condiciones presentes en estos sectores del ambiente marino.

Glosario

Anteridios: Órgano que produce gametos sexuales masculinos propio de algas, hongos, musgos y ciertas plantas vasculares como helechos y licopodios

Asentamiento: Capacidad de las esporas para  jarse a un sustrato de cualquier  po, sea una piedra, roca, concha, organismo sésil o móvil, etc., donde formará un disco que eventualmente llegará a desarrollarse en un individuo.

Disco de adhesión: Estructura encargada de sujetar o fijar el talo de un alga al sustrato.

Carpogonios: Es el gametangio femenino de las algas rojas. Se necuentran en los extremos de los gametofitos femeninos, es una estructura en forma de copa de la cual sobresale una fina elongación denominada tricógina o tricogino. Despues de la fertilización el carpogonio se transforma en el cistocarpo, que contiene las caspoespóras.

Carpósporas: Son las esporas diploides producidas por los carpogonios fecundados de las algas rojas.

Cigoto: Se denomina cigoto o huevo a la célula resultante de la unión del gameto masculino (espermatozoide) con el gameto femenino (ovocito) en la reproducción sexual de los organismos (animales, plantas, hongos y algunos eucariotas unicelulares). Su citoplasma y sus orgánulos son siempre de origen materno al proceder del óvulo.

Cistocarpos: Expresión morfológica de la fase carposporo  ca o cistocárpica , que crece en las planta sexual femenina de las algas rojas como una protuberancia externa y que con ene células reproduc vas del  po esporas, 2n.

Clorofila: Es un pigmento que puede encontrarse en las plantas verdes y en algunas bacterias y algas. Se trata de una biomolécula esencial para el desarrollo de la fotosíntesis, que es el proceso que llevan a cabo determinados organismos para convertir la luz del sol en energía.

Conceptáculos: En algunas algas pardas o rojas correspodne a la cavidad del talo donde se desarrollan los gametangios.

Conchocelis: Fase filamentosa microscópica presente en el ciclo de vida de un las algas rojas del género Porphyra.

Conchosporangios: Estructura presente en los filamentos de la fase conchocelis de Porphyra, en donde se generan las conchoesporas.

Conchospora: Esporas producidas por meiosis, son llamadas Conchosporas, se liberan al medio, para asentarse sobre sustrato rocoso y formar el individuo macroscópico.

Diploide: Son las células que tienen un número doble de cromosomas, es decir, poseen dos series de cromosomas.

Espermacios: Estructura masculina, inmóvil, uninucleada, que durante la espermatización o la plasmogamia vacía su núcleo en una estructura femenina receptora. Puede asimismo actuar como espora asexual. Rodophyta y algunos Fungi.

Espermatangios: Zona del talo de un alga en donde se contienen y forman los espermacios.

Esporangio: Zona del talo de un alga en donde se contienen y forman las esporas, puede ser unicelular o pluricelular.

Esporofito: Fase reproductiva asexual de las algas rojas que diferencia células reproductivas o esporas de dotación cromosómica “n”

Estipe: Es una estructura de soporte que puede comportarse como un tallo,​ siendo parte del talo de algas marinas. Corresponde a la parte basal del talo de las algas, originada a partir del disco de  fijación, que sostiene la fronda o parte superior del alga.

Factor abióticos: En biología y ecología, los factores abióticos o componentes abióticos son los componentes químicos y físicos sin vida del medio ambiente que afectan a los organismos vivos y al funcionamiento de los ecosistemas. Entre los más importantes podemos encontrar: el agua, el aire, la temperatura, la luz, el pH, el suelo, la humedad, él oxígeno y los diferentes nutrientes.3

Factor bióticos: Son los organismos vivos que influyen en la forma de un ecosistema. Pueden referirse a la flora y la fauna de un lugar y sus interacciones. Los individuos deben tener comportamiento y características fisiológicas específicas que permitan su supervivencia y su reproducción en un ambiente definido. Entre los mas conocidos estan la competencia y la depredación.

Ficobilína: Son compuestos tetrapirrólicos lineales cromóforos que se encuentran como grupos prostéticos en las ficobiliproteínas; proteínas hidrosolubles captadoras de energía lumínica en cianobacterias y en los cloroplastos de ciertas algas (rhodophytas, cryptomonads, Glaucocystophytas).

Ficocianina: Es el pigmento ficobilínico azul libre de metal en una cromoproteína conjugada de algas azules-verdosas. Funciona como sustancia que absorbe la luz, junto con la clorofila: absorbe la luz anaranjada y la roja, particularmente cerca de 500 nm

Ficocoloides: Corresponde a un polisacárido (glúcidos) complejos con capacidad de formar geles (hidrocoloide), procedente de las algas. Se conocen el agar-agar y carrageninas en algas rojas y los alginatos y la fucoidina en algas pardas.

Ficoeritrina: Es un pigmento ficobilínico de color rojo que funciona como sustancia que absorbe la luz. Es un pigmento accesorio que actúa en conjunción con la clorofila. Se encuentra presente en las algas rojas y en las criptofitas.

Flagelos: Estructura que permite la movilidad (natación) en celulas microscópicas. Existen en algas flageladas o en las zoósporas y zoogametos, en las células inmóviles se reduce al centrosoma, que puede faltar en muchas algas. Ausentes siempre en las algas del grupo de las Rhodophyta.

Fotosíntesis: Proceso químico que tiene lugar en las plantas con clorofila y que permite, gracias a la energía de la luz, transformar un sustrato inorgánico en materia orgánica rica en energía.

Gametangios: Órgano dedicado a la producción de gametos. En el reino animal recibe el nombre especial de gónada.

Gametofitos: fase reproductiva sexual de las algas rojas de dotación cromosómica ”n”

Haploide: Célula haploide es aquella que contiene un solo juego de cromosomas o la mitad (n, haploide) del número normal de cromosomas que en células diploides (2n, diploide).

Isogametos: Cualquier gameto que se une a otro igual, pero de distinto sexo, en la isogamia.

Lamina o fronda: llámase a la parte visible y más conspicua del talo de las algas, semejante pero no igual a las hojas o partes aéreas de una planta terrestre.

Meiosis: Proceso de división celular, propio de las células reproductoras, en el que se reduce a la mitad el número de cromosomas.

Mitosis: Proceso de reproducción de una célula que consiste, fundamentalmente, en la división longitudinal de los cromosomas y en la división del núcleo y del citoplasma; como resultado se constituyen dos células hijas con el mismo número de cromosomas y la misma información genética que la célula madre.

Monoesporas: esporas individuales

Oogonios: Órgano sexual femenino donde se forman las oosferas de ciertas plantas talófitas.

Patrón de Zonación: distribución de animales y vegetales en zonas o bandas según los factores ambientales, como la altura, profundidad, humedad, etc.

Plasmogamia: Es una fase de la reproducción sexual en la cual ocurre la fusión de los citoplasmas de los gametos o células sexuales, sin la fusión de sus núcleos.

Singamia: Se denomina singamia o fecundación a la fusión de dos gametos haploides, uno masculino (esperma) y otro femenino (huevo u óvulo), que tiene lugar en la reproducción sexual y que marca el inicio del desarrollo de un nuevo individuo.

Soros tetraesporangiales: Los soros se forman en la generación de esporófitos; los tetraesporangios dentro producen tetraesporas haploides.

Talo: cuerpo vegetativo de un alga

Taxonomía: Ciencia que trata de los principios, métodos y fines de la clasificación, generalmente científica; se aplica, en especial, dentro de la biología para la ordenación jerarquizada y sistemática de los grupos de animales y de vegetales.

Tetraesporofito: Una de las fases de las algas rojas. Se origina de una carpospora y produce tetrasporas, que posteriormente originan gametofitos.

Tetraesporangio: célula modificada que en su interior forma o divide cuatro esporas de dotación cromosómica ”n” , producto de la division meió ca

Tetrásporas: espora de origen asexual, producto de la meiosis, con dotación cromosómica ”n”

Tricógino: En algas rodofitas: prolongación de la estructura que contiene el gameto femenino del carpogonio

Zooesporas: Una zoospora es una espora asexual móvil, provista de flagelos para su locomoción; producida dentro de esporangios propios de algunos hongos y algas, para propagarse.

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