MICROALGUES: CARACTERÍSTIQUES, CLASSIFICACIÓ I APLICACIONS - BIOLOGIA - 2025

Les microalgues són organismes eucariotes, fotoautòtrofs, és a dir que obtenen energia de la llum i sintetitzen el seu propi aliment. Contenen clorofil·la i altres pigments accessoris que els atorguen una gran eficiència fotosintètica.

Són unicel·lulars, colonials -quan s'estableixen com agregados- i filamentosos (solitaris o colonials). Formen part de l'fitoplàncton, juntament amb els cianobacteris (procariotes). El fitoplàncton és el conjunt de microorganismes fotosintètics, aquàtics, que suren passivament o presenten mobilitat reduïda.

Figura 1. Volvox (esfèrica) Font: Frank Fox, via Wikimedia Commons

Les microalgues es troben des de l'Equador terrestre, fins a les regions polars i es reconeixen com a font de biomolècules i metabòlits de gran importància econòmica. Constitueixen una font directa d'aliment, medicaments, farratge, fertilitzants i combustible, i fins i tot són indicadores de contaminació.

Característiques

Productors que utilitzen la llum solar com a font d'energia

La majoria de les microalgues presenten coloració verda per contenir clorofil·la (pigment vegetal tetrapirrólico), fotoreceptor d'energia lluminosa que permet dur a terme la fotosíntesi.

No obstant això, algunes microalgues presenten coloració vermella o marró, pel fet que contenen xantofil·les (pigments carotenoides de color groc), que emmascaren el color verd.

Hàbitats

Habiten diversos ambients aquàtics dolços i salats, naturals i artificials (com piscines i peixeres). Algunes són capaços de créixer a terra, en hàbitats acídics i dins de les roques poroses (endolíticas), en llocs molt secs i molt freds.

classificació

Les microalgues representen un grup altament heterogeni, a causa que és polifilético, és a dir, que agrupa espècies descendents de diferents ancestres.

Per classificar aquests microorganismes, s'han utilitzat diverses característiques, entre les quals es troben: la naturalesa dels seus clorofil·les i de les seves substàncies de reserva energètica, l'estructura de la paret cel·lular i el tipus de mobilitat que presenten.

Naturalesa de les seves clorofil·les

La majoria de les algues presenten clorofil·la tipus ai una poques presenten un altre tipus de clorofil·la derivada d'aquesta.

Moltes són fotótrofas obligades i no creixen en la foscor. No obstant això, algunes creixen en la foscor i catabolizan sucres senzills i àcids orgànics en absència de llum.

Per exemple, alguns flagel·lats i clorófitas poden usar l'acetat com a font de carboni i energia. Altres assimilen compostos simples en presència de llum (fotoheterotrofía), sense usar-los com a font d'energia.

Polímers carbonats com a reserva energètica

Com a producte de l'procés fotosintètic, les microalgues produeixen una gran varietat de polímers carbonats que els serveixen com a reserva energètica.

Per exemple, les microalgues de la divisió Chlorophyta, generen midó de reserva (α-1,4-D-glucosa), molt similar als midons de les plantes superiors.

Estructura de la paret cel·lular

Les parets de les microalgues presenten considerable varietat d'estructures i composició química. La paret pot estar constituïda per fibres de cel·lulosa, usualment amb l'addició de xilà, pectina, mananos, àcids algínicos o àcid fucínico.

En algunes algues anomenades calcàries o coral·lines, la paret cel·lular presenta deposició de carbonat càlcic, mentre que altres presenten quitina.

Les diatomees, d'altra banda, presenten silici en la seva paret cel·lular, a el qual se sumen polisacàrids i proteïnes formant closques de simetria bilateral o radial (frústulas). Aquests closques romanen intactes durant molt de temps, formant fòssils.

Les microalgues euglenoides, a diferència de les anteriors, no tenen paret cel·lular.

Tipus de mobilitat

Les microalgues poden presentar flagels (com Euglena i els dinoflagel·lats), però mai presenten cilis. D'altra banda, algunes microalgues presenten immobilitat en la seva fase vegetativa, però, els seus gàmetes poden ser mòbils.

aplicacions biotecnològiques

Alimentació humana i animal

En la dècada de 1950, científics alemanys van començar a conrear microalgues en forma massiva per obtenir lípids i proteïnes que reemplaçarien a les proteïnes animals i vegetals convencionals, amb l'objectiu de cobrir el consum de el bestiar i de l'home.

Recentment, els cultius massius de microalgues s'han projectat com una de les possibilitats per combatre de la fam i la desnutrició mundial.

Les microalgues tenen concentracions de nutrients poc comuns, les quals són superiors a les observades en qualsevol espècie de planta superior. Un gram diari de microalgues constitueix una alternativa per complementar una dieta deficient.

Avantatges del seu ús com a aliment

Entre els avantatges d'l'ús de microalgues com a aliment, tenim les següents:

• Alta velocitat de creixement microalgal (presenten un rendiment 20 vegades més gran que la soja per unitat de superfície).
• Genera beneficis mesurats en "el perfil hematològic" i en el "estatus intel·lectual" de l'consumidor, a l'consumir petites dosis diàries com a suplement alimentari.
• Alt contingut proteic respecte a altres aliments naturals.
• Elevada concentració de vitamines i minerals: la ingestió d'1 a 3 grams a el dia de subproductes microalgales, aporta quantitats apreciables de beta-carotè (provitamina A), vitamines E i complex B, ferro i oligoelements.
• Font nutritiva altament energitzant (en comparació amb el ginseng i el pol·len colectado per abelles).
• Són recomanables per a l'entrenament d'alta intensitat.
• Per la seva concentració, poc pes i facilitat de transport, l'extracte sec de microalgues és adequat com a aliment no perible per emmagatzemar en previsió de situacions d'emergència.

Figura 2. Arthrospira és una cianobacteri àmpliament utilitzada i conreada de forma massiva. Font: Joan Simon, cropped by Perdita (English Wikipedia User), via Wikimedia Commons

aqüicultura

Les microalgues s'utilitzen com a aliment en l'aqüicultura pel seu alt contingut proteic (de 40 a 65% en pes sec) i capacitat d'incrementar amb els seus pigments, el color de salmònids i crustacis.

Per exemple, s'usa com a aliment per bivalves en tots els seus estadis de creixement; per estats larvals d'algunes espècies de crustacis i per estadis primerencs d'algunes espècies de peixos.

Pigments en la indústria alimentària

Alguns pigments microalgales s'utilitzen com a additius en farratges per incrementar la pigmentació de la carn de pollastre i dels rovells d'ous, així com per augmentar la fertilitat de la ramaderia.

També es fan servir aquests pigments com colorants en productes com ara margarines, maioneses, sucs de taronja, gelats, formatges i productes de panificació.

Figura 3. Fotobioreactores tubulars, usats per a l'obtenció de compostos d'alt valor a partir de microalgues. Font: IGV Biotech, from Wikimedia Commons

Medicina humana i veterinària

En el camp de la medicina humana i veterinària, és reconegut el potencial de les microalgues, pel fet que:

• Redueixen el risc de diversos tipus de càncer, malalties cardíaques i oftàlmiques (gràcies al seu contingut en luteïna).
• Ajuden a prevenir i tractar malalties coronàries, agregació plaquetària, nivells anòmals de colesterol, sent a més altament promissòries per al tractament de certes malalties mentals (pel seu contingut en omega-3).
• Presenten acció antimutagènica, estimuladora de el sistema immune, reductora d'hipertensió i desintoxicant.
• Presenten acció bactericida i anticoagulant.
• Incrementen la biodisponibilitat de ferro.
• S'han generat medicaments a base de microalgues terapèutics i preventius de colitis ulceratives, gastritis i anèmia, entre d'altres afeccions.

Figura 4. fotobioreactor pla: usats en l'obtenció de subproductes de microalgues d'alt valor afegit i en experimentació. Font: IGV Biotech, from Wikimedia Commons

fertilitzants

Les microalgues s'utilitzen com biofertilitzants i condicionadores de terra. Aquests microorganismes fotoautòtrofs recobreixen ràpidament els sòls remoguts o cremats, reduint el perill d'erosió.

Algunes espècies afavoreixen la fixació de nitrogen, i han fet possible, per exemple, el cultiu d'arròs en terrenys negats durant segles, sense addició de fertilitzants. Altres espècies s'empren per reemplaçar la calç en els abonaments compostos.

cosmètica

Derivats microalgales s'han emprat en la formulació de cremes dentals enriquides, que eliminen el bacteri causant de la càries dental.

També s'han desenvolupat cremes que inclouen tals derivats per les seves propietats antioxidants i protectores dels raigs ultraviolats.

Figura 5. Manteniment de microalgues en bancs o soques. Font: CSIRO

Tractament d'aigües residuals

Les microalgues s'apliquen en processos de transformació de matèria orgànica d'aigües residuals, generant biomassa i aigua tractada per a reg. En aquest procés, les microalgues aporten l'oxigen necessari als bacteris aeròbiques, degradadores de substàncies orgàniques contaminants.

Indicadors de contaminació

Donada la importància ecològica de les microalgues com a productores primàries dels ambients aquàtics, són organismes indicadors de contaminació ambiental.

A més, presenten gran tolerància a metalls pesants com ara coure, cadmi i plom, així com als hidrocarburs clorats, per la qual cosa poden ser indicadors de la presència d'aquests metalls.

biogas

Algunes espècies (per exemple, Chlorella i Spirulina), han estat utilitzades per purificar biogàs, ja que consumeixen el diòxid de carboni com a font de carboni inorgànic, a més de controlar simultàniament el pH de l'mig.

biocombustibles

Les microalgues biosintetizan una àmplia gamma de subproductes bioenergètics comercialment interessants, com ara greixos, olis, sucres i compostos bioactius funcionals.

Figura 6. Cultivadors de microalgues tipus carrusel, utilitzats en cultiu massiu de microalgues per a la indústria cosmètica i d'aliments. Font: JanB46, from Wikimedia Commons

Moltes espècies són riques en lípids i hidrocarburs adequats per a ús directe com a biocombustibles líquids d'alta energia, a nivells superiors als presents a les plantes terrestres, i també tenen potencial com a substituts dels productes de refineria dels combustibles fòssils. Això no és sorprenent, tenint en compte que la majoria de l'petroli es creu que es va originar a partir de microalgues.

Una espècie, Botryococcus braunii, en particular, ha estat àmpliament estudiada. Es pronostica que el rendiment de l'oli de les microalgues sigui fins a 100 vegades més gran que el de les collites terrestres, de 7.500-24.000 litres d'oli per acre per any, en comparació de la colza i el palmell, a 738 i 3690 litres, respectivament.

referències

1. Borowitzka, M. (1998). Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tuber and fermenters. J. of Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, The edible microorganisme. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). The biochemistry and industrial potential of Spirulina. Ann. Rev. microbiol., 39, 503-526.
4. Comte, JL, Moro, LI, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Biogas purification process using intensive microalgae cultures. Biotech. Letters, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flors, C., Penya-Castro, JM, Flors-Cotera, LB, & Cañizares, RO (2003). Avenços en el disseny conceptual de fotobioreactors per al cultiu de microalgues. Interciència, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Cultured microalgae es aquaculture feed. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Microalgal mass culture systems and methods: Their Limitation and potential. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, & Abdo de la Parra, MI (1996). Fonts alternatives de proteïnes vegetals com a substitut de la farina de peix per a l'alimentació en aqüicultura. Treball presentat en les Memòries de l'Tercer Simposi Internacional de Nutrició Aqüícola, Monterrey, Nou Lleó, Mèxic.
9. Olaizola, M. (2003). Commercial development of microalgal biotechnology: from the test tube to the marketplace. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.