MICROALGHE: CARATTERISTICHE, CLASSIFICAZIONE E APPLICAZIONI - BIOLOGIA - 2025

Le microalghe sono organismi eucarioti, fotoautotrofi, cioè ottengono energia dalla luce e sintetizzano il proprio cibo. Contengono clorofilla e altri pigmenti accessori che conferiscono loro una grande efficienza fotosintetica.

Sono unicellulari, coloniali - quando si stabiliscono come aggregati - e filamentosi (solitari o coloniali). Fanno parte del fitoplancton, insieme ai cianobatteri (procarioti). Il fitoplancton è l'insieme di microrganismi fotosintetici acquatici che galleggiano passivamente o hanno mobilità ridotta.

Figura 1. Volvox (sferica) Fonte: Frank Fox, tramite Wikimedia Commons

Le microalghe si trovano dall'Ecuador terrestre alle regioni polari e sono riconosciute come fonte di biomolecole e metaboliti di grande importanza economica. Sono una fonte diretta di cibo, medicine, foraggio, fertilizzanti e carburante e sono persino indicatori di contaminazione.

caratteristiche

Produttori che utilizzano la luce solare come fonte di energia

La maggior parte delle microalghe sono di colore verde perché contengono clorofilla (pigmento vegetale tetrapirrolico), un fotorecettore dell'energia luminosa che consente di effettuare la fotosintesi.

Tuttavia, alcune microalghe hanno una colorazione rossa o marrone, perché contengono xantofille (pigmenti carotenoidi gialli), che mascherano il colore verde.

habitat

Abitano vari ambienti acquatici dolci e salati, naturali e artificiali (come piscine e acquari). Alcuni sono in grado di crescere nel terreno, in habitat acidi e all'interno di rocce porose (endolitiche), in luoghi molto secchi e molto freddi.

Classificazione

Le microalghe rappresentano un gruppo altamente eterogeneo, perché è polifiletico, cioè raggruppa specie discendenti di antenati diversi.

Per classificare questi microrganismi sono state utilizzate diverse caratteristiche, tra cui: la natura delle loro clorofille e delle loro sostanze di riserva energetica, la struttura della parete cellulare e il tipo di mobilità che presentano.

Natura delle sue clorofille

La maggior parte delle alghe presenta clorofilla di tipo A e alcune presentano un altro tipo di clorofilla derivata da essa.

Molti sono fototrofi obbligati e non crescono al buio. Tuttavia, alcuni crescono al buio e catabolizzano zuccheri semplici e acidi organici in assenza di luce.

Ad esempio, alcuni flagellati e clorofite possono utilizzare l'acetato come fonte di carbonio ed energia. Altri assimilano composti semplici in presenza di luce (fotoeterotrofia), senza utilizzarli come fonte di energia.

Polimeri di carbonio come riserva di energia

Come prodotto del processo fotosintetico, le microalghe producono un'ampia varietà di polimeri di carbonio che fungono da riserva di energia.

Ad esempio, le microalghe della divisione Chlorophyta generano amido di riserva (α-1,4-D-glucosio), molto simile agli amidi delle piante superiori.

Struttura della parete cellulare

Le pareti delle microalghe hanno una notevole varietà di strutture e composizione chimica. La parete può essere costituita da fibre di cellulosa, solitamente con l'aggiunta di xilano, pectina, mannano, acidi alginici o acido fucinico.

In alcune alghe calcaree o coralline, la parete cellulare mostra depositi di carbonato di calcio, mentre altre hanno la chitina.

Le diatomee, invece, hanno silicio nella loro parete cellulare, a cui si aggiungono polisaccaridi e proteine, formando gusci di simmetria bilaterale o radiale (frustuli). Queste conchiglie rimangono intatte a lungo, formando fossili.

Le microalghe euglenoidi, a differenza delle precedenti, sono prive di parete cellulare.

Tipo di mobilità

Le microalghe possono avere flagelli (come Euglena e dinoflagellati), ma non hanno mai le ciglia. D'altra parte, alcune microalghe mostrano immobilità nella loro fase vegetativa, tuttavia i loro gameti possono essere mobili.

Applicazioni biotecnologiche

Alimentazione umana e animale

Negli anni '50, gli scienziati tedeschi iniziarono la coltivazione di massa di microalghe per ottenere lipidi e proteine ​​che avrebbero sostituito le proteine ​​animali e vegetali convenzionali, con l'obiettivo di coprire il consumo di bestiame e esseri umani.

Recentemente, la coltivazione massiccia di microalghe è stata progettata come una delle possibilità per combattere la fame nel mondo e la malnutrizione.

Le microalghe hanno concentrazioni di nutrienti insolite, che sono superiori a quelle osservate in qualsiasi specie di piante superiori. Un grammo giornaliero di microalghe è un'alternativa per integrare una dieta carente.

Vantaggi del suo utilizzo come alimento

Tra i vantaggi dell'utilizzo delle microalghe come cibo, abbiamo i seguenti:

• Elevata velocità di crescita delle microalghe (presentano una resa 20 volte superiore alla soia per unità di superficie).
• Genera benefici misurati nel "profilo ematologico" e nello "stato intellettuale" del consumatore, quando consuma piccole dosi giornaliere come integratore alimentare.
• Alto contenuto proteico rispetto ad altri alimenti naturali.
• Elevata concentrazione di vitamine e minerali: l'ingestione da 1 a 3 grammi al giorno di sottoprodotti microalgali, fornisce quantità apprezzabili di beta-carotene (provitamina A), vitamine E e B complessi, ferro e oligoelementi.
• Fonte nutritiva altamente energizzante (rispetto al ginseng e al polline raccolto dalle api).
• Sono consigliati per allenamenti ad alta intensità.
• Per la sua concentrazione, peso contenuto e facilità di trasporto, l'estratto secco di microalghe è adatto come alimento non deperibile da conservare in previsione di situazioni di emergenza.

Figura 2. Arthrospira è un cianobatterio ampiamente utilizzato e coltivato in massa. Fonte: Joan Simon, ritagliata da Perdita (utente Wikipedia in inglese), tramite Wikimedia Commons

acquacoltura

Le microalghe sono utilizzate come alimento in acquacoltura per il loro alto contenuto proteico (dal 40 al 65% in peso secco) e per la loro capacità di aumentare il colore di salmonidi e crostacei con i loro pigmenti.

Ad esempio, viene utilizzato come alimento per i bivalvi in ​​tutte le loro fasi di crescita; per gli stadi larvali di alcune specie di crostacei e per gli stadi iniziali di alcune specie di pesci.

Pigmenti nell'industria alimentare

Alcuni pigmenti microalgali vengono utilizzati come additivi nei foraggi per aumentare la pigmentazione della carne di pollo e dei tuorli d'uovo, nonché per aumentare la fertilità dei bovini.

Questi pigmenti sono anche usati come coloranti in prodotti come margarina, maionese, succo d'arancia, gelato, formaggio e prodotti da forno.

Figura 3. Fotobioreattori tubolari, utilizzati per ottenere composti di alto valore dalle microalghe. Fonte: IGV Biotech, da Wikimedia Commons

Medicina umana e veterinaria

Nel campo della medicina umana e veterinaria si riconosce il potenziale delle microalghe, perché:

• Riducono il rischio di vari tipi di cancro, cuore e malattie oftalmiche (grazie al loro contenuto di luteina).
• Aiutano a prevenire e curare la malattia coronarica, l'aggregazione piastrinica, i livelli anormali di colesterolo e sono anche molto promettenti per il trattamento di alcune malattie mentali (a causa del loro contenuto di omega-3).
• Hanno azione antimutagena, stimolando il sistema immunitario, riducendo l'ipertensione e disintossicando.
• Hanno azione anticoagulante e battericida.
• Aumentano la biodisponibilità del ferro.
• Sono stati prodotti medicinali a base di microalghe terapeutiche e preventive per la colite ulcerosa, la gastrite e l'anemia, tra le altre condizioni.

Figura 4. Fotobioreattore piatto: utilizzato per ottenere sottoprodotti di microalghe ad alto valore aggiunto e in sperimentazione. Fonte: IGV Biotech, da Wikimedia Commons

fertilizzanti

Le microalghe sono utilizzate come biofertilizzanti e ammendanti. Questi microrganismi fotoautotrofi coprono rapidamente i terreni disturbati o bruciati, riducendo il rischio di erosione.

Alcune specie prediligono la fissazione dell'azoto e hanno reso possibile, ad esempio, la coltivazione del riso su terreni allagati per secoli, senza l'aggiunta di fertilizzanti. Altre specie vengono utilizzate per sostituire la calce nel compost.

Cosmetici

I derivati ​​delle microalghe sono stati utilizzati nella formulazione di dentifrici arricchiti, che eliminano i batteri che causano la carie dentale.

Sono state sviluppate anche creme che includono tali derivati ​​per le loro proprietà antiossidanti e protettive dai raggi ultravioletti.

Figura 5. Mantenimento di microalghe in banche o ceppi. Fonte: CSIRO

Trattamento delle acque reflue

Le microalghe vengono applicate nei processi di trasformazione della materia organica dalle acque reflue, generando biomasse e acque trattate per l'irrigazione. In questo processo, le microalghe forniscono l'ossigeno necessario ai batteri aerobici, degradando gli inquinanti organici.

Indicatori di inquinamento

Data l'importanza ecologica delle microalghe come produttori primari di ambienti acquatici, sono organismi indicatori dell'inquinamento ambientale.

Inoltre, hanno una grande tolleranza ai metalli pesanti come rame, cadmio e piombo, nonché agli idrocarburi clorurati, motivo per cui possono essere indicatori della presenza di questi metalli.

Biogas

Alcune specie (ad esempio, Chlorella e Spirulina), sono state utilizzate per purificare il biogas, poiché consumano anidride carbonica come fonte di carbonio inorganico, oltre a controllare contemporaneamente il pH del mezzo.

biocarburanti

Le microalghe biosintetizzano un'ampia gamma di sottoprodotti bioenergetici commercialmente interessanti, come grassi, oli, zuccheri e composti bioattivi funzionali.

Figura 6. Coltivatori di microalghe a carosello, utilizzati nella coltivazione di massa di microalghe per l'industria cosmetica e alimentare. Fonte: JanB46, da Wikimedia Commons

Molte specie sono ricche di lipidi e idrocarburi adatti all'uso diretto come biocarburanti liquidi ad alta energia, a livelli superiori a quelli presenti nelle piante terrestri, e hanno anche potenzialità come sostituti dei prodotti di raffinazione dei combustibili fossili. Ciò non sorprende, considerando che si ritiene che la maggior parte dell'olio abbia avuto origine da microalghe.

Una specie, Botryococcus braunii, in particolare, è stata ampiamente studiata. Si prevede che la resa in olio dalle microalghe sarà fino a 100 volte quella delle colture terrestri, da 7.500-24.000 litri di olio per acro all'anno, rispetto alla colza e alla palma, rispettivamente a 738 e 3690 litri .

Riferimenti

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