Diatomeas: características, nutrición, reproducción
Las diatomeas (Diatomea) son un grupo de microalgas, principalmente acuáticas y unicelulares. Pueden ser de vida libre (como las plantónicas) o formar colonias (como las que forman parte del bentos). Se caracterizan por ser de distribución cosmopolita; es decir, pueden ser halladas en todo el planeta.
Junto con otros grupos de microalgas, forman parte de los grandes afloramientos de fitoplancton que hay en aguas tropicales, subtropicales, árticas y antárticas. Sus orígenes se remontan al Jurásico y hoy representan uno de los más grandes grupos de microalgas conocidas por el hombre, con más de cien mil especies descritas entre vivas y extintas.
Ecológicamente, son parte importante de las tramas tróficas de muchos sistemas biológicos. Las deposiciones de diatomeas son una fuente muy importante del material orgánico acumulado en los fondos marinos.
Luego de largos procesos de sedimentación, presión de materia orgánica y millones años, estos depósitos se convirtieron en el petróleo que mueve gran parte de nuestra civilización actual.
En la antigüedad, el mar cubrió zonas de la tierra que actualmente están emergidas; en algunas de estas zonas quedaron depósitos de diatomeas, que se conocen como tierra de diatomeas. La tierra de diatomeas tiene múltiples usos en la industria alimenticia, la de construcción y hasta la farmacéutica.
Índice del artículo
- 1 Características
- 2 Taxonomía y clasificación
- 3 Nutrición
- 4 Reproducción
- 5 Ecología
- 6 Aplicaciones
- 7 Referencias
Son organismos eucariotas y fotosintéticos, con una fase celular diploide. Todas las especies de estas microalgas son unicelulares, con formas de vida libre. En algunos casos forman colonias (cocoideas), largas cadenas, abanicos y espirales.
La característica fundamental de las diatomeas es que presentan una frústula. La frústula es una pared celular compuesta principalmente por sílice que encierra a la célula en una estructura parecida a una caja o cápsula de Petri.
La parte superior de esta cápsula se llama epiteca, y la inferior se denomina hipoteca. Las frústulas varían en ornamentación, dependiendo de las especies.
La forma de las diatomeas es variable y tiene importancia taxonómica. Algunas son de simetría radiada (centrales) y otras pueden presentar distintas formas, pero siempre son bilateralmente simétricas (pennales).
Las diatomeas están muy extendidas a lo largo de los cuerpos de aguas del planeta. Son principalmente marinas; sin embargo, algunas especies han sido encontradas en cuerpos de agua dulce, charcas y ambientes húmedos.
Estos organismos autótrofos presentan clorofila a, c1 y c2, y tienen pigmentos como la diatoxantina, diadinoxantina, β-caroteno y fucoxantina. Estos pigmentos les proveen de una coloración dorada que les permite captar mejor la luz del sol.
Actualmente, el ordenamiento taxonómico de las diatomeas es controversial y está sujeto a revisiones. La mayoría de los sistemáticos y taxónomos ubican a este gran grupo de microalgas dentro de la división Heterokontophyta (algunas veces como Bacillariophyta). Otros investigadores las catalogan como un filo e incluso como taxones más elevados.
Según el ordenamiento taxonómico clásico, las diatomeas se ubican en la clase Bacillariophyceae (también llamada Diatomophyceae). Esta clase se divide en dos órdenes: Centrales y Pennales.
Centrales
Son diatomeas cuya frústula les confiere una simetría radial. Algunas especies presentan ornamentación de tipo espinosa y en su superficie no tienen una fisura denominada rafe.
Este orden está compuesto por al menos dos subórdenes (dependiendo del autor) y al menos cinco familias. Son principalmente marinas; sin embargo, hay representantes de estos en cuerpos de agua dulce.
Pennales
Estas diatomeas presentan una forma alargada, ovalada y/o lineal, con simetría bilateral bipolar. Tienen ornamentaciones en la frústula de tipo estrías punteadas y algunas presentan un rafe lo largo del eje longitudinal.
Dependiendo del taxónomo, este orden está compuesto por al menos dos subórdenes y siete familias. Mayormente son dulceacuícolas, aunque también han sido descritas especies en ambientes marinos.
Lo expuesto anteriormente es la clasificación y ordenamiento taxonómico clásico de los órdenes de diatomeas; es la forma más comúnmente empleada para distinguirlas. Sin embargo, han surgido muchos arreglos taxonómicos a lo largo del tiempo.
En los años 90 los científicos Round & Crawford aportaron una nueva clasificación taxonómica compuesta por 3 clases: Coscinodiscophyceae, Bacillariophyceae y Fragilariophyceae.
Coscinodiscophyceae
Anteriormente formaban parte de las diatomeas del orden Centrales. En la actualidad esta clase esta representada por al menos 22 órdenes y 1174 especies.
Bacillariophyceae
Son diatomeas de simetría bilateral con rafe. Los miembros de esta clase conformaban anteriormente el orden Pennales.
Posteriormente fueron divididas en diatomeas con rafe y sin rafe (de forma muy generalizada). Se conoce que esta clase de microalgas está representada por 11 órdenes y cerca de 12 mil especies.
Fragilariophyceae
Es una clase de diatomeas cuyos miembros anteriormente formaban también parte del orden Pennales. Estas microalgas tienen simetría bilateral pero no presentan rafe. y están representadas por 12 órdenes y unas 898 especies.
Algunos taxónomos no consideran válido este taxón y ubican a las Fragilariophyceae como una subclase dentro de la clase Bacillariophyceae.
Las diatomeas son organismos fotosintéticos: emplean la energía lumínica (solar) para transformarla en compuestos orgánicos. Estos compuestos orgánicos son necesarios para cumplir sus necesidades biológicas y metabólicas.
Para sintetizar estos compuestos orgánicos, las diatomeas requieren de nutrientes; estos nutrientes son principalmente nitrógeno, fósforo y silicio. Este último elemento funciona como nutriente limitante, debido a que es requerido para formar la frústula.
Para el proceso fotosintético, estos microorganismos emplean pigmentos como la clorofila y los caroteniodes.
La clorofila es un pigmento fotosintético de color verde que se localiza en los cloroplastos. En las diatomeas solo se conocen dos tipos: la clorofila a (Chl a) y la clorofila c (Chl c).
La Chl a tiene una participación primordial en el proceso de la fotosíntesis; en cambio, la Chl c es un pigmento accesorio. Las Chl c más comunes en las diatomeas son las c1 y c2.
Los carotenoides son un grupo de pigmentos pertenecientes a la familia de los isoprenoides. En diatomeas se han identificado al menos siete tipos de carotenoides.
Al igual que las clorofilas, estos ayudan a las diatomeas a captar luz para transformarla en compuestos orgánicos alimenticios para la célula.
Las diatomeas se reproducen de forma asexual y sexual, mediante procesos de mitosis y meiosis respectivamente.
Cada célula madre sufre un proceso de división mitótica. Producto de la mitosis, se duplican el material genético, el núcleo celular y el citoplasma, con el fin de dar origen a dos células hijas idénticas a la célula madre.
Cada célula recién creada toma como epiteca una valva de la célula madre y luego construye o forma su propia hipoteca. Este proceso reproductivo puede ocurrir entre una y ocho veces en un periodo de 24 horas, dependiendo de la especie.
Como cada célula hija va a formar una nueva hipoteca, la que heredó la hipoteca materna tendrá menor tamaño que su hermana. Conforme el proceso de mitosis se repite, la disminución de las células hijas es progresiva hasta alcanzar un mínimo sostenible.
El proceso de reproducción sexual de la célula consiste en la división de una célula diploide (con dos juegos de cromosomas) en células haploides. Las células haploides tienen la mitad de la carga genética de la célula progenitora.
Una vez que las diatomeas que se reprodujeron asexualmente alcanzan la talla mínima, empieza un tipo de reproducción sexual precedida por la meiosis. Esta meiosis da origen a unos gametos haploides y desnudos o atecados; los gametos se fusionan formando unas esporas denominadas auxosporas.
Las auxosporas permiten a las diatomeas recuperar la diploidía y el tamaño máximo de la especie. También permiten a las diatomeas sobrevivir a épocas cuyas condiciones ambientales son adversas.
Estas esporas son muy resistentes, y solo van a crecer y a formar sus respectivas frústulas cuando las condiciones son favorables.
Las diatomeas presentan una pared celular rica en óxido de silicio, comúnmente llamado sílice. Debido a ello, su crecimiento está limitado por la disponibilidad de este compuesto en los ambientes en donde se desarrollan.
Como se mencionó anteriormente, estas microalgas son de distribución cosmopolita. Están presentes en cuerpos de agua dulce, marinos e incluso en ambientes con baja disponibilidad de agua o con cierto grado de humedad.
En la columna de agua habitan principalmente en la zona pelágica (de aguas abiertas), y algunas especies forman colonias y habitan los sustratos bentónicos.
Generalmente, las poblaciones de diatomeas no son de tamaño constante: su número varía enormemente con cierta periodicidad. Esta periodicidad está relacionada con la disponibilidad de nutrientes, y también depende de otros factores físico-químicos, como por ejemplo, el pH, la salinidad, el viento y la luz, entre otros.
Cuando las condiciones son óptimas para el desarrollo y crecimiento de las diatomeas, ocurre un fenómeno llamado floración o afloramiento.
Durante el afloramiento las poblaciones de diatomeas pueden llegar a dominar la estructura comunitaria del fitoplancton, y algunas especies participan de las floraciones algales nocivas o mareas rojas.
Las diatomeas son capaces de producir sustancias nocivas, entre estas el ácido domoico. Estas toxinas pueden acumularse en las cadenas tróficas y, eventualmente pueden afectar a los seres humanos. La intoxicación en humanos puede ocasionar desde desmayos y problemas de memoria hasta el coma o incluso la muerte.
Se piensa que hay más 100 mil especies de diatomeas (algunos autores creen que hay más de 200 mil) entre vivas (más de 20 mil) y extintas.
Sus poblaciones contribuyen con cerca del 45 % de la producción primaria de los océanos. Así mismo, estos microorganismos son primordiales en el ciclo del silicio oceánico por su contenido de sílice en la frústula.
El componente de sílice en la frústula de las diatomeas las hace de mucho interés en la paleontología. Estas microalgas ocupan ambientes muy específicos y diversos desde tiempos cretácicos aproximadamente.
Los fósiles de estas algas ayudan a los científicos a reconstruir la distribución geográfica de mares y continentes a lo largo de los tiempos geológicos.
Los fósiles de diatomeas hallados en los sedimentos marinos permiten a los investigadores conocer los diferentes cambios ambientales ocurridos desde tiempos prehistóricos hasta nuestros días.
Estos fósiles permiten establecer edades relativas de los estratos en los que se encuentran y también sirven para relacionar los estratos de distintas localidades.
Se conoce como tierra de diatomeas a grandes depósitos de microalgas fosilizadas que son halladas principalmente en tierra firme. Los depósitos más importantes de estas tierras se encuentran en Libia, Irlanda y Dinamarca.
También recibe el nombre de diatomita, y es un material rico en sílice, minerales y oligoelementos, por lo cual tiene múltiples usos. Entre los usos más destacados se encuentran los siguientes:
Agricultura
Es empleada como insecticida en los cultivos; se esparce sobre las plantas como una especie de protector solar. También es ampliamente utilizada como fertilizante.
Acuicultura
En cultivos de camarones, la tierra de diatomeas se ha usado en la producción de alimentos. Se ha demostrado que este aditivo mejora el crecimiento y la asimilación del alimento comercial.
En cultivos de microalgas se utiliza como filtro en el sistema de aireación y en los filtros de arena.
Biología molecular
La tierra de diatomeas ha sido utilizada para la extracción y purificación de ADN; para ello se usa en conjunto con sustancias capaces de desorganizar la estructura molecular del agua. Ejemplo de estas sustancias son el clorhidrato y el tiocianato de guanidina.
Alimentos y bebidas
Es empleada para el filtrado en la elaboración de diferentes tipos de bebidas como vinos, cervezas y jugos naturales. Una vez cosechados ciertos productos como los granos, estos son bañados en tierra de diatomeas para evitar los ataques de gorgojos y otras plagas.
Mascotas
Forma parte de los componentes de la arena sanitaria (piedritas sanitarias) que comúnmente se utilizan en las cajas para gatos y otras mascotas.
Veterinaria
En algunos lugares se emplea como un eficiente cicatrizante para heridas de animales. También se utiliza en el control de artrópodos ectoparásitos en animales domésticos y de granja.
Pinturas
Se emplea como sellador o pintura de esmalte.
Ambiente
La tierra de diatomeas es utilizada para la restauración de zonas contaminadas por metales pesados. Entre sus aplicaciones en este contexto destaca el hecho de que restaura los suelos degradados y reduce la toxicidad del aluminio en los suelos acidificados.
En casos de muerte por inmersión (ahogamiento), uno de los análisis realizados es el de presencias de diatomeas en el cuerpo de las víctimas. Debido a la composición del esqueleto de sílice de las diatomeas, estas permanecen en el cuerpo aun si estos son hallados con algún grado de descomposición.
Los científicos utilizan las especies para saber si el incidente ocurrió, por ejemplo, en un pantano, en el mar o en un lago; esto es posible porque las diatomeas presentan cierto grado de especificidad ambiental. Muchos casos de asesinato han sido resueltos gracias a presencia de diatomeas en el cuerpo de las víctimas.
El uso de las diatomeas en la nanotecnología aún esta en la etapa inicial. Sin embargo, los estudios y usos en este área cada vez son más frecuentes. Actualmente se emplean pruebas para convertir las frústulas de sílice en silicio y producir con estos componentes eléctricos.
Hay muchas expectativas y usos potenciales de las diatomeas en nanotecnología. Los estudios sugieren que se pueden utilizar para la manipulación genética, para la construcción de complejos microcomponentes electrónicos y como biocélulas fotovoltaicas.
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