FIKOLOGIJA: POVIJEST, PODRUČJE STUDIJA I ISTRAŽIVANJA - BIOLOGIJA - 2025

Phycology ili algology je znanstvena disciplina koja proučava alge, s naglaskom prvenstveno na proučavanju njihovih fotosintetskih mehanizama, proizvodnja toksina i sustavnih industrijskih proizvoda.

Alge su polifiletna skupina (bez zajedničkog pretka) fotosintetskih organizama prisutnih u staničnoj stijenci. Ova skupina uključuje jednoćelijske jedinke (cijanobakterije ili plavozelene alge) i kao višećelijske. Isto tako, uključene su i prokariotske i eukariotske stanice.

Biogorivo proizvedeno s algama u laboratoriju. Izvor: Honeywell, putem Wikimedia Commonsa

Fikologija je započela u drevnoj Grčkoj, djelima Teofrasta i Dioskorida. Dugo vremena alge su se smatrale biljkama, zbog čega su ih uglavnom proučavali botaničari.

Linnaeus je bio prvi koji je upotrijebio naziv alga za definiranje ove skupine organizama, iako je također uključio neke bryofite. Međutim, to je u devetnaestom stoljeću kada se fikologija prihvaća kao disciplina, jer je struktura algi poznatija.

Tijekom tih godina, veliki ficolozi, poput Stackhousea, Lamourouxa i Kützinga, dali su važan doprinos u biologiji i klasifikaciji algi. Njegova su se djela uglavnom temeljila na proučavanju anatomije i životnog ciklusa tih organizama.

Među područjima proučavanja fikologije ističe se istraživanje crvenih plima, koje je uzrokovalo eksponencijalni rast mikroalgi. Ti organizmi proizvode toksine koji truju ribu i školjke, što negativno utječe na ribarsku industriju i javno zdravlje.

Povijest

Obalne ljudske civilizacije razvile su važnu vezu s algama. Mapuche u Čileu uključuju alge u svoju mitološku simboliku. Sa svoje strane, Kinezi su prvi koji su ostavili pisane reference na ove organizme.

Fikologija ili algologija, kao znanost, potiče uglavnom iz zapadne kulture i njezin je razvoj povezan s poviješću botanike. U povijesnoj evoluciji možemo prepoznati četiri faze.

Drevna Grčka sve do kraja 18. stoljeća

Prvi koji su upotrebljavali izraz phykos (morske biljke) za označavanje algi bili su Grci Theophrastus i Dioskoridi. Kasnije je od ovog grčkog imena izveden rimski izraz Fucus, koji se koristio za nazivanje ovih organizama.

Tijekom šesnaestog i sedamnaestog stoljeća nije provedeno mnogo studija iz područja fikologije. Češki botaničar Von Zalusian (1592.) uvrstio je alge zajedno s gljivama, lišajevima i morskim travama u skupinu Musci. Von Zakusian je te grupe smatrao "Ruda et Confusa" (teška i zbunjujuća) zbog poteškoća u njihovom klasificiranju.

Drugi botaničar koji je dao doprinose u prvim danima ficologije bio je Gaspar Bauhin, u svom djelu Prodromus theatri botánica (1620). Autor je različite grupe biljaka klasificirao kao alge, poput mahovina i konjskih repa (Equisetum).

1711. godine francuski Ferchault de Reaumur opisao je seksualne strukture vrste algi. Ovo je bio važan doprinos algologiji, iako su botaničari poput Samuela Gottlieba i dalje smatrali da su alge reproducirane partenogenezom.

Linnaeus je u svoj spolni klasifikacijski sustav uključio alge unutar kriptogama (biljke bez sjemena) (1735). Kasnije, 1753. godine opisao je rod Fucus i ondje je grupa počela imati bolju definiciju.

1800. do 1880

Upotreba boljih optičkih mikroskopa dovela je do velikog napretka u fikologiji. U tom su razdoblju definirane većine glavnih skupina algi, kakve su danas poznate.

Prvi koji je jasno pokazao seksualnost algi bio je Švicarac Pierre Vaucher u svom djelu Histoire des conferves de'eau douce (1803). Iz ovog rada alge se prepoznaju kao skupina i algologija se počinje konsolidovati.

John Stackhouse Izvor. Google knjige, putem Wikimedia Commonsa

Smatra se da je Englez John Stackhouse fikologiju pretvorio u znanstvenu disciplinu. 1801. godine Stackhouse je proučavao klijanje zigote vrste Fucus i utvrdio da pripadaju različitim rodovima.

Kasnije je francuski botaničar Jean Lamouroux 1813. godine predložio klasifikacijski sustav za alge. U svojim je radovima opisao veliki broj vrsta i definirao tri velike skupine (crvene, smeđe i zelene alge).

Među velikim tadašnjim fikolozima ističu se Šveđani CA Agardh i njegov sin JG Agardh, koji su proučavali morfologiju algi. JG Agardh je predložio klasifikaciju morskih algi na temelju njihovih anatomskih karakteristika.

Drugi istaknuti algolog bio je Nijemac Friedrich Kützing, koji je objavio brojne priloge o ficologiji u kojima je opisao razne vrste. U svom istraživanju uglavnom je uzeo u obzir anatomiju ovih organizama.

Od 1880. do početka pedesetih godina 20. stoljeća

Veći dio ovog razdoblja fikologija se smatrala granom botanike, a alge su bile uključene u diviziju Thallophyta (Plantae). Provedeno je i istraživanje životnih ciklusa mnogih vrsta, što je omogućilo jasnije definiranje različitih skupina.

Talijanski fikolog Giovanni de Toni radio je 35 godina na svom djelu Sillete Algarín, koje je objavljeno 1924. Ovo djelo prikuplja sva saznanja o sustavnosti algi koje su postojale do danas.

Pored toga, rođena je i morska fikologija, specijalizirana za proučavanje algi prisutnih u morima i oceanima. Tijekom tog razdoblja pokrenute su ekspedicije duž različitih obala svijeta radi klasifikacije tih organizama.

Moderna faza

U 50-ima (20. stoljeće) došlo je do velikog napretka u fikologiji zahvaljujući razvoju skenirajućih i prijenosnih elektronskih mikroskopa. To je omogućilo proučavanje fiziologije, stanične biologije i ekologije različitih skupina algi.

U 1970-ima, zbog korištenja molekularnih tehnika, promijenio se sustavni pristup ficologiji. Moglo se utvrditi da su alge polifiletna skupina (ne dijele zajedničkog pretka). Dakle, cijanobakterije su bile smještene unutar bakterija i ostalih skupina algi u Kraljevstvu Protista.

Fikologija je trenutno konsolidirana disciplina i postoje brojni istraživači iz različitih područja studija.

Područje proučavanja

Fikologija je disciplina koja je posvećena proučavanju algi. Ne odnosi se samo na taksonomsku kategoriju (zbog podrijetla ove skupine), već se i koristi u praktične svrhe.

Unutar algi se nalaze i prokariotske i eukariotske stanice od kojih se većina fotosintezira. U skupini eukariota alge su talofiti (biljke sa talijem) čiji je primarni fotosintetski pigment klorofil a.

Crvene morske alge. Izvor: Ed Bierman, putem Wikimedia Commonsa

Fikologija proučava morfološke i anatomske karakteristike različitih skupina algi. Pored toga, bavi se istraživanjima evolucijskih procesa tih organizama, uključujući različite aspekte poput evolucije kloroplasta i fotosintetskih mehanizama.

U području fiziologije i biokemije, fikolozi su se posvetili istraživanju takozvane „crvene plime“. To se odnosi na eksponencijalni rast određenih mikroalgi koje proizvode fitotoksine, koji su toksični organizmi za morsku faunu i ljude.

Unutar algologije razmatra se znanje o ulozi algi u ekosustavima u kojima se nalaze. Ovaj je predmet od velike važnosti za znanost, jer su ti organizmi glavni proizvođači kisika na planeti.

S druge strane, alge su korisne za ljude kao hrana i kao osnova za proizvodnju industrijskih proizvoda. Prema tome, fikologija također proučava potencijalno korisne vrste, kao i najučinkovitije načine korištenja algi.

Nedavni primjeri istraživanja

Fikologija kao disciplina obuhvaća različita područja od interesa za istraživače. Trenutno se ističu oni koji se odnose na njegovu fiziologiju, proizvodnju toksina, industrijske proizvode i sistematiku.

Fotosintetski mehanizmi

Pretpostavlja se da su kloroplasti algi evoluirali iz endosimbiotskih cijanobakterija. Istraživanja u ovom polju fokusirana su na mehanizme prenosa informacija koji kontroliraju diobu i metabolizam kloroplasta.

Tijekom 2017. godine provedeno je istraživanje na cijanobakterijama i drugim skupinama algi. Pomoću toga istraženi su mehanizmi uporabe kisika, jer viškovi ovog elementa mogu uzrokovati oksidativna oštećenja u stanicama.

Rezultati ovog istraživanja pokazuju da se u cijanobakterijama aktivira enzim koji štiti stanicu od visokog intenziteta svjetlosti. U drugim vrstama, biokemijski strategije su primijetili da čine stanice neosjetljiv na višak O ₂.

Phycotoxins

Proizvodnja fitotoksina može proizvesti takozvane "crvene plime", koje stvaraju velik ekološki i ekonomski učinak. Zbog toga se fikologija fokusirala na proučavanje ovih spojeva.

Provedena su različita istraživanja kako bi se utvrdilo kako ti fitotoksini djeluju na različite organizme, uključujući i ljude. Španjolski istraživači su u 2018. godini pregledali toksine proizvedene mikroalgama i mehanizme djelovanja i simptome koje proizvode u ljudi.

Crvena plima. Izvor: NOAA, putem Wikimedia Commonsa

biogoriva

Fikologija je posljednjih godina posvetila pozornost području biogoriva. Provode se brojna istraživanja bioloških i primijenjenih aspekata algi koje mogu biti korisne.

Pregled mogućnosti upotrebe algi kao biogoriva (proveden u 2017. godini) pokazuje da su glavni izazovi djelovanja u tehnološkom području. Uglavnom su usmjereni na postizanje visoke proizvodnje biomase, kao i postizanje pogodnih uvjeta uzgoja.

Teški metali

Neki rodovi algi poput Cladophora (zelena alga) i Fucus (crvena alga) tolerantni su na teške metale. U tom smislu, provode se studije kako bi se utvrdila količina metala koju ti organizmi mogu sadržavati.

Iz dobivenih informacija utvrđeni su simulacijski modeli o ponašanju onečišćenja teškim metalima u vodenim tijelima.

sistematski

Fikologija je pridavala veliku važnost sustavnom proučavanju algi. Ovo se područje usredotočilo prvenstveno na proučavanje odnosa algi jedni prema drugima i njihovog utjecaja na druge organizme.

U tom su smislu molekularne tehnike bile vrlo važne u definiranju tih odnosa između organizama.

Nedavno su proučavane ledene alge Grenlanda smještene u skupinu Chlorophytas (zelene alge). Utvrđeno je da su to alge koje su najviše povezane s biljkama i da njihova ekologija može pomoći u boljem razumijevanju biljne kolonizacije zemaljskog okoliša.

Reference

1. Chapman RL, MA Buchheim, CF Delwiche, T Friedl, VAR Huss, KG Karol, LA Lewis, J Manhart, RM McCourt, JL Olsen i DA Waters (1998) Molekularna sistematika zelenih algi. pp. 508-540. U: Soltis DE, PS Soltis i JJ Doyle (ur.) Molekularna sistematika biljaka II. Springer, Boston, MA. 585 str.
2. Farabegoli F, L Blanco, L Rodríguez, J Vieites i A Cabado (2018) Fikotoksini u morskim školjkama: podrijetlo, pojava i učinci na ljude. Ožujka droga 16: 1-26.
3. Lee RE (2018) Peto izdanje. Cambrige University Press. New York, SAD. 535 str.
4. Norton TA, M Melkonian i RA Andersen (1996) biološka raznolikost algi. Phycologia 35: 308–326.
5. South GR and A Whittick (1987) Uvod u fizikologiju. Blackwell znanstvene publikacije. Oxford, Velika Britanija. 343 str.