FIKOLOGIJA: ZGODOVINA, PODROČJE ŠTUDIJA IN RAZISKOVANJA - BIOLOGIJA - 2026

Phycology ali algology je znanstvena disciplina, ki študij alge, ki se osredotoča predvsem na študijo njihovih fotosintetskih mehanizmov, proizvodnjo toksinov, in sistematičnih industrijskih izdelkov.

Alge so polifiletna skupina (brez skupnega prednika) fotosintetskih organizmov, prisotnih v celični steni. V to skupino spadajo enocelični posamezniki (cianobakterije ali modrozelene alge) in kot večcelične. Prav tako so vključene tako prokariotske kot evkariontske celice.

Biogorivo, pridobljeno z algami v laboratoriju. Vir: Honeywell, prek Wikimedia Commons

Fikologija se je začela v antični Grčiji z deli Teofrasta in Dioskorida. Dolgo časa so alge veljale za rastline, zato so jih proučevali predvsem botaniki.

Linnaeus je prvi uporabil ime alga, da je opredelil to skupino organizmov, čeprav je vključeval tudi nekaj bryofitov. Vendar pa je v devetnajstem stoletju fikologija sprejeta kot disciplina, saj je struktura alg bolj znana.

V teh letih so v biologijo in klasifikacijo alg pomembno prispevali veliki ficologi, kot so Stackhouse, Lamouroux in Kützing. Njegova dela so temeljila predvsem na preučevanju anatomije in življenjskega cikla teh organizmov.

Med področji proučevanja v fikologiji izstopa raziskovanje "rdečih plimovanj", ki jih povzroča eksponentna rast mikroalg. Ti organizmi proizvajajo toksine, ki zastrupljajo ribe in školjke, kar negativno vpliva na ribiško industrijo in javno zdravje.

Zgodovina

Obalne človeške civilizacije so razvile pomembno povezavo z algami. Mapuči v Čilu vključujejo alge v svojo mitološko simboliko. Kitajci so prvi, ki so pustili pisne reference na te organizme.

Fikologija ali algologija kot znanost izvira predvsem iz zahodne kulture, njen razvoj pa je povezan z zgodovino botanike. V zgodovinskem razvoju lahko prepoznamo štiri faze.

Starodavna Grčija do konca 18. stoletja

Prvi, ki sta za alge uporabila izraz phykos (morske rastline), sta bila Grka Theophrastus in Dioskoridi. Kasneje je iz tega grškega imena izhajal rimski izraz Fucus, ki se je uporabljal za poimenovanje teh organizmov.

V šestnajstem in sedemnajstem stoletju na področju fikologije ni bilo izvedenih veliko raziskav. Češki botanik Von Zalusian (1592) je v skupino Musci vključil alge skupaj z glivami, lišaji in morskimi zelišči. Von Zakusian je zaradi težav pri razvrščanju teh skupin ocenil kot "Ruda et Confusa" (težko in zmedeno).

Drug botanik, ki je prispeval v zgodnjih dneh fikologije, je bil Gaspar Bauhin v svojem delu Prodromus theatri botánica (1620). Avtor je različne skupine rastlin uvrstil med alge, na primer mahove in hrenovke (Equisetum).

Francoski Ferchault de Reaumur je leta 1711 opisal spolne strukture vrste alg. To je bil pomemben prispevek k algologiji, čeprav so botaniki, kot je Samuel Gottlieb, še naprej menili, da so alge razmnožene s partenogenezo.

Linnaeus je v svoj sistem spolne klasifikacije (1735) vključil alge znotraj kriptogamov (rastlin brez semen). Kasneje, leta 1753, je opisal rod Fucus in tam je skupina začela boljše opredelitev.

1800 do 1880

Uporaba boljših optičnih mikroskopov je prinesla velik napredek v fikologiji. V tem obdobju je bila opredeljena večina večjih skupin alg, kakršne poznamo danes.

Prvi, ki je nazorno prikazal spolnost alg, je bil Švicar Pierre Vaucher v svojem delu Histoire des conferves de'eau douce (1803). Iz tega dela se alge prepoznajo kot skupina in algologija se začne utrjevati.

John Stackhouse Vir. Google Books prek Wikimedia Commons

Šteje se, da je Anglež John Stackhouse fikologijo spremenil v znanstveno disciplino. Leta 1801 je Stackhouse preučil kalitev zigote vrste Fucus in ugotovil, da pripadajo različnim rodom.

Pozneje je francoski botanik Jean Lamouroux leta 1813 predlagal klasifikacijski sistem za alge. V svojih delih je opisal veliko število vrst in določil tri velike skupine (rdeče, rjave in zelene alge).

Med velikimi takratnimi fikologi izstopata Šveda CA Agardh in njegov sin JG Agardh, ki sta preučevala morfologijo alg. JG Agardh je predlagal razvrstitev morskih alg na podlagi njihovih anatomskih značilnosti.

Drugi vidni algolog je bil Nemec Friedrich Kützing, ki je objavil številne traktate o fikologiji, v katerih je opisal različne vrste. Pri svojih raziskavah je v glavnem upošteval anatomijo teh organizmov.

Od leta 1880 do začetka petdesetih let 20. stoletja

V večini tega obdobja je bila fikologija obravnavana kot veja botanike, alge pa so bile vključene v razdelek Thallophyta (Plantae). Opravljena je bila tudi študija življenjskih ciklov mnogih vrst, kar je omogočilo jasnejše definiranje različnih skupin.

Italijanski fikolog Giovanni de Toni je 35 let delal na svojem delu Sillete Algarín, ki je izšlo leta 1924. V tem delu je zbrano vse znanje o sistematiki alg, ki je obstajalo do danes.

Poleg tega se je rodila morska fikologija, specializirana za preučevanje alg, prisotnih v morjih in oceanih. V tem obdobju so se začele ekspedicije po različnih obalah sveta za razvrščanje teh organizmov.

Moderna faza

V petdesetih letih 20. stoletja je bil napredek v fikologiji zahvaljujoč razvoju skenirajočih in prenosnih elektronskih mikroskopov. To je omogočilo preučevanje vidikov fiziologije, biološke celice in ekologije različnih skupin alg.

V 70. letih prejšnjega stoletja se je sistematski pristop k fikologiji spremenil zaradi uporabe molekulskih tehnik. Ugotoviti je bilo mogoče, da so alge polifiletična skupina (nimajo skupnega prednika). Tako so bile cianobakterije locirane znotraj bakterij in drugih skupin alg v kraljestvu Protista.

Trenutno je fikologija konsolidirana disciplina in na različnih študijskih področjih je veliko raziskovalcev.

Področje študija

Fikologija je disciplina, ki je namenjena preučevanju alg. Ne nanaša se samo na taksonomsko kategorijo (zaradi izvora te skupine), ampak se še vedno uporablja v praktične namene.

Znotraj alg najdemo tako prokariontske kot evkariontske celice, ki jih večina fotosintezira. V skupini evkariotov so alge talofiti (rastline s talijem), katerih primarni fotosintetski pigment je klorofil a.

Rdeče morske alge. Vir: Ed Bierman, prek Wikimedia Commons

Fikologija proučuje morfološke in anatomske značilnosti različnih skupin alg. Poleg tega obravnava raziskave evolucijskih procesov teh organizmov, vključno z različnimi vidiki, kot so evolucija kloroplasta in fotosintetski mehanizmi.

Na področju fiziologije in biokemije so se fikologi posvetili preučevanju tako imenovanih "rdečih plimovanj". To se nanaša na eksponentno rast nekaterih mikroalg, ki proizvajajo fitotoksine, ki so strupeni organizmi za morsko favno in človeka.

Znotraj algologije se razmišlja o vlogi alg v ekosistemih, kjer jih najdemo. Ta tema je velikega pomena za znanost, saj so ti organizmi glavni proizvajalci kisika na planetu.

Po drugi strani so alge uporabne za ljudi kot hrana in kot osnova za proizvodnjo industrijskih izdelkov. Fikologija zato proučuje tudi potencialno koristne vrste in tudi najučinkovitejše načine uporabe alg.

Zadnji primeri raziskav

Fikologija kot disciplina zajema različna področja, ki jih zanimajo raziskovalci. Trenutno izstopajo tisti, povezani z njegovo fiziologijo, proizvodnjo toksinov, industrijskimi proizvodi in sistematiko.

Fotosintetski mehanizmi

Domnevajo, da so kloroplasti alg razvili iz endosimbiotičnih cianobakterij. Raziskave na tem področju so usmerjene v mehanizme prenosa informacij, ki nadzorujejo delitev in presnovo kloroplastov.

V letu 2017 so izvedli raziskavo na cianobakterijah in drugih skupinah alg. S tem smo raziskovali mehanizme rabe kisika, saj lahko presežki tega elementa v celicah povzročijo oksidativno škodo.

Rezultati te študije kažejo, da se v cianobakterijah aktivira encim, ki celico ščiti pred visoko intenzivnostjo svetlobe. Pri drugih vrstah so opazili biokemični strategije, da postanejo celice neobčutljiv na presežne O ₂ .

Fitotoksini

Proizvodnja fikotoksinov lahko povzroči tako imenovane "rdeče plime", ki ustvarjajo velik ekološki in gospodarski učinek. Zato se je fikologija osredotočila na preučevanje teh spojin.

Opravljene so bile različne raziskave, da bi ugotovili, kako delujejo ti fitotoksini na različne organizme, vključno s človekom. Španski raziskovalci so leta 2018 pregledali toksine, ki jih proizvajajo mikroalge, ter mehanizme delovanja in simptome, ki jih proizvajajo pri ljudeh.

Rdeča plima. Vir: NOAA, prek Wikimedia Commons

Biogoriva

Fikologija se v zadnjih letih posveča področju biogoriv. Opravljajo se številne raziskave bioloških in uporabnih vidikov alg, ki so potencialno uporabne.

Pregled možnosti uporabe alg kot biogoriv (opravljen leta 2017) kaže, da so glavni tehnološki izzivi na tehnološkem področju. V glavnem so osredotočeni na doseganje visoke proizvodnje biomase in doseganje primernih rastnih pogojev.

Težke kovine

Nekateri rodovi alg, kot sta Cladophora (zelena alga) in Fucus (rdeče alge), so tolerantni na težke kovine. V tem smislu se izvajajo študije za določitev količine kovin, ki jih ti organizmi lahko vsebujejo.

Na podlagi pridobljenih informacij so bili določeni simulacijski modeli obnašanja težkih kovin v vodnih telesih.

Sistematično

Fikologija je pripisala velik pomen sistematičnemu preučevanju alg. To področje se je osredotočilo predvsem na proučevanje odnosa alg med seboj in njihovega vpliva na druge organizme.

V tem smislu so bile molekularne tehnike zelo pomembne pri določanju teh odnosov med organizmi.

Pred kratkim so preučevali ledeniške alge Grenlandije, ki se nahajajo v skupini Chlorophytas (zelene alge). Ugotovljeno je bilo, da so to alge, ki so najbolj povezane z rastlinami in da lahko njihova ekologija pomaga bolje razumeti rastlinsko kolonizacijo kopenskega okolja.

Reference

1. Chapman RL, MA Buchheim, CF Delwiche, T Friedl, VAR Huss, KG Karol, LA Lewis, J Manhart, RM McCourt, JL Olsen in DA Waters (1998) Molekularna sistematika zelenih alg. str. 508–540. V: Soltis DE, PS Soltis in JJ Doyle (eds) Molekularna sistematika rastlin II. Springer, Boston, MA. 585 str.
2. Farabegoli F, L Blanco, L Rodríguez, J Vieites in A Cabado (2018) Fikotoksini v morskih lupinarjih: izvor, pojav in učinki na ljudi. Mar. Droge 16: 1-26.
3. Lee RE (2018) Peta izdaja. Cambrige University Press. New York, ZDA. 535 str.
4. Norton TA, M Melkonian in RA Andersen (1996) biotska raznovrstnost alg. Phycologia 35 : 308–326.
5. South GR in A Whittick (1987) Uvod v fizikologijo. Znanstvene publikacije Blackwell. Oxford, Združeno kraljestvo. 343 str.