As diatomáceas são um grupo de algas unicelulares microscópicas amplamente distribuídas em todo o mundo. São as algas mais comuns no fitoplâncton e desempenham um papel fundamental na cadeia alimentar como produtor primário em habitats aquáticos. Uma de suas características distintivas é a formação de uma parede extracelular de sílica (SiO 2 – Óxido de Silício (IV)) chamada de frustula. Mais de 200 gêneros são conhecidos e cerca de 100.000 espécies existentes atualmente. Estima-se que tenham surgido no início do período jurássico.

Classificação

As diatomáceas são classificadas formalmente como a classe Bacillariophyceae (Haeckel 1878) dentro da divisão Heterokontophyta (também conhecida como Stramenopiles ou Heterokonta; Cavalier-Smith, 1986, comumente referido como heterocontos) pertencente ao Reino Protista. No entanto, ainda não está bem estabelecido se os heterocontos são uma divisão ou um reino, então as diatomáceas seriam uma divisão, geralmente chamada de Bacillariophyta , ou uma classe, geralmente chamada de Diatomophyceae ou Bacillariophyceae , com a conseqüente mudança na classificação de seus subgrupos. .

O sistema de classificação mais amplamente aceito hoje é o desenvolvido por Simonsen em 1979 e expandido por Round et al. Em 1990 . Este sistema é baseado nas características da frustula das diatomáceas . O sistema de Simonsen dividiu a classe Bacillariophyceae em duas ordens, os Biddulphiales (anteriormente Centrales) e os Bacillariales (anteriormente Pennales). As diatomáceas biddulfiais possuem uma frustula com folíolos radialmente simétricos, enquanto as bacilariais possuem folíolos com simetria bilateral. Round e seus colegas desenvolveram posteriormente este sistema de classificação após observar mais características nos folhetos e encontrar novas relações entre os diferentes grupos. A classificação das diatomáceas seria, dentro dos heterocontos, a seguinte:

Classe Coscinodiscophyceae ou Subclasse Coscinodiscophycidae (Round e RMCrawford)

Estas são diatomáceas com folhetos radialmente simétricos (centrais). Eles são divididos nas seguintes ordens:

  • Anaulales (Round e RMCrawford)
  • Arachnoidiscales (redondo)
  • Asterolamprales (redondo)
  • Aulacoseirales (RMCrawford)
  • Biddulphiales
  • Chaetocerotales (Round e RMCrawfor)
  • Chrysanthemodiscales (redondo)
  • Corethrales (Round e RMCrawford)
  • Coscinodiscais (redondo)
  • Cymatosirales (Round e RMCrawford)
  • Desmomastigales
  • Etmodiscais (redondo)
  • Hemiaulales (Round e RMCrawford)
  • Leptocylindrales (Round e RMCrawford)
  • Lithodesmiales
  • Melosirales (RMCrawford)
  • Orthoseirales (RMCrawford)
  • Paraliais (RMCrawford)
  • Rhizossolenials
  • Stictocyclales (redondo)
  • Stictodiscales (Round e RMCrawford)
  • Thalassiosirales
  • Triceratiales (Round e RMCrawford)

Classe Fragilariophyceae ou Subclasse Fragilariophycidae (FERound)

Diatomáceas cujos folhetos apresentam simetria bilateral (pennals) e apresentam rafe , um sulco longitudinal.

  • Ardissoneales (F.E.Round)
  • Climacospheniales (redondo)
  • Cyclophorales (Round y RMCrawford)
  • Fragilariales (PCSilva)
  • Licmophorales (rodada)
  • Protoraphidales (redondo)
  • Rhabdonematales (Round y RMCrawford)
  • Rhaphoneidales (redondo)
  • Striatellales (FERound)
  • Tabellariales (Rodada)
  • Thalassionematales (redondo)
  • Toxariales (Rodada)

Classe Bacillariophyceae ou Subclasse Bacillariophycidae (DGMann)

Diatomáceas com folíolos de simetria bilateral e sem rafe .

  • Achnanthales (PCSilva)
  • Bacillariales (Hendey)
  • Cymbellales (DGMann)
  • Dictyoneidales (DGMann)
  • Eunotiales (PCSilva)
  • Lyrellales (DGMann)
  • Mastogloiales (DGMann)
  • Naviculales (Bessey)
  • Rhopalodiales (DGMann)
  • Surirellales (DGMann)
  • Thalassiophysales (DGMann)

Biologia e características gerais

As diatomáceas são amplamente distribuídas por todo o planeta nos oceanos, corpos de água doce, solo e virtualmente qualquer superfície úmida . A maioria vive em águas abertas (pelágicas), mas também existem diatomáceas que vivem na interface entre a água e os sedimentos de fundo (bentônicos) e até vivem em uma atmosfera com alta umidade. Sua população é especialmente importante na água do mar, onde fazem parte do plâncton.

São organismos unicelulares geralmente microscópicos em tamanho, entre 2 e 200 μm , embora algumas espécies possam atingir até 2 mm de comprimento. A morfologia é muito diversa; existem diatomáceas esféricas, cilíndricas, quadradas, elípticas, etc. Possuem estrutura interna relativamente simples e são circundados por uma parede extracelular composta principalmente por sílica (SiO 2 – Óxido de Silício (IV) ou Dióxido de Silício) que é chamada de frustula .

Como outras algas, as diatomáceas fotossintetizam e estima-se que contribuam com 45% da produção primária oceânica, constituindo um pilar fundamental na cadeia trófica e na produção de oxigênio atmosférico. Os cloroplastos de diatomáceas são de cor amarelada a marrom, típicos de heterocontros. Os pigmentos mais proeminentes nas diatomáceas são clorofila A, clorofila C e carotenóides, como beta-caroteno e fucoxantina.

Existem algumas espécies de diatomáceas que são heterotróficas, embora sejam raras. Existem também diatomáceas fotossintéticas que, na ausência de luz, podem viver heterotroficamente se tiverem uma fonte de carbono adequada disponível. As principais substâncias armazenadoras de energia são os lipídios e a crisolaminarina (também chamada de leucosina, um polissacarídeo característico dos heterocontém).

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Eles geralmente não apresentam flagelos, exceto nos gametas masculinos das diatomáceas centrais. Ao contrário de outros heterocontos, esses flagelos não apresentam mastigonemos. A parede celular densa e a falta de mobilidade da maioria das diatomáceas facilitam o seu afundamento. Algumas diatomáceas regulam sua flutuabilidade modificando a concentração de lipídios intracelulares, embora a maioria das diatomáceas do plâncton oceânico permaneça em suspensão nas camadas superiores onde a luz solar chega graças às correntes e turbulência da água.

Em muitos casos, as diatomáceas ficam suspensas na água individualmente; em outros casos, elas são agrupadas em colônias compostas por numerosos indivíduos unidos por estruturas de sílica, mucilagem ou quitina.

Parede celular de sílica

As células de diatomáceas são cercadas por uma parede dura de sílica chamada frustula . A sílica na frustula é de origem biogênica ; É sintetizado no interior da célula por polimerização do ácido silícico e é excretado para o exterior para formar a frustula. A superfície da frustula pode apresentar simetria radial ou bilateral juntamente com uma série de poros, cristas e elevações; todas essas características são usadas para distinguir os diferentes gêneros e espécies.

Cada frustula é composta por dois folhetos separados que se sobrepõem. Uma das válvulas é chamada de epitheca e a outra de hipoteca . O epiteca é um pouco maior e se sobrepõe à hipoteca como as duas metades de uma placa de Petri ou as conchas de um molusco. Na maioria das espécies de diatomáceas, quando uma célula se divide em duas células-filhas, cada uma herda um dos folhetos, como explicaremos mais tarde no ciclo de vida.

Devido à parede de sílica, a morte das diatomáceas dá origem a sedimentos inorgânicos na forma de silicatos. Esses sedimentos no fundo do mar são usados ​​para estudos geológicos. Em áreas onde os oceanos não existem mais, esses sedimentos fossilizados formam a chamada terra diatomácea ou diatomita, uma matéria-prima usada em muitos setores industriais.

O ciclo da ureia

Outra característica marcante das diatomáceas é que elas realizam o ciclo da ureia, que é uma conexão evolutiva entre as diatomáceas e os animais . O ciclo da ureia nas diatomáceas foi descoberto por pesquisa realizada em 2011 por Adrew Allen, Chirs Bowler e colaboradores. Essa descoberta teve um grande impacto, pois se pensava que o ciclo da ureia apareceu nos metazoários, organismos que surgiram várias centenas de milhões de anos após as diatomáceas. No entanto, animais e diatomáceas usam o ciclo da ureia para finalidades diferentes.

Ciclo de vida

A reprodução das diatomáceas é principalmente assexuada por fissão binária (bipartição). Nesse processo, cada célula se divide em duas células-filhas. Cada célula filha herda um dos folhetos de sílica e o usa como epiteca. Até mesmo a célula filha que recebe a hipoteca da mãe a usará como um epíteca e construirá uma pequena camada (hipoteca) sob ela. Isso reduz o tamanho das células de cada nova geração de diatomáceas . Algumas espécies foram observadas que são capazes de se dividir sem redução no tamanho da geração.

As diatomáceas também se reproduzem por meio da reprodução sexuada e da formação de auxósporos . Quando isso ocorre , o tamanho da célula é restaurado na prole e ocorre aproximadamente quando uma célula é um terço de seu tamanho máximo. As células das diatomáceas são diplóides, o que possibilita a ocorrência da meiose e a formação de um gameta masculino e outro feminino. A união de ambos dá origem a um zigoto que desprende os folhetos herdados. O zigoto cresce esférico e é circundado por uma membrana orgânica formando o auxosporo. Uma nova diatomácea de tamanho máximo cresce dentro do auxosporo, iniciando uma nova geração com o tamanho restaurado.

O auxosporo também pode entrar em um estado de repouso sob condições ambientais desfavoráveis ​​e germinar quando as condições melhorarem.

Os gametas masculinos de diatomáceas centrais têm um flagelo, enquanto os gametas femininos não têm mobilidade e são geralmente maiores (oogamia). Os gametas das diatomáceas penais são geralmente do mesmo tamanho e forma (isogamia), embora a anisogamia também tenha sido documentada em algumas diatomáceas penais sem rapina.

Formulários

Terra de diatomáceas

Diatomita ou terra de diatomáceas (também conhecida como DE, TSS, diaidro, kieselguhr, kieselgu) é uma rocha sedimentar siliciosa formada por frústulas de diatomácea fossilizadas. É composto principalmente por sílica e carbonato de cálcio . Tem muitos e variados usos; os mais proeminentes são:

  • Adubo : fornece micronutrientes ao solo, reduz a lixiviação de outros nutrientes, como fósforo, nitrogênio e potássio, e também favorece sua absorção pelas plantas. É um produto natural aceito na produção orgânica em muitos países e pode neutralizar o efeito tóxico do alumínio e outros metais pesados ​​no solo.
  • Inseticida natural para animais e plantas. Ao entrar no trato digestivo dos insetos, causa a morte por desidratação.
  • Aditivo na alimentação animal (E 551C, aprovado na União Europeia no Regulamento CE / 1831/2003 sobre aditivos utilizados na alimentação animal no seu artigo 17).
  • Cosméticos : seu leve efeito abrasivo é usado em cremes dentais e cremes esfoliantes
  • Material de filtração : o tamanho de partícula da terra de diatomáceas é ideal para uso como agente de filtro químico. Seu uso para esse fim é muito comum em laboratório; também em estações de tratamento de água. Como material de filtração, a terra diatomácea da água salgada é usada porque contém mais sílica com uma estrutura cristalina do que a terra diatomácea da água doce, que contém mais sílica com uma estrutura amorfa.
  • Agente higroscópico : em algumas indústrias, principalmente a alimentícia, é utilizado como higroscópico devido à alta capacidade de absorção da diatomita. Ao absorver a umidade, reduz significativamente a deterioração das matérias-primas.
  • Ele também é usado na purificação de DNA .

A alta capacidade de absorção de umidade da diatomita pode causar desidratação extrema da pele das mãos quando manuseada e causar rachaduras e feridas. Quando inalado, pode causar silicose. Recomenda-se o uso de máscara durante o manuseio.

Produção de biodiesel

As diatomáceas possuem alta concentração de lipídios , entre 25% em condições normais a 45% em condições de estresse, o que as coloca no grupo das algas oleaginosas. O glicerol e uma mistura de ésteres alquílicos que formam o biodiesel podem ser obtidos a partir desses lipídios por transesterificação .

A produção de biodiesel a partir de diatomáceas é realizada por meio do cultivo de diatomáceas em biofotorreatores onde as condições de crescimento são controladas para que produzam o máximo possível de lipídios. A massa de diatomáceas obtida é desidratada e submetida a ultrassom para que as diferentes substâncias sejam liberadas. Os lipídios são separados do restante e o óleo obtido é submetido à transesterificação para obtenção do biodiesel.

Diatomáceas como indicador ambiental

Em geral, as diatomáceas vivem em condições de água muito particulares e as diferentes espécies crescem em faixas específicas de variáveis ​​ambientais, como pH, salinidade ou concentração de nutrientes. O efeito da atividade humana nessas e em outras variáveis ​​da água afeta notavelmente as populações de diatomáceas e, portanto, pode ser usado como um indicador da salubridade da água .

Além disso, os resquícios da parede celular de sílica deixados nos sedimentos do leito d’água são usados ​​na paleoecologia para interpretar e deduzir as condições ambientais do passado. Conhecendo as condições que fazem com que certas espécies de diatomáceas cresçam no presente, é possível conhecer as condições ambientais do passado se as mesmas espécies forem encontradas nos sedimentos fósseis.

Uso em investigação forense

A análise de diatomáceas em medicina legal visa determinar a causa e o local da morte . A análise das espécies de diatomáceas encontradas no corpo e na água onde foi encontrada assume evidências altamente confiáveis ​​de se o corpo morreu ali ou não. Também é possível determinar se a pessoa morreu antes ou depois do mergulho. Também tem a vantagem de que as frústulas de sílica não se deterioram facilmente e podem ser encontradas em corpos em estado avançado de decomposição.

Tecnologia

As diatomáceas e sua capacidade de produzir conchas de sílica de diversos formatos e tamanhos vêm sendo utilizadas em pesquisas tecnológicas em diversas áreas, principalmente na nanotecnologia . Diatomáceas selecionadas artificialmente podem ser usadas para produzir estruturas de sílica micro ou nanoscópicas que podem ser usadas em vários dispositivos eletrônicos, dada sua capacidade semicondutora. Aproveitando essa capacidade, também foram propostos como substituto do dióxido de titânio fotovoltaico nas células fotovoltaicas dos painéis solares, que, segundo algumas fontes, pode triplicar a eficiência da produção de eletricidade.

Uma amostra de água do mar terá uma série de diatomáceas que podem ser vistas ao microscópio.

As diatomáceas são algas unicelulares que formam paredes celulares distintas e bonitas a partir da sílica. Eles estão amplamente distribuídos pelas camadas superiores dos oceanos do mundo e também podem ser encontrados em água doce ou ambientes úmidos, como a parte inferior das plantas. Existem mais de 16.000 espécies de diatomáceas reconhecidas, com muitas mais sendo constantemente identificadas. Como as diatomáceas são abundantes, elas formam uma parte importante da cadeia alimentar pelágica, servindo como fonte de alimento para a maioria dos animais do oceano, direta ou indiretamente.

As diatomáceas podem crescer tanto em terras úmidas quanto na água.

Como muitas outras espécies de algas, as diatomáceas fotossintetizam sua energia. Eles também têm mobilidade muito limitada; algumas espécies de diatomáceas são capazes de um movimento lento de escoamento, mas outras dependem de correntes para carregá-las pelo oceano. Quando morrem, as diatomáceas afundam no fundo do oceano, contribuindo para a camada de lama que constitui o fundo do mar. Em partes do mundo onde os oceanos não existem mais, essa lama forma uma camada fossilizada de terra diatomácea , uma substância usada na fabricação e como pesticida natural.

As diatomáceas podem ser encontradas nas camadas superiores do oceano.

Todas as diatomáceas pertencem à classe Bacillariophyta , embora alguns biólogos contestem sua classificação precisa. Como regra geral, eles são considerados protistas . Eles têm uma estrutura interna simples e, em algum momento de seu ciclo de vida, as diatomáceas secretam sílica para criar paredes celulares fortes. As paredes das células assumem a forma de duas metades idênticas que se entrelaçam, muito parecido com as metades de um molusco ou mexilhão . A sílica se forma em um padrão simétrico radial ou bilateralmente e geralmente é extremamente complexa e surpreendente de se olhar. As diatomáceas se reproduzem assexuadamente, dividindo-se para criar mais diatomáceas.

Em muitos casos, uma diatomácea flutua sozinha no oceano. Em outros, as diatomáceas formam enormes colônias de indivíduos, ligados entre si de várias maneiras. Os organismos únicos às vezes são chamados de joias do mar por causa de suas paredes celulares distintas. Muitos estudantes iniciantes de biologia olham para as diatomáceas no microscópio para aprender sobre os detalhes incríveis que podem ser encontrados em organismos microscópicos. Qualquer amostra de água do mar da superfície de um oceano saudável conterá uma infinidade de diatomáceas em uma variedade de formas para observar ao microscópio.

As diatomáceas são semelhantes aos dinoflagelados , outra grande classe de protistas que habitam o oceano. Os dinoflagelados são mais capazes de se mover do que a maioria das diatomáceas, usando braços flagelados para se propelirem. Alguns dinoflagelados também formam relações simbióticas com outros organismos. Ambos foram identificados e descritos pelos primeiros biólogos, e numerosos panfletos demonstrando os poderes do microscópio usavam desenhos desses minúsculos organismos como ilustrações.