5.4 Þörungar

Þörungar

Námsskipan

Í lok þessa kafla muntu geta:

Útskýrt hvers vegna þörungar eru hluti af örverufræði
Lýst sérkennum þörunga
Þekkt dæmi um þörunga sem framleiða eiturefni
Borið saman helstu þörungahópa í þessum kafla og gefið dæmi um hvern þeirra
Flokkað þörungategundir í helstu hópa

Þörungar (e. algae) eru frumbjarga frumverur sem geta verið einfruma eða fjölfruma. Þessar lífverur finnast í yfirhópunum Chromalveolata (skoruþörungar, kísilþörungar, gullþörungar og brúnþörungar) og Archaeplastida (rauðþörungar og grænþörungar). Þeir eru mikilvægir frá vistfræðilegu og umhverfislegu sjónarmiði því þeir bera ábyrgð á framleiðslu um það bil 70% af súrefni og lífrænu efni í vatnsumhverfi. Sumar tegundir þörunga, jafnvel þær sem eru smásæjar, eru reglulega étnar af mönnum og öðrum dýrum. Auk þess eru þörungar uppspretta agars (e. agar), agarósa og karragenans (e. carrageenan), sem eru hleypiefni notuð á rannsóknarstofum og í matvælaframleiðslu. Þótt þörungar séu yfirleitt ekki sjúkdómsvaldandi framleiða sumir þeirra eiturefni. Skaðlegur þörungablómi (e. algal bloom)[[b:]], sem verður þegar þörungar vaxa hratt og mynda þétta stofna, getur framleitt háan styrk eiturefna sem skerða starfsemi lifrar og taugakerfis í vatnadýrum og mönnum.

Líkt og frumdýr hafa þörungar oft flókna frumubyggingu. Til dæmis geta þörungafrumur haft einn eða fleiri grænukorn sem innihalda byggingar sem kallast mjölvakorn (e. pyrenoids) til að mynda og geyma mjölva. Grænukornin sjálf eru mismunandi að fjölda himna, sem bendir til annars stigs eða sjaldgæfs þriðja stigs innlifs. Frumstæð grænukorn hafa tvær himnur – eina frá upprunalegu blágerlunum sem forvera heilkjarnafruman gleypti og eina frá frumuhimnu gleypifrumunnar. Grænukorn í sumum ættkvíslum virðast hafa myndast við annars stigs innlif, þar sem önnur fruma gleypti græn- eða rauðþörungafrumu sem þegar hafði frumstætt grænukorn innra með sér. Gleypifruman eyðilagði allt nema grænukornið og hugsanlega frumuhimnu upprunalegu frumunnar og skildi eftir þrjár eða fjórar himnur utan um grænukornið. Mismunandi þörungahópar hafa mismunandi litarefni, sem endurspeglast í almennum heitum eins og rauðþörungar, brúnþörungar og grænþörungar.

Sumir þörungar, þang, eru stórsæir og má rugla þeim saman við plöntur. Þang getur verið rautt, brúnt eða grænt, allt eftir ljóstillífunarlitarefnum þeirra. Sérstaklega eiga grænþörungar nokkur mikilvæg sameiginleg einkenni með landplöntum; þó eru einnig mikilvæg aðgreiningaratriði. Til dæmis hefur þang ekki eiginlega vefi eða líffæri eins og plöntur. Auk þess hefur þang ekki vaxkennda húðþekju til að koma í veg fyrir ofþornun. Einnig má rugla þörungum saman við blágerla, ljóstillífandi gerla sem líkjast þörungum; blágerlar eru hins vegar dreifkjörnungar (sjá Nonproteobacteria Gram-negative Bacteria and Phototrophic Bacteria).

Þörungar hafa fjölbreytta lífsferla. Æxlun getur verið kynlaus með mítósu eða kynæxlun með kynfrumum.

Fjölbreytileiki þörunga

Þótt þörungar og frumdýr hafi áður verið aðskilin í flokkunarfræði eru þau nú blönduð saman í yfirhópa. Þörungar eru flokkaðir innan Chromalveolata og Archaeplastida. Þrátt fyrir að Euglenozoa (innan yfirhópsins Excavata) innihaldi ljóstillífandi lífverur eru þær ekki taldar þörungar því þær nærast og eru hreyfanlegar.

Skoruþörungar og stramenopilar falla undir Chromalveolata. Skoruþörungar (e. dinoflagellates) eru að mestu leyti sjávarlífverur og mikilvægur hluti svifs. Þeir hafa fjölbreyttar næringargerðir og geta verið ljóstillífandi, ófrumbjarga eða blandaðrar næringar. Þeir sem eru ljóstillífandi nota blaðgrænu a, blaðgrænu c₂ og önnur ljóstillífunarlitarefni (Mynd 5.36). Þeir hafa yfirleitt tvær svipur sem valda því að þeir snúast (raunar kemur nafnið dinoflagellate úr gríska orðinu fyrir „hringsnúning“: dini). Sumir hafa sellulósaplötur sem mynda harða ytri skel, eða brynhimnu (e. theca), sem brynju. Auk þess framleiða sumir skoruþörungar taugaeitur sem getur valdið lömun í mönnum eða fiskum. Smit getur orðið við snertingu við vatn sem inniheldur eiturefni skoruþörunga eða með því að éta lífverur sem hafa étið skoruþörunga.

Þegar stofn skoruþörunga verður sérstaklega þéttur getur rauðasjór (e. red tide) (tegund skaðlegs þörungablóma) myndast. Rauðasjór veldur skaða á sjávarlífi og mönnum sem neyta mengaðs sjávarfangs. Helstu eiturframleiðendur eru Gonyaulax (e. gonyaulax) og Alexandrium (e. alexandrium), sem báðir valda skelfiskseitrun með lömun. Önnur tegund, Pfiesteria piscicida (e. pfiesteria piscicida), er þekkt sem fiskabani því á ákveðnum stigum lífsferils síns getur hún framleitt eiturefni sem eru skaðleg fiskum og virðist bera ábyrgð á ýmsum einkennum, þar á meðal minnisleysi og ruglingi, hjá mönnum sem komast í snertingu við vatn sem inniheldur tegundina.

A micrograph of a square-shaped organism with two long projections. — Mynd 5.36 Skoruþörungar sýna mikinn fjölbreytileika í lögun. Margir eru umluktir sellulósabrynju og hafa tvær svipur sem passa í skorur milli platnanna. Hreyfing þessara tveggja hornréttu svipa veldur snúningshreyfingu. (Heimild: breytt útgáfa af verki CSIRO)

Strýhærur (e. stramenopiles) (stramenopiles) eru meðal annars gullþörungar (e. golden algae) (Chrysophyta), brúnþörungar (e. brown algae) (Phaeophyta) og kísilþörungar (e. diatoms) (Bacillariophyta). Strýhærur hafa blaðgrænu a, blaðgrænu c₁/c₂ og fúkoxantín sem ljóstillífunarlituefni. Geymslufjölsykra þeirra er krýsólamínarín. Sumar tegundir hafa ekki frumuvegg en aðrar hafa hreistur. Kísilþörungar hafa kísilskeljar (e. frustules) (frustules), sem eru ytri frumuveggir úr kristölluðum kísli. Steingerðar leifar þeirra eru notaðar til að framleiða kísilgúr, sem hefur margvísleg not, svo sem til síunar og einangrunar. Auk þess geta kísilþörungar æxlast bæði kynlaust og með kynæxlun og karlkynfrumur miðlægra kísilþörunga hafa svipur sem gera þeim kleift að hreyfa sig markvisst í leit að kvenkynfrumum til kynæxlunar.

Brúnþörungar (Phaeophyta) eru fjölfruma sjávarþörungar. Sumir geta orðið gríðarstórir, eins og risaþarinn (Laminaria (e. laminaria)). Þeir hafa blaðlaga plötur, stilka og festur sem eru notaðar til að festa sig við undirlag. Þetta eru þó ekki eiginleg blöð, stönglar eða rætur (Mynd 5.37). Ljóstillífunarlituefni þeirra eru blaðgræna a, blaðgræna c, β-karótín og fúkoxantín. Þeir nota lamínarín sem geymslufjölsykru.

Til fornplöntunga (e. archaeplastids) (Archaeplastida) teljast grænþörungar (e. green algae) (Chlorophyta), rauðþörungar (e. red algae) (Rhodophyta), annar hópur grænþörunga (Charophyta) og landplöntur. Kransþörungar (Charophyta) líkjast mest landplöntum því þeir deila með þeim frumuskiptingaraðferð og mikilvægu lífefnafræðilegu ferli, auk annarra eiginleika sem hinir hóparnir hafa ekki. Eins og landplöntur hafa kransþörungar og grænþörungar blaðgrænu a og blaðgrænu b sem ljóstillífunarlituefni, frumuveggi úr sellulósa og sterkju sem geymslusameind fyrir kolvetni. Chlamydomonas (e. chlamydomonas) er grænþörungur sem hefur einn stóran grænukorn, tvær svipur og augndepil (e. stigma) (stigma); hann er mikilvægur í rannsóknum í sameindalíffræði (Mynd 5.38).

Chlorella (e. chlorella) er stór, einfruma þörungur án hreyfigetu og Acetabularia (e. acetabularia) er enn stærri einfruma grænþörungur. Stærð þessara lífvera vefengir þá hugmynd að allar frumur séu smáar og þær hafa verið notaðar í erfðafræðirannsóknum síðan Joachim Hämmerling (1901–1980) hóf að vinna með þær árið 1943. Volvox er einfruma þörungur sem myndar sambýli (Mynd 5.38). Stærri, fjölfruma grænþörungur er Ulva, einnig þekktur sem maríusvunta vegna stórra, ætra, grænna blaða sinna. Fjölbreytileiki lífsforma innan grænþörunga (Chlorophyta) – allt frá einfruma lífverum til ýmissa stiga sambýlismyndunar og fjölfruma forma – hefur verið gagnlegt rannsóknarlíkan til að skilja þróun fjölfrumunga. Rauðþörungar eru aðallega fjölfruma en innihalda nokkur einfruma form. Þeir hafa stífa frumuveggi sem innihalda agar eða karragenan (e. carrageenan), sem eru gagnleg sem hleypiefni í matvælum og sem bindiefni í æti fyrir örverur.

a) A photograph of long green kelp in the ocean b) A photograph of a red leafy structure. C) A photograph of a green leafy structure. D) a photograph of lighted regions of a waterway. E) A micrograph of cells of various shapes that look like they are made out of glass. F) a micrograph of a sphere made of many greed dots. Smaller greens spheres can be seen inside the larger sphere. The smaller spheres are released when the larger one ruptures. — Mynd 5.37 (a) Þessir stóru fjölfruma þarar tilheyra brúnþörungum. Takið eftir „blöðunum“ og „stönglunum“ sem láta þá líkjast grænum plöntum. (b) Þetta er tegund rauðþörunga sem er einnig fjölfruma. (c) Grænþörungurinn *Halimeda incrassata*, sem sést hér vaxa á sjávarbotni á grunnsævi, virðist hafa plöntulík form, en er ekki eiginleg planta. (d) Ljómun, sem sést í öldukambi á þessari mynd, er fyrirbæri sem finnst hjá ákveðnum skoruþörungum. (e) Kísilþörungar (mynd af þeim á þessari smásjármynd) mynda kísilskeljar (stoðgrindur) sem mynda kísilgúr. (f) Grænþörungar sem mynda sambýli, eins og volvox á þessum þremur smásjármyndum, sýna einfalt samstarf frumna. (mynd a, e: breytt útgáfa af verki NOAA; mynd b: breytt útgáfa af verki Ed Bierman; mynd c: breytt útgáfa af verki James St. John; mynd d: breytt útgáfa af verki „catalano82“/Flickr; mynd f: breytt útgáfa af verki Dr. Ralf Wagner)

An oval cell with 2 flagella coming out of one end. A large circle in the cell is labeled nucleus. A group of smaller red circles are labeled stigma (eyespot). Green ovals in the cell are labeled chloroplast and white circles are labeled starch granules. — Mynd 5.38 *Chlamydomonas* er einfruma grænþörungur.