Phykologie

Die Bezeichnung Alge wird in der Algenkunde (Phykologie oder Algologie) unterschiedlich verwendet und verschiedenen Begriffen zugeordnet.

1. Im weiteren Sinn bezeichnen sie im Wasser lebende, eukaryotische, pflanzenartige Lebewesen, die Photosynthese betreiben, jedoch nicht zu den eigentlichen Pflanzen gehören.
2. Als Algen im engeren Sinne werden zahlreiche Protistengruppen bezeichnet. Hierzu gehören sowohl einzellige als auch mehrzellige Lebewesen.
3. Als Blaualgen werden traditionell die Cyanobakterien bezeichnet, die zu den Prokaryoten gehören und deshalb keine Pflanzen sind und auch nicht zu den Algen gerechnet werden. Sie sind Gegenstand der Bakteriologie, werden aber als historisches Relikt auch noch von der Botanik behandelt.

Algen stellen keine echte Verwandtschaftsgruppe im Sinne der Phylogenie und Systematik dar, sondern sind eine polyphyletische und paraphyletische Gruppe. Gleichwohl wird der Begriff auch in der Biologie häufig als Sammelbegriff verwendet.

Vorkommen und Lebensweise

Batrachospermum moniliforme: Eine im Süßwasser lebende Alge

Trentepohlia aurea: Eine weitverbreitete Luftalge

Man findet Algen insbesondere im Meer und im Süßwasser. Zu den Luftalgen (Aerophyten) werden Arten gerechnet die an der Luft zum Beispiel an Baumstämmen oder auf Felsen leben. Man findet diese hauptsächlich in den Tropen und Subtropen auf feuchten Blättern. Arten der weit verbreiteten Gattung Trentepohlia wachsen auf Schattenseiten von Felsen und Baumstämmen. Des Weiteren gibt es Bodenalgen (terrestrische Algen) die meist auf Waldböden vorkommen. Die Grünalge Fritschiella ist ein bekanntes Beispiel. Die Art Chlamydomonas nivalis kommt im Schnee von Gebirgen und Antarktis vor und bildet durch rotgefärbte Carotinoide, unter anderem durch das Astaxanthin (auch unter dem veralteten Namen Haematochrom bekannt) den Blutschnee. Im Wasser bilden Algen das Phytoplankton, den pflanzlichen Teil des Planktons. Auch das Phytobenthos, die Pflanzen der Gewässerböden, wird hauptsächlich durch Algen gebildet. Besonders groß sind die Laminarien (Kelp bzw. marine Braunalgen), die ausgedehnte Tangwälder in den Küstenbereichen der Meere bilden.

Insbesondere einzellige Algen gehen auch Symbiosen ein, zum Beispiel als Zooxanthellen in manchen Meerestieren, die dadurch unabhängig von äußerer Nahrungszufuhr werden oder einfach Tarnung erhalten. Am intensivsten gediehen ist die Symbiose zwischen Algen und Pilzen in den Flechten. Diese stellen echte Doppelwesen dar, die sogar gemeinsame Vermehrungsorgane ausbilden.

Morphologische Organisationsstufen

Unter Organisationsstufen versteht man die unterschiedlichen Strukturen des Aufbaus der Algen. Die Organisationsstufen werden in der klassischen Systematik der Algen zur Unterteilung der verschiedenen Klassen in Ordnungen genutzt.

Man unterscheidet zwischen folgenden Stufen (Auswahl):

• Monadoide oder monadale Stufe: Algen, die hierzu gezählt werden sind begeißelte Einzeller. Die monodale Stufe ist also den Flagellaten gleich zusetzen. Sie ist bei fast allen Gruppen der Algen vorhanden, sie fehlt nur bei den Rotalgen, Schmuckalgen (Ordnung der Grünalgen) und den Pennales (eine Gruppe der Kieselalgen).

Kapsal (Pediastrum)

Kokkale Kieselalgen

Thallös, Oben: Phylloid, Mitte: Cauloid, Unten: Rhizoid (Riesentang)

• Rhizopodial oder amöboid: Es handelt sich um unbegeißelte, amöboide Einzeller die keine Zellwand besitzen. Die Fortbewegung erfolgt kriechend durch Pseudopodien, also durch Austülpungen des Zellplasmas. Einige Gattungen der Goldalgen sind als Beispiel anzuführen.

• Monadoide, koloniebildende Stufe: Es handelt sich um begeißelte Einzeller, die in einer Gallerte zusammengehalten werden und eine Zellkolonie bilden. Es besteht bereits eine Tendenz zur Zelldifferenzierung. Während Gonium sacculiferum noch aus vier gleichen „Chlaymodmonas-ähnlichen“ Einzelzellen besteht, findet man bei Kolonien aus mehreren tausenden Zellen der Gattung Volvox bereits vegetative und Geschlechtszellen.

• Capsal (kapsal, tetrasproral oder palmelloid): Unbegeißelte Einzelzeller die nach der Teilung von einer Gallerthülle zusammengehalten werden. Es entstehen Coenobien, Verbände aus eigenständigen Einzellzellen. Ein Beispiel ist Tetraspora.

• Kokkal (coccal): Unbewegliche Einzeller (ohne Geißeln) die eine verdickte Zellwand besitzen. Die Algen der Gattung Chlorococcum (Grünalgen) besitzen im vegetativen Zustand keine Geißeln, die Organisationsstufe ist kokkal. Nur bei der Vermehrung werden begeißelte Einzeller, die Zoosporen gebildet. Auch fast alle Kieselalgen, bei denen die Zellwand aus Silziumdioxid („Kieselsäure“) besteht zählen zu dieser Organisationsstufe.

• Trichal: Algen dieser Stufe bilden mehrzellige, fadenförmige Vegetationskörper. Die einzelnen Zellen sind durch Zellwände von einander getrennt. Die Zellfäden entstehen durch Zellteilungen in nur einer Ebene (also sozusagen eindimensional). Es können auch Verzweigungen gebildet werden. Die Schraubenalge sei als Beispiel genannt.

• Siphonal: Der Körper besteht aus einer einzigen, vielkernigen Zelle. Die Bildung erfolgt durch Kernteilungen in mehreren Raumebenen ohne Bildung von trennenden Zellmembranen und Zellwänden. Der Coenoblast kann einen mehrkernigen schlauch- oder blasenförmigen Thallus bilden. Ein Beispiel ist die Schirmalge. In der Systematik werden Arten dieser Stufe manchmal als die Gruppe Siphonales zusammengefasst.

• Thallös: Es wird durch Zellteilungen in verschiedenen Raumrichtungen (dreidimensional) ein Thallus gebildet. Dieser kann scheinbar in Gewebe unterteilt sein. Der Thallus vieler Braunalgen ist in Rhizoid (analog zu den Wurzelgewebe), Cauloid (entspricht der Sproßachse) und Phylloid (Blattähnlich) gegliedert. Thallöse Algen können große Vegationskörper bilden. So hat der Riesentang eine Länge von bis zu 60 Meter.

Algen als Nahrungsmittel

Getrocknete Nori-Algen

Hauptartikel siehe Algen (Lebensmittel)

Von den weltweit bekannten 80.000 (geschätzte 400.000) Algenarten werden nur ca. 160 industriell (u. a. als Nahrungsmittel) genutzt.

Große Algen werden roh als Salat oder gedünstet als Gemüse verzehrt. Der Schwerpunkt der Nutzung liegt in Südostasien, wo jährlich ca. 9 Millionen Tonnen verzehrt werden.

Algen besitzen einen außerordentlich hohen Anteil an Mineralstoffen und Spurenelementen. Ein hoher Anteil an Kohlenhydraten, ungesättigten Fettsäuren oder Beta-Carotinen sind Argumente für die Verwendung weiterer Algensorten als Nahrungsmittel.

Industrielle Nutzung

Aus Algen lässt sich Biodiesel herstellen und sie lassen sich als Biomasse zur Befeuerung passender Anlagen benutzen.

Hans Gaffron hat bereits 1939 ein Verfahren entwickelt, um mit Hilfe von Grünalgen der Gattung Chlamydomonas reinhardtii Wasserstoff zu produzieren.

Im Abwassersektor können Algen zum Binden von ausgeschwemmten Düngemitteln eingesetzt werden und selbst wieder als Dünger verwendet werden. Wie durch andere Pflanzen auch kann mit ihrer Hilfe Kohlenstoffdioxid (CO₂) gebunden werden.

Auch der bisher uns Menschen eher störende Algenschleim könnte sich bald in Kraftstoff verwandeln: ein kanadischer Wissenschaftler hat ein Verfahren entwickelt, die natürliche Algenschleimproduktion durch gezielte Lichteinwirkung zu verstärken um aus den aufgefangenen Absonderungen Dieselkraftstoff herzustellen.

Die Pigmente in den Algen können künftig eine umweltfreundlichere Alternative für Tinte sein, da sie biologisch besser abbaubar sind.

In Ländern wie Japan ist der Anbau von Rotalgenarten (z. B. für Sushi) zum Milliardengeschäft geworden.

Kieselalgen sind beispielsweise reich an Kohlenhydraten, Fettsäuren, Steroiden und Vitaminen, die auf vielfältigste Weise, von Nahrungsergänzungen („Spiruletten“) hin zu Verdickungsmitteln („Agar“) in Kosmetikprodukten, in der Industrie breite Anwendung finden.

Zudem bildeten Algenablagerungen weite Teile des heute verwendeten fossilen Kohlenstoffs (Erdöle/Erdgase).

Aus Braunalgen lässt sich Alginsäure gewinnen, deren Salze, Alginate genannt, als Verdickungs- und Geliermittel zum Einsatz kommen. Alginat kann auch im Bereich der Biomedizintechnik, zum Beispiel zur Wundabdeckung, verwendet werden^[1].

Auch lässt sich aus Algen eine hochkristalline Form der Cellulose gewinnen, die zum Beispiel bei der Herstellung von Tabletten^[2] oder als Verstärkungsmaterial für Naturfaserverbundwerkstoffe^[3] eingesetzt werden kann.

Anbau in Deutschland

In List auf der Insel Sylt gibt es einen von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt finanzierten, unter der Leitung von Prof. Klaus Lüning vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung durchgeführten Versuchsanbau von Rot- und Braunalgen, nämlich Palmaria und Laminaria.

Seit dem Jahr 1999 existiert in Deutschland eine weltweit einzigartige Produktionsanlage für Mikroalgen in Klötze/Altmark. In dieser wird, unter Leitung von Prof. Dr. Steinberg, die Grünalge Chlorella vulgaris in einem 500 km langen patentierten Glasröhrensystem kultiviert.

Forschung

Die Algen umfassen eine riesige Artenvielfalt, von der bislang verhältnismäßig wenig bekannt ist. Umso interessanter ist die Suche nach unbekannten Arten und deren Nutzung für die vielfältigsten Industriezweige.

Die Georg-August-Universität Göttingen besitzt eine der weltweit umfassendsten Algensammlungen mit gegenwärtig rund 2200 Stämmen.

Die Gruppen der Algen

Gruppen die den Algen zugeordnet werden (Auswahl):

• Glaucophyta: nur einzellige Flagellaten (Glaucocystaceae) im Süßwasser
• Haptophyta: leben vor allem marin
• Schlundgeißler (Cryptista): meist einzellig, Meer- und Süßwasserbewohner
• Euglenozoa
• Dinozoa (s. Dinoflagellaten, ca 1100 Arten: Braune (das grüne Chlorophyll wird durch rote Fucoxanthine überdeckt), einzellige, begeißelte Zellen mit einer seitlichen und einer basalen (am hintere Pol) Geißel. Sie besitzen innerhalb der Zellmembran einen festen Zellulosepanzer. Sie leben marin oder limnisch. Viele haben spezielle Schwebeeinrichtungen.
• Raphidophyceae (Chloromonadophyceae): meist im Süßwasser vorkommend
• Chlorarachniophyta: marin, es gibt 6 bekannte Gattungen
• Gelbgrüne Algen (Xanthophyceae): leben nur im Süßwasser
• Goldalgen (Chrysophyta): selten marin, meist im Süßwasser vorkommend mit einer oder zwei apikalen (= an der Spitze sitzenden) Geißeln. Viele von ihnen bilden Kolonien.
• Kieselalgen (Bacillariophyta, auch Diatomeen genannt): vorwiegend im Meer lebend
• Braunalgen (Phaeophyta)(ca. 1500 Arten): fast ausschließlich marin, kleine, zart gebaute, fädige, bis sehr große, außerordentlich widerstandsfähige, derge Organismen.
• Rotalgen (Rhodophyta): vorwiegend in der Litoralzone des Meeres
• Grünalgen (Chlorophyta)(ca. 7000 Arten): Meer (2/5 aller Arten), Süßwasser (3/5 aller Arten) und auch landlebende Algen
• Picobiliphyta: im Jahr 2007 publizierte, neue Klasse im Pikoplankton von nährstoffarmen Meereswasser.

In der klassischen Einteilung der Algen werden die Chloromonadophyta, Gelbgrünen Algen, Goldalgen, Kieselalgen und die Braunalgen als Klassen zu der Gruppe Heterokontophyta gestellt.

Taxa der phylogenetischen Systematik, zu denen Algengruppen gestellt werden:

• Excavata: Hier werden die Euglenozoa hinzugestellt.
• Stramenopile (auch als Chromista bezeichnet): In dieser Gruppe werden die Haptophyta, Cryptophyta, Chlorarachniophyta und Heterokontophyta eingeordnet.
• Alveolata: Zu den Alveolata werden die Dinoflagellata gestellt.
• Pflanzen: Die Grünalgen und die Rotalgen bzw. Biliphyta (s. u.) bilden zusammen mit den Landpflanzen das Reich der Pflanzen.
• Biliphyta: Die Glaucophyta und die Rotalgen werden zu den Biliphyta zusammengefasst.

Siehe auch

• Algizid
• Spirulina (keine Alge sondern Cyanobakterium), Pfiesteria
• Lichenologie
• Chlorella pyrenoidosa
• Wasserstoffbioreaktor

Einzelnachweise

1. ↑ Willi Paul and Chandra P. Sharma:"Chitosan and Alginate Wound Dressings: A Short Review",Trends Biomater. Artif. Organs,2004, Ausgabe 18, S. 18-23
2. ↑ Maria Strømme,Albert Mihranyan,Ragnar Ek:"What to do with all these algae?", Materials Letters,2002, Ausgabe 57, S.569– 572
3. ↑ Min Woo Lee,Seong Ok Han,Yung Bum Seo:"Red algae fibre/poly(butylene succinate) biocomposites: The effect of fibre content on their mechanical and thermal properties",Composites Science and Technology, 2008, Ausgabe 68, S.1266–1272

Literatur

• Karl-Heinz Linne von Berg, Kerstin Hoef-Emden, Birger Marin, Michael Melkonian: Der Kosmos-Algenführer. Die wichtigsten Süßwasseralgen im Mikroskop. Kosmos-Verlag, Stuttgart 2004, ISBN 3-440-09719-6
• Lehrbuch der Botanik für Hochschulen. begr. v. Eduard Strasburger ..., 35. Aufl., bearbeitet v. Peter Sitte .... Elsevier/Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin u. a. O. 2002, ISBN 3-8274-1010-X
• Christian van den Hoek, Hans M. Jahns, David G. Mann: Algen. 3. Auflage. Thieme, Stuttgart 1993, ISBN 3-13-551103-0
• Günter Throm: Biologie der Kryptogamen. Band II: Algen – Moose. Haag und Herchen Verlag, Frankfurt am Main, 1997 ISBN 3-86137-581-8

Film

• Wald der Meere. Algen in der Bretagne. Dokumentarfilm, 2006, 45 Min., ein Film von Rüdiger Mörsdorf, Produktion: Rüdiger Mörsdorf-Produktion, Saarländischer Rundfunk, Inhaltsangabe von arte

Weblinks

• Botanik online: Algen
• Chlorella vulgaris, die gewöhnliche Grünalge

Online-Datenbanken

• www.algaebase.org (etwa 123.000 Arten und Unterarten)
• seaweedafrica
• Experimentelle Phykologie und Sammlung von Algenkulturen (SAG) Göttingen