ФІКОЛОГІЯ: ІСТОРІЯ, ОБЛАСТЬ ВИВЧЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Альгологія або альгологія це наукова дисципліна, що вивчає водорості, зосередивши увагу насамперед на вивченні їх фотосинтезирующих механізмів, виробництва токсинів і систематичної промислової продукції.

Водорості - це поліфілетична група (без спільного предка) фотосинтетичних організмів, присутніх у клітинній стінці. До цієї групи належать одноклітинні особини (ціанобактерії або синьо-зелені водорості) і як багатоклітинні. Так само включаються як прокаріотичні, так і еукаріотичні клітини.

Біопаливо, виготовлене з водоростями в лабораторії. Джерело: Honeywell, через Wikimedia Commons

Фікологія почалася ще в Стародавній Греції, творами Теофраста і Діоскорида. Довгий час водорості вважалися рослинами, саме тому їх вивчали в основному ботаніки.

Лінней першим застосував назву водоростей для визначення цієї групи організмів, хоча він також включав деякі мохоподібні. Однак саме в ХІХ столітті фікологія сприймається як дисципліна, оскільки структура водоростей краще відома.

У ці роки великі фікологи, такі як Стекхаус, Ламуру та Кютцінг, внесли важливий внесок у біологію та класифікацію водоростей. Його роботи ґрунтувалися переважно на вивченні анатомії та життєвого циклу цих організмів.

Серед напрямків вивчення фікології виділяються дослідження "червоних припливів", викликані експоненціальним зростанням мікроводоростей. Ці організми виробляють токсини, які отруюють рибу та молюсків, негативно впливаючи на рибну промисловість та здоров'я населення.

Історія

Прибережні людські цивілізації розвивали важливий зв’язок з водоростями. Мапучі, в Чилі, включають водорості в свою міфологічну символіку. Зі свого боку, китайці першими залишають письмові згадки про ці організми.

Фікологія або алгологія, як наука, має своє походження переважно в західній культурі, і її розвиток пов'язаний з історією ботаніки. Ми можемо визнати чотири фази в межах її історичної еволюції.

Стародавня Греція до кінця 18 століття

Першими, які вживали термін фікос (морські рослини) для позначення водоростей, були греки Теофраст і Діоскориди. Пізніше від цієї грецької назви отримав римський термін Фукус, вжитий для назви цих організмів.

Протягом шістнадцятого та сімнадцятого століть не було проведено багато досліджень у галузі фікології. Чеський ботанік Фон Залусян (1592) включав водорості разом з грибами, лишайниками та морськими травами до групи Мусі. Фон Закусян розглядав ці групи як "Ruda et Confusa" (важко і заплутано) через труднощі їх класифікації.

Іншим ботаніком, який зробив внесок у перші дні фікології, був Гаспар Баухін у своїй праці Prodromus theatri botánica (1620). Автор класифікував різні групи рослин як водорості, такі як мохи та хвощі (Equisetum).

У 1711 році французький Ферхо де Реомур описав статеві структури виду водоростей. Це було важливим внеском в алгологію, хоча ботаніки, як Самуель Готліб, продовжували вважати, що водорості відтворюються партеногенезом.

Лінней включав водорості в криптогам (рослини без насіння) в свою систему сексуальної класифікації (1735). Пізніше, в 1753 р. Він описав рід Fucus, і там група почала мати краще визначення.

1800 - 1880

Використання кращих оптичних мікроскопів дало значні успіхи у фікології. Саме в цей період було визначено більшість основних груп водоростей, як вони відомі сьогодні.

Першим, хто наочно продемонстрував сексуальність водоростей, був швейцарець П'єр Вош у своїй праці Histoire des conferves de'eau douce (1803). З цієї роботи водорості визнаються групою і альгологія починає консолідуватись.

Джон Стекхаус. Джерело Google Книги, через Wikimedia Commons

Вважається, що англієць Джон Стекхаус перетворив фікологію в наукову дисципліну. У 1801 році Стекхаус вивчив проростання зиготи видів Fucus і визначив, що вони належать до різних родів.

Пізніше французький ботанік Жан Ламуро запропонував систему класифікації водоростей у 1813 р. У своїх роботах він описав велику кількість видів і визначив три великі групи (червоні, коричневі та зелені водорості).

Серед великих фікологів того часу виділяються шведи А. А. Агард і його син Дж. Г. Агард, які вивчали морфологію водоростей. Дж. Г. Агард запропонував класифікувати морські водорості на основі їх анатомічних характеристик.

Іншим видатним альгологом був німець Фрідріх Кютцинг, який опублікував численні трактати про фікологію, в яких описав різні види. У своїх дослідженнях він головним чином врахував анатомію цих організмів.

З 1880 по початок 1950-х років 20 століття

Більшу частину цього періоду фікологія вважалася гілкою ботаніки, а водорості були включені до поділу Thallophyta (Plantae). Також було проведено вивчення життєвих циклів багатьох видів, що дозволило чіткіше визначити різні групи.

Італійський фіколог Джованні де Тоні 35 років працював над своєю роботою «Силлет Алгарін», яка була опублікована в 1924 р. Ця робота збирає всі знання про систематику водоростей, що існували на сьогоднішній день.

Крім того, народилася морська фікологія, спеціалізуючись на вивченні водоростей, присутніх у морях і океанах. У цей період були розпочаті експедиції по різних узбережжях світу для класифікації цих організмів.

Сучасна фаза

У 50-х роках (20 століття) відбувся великий прогрес у фікології, завдяки розвитку скануючих та пропускаючих електронних мікроскопів. Це дозволило вивчити аспекти фізіології, біології клітин та екології різних груп водоростей.

У 1970-х роках системний підхід до фікології змінився, завдяки використанню молекулярних методик. Можна було визначити, що водорості є поліфілетичною групою (вони не мають спільного предка). Таким чином, ціанобактерії були розташовані всередині бактерій та інших груп водоростей у Королівстві Протіста.

В даний час фікологія є консолідованою дисципліною, і в її різних галузях дослідження є численні дослідники.

Поле дослідження

Фікологія - це дисципліна, яка присвячена вивченню водоростей. Вона не тільки відноситься до таксономічної категорії (через походження цієї групи), але вона все ще використовується в практичних цілях.

У водоростях виявляються як прокаріотичні, так і еукаріотичні клітини, більшість з яких фотосинтезуються. У групі еукаріотів водорості - це талофіти (рослини з талієм), основним фотосинтетичним пігментом яких є хлорофіл a.

Червоні водорості. Джерело: Ед Бірман, через Wikimedia Commons

Фікологія вивчає морфологічні та анатомічні характеристики різних груп водоростей. Крім того, вона стосується досліджень еволюційних процесів цих організмів, включаючи різні аспекти, такі як еволюція хлоропласта та фотосинтетичні механізми.

У галузі фізіології та біохімії фікологи присвятили себе вивченню так званих "червоних припливів". Це стосується експоненціального зростання певних мікроводоростей, які виробляють фікотоксини, які є токсичними організмами для морської фауни та людини.

В рамках алгології передбачається знання ролі водоростей в екосистемах, де вони знаходяться. Цей предмет має велике значення для науки, оскільки ці організми є основними виробниками кисню на планеті.

З іншого боку, водорості корисні для людини як їжа та як основа для виробництва промислової продукції. Тому фікологія також вивчає потенційно корисні види, а також найбільш ефективні способи використання водоростей.

Останні приклади досліджень

Фікологія як дисципліна охоплює різні сфери, що цікавлять дослідників. В даний час виділяються ті, що пов'язані з його фізіологією, виробництвом токсинів, промисловою продукцією та систематикою.

Фотосинтетичні механізми

Припускають, що хлоропласти водоростей еволюціонували з ендосимбіотичних ціанобактерій. Дослідження в цій галузі зосереджені на механізмах транспортування інформації, які контролюють поділ та метаболізм хлоропластів.

Протягом 2017 року було проведено дослідження на ціанобактерій та інших груп водоростей. За допомогою цього були досліджені механізми використання кисню, оскільки надлишки цього елемента можуть спричинити окислювальну шкоду у клітинах.

Результати цього дослідження показують, що в ціанобактеріях активується фермент, який захищає клітину від високої інтенсивності світла. Для інших видів спостерігали біохімічні стратегії, які роблять клітини нечутливими до надлишку O ₂ .

Фікотоксини

Виробництво фікотоксинів може спричинити так звані "червоні припливи", які створюють великий екологічний та економічний вплив. Ось чому фікологія зосередила увагу на вивченні цих сполук.

Було проведено різні дослідження, щоб визначити, як ці фікотоксини діють на різні організми, включаючи людину. У 2018 році іспанські дослідники переглянули токсини, що виробляються мікроводоростями, та механізми дії та симптоми, які вони виробляють у людини.

Червоний відлив. Джерело: NOAA, через Wikimedia Commons

Біопаливо

Фікологія в останні роки приділяє увагу галузі біопалив. Проводяться численні дослідження біологічних та прикладних аспектів водоростей, які можуть бути потенційно корисними.

Огляд перспектив використання водоростей як біопалива (здійснено у 2017 році) свідчить про те, що основні виклики дій полягають у технологічній галузі. В основному вони зосереджені на досягненні високого виробництва біомаси, а також на досягненні відповідних умов вирощування.

Важкі метали

Деякі роди водоростей, такі як кладофора (зелені водорості) та фукус (червоні водорості), толерантні до важких металів. У цьому сенсі проводяться дослідження для визначення кількості металів, які ці організми можуть містити.

З отриманої інформації встановлено імітаційні моделі щодо поведінки забруднення важкими металами у водоймах.

Систематичність

Фікологія надавала великого значення систематичному вивченню водоростей. Це поле зосередилось насамперед на вивченні взаємовідносин водоростей один з одним та їх впливу на інші організми.

У цьому сенсі молекулярні методи були дуже важливі при визначенні цих взаємозв'язків між організмами.

Нещодавно були вивчені льодовикові водорості Гренландії, що знаходяться в групі хлорофітів (зелених водоростей). Було встановлено, що це водорості, найбільш пов'язані з рослинами, і що їх екологія може допомогти краще зрозуміти колонізацію рослин наземного середовища.

Список літератури

1. Чапман Р.Л., М.А. Бухгейм, К.Ф. Дельвіче, Т. Фрідль, В. А. Хус, К. Г. Кароль, Л. А. Льюїс, Дж. Манхарт, Р. М. Маккорт, Дж. Л. Олсен і Д. А. Уотерс (1998 р.) Молекулярна систематика зелених водоростей. С. 508-540. В: Солтис Д.Є., П.С. Солтис та Дж. Дж. Дойль (редактори) Молекулярна систематика рослин II. Спрингер, Бостон, Массачусетс. 585 с.
2. Farabegoli F, L Blanco, L Rodríguez, J Vieites and A Cabado (2018) Фікотоксини в морських молюсках: походження, виникнення та вплив на людину. Березень Препарати 16: 1-26.
3. Lee RE (2018) П'яте видання. Cambrige University Press. Нью-Йорк, США. 535 с.
4. Нортон Т.А., Мелконіан М.А., Р.Андерсен (1996 р.) Біорізноманіття водоростей. Phycologia 35 : 308-326.
5. South GR and A Whittick (1987) Вступ до фікології. Наукові публікації Блеквелла. Оксфорд, Великобританія. 343 с.