FIZIKA: VĒSTURE, STUDIJU UN PĒTĪJUMU JOMA - BIOLOĢIJA - 2025

Phycology vai algology ir zinātnes nozare, kas pēta aļģes, koncentrējoties galvenokārt uz pētījuma savu fotosintētiskiem mehānismus, toksīnu ražošanu, un sistemātiski rūpniecības produktiem.

Aļģes ir polifiletiska grupa (bez kopīga priekšteča) fotosintētiskiem organismiem, kas atrodas šūnas sienā. Šajā grupā ietilpst vienšūnu indivīdi (zilaļģes vai zili zaļās aļģes) un kā daudzšūnas. Tāpat ir iekļautas gan prokariotu, gan eikariotu šūnas.

Biodegviela, ko laboratorijā ražo ar aļģēm. Avots: Honeywell, izmantojot Wikimedia Commons

Fikoloģija sākās senajā Grieķijā, izmantojot Theophrastus un Dioscorides darbus. Ilgu laiku aļģes tika uzskatītas par augiem, tāpēc tos galvenokārt pētīja botāniķi.

Linnaeus bija pirmais, kurš šo organismu grupas definēšanai izmantoja nosaukumu aļģes, lai gan viņš arī iekļāva dažus brifītus. Tomēr tieši deviņpadsmitajā gadsimtā fikoloģija tiek uzskatīta par disciplīnu, jo aļģu struktūra ir labāk zināma.

Šo gadu laikā lieliski fikologi, piemēram, Stackhouse, Lamouroux un Kützing, sniedza nozīmīgu ieguldījumu aļģu bioloģijā un klasifikācijā. Viņa darbi bija balstīti galvenokārt uz šo organismu anatomijas un dzīves cikla izpēti.

Starp pētījumu jomām filoloģijā izceļas pētījumi par "sarkanajiem plūdmaiņas veidiem", ko izraisa mikroaļģu eksponenciālais augšana. Šie organismi ražo toksīnus, kas saindē zivis un gliemenes, negatīvi ietekmējot zvejniecības nozari un sabiedrības veselību.

Vēsture

Piekrastes cilvēku civilizācijas attīstīja nozīmīgu saikni ar aļģēm. Čīles Mapučes mitoloģiskajā simbolikā ir ietvertas aļģes. No savas puses ķīnieši ir pirmie, kas atstāj rakstiskas atsauces uz šiem organismiem.

Fikoloģijas vai algoloģijas kā zinātnes izcelsme galvenokārt ir rietumu kultūrā, un tās attīstība ir saistīta ar botānikas vēsturi. Tās vēsturiskajā evolūcijā mēs varam atpazīt četras fāzes.

Senajā Grieķijā līdz 18. gadsimta beigām

Pirmie, kas terminu phykos (jūras augi) izmantoja, lai atsauktos uz aļģēm, bija grieķi Theophrastus un Dioscorides. Vēlāk no šī grieķu nosaukuma tika iegūts romiešu termins Fucus, kas tika izmantots šo organismu nosaukšanai.

Sešpadsmitajā un septiņpadsmitajā gadsimtā fikoloģijas jomā netika veikts daudz pētījumu. Čehu botāniķis Von Zalusian (1592) Musci grupā iekļāva aļģes kopā ar sēnēm, ķērpjiem un jūras augiem. Von Zakusian uzskatīja šīs grupas par "Ruda et Confusa" (grūtām un mulsinošām), ņemot vērā grūtības tās klasificēt.

Vēl viens botāniķis, kurš sniedza ieguldījumu fikoloģijas pirmajās dienās, bija Gaspars Bauhins savā darbā Prodromus theatri botánica (1620). Autore klasificēja dažādas augu grupas kā aļģes, piemēram, sūnas un kosas (Equisetum).

1711. gadā franču Ferchault de Reaumur aprakstīja aļģu sugas seksuālās struktūras. Tas bija nozīmīgs ieguldījums algoloģijā, kaut arī tādi botāniķi kā Samuels Gotlībs turpināja uzskatīt, ka aļģes pavairo partenoģenēze.

Linnaeus savā seksuālās klasifikācijas sistēmā (1735) iekļāva aļģes kriptopēdās (augi bez sēklām). Vēlāk, 1753. gadā, viņš aprakstīja Fucus ģints, un tur šai grupai sāka būt labāka definīcija.

1800. – 1880

Labāku optisko mikroskopu izmantošana radīja lielus panākumus filoloģijā. Tieši šajā periodā tika definētas lielākās aļģu grupas, kā tās ir zināmas mūsdienās.

Pirmais, kas skaidri parādīja aļģu seksualitāti, bija šveicietis Pjērs Vauhers savā darbā Histoire des confesves de'eau douce (1803). No šī darba aļģes tiek atzītas par grupu un sāk konsolidēties algoritms.

Džons Stackhouse. Avots. Google grāmatas, izmantojot Wikimedia Commons

Tiek uzskatīts, ka anglis Džons Stackhouse pārveidoja fikoloģiju par zinātnisku disciplīnu. 1801. gadā Stackhouse pētīja Fucus sugu zigota dīgtspēju un noteica, ka tie pieder pie dažādām ģintīm.

Vēlāk franču botāniķis Žans Lamourūks 1813. gadā ierosināja aļģu klasifikācijas sistēmu. Savos darbos viņš aprakstīja lielu sugu daudzumu un definēja trīs lielas grupas (sarkanās, brūnās un zaļās aļģes).

Starp tā laika lielajiem filologiem izceļas zviedri CA Agardh un viņa dēls JG Agardh, kuri pētīja aļģu morfoloģiju. JG Agardh ierosināja jūras aļģu klasifikāciju, pamatojoties uz to anatomiskajām īpašībām.

Cits ievērojams algologs bija vācietis Frīdrihs Kützings, kurš publicēja daudzus traktātus par fikoloģiju, kuros aprakstīja dažādas sugas. Savos pētījumos viņš galvenokārt ņēma vērā šo organismu anatomiju.

No 1880. gada līdz 20. gadsimta 50. gadu sākumam

Lielāko šī perioda daļu filoloģija tika uzskatīta par botānikas nozari, un aļģes tika iekļautas Thallophyta (Plantae) nodaļā. Tika veikts arī daudzu sugu dzīves ciklu pētījums, kas ļāva skaidrāk noteikt dažādas grupas.

Itāļu fikologs Džovanni de Tonijs 35 gadus strādāja pie sava darba Sillete Algarín, kas tika publicēts 1924. gadā. Šajā darbā apkopotas visas zināšanas par aļģu sistemātiku, kas pastāvēja līdz šim.

Turklāt ir dzimusi jūras fikoloģija, kas specializējas jūrās un okeānos esošo aļģu izpētē. Šajā laika posmā pa dažādiem pasaules krastiem tika uzsāktas ekspedīcijas, lai klasificētu šos organismus.

Mūsdienu fāze

50. gados (20. gadsimts), pateicoties skenējošo un pārraides elektronu mikroskopu attīstībai, tika sasniegts liels sasniegums filoloģijā. Tas ļāva izpētīt dažādu aļģu grupu fizioloģijas, šūnu bioloģijas un ekoloģijas aspektus.

70. gados mainījās sistemātiskā pieeja fikoloģijai, pateicoties molekulāro metožu izmantošanai. Varēja noteikt, ka aļģes ir polifiletu grupa (tām nav kopīgu senču). Tādējādi zilaļģes atradās baktērijās un citās aļģu grupās Protista Valstībā.

Pašlaik fikoloģija ir konsolidēta disciplīna, un dažādās pētniecības jomās ir daudz pētnieku.

Mācību nozare

Fizika ir disciplīna, kas veltīta aļģu izpētei. To ne tikai sauc par taksonomijas kategoriju (šīs grupas izcelsmes dēļ), bet to joprojām izmanto arī praktiskiem mērķiem.

Aļģēs atrodamas gan prokariotu, gan eikariotu šūnas, no kurām lielākā daļa fotosintēzes. Eikariotu grupā aļģes ir talofīti (augi ar taliju), kuru galvenais fotosintētiskais pigments ir hlorofils a.

Sarkanās jūraszāles. Avots: Eds Biermans, izmantojot Wikimedia Commons

Fizikā tiek pētītas dažādu aļģu grupu morfoloģiskās un anatomiskās īpašības. Turklāt tas pievēršas pētījumiem par šo organismu evolūcijas procesiem, ieskaitot dažādus aspektus, piemēram, hloroplasta evolūciju un fotosintēzes mehānismus.

Fizioloģijas un bioķīmijas jomā filologi ir veltījuši sevi tā saukto “sarkano plūdmaiņu” izpētei. Tas attiecas uz dažu mikroaļģu eksponenciālu augšanu, kas ražo fitotoksīnus, kas ir toksiski organismi jūras faunai un cilvēkiem.

Algoloģijā tiek apsvērtas zināšanas par aļģu lomu ekosistēmās, kur tās atrodamas. Šis priekšmets ir ļoti nozīmīgs zinātnei, jo šie organismi ir galvenie skābekļa ražotāji uz planētas.

No otras puses, aļģes ir noderīgas cilvēkiem kā pārtika un kā pamats rūpniecisko produktu ražošanai. Tāpēc filoloģijā tiek pētītas arī potenciāli noderīgās sugas, kā arī visefektīvākie aļģu izmantošanas veidi.

Jaunāko pētījumu piemēri

Fikoloģija kā disciplīna ietver dažādas jomas, kas interesē pētniekus. Pašlaik izceļas tie, kas saistīti ar tā fizioloģiju, toksīnu ražošanu, rūpniecības produktiem un sistemātiku.

Fotosintēzes mehānismi

Ir ierosināts, ka aļģu hloroplasti ir attīstījušies no endosimbiotiskām zilaļģēm. Pētījumi šajā jomā ir vērsti uz informācijas transporta mehānismiem, kas kontrolē hloroplastu dalīšanos un metabolismu.

2017. gada laikā tika veikts pētījums ar zilaļģēm un citām aļģu grupām. Tādējādi tika izpētīti skābekļa lietošanas mehānismi, jo šī elementa pārmērība šūnās var izraisīt oksidatīvus bojājumus.

Šī pētījuma rezultāti liecina, ka zilaļģēs tiek aktivizēts enzīms, kas aizsargā šūnu no lielas gaismas intensitātes. Citās sugās tika novērotas bioķīmiskās stratēģijas, kas padara šūnas nejūtīgas pret O ₂ pārpalikumu .

Fitotoksīni

Fitotoksīnu ražošana var radīt tā sauktos "sarkanos plūdmaiņas", kas rada lielu ekoloģisko un ekonomisko ietekmi. Tāpēc filoloģijā galvenā uzmanība ir pievērsta šo savienojumu izpētei.

Lai noteiktu, kā šie fitotoksīni iedarbojas uz dažādiem organismiem, ieskaitot cilvēkus, ir veikti dažādi izmeklējumi. 2018. gadā Spānijas pētnieki pārskatīja mikroaļģu ražotos toksīnus un to radītos darbības mehānismus un simptomus cilvēkiem.

Sarkanā plūdmaiņa. Avots: NOAA, izmantojot Wikimedia Commons

Biodegvielas

Fizika pēdējos gados ir pievērsusi uzmanību biodegvielu jomai. Tiek veikti daudzi pētījumi par aļģu bioloģiskajiem un praktiskajiem aspektiem, kas var būt potenciāli izmantojami.

Pārskats par aļģu kā biodegvielu izmantošanas perspektīvām (veikts 2017. gadā) norāda, ka galvenie darbības izaicinājumi ir saistīti ar tehnoloģiju jomu. Galvenokārt tie ir vērsti uz augstas biomasas ieguves sasniegšanu, kā arī piemērotu audzēšanas apstākļu sasniegšanu.

Smagie metāli

Dažas aļģu ģints, piemēram, Cladophora (zaļās aļģes) un Fucus (sarkanās aļģes), ir izturīgas pret smagajiem metāliem. Šajā ziņā tiek veikti pētījumi, lai noteiktu metālu daudzumu, ko šie organismi var saturēt.

No iegūtās informācijas ir izveidoti simulācijas modeļi smago metālu piesārņojuma uzvedībai ūdenstilpēs.

Sistemātiska

Fizioloģijā liela nozīme ir sistemātiskai aļģu izpētei. Šis lauks galvenokārt ir vērsts uz aļģu savstarpējās attiecības un to ietekmes uz citiem organismiem izpēti.

Šajā ziņā molekulārie paņēmieni ir bijuši ļoti svarīgi, nosakot šīs attiecības starp organismiem.

Nesen tika pētītas Grenlandes ledāja aļģes, kas ietilpst Chlorophytas (zaļās aļģes) grupā. Tika konstatēts, ka šīs ir aļģes visvairāk saistītas aļģes un to ekoloģija var palīdzēt labāk izprast sauszemes vides kolonizāciju.

Atsauces

1. Chapman RL, MA Buchheim, CF Delwiche, T Friedl, VAR Huss, KG Karol, LA Lewis, J Manhart, RM McCourt, JL Olsen un DA Waters (1998) zaļo aļģu molekulārā sistemātika. 508.-540. In: Soltis DE, PS Soltis un JJ Doyle (red.) Augu molekulārā sistemātika II. Springers, Bostona, MA. 585 lpp.
2. Farabegoli F, L Blanco, L Rodríguez, J Vieites un A Cabado (2018) Fitotoksīni jūras gliemenēs: izcelsme, rašanās un ietekme uz cilvēkiem. Mar. Drugs 16: 1-26.
3. Lee RE (2018) Piektais izdevums. Cambrige University Press. Ņujorka, ASV. 535 lpp.
4. Norton TA, M Melkonian un RA Andersen (1996) Aļģu bioloģiskā daudzveidība. Phycologia 35 : 308–326.
5. South GR un A Whittick (1987) Ievads fizikā. Blekvelas zinātniskās publikācijas. Oksforda, Lielbritānija. 343 lpp.