Las diatomeas ( diá-tom-os 'cortar por la mitad', de diá , 'a través' o 'aparte', y la raíz de tém-n-ō , 'corto') [6] son un grupo importante de algas , [ 7] específicamente microalgas , que se encuentran en los océanos, vías fluviales y suelos del mundo. Las diatomeas vivas constituyen una parte significativa de la biomasa de la Tierra : generan alrededor del 20 al 50 por ciento del oxígeno producido en el planeta cada año, [8] [9] toman más de 6.700 millones de toneladas métricas de silicio cada año de las aguas en que viven, [10]y constituyen casi la mitad del material orgánico que se encuentra en los océanos. Las conchas de diatomeas muertas pueden alcanzar hasta 800 m (media milla) de profundidad en el fondo del océano, y toda la cuenca del Amazonas es fertilizada anualmente por 27 millones de toneladas de polvo de conchas de diatomeas transportadas por los vientos transatlánticos desde el Sahara africano , mucho de ella de la Depresión de Bodélé , que alguna vez estuvo formada por un sistema de lagos de agua dulce. [11] [12]
Las diatomeas son unicelulares : se presentan como células solitarias o en colonias , que pueden tomar la forma de cintas, abanicos, zigzags o estrellas. Las células individuales varían en tamaño de 2 a 200 micrómetros. [13] En presencia de nutrientes adecuados y luz solar, un conjunto de diatomeas vivas se duplica aproximadamente cada 24 horas por fisión múltiple asexual ; la vida máxima de las células individuales es de unos seis días. [14] Las diatomeas tienen dos formas distintas: unas pocas ( diatomeas céntricas ) son radialmente simétricas, mientras que la mayoría ( diatomeas pennadas ) son ampliamente simétricas bilateralmente . Una característica única de la diatomea.La anatomía es que están rodeados por una pared celular hecha de sílice (dióxido de silicio hidratado), llamada frústula . [15] Estas frústulas tienen una coloración estructural debido a su nanoestructura fotónica , lo que las llevó a ser descritas como "joyas del mar" y "ópalos vivientes". El movimiento de las diatomeas ocurre principalmente de forma pasiva como resultado tanto de las corrientes de agua como de la turbulencia del agua inducida por el viento ; sin embargo, los gametos masculinos de las diatomeas céntricas tienen flagelos , lo que permite el movimiento activo para buscar gametos femeninos. Al igual que las plantas , las diatomeas conviertenenergía lumínica a energía química por fotosíntesis , pero sus cloroplastos fueron adquiridos de diferentes maneras. [dieciséis]
Inusualmente para los organismos autótrofos, las diatomeas poseen un ciclo de la urea , una característica que comparten con los animales , aunque este ciclo se usa para diferentes fines metabólicos en las diatomeas. La familia Rhopalodiaceae también posee un endosimbionte cianobacteriano llamado cuerpo esferoide. Este endosimbionte ha perdido sus propiedades fotosintéticas, pero ha conservado su capacidad para realizar la fijación de nitrógeno , lo que permite que la diatomea fije el nitrógeno atmosférico . [17] Otras diatomeas en simbiosis con cianobacterias fijadoras de nitrógeno se encuentran entre los géneros Hemiaulus , Rhizosolenia y Chaetoceros . [18]
El estudio de las diatomeas es una rama de la psicología . Las diatomeas se clasifican como eucariotas , organismos con un núcleo celular unido a una membrana , que las separa de las procariotas , arqueas y bacterias . Las diatomeas son un tipo de plancton llamado fitoplancton , el más común de los tipos de plancton. Las diatomeas también crecen adheridas a sustratos bentónicos , desechos flotantes y macrófitos . Comprenden un componente integral de la comunidad perifiton . [19]Otra clasificación divide el plancton en ocho tipos según el tamaño: en este esquema, las diatomeas se clasifican como microalgas. Existen varios sistemas para clasificar las especies de diatomeas individuales .
La evidencia fósil sugiere que las diatomeas se originaron durante o antes del período Jurásico temprano , que fue hace unos 150 a 200 millones de años. La evidencia fósil más antigua de diatomeas es un espécimen del género Hemiaulus existente en ámbar envejecido del Jurásico tardío de Tailandia. [20]
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Animación 3D de la diatomea Corethron sp. Muestra superposiciones de cuatro canales fluorescentes
(a) Verde: [fluorescencia DiOC6(3)] - tiñe las membranas celulares indicando los cuerpos celulares centrales (b) Cian: [fluorescencia PLL-A546] - contratinción genérica para visualizar superficies de células eucariotas (c) Azul: [fluorescencia Hoechst] - tiñe el ADN, identifica los núcleos (d) Rojo: [autofluorescencia de la clorofila] - resuelve los cloroplastos [21]
La animación comienza superponiendo todos los canales fluorescentes disponibles y luego aclara la visualización activando y desactivando los canales.
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Disminución de diatomeas y la capa mixta
Los océanos de la Tierra están repletos de plantas microscópicas llamadas fitoplancton . Pero según un estudio de la NASA de 2015, las poblaciones de diatomeas, el tipo más grande de algas de fitoplancton, han disminuido más de un 1 % por año entre 1998 y 2012. El fitoplancton es una base esencial de la red alimentaria marina y absorbe el dióxido de carbono disuelto en el océano . que originalmente vino de la atmósfera. Los diminutos organismos ocupan la capa superior del agua del océano, llamada capa mixta ., donde las olas y las corrientes se agitan continuamente, extrayendo nutrientes de una capa más profunda de agua debajo. Los científicos dicen que la disminución del fitoplancton observada durante el período de estudio de 15 años se debe a que la capa mixta se vuelve menos profunda, lo que da como resultado que lleguen menos nutrientes a las diatomeas. La reducción de la población puede reducir la cantidad de dióxido de carbono extraído de la atmósfera y transferido a las profundidades del océano para su almacenamiento a largo plazo. [22] [23]
Representación de una diatomea
1) Núcleo ; contiene el material genético 2) Nucleolus ; Ubicación de los cromosomas 3) Complejo de Golgi ; modifica las proteínas y las envía fuera de la célula 4) Pared celular ; Membrana externa de la célula 5) Pirenoide ; centro de fijación de carbono 6) Cromatóforo ; estructura de la membrana portadora de pigmentos 7) Vacuolas ; vesícula de una célula que contiene líquido unido por una membrana 8) Hebras citoplasmáticas; sostener el núcleo 9) Mitocondrias ; crear ATP (energía) para la célula 10) Válvulas/estrías; permitir la entrada de nutrientes y la salida de desechos de la célula
Intrincadas estructuras de la diatomea
a) Areolas (perforación en forma de caja hexagonal o poligonal con un tamiz presente en la superficie de la diatomea) b) Estrías (poros, puntos, manchas o puntos en una línea en la superficie) c) Rafe (hendidura en las valvas) d) Nódulo central (engrosamiento de la pared en el punto medio del rafe) e) Estigmas (agujeros a través de la superficie de la válvula que se ve redondeada externamente pero con una hendidura interna) f) Punctae (manchas o pequeñas perforaciones en la superficie) g) Nódulos polares (engrosamiento de la pared en los extremos distales del rafe) [28] [29]
Selecciones de Kunstformen der Natur (Formas de arte de la naturaleza) de Ernst Haeckel de 1904 , que muestran frustulas pennadas (izquierda) y céntricas (derecha).
Clasificación de las formas de las frustulas de diatomeas. Las imágenes son modelos 3D. Los tamaños reales de las frústulas son de aproximadamente 10 a 80 μm. [30]
Estructura de una frustula de diatomeas céntrica [30]
Chaetoceros furcillatus JWBailey, 1856
Las diatomeas planctónicas como Thalassiosira sp. (56-62), Asteromphalus sp. (63), Aulacoseira sp. (64-66), y Chaetoceros (ver la imagen gemela arriba) a menudo crecen en cadenas y tienen características tales como espinas que reducen la velocidad de hundimiento al aumentar la resistencia.
Algunas diatomeas Thalassiosira forman colonias en forma de cadena, como estas recolectadas cerca de la costa de la península antártica por la goleta de la Expedición Tara Oceans para la investigación del plancton. Esta proyección de una pila de imágenes confocales muestra la pared celular de las diatomeas (cian), los cloroplastos (rojo), el ADN (azul), las membranas y los orgánulos (verde).
Regiones de gran abundancia de diatomeas en el océano
El ciclo moderno del silicio oceánico
Mostrando los principales flujos de silicio. La mayor parte de la sílice biogénica del océano (sílice producida por actividad biológica ) proviene de las diatomeas. Las diatomeas extraen ácido silícico disuelto de las aguas superficiales a medida que crecen y lo devuelven a la columna de agua cuando mueren. Las entradas de silicio llegan desde arriba a través del polvo eólico , desde las costas a través de los ríos y desde abajo a través del reciclaje de sedimentos del fondo marino , la meteorización y la actividad hidrotermal . [38] Los flujos están en T mol Si y −1 (28 millones de toneladas métricas de silicio por año)
Diatomea pennada de un estanque de fusión del Ártico , infectada con dos patógenos fúngicos [zoo-]esporangios similares al quítrido (en falso color rojo). Barra de escala = 10 μm. [39]
Predominio de diatomeas (como porcentaje del recuento total de células) frente a la concentración de silicato [40]
Microscopía óptica de una diatomea viva. Las graduaciones numeradas están separadas por 10 micrómetros
Microscopía óptica de varias especies de diatomeas vivas de agua dulce
Intrincado caparazón de silicato (vidrio), de 32 a 40 millones de años, de un microfósil de diatomeas
Tierra de diatomeas vista bajo iluminación de campo brillante en un microscopio óptico . Esta imagen consiste en una mezcla de diatomeas céntricas (radialmente simétricas) y pennadas (bilateralmente simétricas) suspendidas en agua. La escala es de 6,236 píxeles/ μm , la imagen es de 1,13 por 0,69 mm.