Alge

Batrachospermum moniliforme, eine im Süßwasser lebende Rotalge
Kolonie der Grünalge Pediastrum (lichtmikroskopische Aufnahme)
Einige Arten von Kieselalgen mit variierender Größe, Form und Farbe (lichtmikroskopische Aufnahme)

Die Bezeichnung Alge (lateinisch alga = „Seegras“, „Tang“) wird auf verschiedene eukaryotische Lebewesen angewendet, die zumeist im Wasser leben und Photosynthese betreiben. Dazu gehören auch zahlreiche photosynthetische Protisten. Algen stellen keine monophyletische Verwandtschaftsgruppe im Sinne der biologischen Systematik dar. Gleichwohl wird die Sammelbezeichnung Alge auch in der Biologie verwendet.

Traditionell werden Cyanobakterien als „Blaualgen“ bezeichnet, da sie aufgrund von äußerlichen Ähnlichkeiten zunächst den Algen zugeordnet wurden. Als Bakterien gehören sie jedoch zu den Prokaryoten und sind Gegenstand der Bakteriologie. Sie werden nur aus historischen Gründen teilweise noch in der Botanik behandelt.

Zur Bezeichnung der Algenkunde werden zwei gleichbedeutende Fremdwörter verwendet: Algologie oder Phykologie (griechisch φῦκος phykos „Tang“). Die Sektion Phykologie der Deutschen Botanischen Gesellschaft wählt jährlich eine Alge des Jahres.

Vielfalt der Algen

Makroalgen und Mikroalgen

Anhand ihrer Größe kann man Algen in zwei Gruppen einteilen. Als Mikroalgen werden mikroskopisch kleine Arten zusammengefasst, zu ihnen gehören insbesondere einzellige Formen.[A. 1] Die Makroalgen (Großalgen) sind dagegen mit bloßem Auge erkennbar, ihre Länge reicht von wenigen Millimetern bis zu 60 Metern. Die meisten Großalgen leben im Meer (Seetang). Im Süßwasser zählen beispielsweise die Armleuchteralgen zu den Makroalgen.

Lebensräume und Lebensweise

Trentepohlia aurea: eine weit verbreitete, orangerote Luftalge

Meeresalgen und Süßwasseralgen

Man findet Algen hauptsächlich in den lichtdurchdrungenen Schichten der Meere und in allen Lebensräumen des Süßwassers. Im Wasser frei schwebende Algen bilden das Phytoplankton, den photoautotrophen Teil des Planktons. Auch das Phytobenthos, die „Pflanzen“ der Gewässerböden, wird hauptsächlich durch Algen gebildet. Als Tang bezeichnet man große Makroalgen, die teilweise ausgedehnte Tangwälder in den Küstenbereichen der Meere bilden.

Die Mikroalgen des Meeres sind in ihrer ökosystemaren Gesamtheit mixotroph. Sie betreiben zwar Photosynthese, beziehen jedoch ein Viertel ihrer Biomasse aus dem Verzehr von Bakterioplankton. Mixotrophie ist auch von vielen im Süßwasser vorkommenden, als Algen bezeichneten Protisten bekannt, etwa dem „Augentierchen“ Euglena.

lgen in weiteren Lebensräumen

Ein kleinerer Teil der Algen hat sich durch Anpassung an (temporäre) Trockenheit auf Lebensräume außerhalb von Wasserkörpern spezialisiert:

Symbiosen

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 bei den Flechten. Diese stellen echte Doppelwesen dar, die gemeinsame Vermehrungsorgane ausbilden.

Morphologische Organisationsstufen

Kokkale Grünalgen und Stäbchenbakterien (sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme)
Thallöser Riesentang:
oben Phylloid, Mitte Cauloid, unten Rhizoid

Eine Organisationsstufe umfasst Gruppen von Algen mit gemeinsamen morphologischen Merkmalen der Individuen (etwa die äußere Zellbeschaffenheit oder die Zellanordnung bei Mehrzellern betreffend), unabhängig von ihrer tatsächlichen Verwandtschaft. Die Organisationsstufen wurden in der klassischen Systematik der Algen zur künstlichen Unterteilung der verschiedenen Klassen in Ordnungen genutzt.

Man unterscheidet zwischen folgenden Stufen (Auswahl):

Die wichtigsten Gruppen der Algen

Mikroalge aus der Gruppe der Dinoflagellaten (Foto: Irina Moroz)

Da die Algen keine natürliche Gruppe darstellen, folgt hier eine Aufstellung von Taxa, in denen Algen vorkommen (unvollständig):

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, in denen Algengruppen vorkommen:

Zahl der Arten

Die Zahl der Algenarten ist unbekannt und kann nur geschätzt werden. Die einzelnen Schätzungen weichen stark voneinander ab und reichen von 30.000 bis zu mehr als einer Million Arten. Auch Schätzungen zur Zahl der Arten in bestimmten Regionen oder innerhalb einzelner Gruppen der Algen sind unsicher. Allein für Kieselalgen kamen mehrere Autoren auf hohe geschätzte Zahlen von mehr als 200.000 Arten.

Die Unsicherheit der Schätzungen beruht unter anderem darauf, dass verschiedene Ansichten darüber bestehen, welche Organismen zu den Algen zu zählen sind und wie Algenarten voneinander abzugrenzen sind. Eine Studie aus dem Jahr 2012 kam mit einem vorsichtigen, konservativen Ansatz auf eine geschätzte Gesamtzahl von 72.500 Algenarten. Bis zum Juni 2012 seien rund 44.000 Namen für Algenarten veröffentlicht und 33.248 von AlgaeBase erfasst worden.

Algen in den Weltmeeren

In den Weltmeeren bildet sich Phytoplankton sehr gehäuft in der Arktis und in den küstennahen Schelfmeeren. Sehr wenig Phytoplankton gibt es im subtropischen Bereich. Ein Forschungsergebnis aus 2016 legt allerdings nahe, dass die Phytoplanktonaktivität im subtropischen Bereich viel höher als bislang vermutet ist. Der Anteil an Plankton lässt sich durch Satellitenaufnahmen mit Spezialkameras aus dem Weltraum abschätzen. Die Algen des Phytoplanktons sind zwischen einem tausendstel Millimeter und einem halben Millimeter groß. Winzige Planktontierchen (Zooplankton) fressen in den Weltmeeren die Algen. Ein großer Teil der Algen stirbt ab und sinkt zusammen mit den Ausscheidungen des Zooplanktons als Meeresschnee auf den Meeresgrund.

Meeresalgen haben vermutlich einen sehr wichtigen Einfluss für die Bindung des Kohlendioxids aus der Atmosphäre. Es wird geschätzt, dass jährlich 45 bis 50 Gigatonnen Kohlenstoff des Kohlendioxids in Phytoplanktonbiomasse gebunden werden. Man nimmt an, dass nach dem Absterben dieses Phytoplankton in die Tiefe des Meeres sinkt und durch den mikrobiellen Abbau entstehendes Kohlendioxid gebunden bleibt. Etwa 15 Prozent des im Phytoplankton assimilierten Kohlenstoffs – also etwa 8 Gigatonnen – sinken in die Tiefe. Ohne das Phytoplankton der Meere läge die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre vermutlich statt bei 365 ppm bei 565 ppm. Das Phytoplankton wirkt also als Kohlenstoffpumpe, indem es Kohlendioxid aus der Luft und aus wässriger Lösung bindet und den Kohlenstoff in die Tiefsee verfrachtet.

Aus dem abgestorbenen Phytoplankton, das in die Tiefsee abgesunken ist und dort unter hohem Druck steht, entsteht nach vielen Jahrtausenden schließlich Erdöl und Erdgas.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Algenproduktion im Meerwasser durch Zugabe von Eisenionen erheblich zunimmt. Eine derartige Eisendüngung könnte zu einer verstärkten Einlagerung von Kohlenstoff aus atmosphärischem Kohlendioxid in den Meeresboden durch absinkende Algen führen.

Kultivierung

Die Kultivierung von marinen Großalgen (Makroalgen) im Meer, in Aquakulturen oder in Photobioreaktoren gewinnt an Bedeutung.

In List auf der Insel Sylt gab es eine von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt finanzierte, unter Leitung von Klaus Lüning vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung durchgeführte Versuchskultivierung von marinen Rot- und Braunalgen, primär Vertreter der Gattungen Palmaria und Laminaria. Die kommerzielle Herstellung von Makroalgen erfolgte ab 2006 durch die Sylter Algenfarm GmbH unter Leitung von Lüning. Seit 2019 führt die AlgenProjekt Meeresalgenland UG die landgestützte Produktion mariner Makroalgen in Deutschland fort.

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

Nutzung

Getrocknete Nori-Algen

Algen und ihre Inhaltsstoffe können für vielfältige Zwecke verwendet werden. Teilweise erfolgt die Gewinnung direkt aus dem Meer, teilweise aus Anlagen, in denen Algen kultiviert werden. Nur ca. 160 Arten der Algen werden industriell genutzt, unter anderem als Nahrungsmittel.

Algen als Nahrungsmittel

Der Schwerpunkt der Nutzung von Algen als Nahrungsmittel liegt in Südostasien, wo jährlich ca. 9 Millionen Tonnen verzehrt werden. Verschiedene große Algenarten (Makroalgen) werden roh als Salat oder gedünstet als Gemüse verzehrt. In Ländern wie Japan ist der Anbau von Rotalgenarten (z.B. für Sushi) ein bedeutender Wirtschaftszweig.

Algen besitzen einen sehr 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.

Da insbesondere getrocknete Meeresalgenprodukte aus Asien sehr viel Iod enthalten können, ist bei häufigem Verzehr Vorsicht geboten. Die deutschen Verbraucherzentralen warnen vor Produkten, auf denen genaue Angaben zum Iodgehalt und zur maximalen Verzehrmenge fehlen.

Energetische Nutzung

Herstellung von Biowasserstoff mittels Algen im Labormaßstab

Verschiedene Möglichkeiten zur energetischen Nutzung von Algen, z.B. als Algenkraftstoff (Biokraftstoff), werden untersucht. Zum Teil wird dies mit umwelttechnischen Anwendungen verknüpft:

Weitere Anwendungen

Bei weiteren, teilweise sehr speziellen Anwendungen werden Produkte der Algen, ihre Inhaltsstoffe, ihre Abbaufähigkeiten oder ihre Abbauprodukte verwendet:

Forschung

Die Algen umfassen eine riesige Artenvielfalt, von der bislang verhältnismäßig wenig bekannt ist. Umso interessanter ist die Suche nach unbekannten Arten und die Erforschung der möglichen Nutzbarkeit in verschiedenen Industriezweigen.

Die Algensammlung der Universität Göttingen ist mit gegenwärtig rund 2200 Stämmen eine der umfassendsten weltweit.

Algen als Verursacher von Krankheiten

Einige wenige einzellige Algen aus den Gattungen Prototheca und Helicosporidium können Infektionskrankheiten bei Säugetieren (inklusive Menschen) verursachen.

Einige Algenarten produzieren giftige Stoffwechselprodukte. Diese Algengifte (Algentoxine) können sich über Speisefische, Muscheln und Krebse in der Nahrungskette anreichern. Für den Menschen ist vor allem der Genuss von Muscheln gefährlich, in deren Gewebe sich Algentoxine angereichert haben. Der Genuss von belasteten Muscheln kann Vergiftungserscheinungen wie Durchfall oder Lähmungen hervorrufen und im Extremfall zum Tod führen.

Anmerkungen

  1. Gelegentlich findet sich im Englischen auch die Bezeichnung eukaryotic unicellular algae (EUA, eukaryotische einzellige Algen), um Cyanobakterien („Blaualgen“) explizit auszuschließen.

Literatur

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Basierend auf einem Artikel in: Extern Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 21.03. 2024