สาหร่ายสีน้ำตาล: ลักษณะอนุกรมวิธานที่อยู่อาศัยการสืบพันธุ์ - ชีววิทยา - 2025

สาหร่ายสีน้ำตาลมียูคาริโอ สีที่มีลักษณะเฉพาะนั้นได้มาจากการปรากฏตัวของ carotenoid fucoxanthin ในคลอโรพลาสต์ พวกเขาผลิตลามินารินเป็นสารสำรองและยังสามารถมีแทนนินที่น่าเกลียด

Phaeophyceae อยู่ใน phyllum Ochrophyta ของอาณาจักรย่อย Heterokonta ภายในอาณาจักร Protista เป็นที่ยอมรับคำสั่งซื้อเจ็ดรายการ 307 สกุลและประมาณ 2,000 ชนิด

Sargassum บนชายหาดในคิวบา ผู้แต่ง: Bogdan Giușcă (Bogdan Giuşcă (พูดคุย)) จาก Wikimedia Commons

สาหร่ายสีน้ำตาลส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมทางทะเล มีเพียงแปดสกุลเท่านั้นที่ทราบว่ามีอยู่ในแหล่งน้ำจืด พวกมันมักจะเติบโตในน้ำที่เย็นจัดแปรปรวนและโปร่งสบาย ทะเลซาร์กาซอส (มหาสมุทรแอตแลนติก) เป็นที่ตั้งของชื่อพันธุ์ Sargassum จำนวนมากที่เติบโตในน่านน้ำ

กรดอัลจินิกจำนวนมากถูกผลิตขึ้นที่ผนังเซลล์ของ Phaeophyceae ซึ่งคิดเป็น 70% ของน้ำหนักของสาหร่าย phycocolloid นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเป็นสารให้ความคงตัวและอิมัลซิไฟเออร์ในอาหารยาและสิ่งทอ การเก็บเกี่ยวสาหร่ายสีน้ำตาลทั่วโลกถึงสามล้านตันต่อปี

ลักษณะเฉพาะ

สาหร่ายสีน้ำตาลเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ขนาดของมันมีตั้งแต่ไม่กี่มิลลิเมตรถึงมากกว่า 60 เมตรหรือมากกว่านั้นในกรณีของ Macrocystis pyrifera

ผนังเซลล์

เซลล์ถูกล้อมรอบด้วยผนังเซลล์ซึ่งประกอบด้วยอย่างน้อยสองชั้น ชั้นในสุดประกอบด้วยไมโครไฟเบอร์เซลลูโลสซึ่งเป็นโครงสร้างหลัก

ชั้นนอกสุดเป็นเมือกและประกอบด้วยสารคอลลอยด์ที่เรียกว่า phycocolloids ได้แก่ fucodiano (sulfated polysaccharides) และ alginic acid ปริมาณสัมพัทธ์ของ phycocolloids ทั้งสองชนิดอาจแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ส่วนต่างๆของพืชและสภาพแวดล้อมที่มันเติบโต

ในบางกรณีผนังเซลล์อาจมีการสะสมของแคลเซียมคาร์บอเนตในรูปของ aragonite (Padina pavonia)

คลอโรพลา

คลอโรพลาสต์สามารถมีได้ตั้งแต่หนึ่งถึงหลายตัว รูปร่างแตกต่างกันไปตั้งแต่แบบลามินาร์ไปจนถึงดิสคอยด์หรือเลนทิลาร์

พวกมันประกอบด้วยกลุ่มของ thylakoids สามกลุ่มที่เชื่อมต่อกันโดย zonal lamella พวกเขามีหน่วยเมมเบรนสี่หน่วย เยื่อหุ้มชั้นนอกสุดทั้งสองคือเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ER)

เมมเบรนของซองคลอโรพลาสต์และเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเชื่อมต่อกันด้วย tubules ในบางกลุ่มเยื่อหุ้มชั้นนอกสุดของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มนิวเคลียร์

คลอโรฟิล, ค₁และค₂ที่มีอยู่ใน plastids นอกจากนี้ยังมี carotenoid fucoxanthin ในปริมาณสูงพร้อมด้วยวิโอแซนธิน รงควัตถุทั้งสองชนิดสุดท้ายนี้มีหน้าที่ทำให้สาหร่ายมีสีน้ำตาล

ในเกือบทุกกลุ่มมีตัวแทนที่มี pyrenoids โครงสร้างเหล่านี้คือมวลของโปรตีนที่ไม่มีสีซึ่งมีเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์แสงบางขั้นตอน

ไพรีนอยด์ของ Phaeophyceae อยู่นอกคลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยสารที่เป็นเม็ดและล้อมรอบด้วยเมมเบรนของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมที่เกี่ยวข้องกับคลอโรพลาสต์ กลุ่มโพลีแซ็กคาไรด์สำรองก่อตัวขึ้นรอบ ๆ ไพรีนอยด์

Florotannins (แทนนินน่าเกลียด)

สาหร่ายสีน้ำตาลผลิตแทนนินโดยเฉพาะที่อยู่ในสิ่งที่รวมอยู่ภายในเซลล์ขนาดเล็ก ฟลูโรแทนนินเหล่านี้เกิดขึ้นในไดช์ไทโอโซมของอุปกรณ์กอลจิ เป็นผลมาจากการเกิดโพลีเมอไรเซชันของฟลอโรกลูซินอล

แทนนินเหล่านี้ไม่มีน้ำตาลและมีการลดปริมาณมาก มีรสฝาดมาก พวกมันออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศทำให้เกิดไฟโคฟีนซึ่งเป็นเม็ดสีดำที่ทำให้สาหร่ายสีน้ำตาลแห้งมีสีลักษณะเฉพาะ

แนะนำว่าฟลอโรแทนนินสามารถดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์ หน้าที่ที่โดดเด่นที่สุดคือการป้องกันสัตว์กินพืช เป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถยับยั้งกลูโคซิเดสที่ผลิตโดยหอยในกระเพาะอาหารที่มากินสาหร่ายเหล่านี้

การพัฒนา Thallus

แทลลัสของสาหร่ายสีน้ำตาลมีขนาดค่อนข้างใหญ่และซับซ้อน การพัฒนาประเภทต่างๆสามารถเกิดขึ้นได้:

-Diffuse : เซลล์ทั้งหมดในร่างกายของพืชสามารถแบ่งตัวได้ มีการสร้างแทลลัสแบบแยกส่วน (Ectocarpus) แบบแยกส่วนมากหรือน้อย

-Apical : เซลล์ที่อยู่ในตำแหน่งปลายยอดแบ่งออกเป็นร่างกายของพืช แทลลัสมีลักษณะแบนหรือแฟบแบนแบบแยกส่วน (Dictyota)

- Tricothalic : เซลล์แบ่งตัวและสร้าง trichome ขึ้นด้านบนและ thallus ลง (Cutleria)

- Meristem intercalary r: โซนของเซลล์เนื้อเยื่อแบ่งออกทั้งขึ้นและลง แทลลัสมีความแตกต่างเป็นเหง้า, สติปและลามิน่า ความหนาอาจเกิดขึ้นได้ใน stipe เนื่องจากเมริสเตมอยด์แตกออกไปทุกทิศทาง (Laminaria, Macrocystis)

- Meristodermis : มีชั้นอุปกรณ์ต่อพ่วงที่แบ่งขนานกับแทลลัส เนื้อเยื่อถูกสร้างขึ้นด้านล่างของเนื้อเยื่อ (เยื่อหุ้มสมอง) thalli มีลักษณะแตกต่างกันเรียวและหนาตรงกลาง (Fucus)

ที่อยู่อาศัย

สาหร่ายสีน้ำตาลเป็นสัตว์ทะเลโดยเฉพาะ มีเพียงไม่กี่ชนิดจากแปดสกุลเท่านั้นที่เติบโตในแหล่งน้ำจืด

เป็นสิ่งมีชีวิตหน้าดิน (อาศัยอยู่ที่ด้านล่างของระบบนิเวศทางน้ำ) สกุล Sargassum ไม่กี่ชนิดเป็นนกกระทุง (พัฒนาใกล้พื้นผิว)

สัตว์น้ำจืดพบได้ในซีกโลกเหนือยกเว้น Ectocarpus siliculosus สิ่งมีชีวิตที่เป็นสากลนี้โดยทั่วไปมีอยู่ในทะเล แต่พบว่าเติบโตในแหล่งน้ำจืดในออสเตรเลีย

Phaeophyceae ทะเลเป็นส่วนประกอบของพืชในทะเล พวกมันกระจายจากพื้นที่ใต้ขั้วไปยังเส้นศูนย์สูตร ความหลากหลายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นในน้ำเย็นของเขตอบอุ่น

สาหร่ายทะเล (ส่วนใหญ่เป็นสายพันธุ์ Laminariales) ก่อตัวเป็นป่าย่อยในเขตอบอุ่นยกเว้นอาร์กติก Sargassum สายพันธุ์ Pelagic ก่อตัวเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ในทะเล Sargasso ที่รู้จักกันดีในมหาสมุทรแอตแลนติก

อนุกรมวิธานและคลาสย่อย

สาหร่ายสีน้ำตาลได้รับการยอมรับเป็นกลุ่มแรกในปี พ.ศ. 2379 นักพฤกษศาสตร์ WH Harvey ได้แยกพวกมันเป็นคลาสย่อย Melanospermeae ของคลาส Algae

ต่อมาในปีพ. ศ. 2424 พวกเขาได้รับการแบ่งประเภทชั้นเรียนภายใต้ชื่อ Phaeophyceae ต่อมาในปี 1933 Kylin ได้แบ่งสาหร่ายสีน้ำตาลออกเป็นสามชั้น ได้แก่ Isogeneratae, Heterogeneratae และ Cyclosporeae ข้อเสนอนี้ถูกปฏิเสธโดย Fristsch ในปีพ. ศ. 2488 โดยถือว่าเป็นเพียงชั้นเดียว

ปัจจุบัน Phaeophyceae เป็นกลุ่มหนึ่งในไฟลัม Ochrophyta ของอาณาจักรย่อย Heterokonta ของอาณาจักร Protista พวกเขาถือเป็นเชื้อสายที่เก่าแก่มากซึ่งมีต้นกำเนิดเมื่อ 150 - 200 ล้านปีก่อน

อาจเป็นสาหร่ายสีน้ำตาลโบราณที่มีการพัฒนาแทลลัสปลายยอด กลุ่มน้องสาวของมันคือ Xanthophyceae และ Phaeothamniophyceae

ด้วยข้อมูลจากการศึกษาระดับโมเลกุล Silberfeld และผู้ทำงานร่วมกันได้เสนอในปี 2014 เพื่อแยก Phaeophyceae ออกเป็นสี่คลาสย่อยโดยพิจารณาจากความแตกต่างในโทโพโลยีของต้นไม้วิวัฒนาการ

ภายในพวกเขา 18 คำสั่งและ 54 ครอบครัวได้รับการยอมรับ มีการอธิบายประมาณ 2,000 ชนิดกระจายใน 308 สกุล

คลาสย่อยของสาหร่ายสีน้ำตาลมีดังนี้:

Discosporangiophycidae

แทลลัสแบบเส้นใยที่แยกเป็นเอกภาพและแตกแขนงพร้อมการพัฒนาปลายยอด คลอโรพลาสต์จำนวนมากโดยไม่มีไพรีนอยด์ มีการนำเสนอเพียงคำสั่งเดียวโดยมีตระกูลโมโนเจนิกสองตระกูล

Ishigeophycidae

แทลลัสแตกกิ่งก้านหรือทางใบ มันเป็น pseudoparenchymal โดยมีไขกระดูกและเยื่อหุ้มสมอง การพัฒนายอดของแทลลัส คลอโรพลาสต์ Discoid และการปรากฏตัวของ pyrenoids เพียงเล็กน้อย สร้างขึ้นโดยคำสั่งกับสองครอบครัว

Dictyotophycidae

พวกเขามี thallus ใยหรือ pseudoparenchymal ด้วยการพัฒนาเทอร์มินัลหรือปลายยอด คลอโรพลาสต์ Discoid และไม่มี pyrenoids แบ่งออกเป็นสี่คำสั่งและ 9 ตระกูล

Fucophycidae

เป็นกลุ่มที่ใหญ่ที่สุดในสาหร่ายสีน้ำตาล แทลลัสค่อนข้างแปรปรวนระหว่างกลุ่ม ประเภทของการพัฒนาของ thallus บรรพบุรุษคืออธิกสุรทิน Pyrenoids เกิดขึ้นในตัวแทนบางกลุ่มของทุกกลุ่ม แบ่งออกเป็น 12 ออเดอร์และ 41 ครอบครัว

การทำสำเนา

สาหร่ายสีน้ำตาลสามารถแสดงการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศหรือไม่อาศัยเพศ ทั้งหมดมีเซลล์สืบพันธุ์แบบไพริฟอร์มที่เคลื่อนที่ผ่านแฟลกเจลลา

เซลล์สืบพันธุ์

เซลล์สืบพันธุ์มีแฟลกเจลลาสองตัวที่สอดเข้าไปด้านข้างหรือด้านข้าง ขั้วหนึ่งพุ่งไปที่ขั้วหลังของเซลล์และอีกขั้วหนึ่งไปทางขั้วด้านหน้า แฟลเจลลัมด้านหน้าถูกปกคลุมด้วยเส้นใยขนาดเล็กที่มีโครงสร้างเป็นสองแถว

ใกล้ฐานของแฟลกเจลลามีจุดตาสีแดง จุดตาเป็นตัวรับแสงที่ช่วยให้ตรวจจับความเข้มและทิศทางของแสงได้ ทำให้เซลล์เคลื่อนที่ได้ง่ายขึ้นเพื่อให้มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงมากขึ้น

จุดตานี้ประกอบด้วยก้อนไขมันระหว่างแถบไทลาคอยด์และซองคลอโรพลาสต์ พวกมันทำงานเหมือนกระจกเว้าที่เน้นแสง ความยาวคลื่นระหว่าง 420 - 460 นาโนเมตร (แสงสีน้ำเงิน) มีประสิทธิภาพสูงสุดในสาหร่ายสีน้ำตาล

การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ

สามารถเกิดขึ้นได้โดยการแยกส่วนหรือผ่าน propagules Propagules เป็นโครงสร้างเซลล์พิเศษที่มีเซลล์ปลายยอด เซลล์เหล่านี้แบ่งตัวและสร้างบุคคลใหม่

นอกจากนี้ยังมีการผลิต Zoospores (สปอร์ที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้) สิ่งเหล่านี้ถูกผลิตขึ้นในสปอยเลอร์จากที่ซึ่งเซลล์เดี่ยวถูกปล่อยออกมา พวกมันก่อให้เกิดการสร้าง gametophytic (haploid)

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

อาจเป็นเพราะ isogamy (gametes เท่ากัน) หรือ anisogamy (gametes ที่แตกต่างกัน) Oogamy (เกมเมตหญิงและชายที่เคลื่อนที่ไม่ได้) ก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน

วงจรชีวิตเป็นแบบ haplodipontic (การสร้างซ้ำแบบซ้ำและการสร้างแบบเดี่ยว) อาจเป็นไอโซมอร์ฟิก (ทั้งสองรุ่นมีความคล้ายคลึงกัน) หรือเฮเทอโรมอร์ฟิก (รุ่นต่าง ๆ ทางสัณฐานวิทยา) gametophyte (haploid) หรือ sporophyte (diploid) ขึ้นอยู่กับกลุ่ม

ในบางกลุ่มเช่นลำดับ Fucales วัฏจักรชีวิตคือการทูต (เฟส haploid จำกัด เฉพาะ gametes)

สาหร่ายสีน้ำตาลมีโครงสร้างการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศสองแบบ บางชนิดมีหลายตามีอยู่ในเซลล์สืบพันธุ์และสปอโรไฟต์ซึ่งผลิตเซลล์เคลื่อนที่ อื่น ๆ เป็นเซลล์เดียวมีอยู่เฉพาะในสปอโรไฟต์และสร้างสปอร์ฮาพลอยด์ที่เคลื่อนที่ได้

ฮอร์โมนเพศ

ฮอร์โมนเพศ (ฟีโรโมน) เป็นสารที่ผลิตระหว่างการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ในสาหร่ายสีน้ำตาลพวกมันมีหน้าที่ในการปล่อย gametes ตัวผู้ออกจากแอนเทอริเดีย พวกเขายังดึงดูด gametes ตัวผู้ให้กับตัวเมีย

ฮอร์โมนเหล่านี้เป็นสารไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว พวกมันมีความผันผวนสูงและไม่ชอบน้ำ จำนวนน้อยมากที่ปล่อยออกมาต่อเซลล์ต่อชั่วโมง

การรับรู้ฟีโรโมนเกี่ยวข้องกับธรรมชาติที่ไม่ชอบน้ำที่เซลล์ผู้รับรับรู้ (เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้) สถานที่น่าสนใจไม่ทำงานเกิน 0.5 มม. จากเกมเมตหญิง

การให้อาหาร

สาหร่ายสีน้ำตาลเป็นสิ่งมีชีวิตอัตโนมัติ ผลิตภัณฑ์สะสมของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือแมนนิทอล สารประกอบสำรองระยะยาวคือลามินาริน (กลูแคนโพลีแซคคาไรด์)

ความเข้มข้นของแมนนิทอลในเซลล์สามารถเพิ่มขึ้นหรือลดลงซึ่งสัมพันธ์กับความเค็มของตัวกลาง สิ่งนี้ก่อให้เกิดกระบวนการ osmoregulation ของสาหร่ายและไม่ได้รับการปรับสภาพโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง

ความสามารถในการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายสีน้ำตาลถูกกระตุ้นด้วยแสงสีน้ำเงิน ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเฉพาะในกลุ่มนี้และปรับปรุงประสิทธิภาพในการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ สิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับประเภทของเม็ดสีที่มีอยู่ในคลอโรพลาสต์ของคุณ

อ้างอิง

1. Forster RM และ MJ Dring (1994) อิทธิพลของแสงสีน้ำเงินต่อความสามารถในการสังเคราะห์แสงของพืชทะเลจากกลุ่มอนุกรมวิธานนิเวศวิทยาและสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกันในยุโรป วารสาร Phycology, 29: 21-27
2. ลีอาร์ (2008) Phycology. พิมพ์ครั้งที่สี่. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์สหราชอาณาจักร 547 น.
3. Reviers B, F Rousseau และ S Draisma (2007) การจำแนกประเภทของ Phaeophyceae จากอดีตสู่ปัจจุบันและความท้าทายในปัจจุบัน ใน: Brodie J และ J Lewis ไขสาหร่ายทั้งในอดีตปัจจุบันและอนาคตของสาหร่ายอย่างเป็นระบบ CRC Press, ลอนดอน P 267-284
4. Silberfeld T, M Racault, R.Fletcher, A Couloux, F Rousseau และ B De Reviers (2011) ระบบและประวัติวิวัฒนาการของแท็กซาชนิดมีไพรีนอยด์ในสาหร่ายสีน้ำตาล (Phaeophyceae) European Journal of Phycology, 46: 361-377
5. Silberfeld T, F Rousseau และ B De Reviers (2014) การจำแนกประเภทของสาหร่ายสีน้ำตาลที่ปรับปรุงแล้ว (Ochrophyta, Phaeophyceae) Cryptogamie, Algologie 35: 117-156