FYCOLOGIE: GESCHIEDENIS, VAKGEBIED EN ONDERZOEK - BIOLOGIE - 2026

De fycologie of algologie is de wetenschappelijke discipline die de algen bestudeert, waarbij de nadruk primair ligt op de studie van hun fotosynthetische mechanismen, productie van gifstoffen en systematische industriële producten.

Algen zijn een polyfyletische groep (zonder gemeenschappelijke voorouder) van fotosynthetische organismen die in de celwand aanwezig zijn. Deze groep omvat eencellige individuen (cyanobacteriën of blauwgroene algen) en als meercellig. Evenzo zijn zowel prokaryote als eukaryote cellen inbegrepen.

Biobrandstof geproduceerd met algen in het laboratorium. Bron: Honeywell, via Wikimedia Commons

De ficologie begon in het oude Griekenland, met de werken van Theophrastus en Dioscorides. Algen werden lange tijd als planten beschouwd en daarom werden ze vooral bestudeerd door botanici.

Linnaeus was de eerste die de naam alg gebruikte om deze groep organismen te definiëren, hoewel hij ook enkele bryofyten omvatte. Het is echter in de negentiende eeuw dat ficologie een discipline wordt, omdat de structuur van algen beter bekend is.

Gedurende deze jaren hebben grote ficologen, zoals Stackhouse, Lamouroux en Kützing, een belangrijke bijdrage geleverd aan de biologie en classificatie van algen. Zijn werken waren voornamelijk gebaseerd op de studie van de anatomie en levenscyclus van deze organismen.

Onder de studiegebieden in de fycologie valt het onderzoek naar "rode vloed", veroorzaakt door de exponentiële groei van microalgen, op. Deze organismen produceren gifstoffen die vissen en schaaldieren vergiftigen, wat een negatieve invloed heeft op de visserij en de volksgezondheid.

Geschiedenis

Menselijke kustbeschavingen ontwikkelden een belangrijke link met algen. De Mapuche, in Chili, nemen algen op in hun mythologische symboliek. Van hun kant zijn de Chinezen de eersten die schriftelijke verwijzingen naar deze organismen achterlaten.

Fycologie of algologie, als wetenschap, vindt zijn oorsprong voornamelijk in de westerse cultuur en de ontwikkeling ervan is verbonden met de geschiedenis van de plantkunde. We kunnen vier fasen herkennen in zijn historische evolutie.

Het oude Griekenland tot het einde van de 18e eeuw

De eersten die de term phykos (zeeplanten) gebruikten om naar algen te verwijzen, waren de Grieken Theophrastus en Dioscorides. Later werd van deze Griekse naam de Romeinse term Fucus afgeleid, die werd gebruikt om deze organismen te noemen.

Tijdens de zestiende en zeventiende eeuw werden er niet veel onderzoeken op het gebied van ficologie uitgevoerd. De Tsjechische botanicus Von Zalusian (1592) nam algen samen met schimmels, korstmossen en zeekruiden op in de Musci-groep. Von Zakusianus beschouwde deze groepen als "Ruda et Confusa" (moeilijk en verwarrend), vanwege de moeilijkheid om ze te classificeren.

Een andere botanicus die aan het begin van de ficologie een bijdrage leverde, was Gaspar Bauhin, in zijn werk Prodromus theatri botánica (1620). De auteur classificeerde verschillende plantengroepen als algen, zoals mossen en paardenstaarten (Equisetum).

In het jaar 1711 beschreef de Franse Ferchault de Reaumur de seksuele structuren van een algensoort. Dit was een belangrijke bijdrage aan de algologie, hoewel botanici zoals Samuel Gottlieb bleven denken dat algen worden gereproduceerd door parthenogenese.

Linnaeus nam algen op in cryptogamen (pitloze planten) in zijn seksuele classificatiesysteem (1735). Later, in 1753, beschreef hij het geslacht Fucus, en daar begon de groep een betere definitie te krijgen.

1800 tot 1880

Het gebruik van betere optische microscopen zorgde voor grote vooruitgang in de fycologie. Het was in deze periode dat de meeste van de belangrijkste groepen algen, zoals ze tegenwoordig bekend zijn, werden gedefinieerd.

De eerste die de seksualiteit van algen duidelijk aantoonde, was de Zwitser Pierre Vaucher in zijn werk Histoire des conferves de'eau douce (1803). Door dit werk worden de algen als een groep herkend en begint de algologie zich te consolideren.

John Stackhouse. Bron. Google Books, via Wikimedia Commons

Aangenomen wordt dat de Engelsman John Stackhouse ficologie in een wetenschappelijke discipline heeft getransformeerd. In 1801 bestudeerde Stackhouse de ontkieming van de zygote van Fucus-soorten en stelde vast dat ze tot verschillende geslachten behoorden.

Later stelde de Franse botanicus Jean Lamouroux in 1813 een classificatiesysteem voor algen voor. In zijn werken beschreef hij een groot aantal soorten en definieerde hij drie grote groepen (rode, bruine en groene algen).

Onder de grote fycologen van die tijd vallen de Zweden CA Agardh en zijn zoon JG Agardh op, die de morfologie van algen bestudeerden. JG Agardh stelde een classificatie van zeealgen voor op basis van hun anatomische kenmerken.

Een andere prominente algoloog was de Duitser Friedrich Kützing, die talloze verhandelingen over ficologie publiceerde waarin hij verschillende soorten beschreef. Bij zijn onderzoek hield hij vooral rekening met de anatomie van deze organismen.

Van 1880 tot begin jaren 50 van de 20ste eeuw

Gedurende het grootste deel van deze periode werd fycologie beschouwd als een tak van de plantkunde en werden algen opgenomen in de Thallophyta (Plantae) divisie. Er werd ook onderzoek gedaan naar de levenscycli van veel soorten, waardoor de verschillende groepen duidelijker konden worden gedefinieerd.

De Italiaanse ficoloog Giovanni de Toni werkte 35 jaar aan zijn werk Sillete Algarín, dat in 1924 werd gepubliceerd. Dit werk verzamelt alle kennis over de systematiek van algen die tot nu toe bestond.

Bovendien werd mariene ficologie geboren, gespecialiseerd in de studie van algen die aanwezig zijn in zeeën en oceanen. Tijdens deze periode werden expedities gestart langs verschillende kusten van de wereld om deze organismen te classificeren.

Moderne fase

In de jaren 50 (20e eeuw) was er een grote vooruitgang in de fycologie, dankzij de ontwikkeling van scanning- en transmissie-elektronenmicroscopen. Dit maakte het mogelijk om aspecten van de fysiologie, celbiologie en ecologie van de verschillende groepen algen te bestuderen.

In de jaren zeventig veranderde de systematische benadering van ficologie door het gebruik van moleculaire technieken. Het was mogelijk om vast te stellen dat algen een polyfyletische groep zijn (ze delen geen gemeenschappelijke voorouder). Cyanobacteriën bevonden zich dus in bacteriën en de andere groepen algen in het Protista-koninkrijk.

Momenteel is ficologie een geconsolideerde discipline en zijn er tal van onderzoekers in de verschillende vakgebieden.

Studierichting

Fycologie is de discipline die zich toelegt op de studie van algen. Het wordt niet alleen naar een taxonomische categorie verwezen (vanwege de oorsprong van deze groep), maar het wordt nog steeds gebruikt voor praktische doeleinden.

Binnen algen worden zowel prokaryote als eukaryote cellen aangetroffen, waarvan de meeste fotosynthetiseren. In de groep eukaryoten zijn algen talofyten (planten met thallus) waarvan het primaire fotosynthetische pigment chlorofyl a is.

Rood zeewier. Bron: Ed Bierman, via Wikimedia Commons

De fycologie bestudeert de morfologische en anatomische kenmerken van de verschillende groepen algen. Daarnaast behandelt het onderzoek naar de evolutionaire processen van deze organismen, waaronder verschillende aspecten zoals de evolutie van de chloroplast en die van fotosynthetische mechanismen.

Op het gebied van fysiologie en biochemie hebben fycologen zich toegelegd op de studie van de zogenaamde “rode vloed”. Dit verwijst naar de exponentiële groei van bepaalde microalgen die fycotoxinen produceren, dit zijn giftige organismen voor de mariene fauna en de mens.

Binnen de algologie wordt gekeken naar de rol van algen in de ecosystemen waarin ze voorkomen. Dit onderwerp is van groot belang voor de wetenschap, aangezien deze organismen de belangrijkste zuurstofproducenten op aarde zijn.

Anderzijds zijn algen nuttig voor de mens als voedsel en als basis voor de productie van industriële producten. Daarom bestudeert de fycologie ook potentieel nuttige soorten, evenals de meest efficiënte manieren om algen te gebruiken.

Recente onderzoeksvoorbeelden

Ficologie als discipline omvat verschillende interessegebieden voor onderzoekers. Momenteel springen die gerelateerd aan zijn fysiologie, toxineproductie, industriële producten en systematiek eruit.

Fotosynthetische mechanismen

Er is gesuggereerd dat de chloroplasten van algen zijn geëvolueerd uit endosymbiotische cyanobacteriën. Het onderzoek op dit gebied is gericht op de informatietransportmechanismen die de deling en het metabolisme van chloroplasten regelen.

In 2017 is een onderzoek uitgevoerd bij cyanobacteriën en andere groepen algen. Hiermee zijn de mechanismen van zuurstofgebruik onderzocht, aangezien overmaat van dit element oxidatieve schade in cellen kan veroorzaken.

De resultaten van deze studie laten zien dat bij cyanobacteriën een enzym wordt geactiveerd dat de cel beschermt tegen hoge lichtintensiteiten. Bij andere soorten werden biochemische strategieën waargenomen die cellen ongevoelig maken voor een overmaat aan O ₂ .

Fycotoxinen

De productie van fycotoxinen kan de zogenaamde "rode getijden" veroorzaken, die een grote ecologische en economische impact hebben. Dit is de reden waarom de fycologie zich heeft geconcentreerd op de studie van deze verbindingen.

Er zijn verschillende onderzoeken uitgevoerd om te bepalen hoe deze fycotoxinen werken in verschillende organismen, waaronder mensen. In 2018 beoordeelden Spaanse onderzoekers de gifstoffen die door microalgen worden geproduceerd en de werkingsmechanismen en symptomen die ze bij mensen veroorzaken.

Rode getij. Bron: NOAA, via Wikimedia Commons

Biobrandstoffen

In de fycologie is de afgelopen jaren aandacht besteed aan het vakgebied biobrandstoffen. Er worden tal van onderzoeken gedaan naar biologische en toegepaste aspecten van algen die mogelijk bruikbaar kunnen zijn.

Een evaluatie van de vooruitzichten voor het gebruik van algen als biobrandstof (uitgevoerd in 2017) geeft aan dat de belangrijkste actie-uitdagingen op technologisch gebied liggen. Ze zijn voornamelijk gericht op het bereiken van een hoge biomassaproductie en het bereiken van geschikte groeiomstandigheden.

Zware metalen

Sommige soorten algen, zoals Cladophora (groene algen) en Fucus (rode algen), zijn tolerant voor zware metalen. In die zin wordt er onderzoek gedaan naar de hoeveelheid metalen die deze organismen kunnen bevatten.

Op basis van de verkregen informatie zijn simulatiemodellen opgesteld over het gedrag van verontreiniging door zware metalen in waterlichamen.

Systematisch

De fycologie heeft veel belang gehecht aan de systematische studie van algen. Dit vakgebied heeft zich primair gericht op het bestuderen van de relatie van algen tot elkaar en hun effect op andere organismen.

In die zin zijn moleculaire technieken erg belangrijk geweest bij het definiëren van deze relaties tussen organismen.

Onlangs zijn de ijsalgen van Groenland, gelegen binnen de groep van Chlorophytas (groene algen), bestudeerd. Het bleek dat dit de algen zijn die het meest verwant zijn aan planten en dat hun ecologie kan helpen om de plantkolonisatie van het terrestrische milieu beter te begrijpen.

Referenties

1. Chapman RL, MA Buchheim, CF Delwiche, T Friedl, VAR Huss, KG Karol, LA Lewis, J Manhart, RM McCourt, JL Olsen en DA Waters (1998) Moleculaire systematiek van de groene algen. pp 508-540. In: Soltis DE, PS Soltis en JJ Doyle (eds) Molecular Systematics of Plants II. Springer, Boston, MA. 585 p.
2. Farabegoli F, L Blanco, L Rodríguez, J Vieites en A Cabado (2018) Fycotoxinen in zeeschaaldieren: oorsprong, voorkomen en effecten op de mens. Maart Drugs 16: 1-26.
3. Lee RE (2018) vijfde editie. Cambrige University Press. New York, Verenigde Staten. 535 blz.
4. Norton TA, M Melkonian en RA Andersen (1996) Biodiversiteit van algen. Phycologia 35 : 308-326.
5. South GR en A Whittick (1987) Inleiding tot Phycology. Blackwell Scientific Publications. Oxford, VK. 343 blz.