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Das Geheimnis der Mikroalgen: Warum produzieren diese winzigen Organismen die Hälfte des Sauerstoffs der Erde?
Auf der Erde gibt es winzige Organismen, die im Stillen wichtige Beiträge zu unserem Überleben leisten: die Mikroalgen. Diese mikroskopisch kleinen Organismen, die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind, bestehen hauptsächlich aus Phytoplankton und leben in zahlreichen Süß- und Meeressystemen. Mikroalgen besitzen die Eigenschaften einer einzelnen Zelle und können allein, in Ketten oder Kolonien leben. Die Größe von Mikroalgen variiert je nach Art zwischen einigen Mikrometern und mehreren hundert Mikrometern. Im Gegensatz zu höheren Pflanzen haben Mikroalgen keine Wurzeln, Stängel oder Blätter, wodurch sie sich an Umgebungen anpassen können, in denen viskose Kräfte vorherrschen.
Mikroalgen sind photosynthetische Organismen, die für das Leben auf der Erde unerlässlich sind. Sie produzieren etwa die Hälfte des gesamten Sauerstoffs und nutzen das Treibhausgas Kohlendioxid für ihr photoautotrophes Wachstum.
Mikroalgen und Cyanobakterien bilden zusammen Phytoplankton, das die Photosynthese der Ozeane dominiert. Als Basis der Nahrungskette liefern Mikroalgen zusammen mit Bakterien Energie für alle trophischen Ebenen der Biosphäre. Wenn sich Ökosysteme verändern, können Mikroalgen ihre chemische Zusammensetzung an Umweltveränderungen anpassen, was ihnen große Flexibilität bei Wachstum und Fortpflanzung verleiht.
Chemische Zusammensetzung und Anwendung von Mikroalgen
Die chemische Zusammensetzung von Mikroalgen ist kein fester Wert, sondern wird von vielen Faktoren beeinflusst, unter anderem von unterschiedlichen Arten und Kulturbedingungen. Einige Mikroalgen besitzen die Fähigkeit, sich an Veränderungen ihrer Umgebung anzupassen und ihre chemische Zusammensetzung entsprechend anzupassen. Insbesondere in einer phosphorarmen Umgebung sind sie in der Lage, Phospholipidkügelchen durch phosphatfreie Lipide zu ersetzen.
Mikroalgen können durch die Veränderung von Umweltfaktoren wie Temperatur, Licht, pH-Wert, Kohlendioxidversorgung, Salzen und Nährstoffen gewünschte Produkte anreichern, was sie zu einer lebensfähigen Ressource macht.
Darüber hinaus haben von Mikroalgen abgesonderte chemische Signale einen wichtigen Einfluss auf die Beuteauswahl sowie das Verteidigungs- und Fluchtverhalten in der Biosphäre. Diese chemischen Signale spielen bei großräumigen ökologischen Strukturen wie beispielsweise Algenblüten eine wichtige Rolle. Mikroalgen sind außerdem eine wichtige Nahrungsquelle für viele Aquakulturarten, insbesondere für filtrierende Muscheln.
Photosynthetische und chemosynthetische Mikroalgen
Photosynthetische und chemosynthetische Mikroorganismen können eine symbiotische Beziehung mit dem Wirtsorganismus eingehen und ihn mit den für das Wachstum erforderlichen Vitaminen und mehrfach ungesättigten Fettsäuren versorgen. Da diese Zellen im Wasser wachsen, können sie Wasser, Kohlendioxid und andere Nährstoffe effizient aufnehmen. Und obwohl Fischöl aufgrund seiner Omega-3-Fettsäuren viel Aufmerksamkeit erhält, produzieren Fische diese Omega-3-Fettsäuren nicht selbst, sondern reichern sie durch den Verzehr von Mikroalgen an.
Mikroalgen können je nach Art und Anbaubedingungen erhebliche Mengen an Proteinen anreichern. Da sie auf nicht landwirtschaftlich genutzten Flächen angebaut werden können, sind Mikroalgen eine alternative Proteinquelle für die Ernährung von Menschen oder Tieren.
Gleichzeitig werden Mikroalgenproteine auch in der Lebensmittelindustrie als Verdickungsmittel oder Emulgatoren und Schaumstabilisatoren eingesetzt, um tierische Proteine zu ersetzen. Einige Mikroalgen sammeln auch Pigmente wie Chlorophyll, Carotinoide und Photocyanin an, die extrahiert und als Farbstoffe verwendet werden können.
Kultivierung von Mikroalgen
Verschiedene Mikroalgenarten werden in Zuchtfarmen produziert und für eine Reihe kommerzieller Zwecke verwendet, unter anderem in der menschlichen Ernährung, als Biokraftstoff, in der Aquakultur anderer Organismen, bei der Herstellung von Arzneimitteln und Kosmetika und als Biodünger. Die geringe Zelldichte stellt jedoch einen großen Engpass bei der Kommerzialisierung von Produkten auf Mikroalgenbasis dar. Studien haben gezeigt, dass der Erfolg von Mikroalgen-Anbausystemen von einer Reihe von Faktoren beeinflusst wird, darunter: die Geometrie und Größe des Anbausystems (Photosynthesereaktor genannt), die Lichtintensität, die Kohlendioxidkonzentration in der Gasphase, der Nährstoffgehalt (hauptsächlich Stickstoff, Phosphor, Kalium) und Kulturmischmethode.
Mit dem Fortschritt in Wissenschaft und Technik ist unsere Forschung zu Mikroalgen immer gründlicher geworden und der potenzielle Wert dieser winzigen Organismen wird schrittweise erschlossen. Mikroalgen könnten in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung des globalen Klimawandels und der Verbesserung der Nahrungsmittelversorgung spielen. Doch haben wir den Wert dieser Mikroalgen vollständig erkannt und genutzt?
